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Chez Airbus, la nature reste une source d’inspiration

Hassan Meddah

Publié le

Entretien Aérodynamisme, économies d’énergie, nouveaux matériaux... Les concepteurs d’avions et autres aéronefs continuent d’apprendre beaucoup des performances de la nature. Après les oiseaux, les mondes marin et végétal seront les principaux gisements d’inspiration. Entretien avec Denis Darracq, chef de la Recherche et Technologie Physique du Vol chez Airbus.

Chez Airbus, la nature reste une source d’inspiration © DR

Usine Nouvelle: La nature reste-t-elle toujours une source d’inspiration pour les avionneurs?

Denis Darracq: Certainement, mais en ce qui concerne les formes externes de l’avion, par exemple la voilure, je pense que nous avons acquis l’essentiel des enseignements de la nature. Les lois de l’aérodynamique, nos outils d’optimisation de forme combinés à la puissance de la simulation numérique nous permettent d’avancer vers plus de performance encore.

Cependant la nature reste une source d’inspiration d’Airbus pour réduire encore la consommation de carburant. Deux axes aux échelles très différentes restent très prometteurs:

Tout d’abord un axe macroscopique, qui considère les formes de l’avion dans son ensemble et surtout l’adaptation des formes de cet avion, une géométrie variable en quelque sorte, c’est-à-dire des surfaces qui se déforment de façon active pour offrir les meilleures performances aérodynamiques et de contrôle de charge pour chacune des conditions de vols rencontrées: décollage, montée, croisière, approche, atterrissage, manœuvre, rencontre de turbulence, etc. C’est ce que réalisent à merveille, oiseaux, poissons et mammifères marins.  C’est ce que nous appelons le « morphing », a lui seul ce mot trahit bien le lien avec le monde animal. L’idée est de passer d’un monde « rigide » à des technologies de flexibilité et d’adaptation.

L’autre axe plus microscopique, concerne les nouvelles surfaces et des nouveaux matériaux qui possèdent par exemple des propriétés autonettoyantes (comme les feuilles de lotus), des propriétés de cicatrisation (autoréparation de fissures), des propriétés de très faible adhérence (contre le givrage des voilures) ou de faible frottement aérodynamique. Par exemple on a beaucoup étudié, les « riblets » qui s’inspirent directement de la peau des requins.  Je suis persuadé que ces nouveaux matériaux offrent des perspectives révolutionnaires, même si les challenges techniques d’industrialisation restent nombreux.

Quels sont les principaux exemples de biomimétisme aéronautique ?

Au fil de l’évolution les oiseaux ont développé un mécanisme de contrôle actif local de l’écoulement d’air sur l’aile. Ce même principe est appliqué sur la voilure des avions Airbus à travers l’extension de spoilers sur la voilure qui assure le  contrôle de la portance lors de la rencontre de rafales de vents. Le déploiement et la rétraction des systèmes d’hypersustentations (volets, becs) en basse vitesse permettent de contrôler simultanément le freinage (traînée aérodynamique) et l’élévation (portance).
Plus spectaculaire encore, chez certains oiseaux de mer, ce dispositif est couplé à une fonction de  détection des rafales par le bec de l’animal. De la même façon, des senseurs localisés sur la pointe avant de  l’A350 XWB permettent d’anticiper l’activation des surfaces de contrôle pour une meilleure efficacité.

Les ailettes quasi verticales (ou winglets) en extrémité de voilure améliorent l’efficacité du vol pour une envergure donnée sont directement inspirées de la forme des ailes de l’aigle des steppes. Ce principe permet d’accommoder l’A380 aux limites aéroportuaires tout en garantissant d’excellentes performances aérodynamiques. De la même manière l’A320 sera prochainement équipé de grandes ailettes (« sharklets ») qui augmenteront encore son efficacité aérodynamique ce qui conduira à une réduction de la consommation et des émissions.

Quels sont les travaux en court chez Airbus inspirés du biomimétisme ?

