Le fuselage "intelligent" optimisera les opérations de maintenance

DOSSIER 

Une structure d'avion truffée de capteurs capables de détecter un délaminage ou une fissure : ce rêve deviendra réalité dans quelques années. Les capteurs sont au point. Reste à les rendre plus intelligents.

Repérer rapidement les dommages dus à des chocs ou des points de corrosion. Suivre l'état de santé d'un fuselage ou d'une voilure. Diagnostiquer la nature d'un choc et analyser les dégâts engendrés. Voilà ce qu'un jour les constructeurs aéronautiques offriront à leurs clients. L'enjeu : améliorer la sécurité des passagers naturellement, mais surtout, réduire et optimiser le coût des opérations de maintenance des avions commerciaux. C'est ce que les spécialistes appellent le « Structural Health Monitoring » (SHM), la capacité à surveiller de façon beaucoup plus précise l'état dans lequel se trouve la structure d'un avion. « En combinant des capteurs actifs et passifs, et des moyens de contrôle non destructif (CND), nous pensons qu'il sera possible de diviser par quatre les temps d'intervention en maintenance », explique Didier Simonet, responsable à Toulouse de l'équipe de recherche sur le SHM et le CND au sein du groupe EADS. Les chercheurs comme les industriels travaillent sur ce sujet depuis plus de dix ans. La première brique des technologies du SHM est constituée de capteurs ayant différen- tes fonctionnalités : fibres de Bragg capables de détecter des anomalies ; ultrasons pour réaliser une carte acoustique des pièces à surveiller grâce au suivi d'un écho ; antennes à micro-ondes permettant de déceler des inclusions d'eau dans les panneaux sandwichs ; ou encore capteur coupe fil qui n'émet plus de signal quand il y a une cassure.

Une "écoute" constante

La plupart des capteurs sont connus et leur développement est relativement mature pour l'aéronautique. Certains sont passifs, c'est-à-dire qu'ils se contentent d'émettre un signal différent quand il y a une détérioration du fuselage ou d'une pièce. Le problème est alors de disposer de moyens pour « écouter » le fuselage en permanence, ce qui serait très onéreux. C'est pourquoi les capteurs actifs semblent offrir plus d'intérêt.

L'une des pistes étudiées par l'Onera concerne les capteurs à ultrasons, avec un émetteur et un récepteur. Le capteur émet de manière cyclique un signal et quand la propagation ultrasonore est altérée ou modifiée, c'est qu'il y a un problème au niveau des structures. « Nous utilisons des ondes de Lamb relativement plus basse fréquence qui présentent l'intérêt de se propager sur des distances importantes avec peu d'atténuation », explique Alain Déom, ingénieur à l'Onera, chef de l'unité mécanique expérimentale et contrôle santé. On utilise ainsi un moyen optique, tel que la « shearographie » (holographie interférométrique) pour visualiser les ultrasons comme sur une carte. Toute la question est de savoir où et comment implanter les capteurs

pour faire remonter une information la plus pertinente possible. Autant dans le cas de structures planes non raidies, la propagation ultrasonore générée par des capteurs piézo-électriques est simple, autant dans les structures à géométrie complexe, la propagation devient difficilement modélisable. Pour pallier cet écueil, l'Onera a donc adapté un moyen optique qui visualise la propagation dans la structure et optimise ainsi la position des capteurs. Faut-il les insérer au sein du matériau ou les coller ? Il n'y a pas de réponse unique à cette question. Les études d'Airbus sur le Glare - ces panneaux de fuselage mélangeant aluminium et fibres de verre qui équipent l'A380 - ont ainsi permis de déterminer que les capteurs de suivi comparatif à pression différentiel (CVM) étaient très efficaces pour détecter les délaminages lorsqu'ils étaient collés au panneau. Mais, intégrés dans les joints à recouvrement des points de rivetage, le CVM permet aussi de surveiller l'évolution des microfissures sur ces endroits critiques.

A prévoir dès la conception de l'avion

« Le grand chantier est de convaincre les bureaux d'études d'intégrer le SHM dès la phase de conception », estime Didier Simonet. Pour lui, ce serait l'occasion de concevoir les aérostructures différemment, en s'ouvrant notamment la possibilité de mettre les capteurs en réseau Wi-Fi. Afin de les rendre presque intelligents. « Là on est encore dans la prospective. Il faudra commencer par tester ce type de capteurs sur des petits démonstrateurs, dans des endroits très localisés, par exemple des zones cachées qui demandent des démontages importants », estime Alain Déom.

Il est peu probable que l'on trouve ces technologies dans un avion en développement, comme l'A350XWB, qui entrera en service en 2013. Par contre, le remplaçant de l'A320, prévu pour le milieu de la prochaine décennie, pourrait bien être un précurseur dans ce domaine. Quant au fuselage vraiment intel-ligent, qui s'auto-diagnostiquerait puis se réparerait grâce à des microrobots ou des actionneurs, ce n'est évidemment pas pour demain. Mais des travaux sont actuellement en cours.

Guillaume Lecompte-Boinet