Sur ces sujets nous travaillons essentiellement en partenariat avec le monde de la Recherche. Nous développons, testons et validons de nouvelles technologies de morphing inspirées des oiseaux. Dans le domaine des nouveaux matériaux, le monde animal marin peut beaucoup nous apprendre. La peau des requins n’est pas lisse mais au contraire composée de microscopiques structures en forme de rainures. Des études détaillées ont montré que ces structures réduisent le frottement de l’écoulement sur le requin améliorant ainsi son efficacité énergétique et sa vitesse. Des essais en vol ont confirmé que de telles surfaces réduisent effectivement le frottement aérodynamique, donc la consommation et les émissions de CO2 des avions. Environ 70% de la surface de l’avion pourrait en être recouvertes. La réduction de trainée et donc de consommation de carburant serait significative, avec un gain de pourcentage à un seul chiffre, ce qui reste une performance pour des produits extrêmement optimisés d’un point de vue aérodynamique comme nos avions. Il reste toutefois des défis à résoudre comme la fabrication et la maintenance (résistance à l’érosion) de panneaux de fuselage ainsi constitués. Plusieurs options techniques sont envisageables : des surfaces adhésives, des peintures spéciales ou encore un traitement particulier de la surface.

A-t-on des choses à apprendre du monde végétal?

Oui. Leurs propriétés intéressent beaucoup les avionneurs. La surface des feuilles de lotus possède par exemple la remarquable capacité de rester propre et sèche dans une atmosphère humide: l’eau de pluie n’adhère absolument pas à la surface et entraîne toute impureté. De telles surfaces « hyperhydrophobes » sont à l’étude pour des utilisations potentielles de protection de l’avion au givrage ainsi que pour réduire la maintenance  des cabines. Les perspectives d’application sont nombreuses. Nous exploitons également les algorithmes génétiques pour résoudre certain problèmes d’optimisation, mais des tels outils ne sont pas spécifiques au monde aéronautique.

Y-a-t-il des experts consacrés au « biomimétisme » chez Airbus ?

Pas forcément des experts 100% dédiés au biomimétisme, car il ne s’agit pas d’une discipline scientifique à part entière mais plutôt une approche. De toute façon, les innovations, les nouvelles technologies sont souvent le fruit de l’hybridation de diverses disciplines. Un chercheur, un ingénieur Airbus doit donc rester ouvert à toute source d’inspiration.

Les experts de la recherche des différents métiers de l’Engineering (physique du vol, structure, systèmes, Futur Projets, etc) assurent une veille technologique permanente et les solutions de la nature font bien entendu partie de l’éventail des possibilités. Au cours des 40 dernières années les innovations techniques ont permis de réduire de 70% la consommation de carburant des avions et leurs émissions, et de 75%, le bruit des appareils. Pour continuer de telles avancées, le biomimétisme est une approche intéressante pour Airbus car le monde vivant a développé des solutions extrêmement sophistiquées qui sont particulièrement optimales en termes d’efficacité et d’économie d’énergie.

La disparation de toute espèce vivante ferme -peut-être à jamais- de nouvelles opportunités de savoir qui permettraient de réduire l’empreinte de l’homme sur son environnement. C’est pourquoi la préservation de la biodiversité reste une préoccupation majeure d’Airbus dans sa quête d’un transport aérien durable.

Propos recueillis par Hassan Meddah

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1 commentaire

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16/09/2010 - 00h13 -

Les communiqués de presse sont assez instructifs sur un point précis : Il faut un minimum de 30 ans pour qu’un principe physique, physico chimique ou biologique puisse déboucher sur une application industrielle concrète. Allez voir sur http://books.google.fr/ et recherchez « Popular Mechanics 1960 » et vous trouverez des références claires a des techniques absolument en pointe sortant des laboratoires les plus avances du monde ! Le meilleur exemple est celui des piles à combustible. Le principe en a été découvert en 1839. En ce qui concerne le développement d’applications High Tech avec effet immédiat, je vous suggère les liens suivants : http://www.techbriefs.com/ et http://www.greendesignbriefs.com
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