Des ailes aux moteurs, comment les matériaux composites vont aider l’aviation à se verdir

A l’occasion de la première journée du salon virtuel JEC Connect, qui se tient les 1er et 2 juin, une conférence a réuni plusieurs spécialistes du secteur aéronautique autour de sujet de l’allégement des appareils. Un point clé pour permettre à l’aviation d’atteindre ses objectifs de réduction de CO2.

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Des ailes aux moteurs, comment les matériaux composites vont aider l’aviation à se verdir
En allégeant les appareils, les composites participent à réduire la consommation globale de carburant et à la diminution des émissions de CO2 de l'aviation.

Des petits avions futuristes au tout dernier moteur de GE Aviation, les composites continuent de gagner du terrain dans l'aéronautique. À l’occasion de la première journée du salon JEC Connect, qui se tient en ligne les 1er et 2 juin, une conférence a réunis des constructeurs et des équipementiers. Ils ont présenté leur vision sur les différents matériaux qui composeront et allégeront l’avion de demain.

Un atout pour les parties portantes

Dans le domaine de l’avion électrique ou hybride, des petits constructeurs se lancent pour rendre possible une aviation de proximité décarbonée. C’est le cas de la start-up VoltAero qui prévoit d’industrialiser à partir de 2023 un petit avion régional. Selon Jean Botti, directeur général de la société, le choix des matériaux va jouer un rôle clé dans la réussite de son projet. « Notre avion, le CASSIO 2, devra comporter de nombreuses économies de poids en jouant sur les matériaux utilisés, explique-t-il. Les motorisations électriques possèdent une masse importante, notamment au niveau des batteries. Il faudra donc trouver des solutions afin de compenser ce poids supplémentaire. »


Cassio, l'avion régional de VoltAero, possèdera de nombreuses surfaces portantes en composites.

VoltAero a ainsi opté pour des composites à matrice polymères chargés fibres de carbone pour de nombreuses surfaces portantes. « Les ailes, l’empennage et les canards [surfaces aérodynamiques placées à l’avant de l’appareil, ndlr] sont entièrement en composites. Pour la réduction de poids, mais aussi parce que cela nous permet de concevoir des éléments à la portance et à l’aérodynamisme optimisés. Le fuselage quant à lui a été conçu en aluminium. ».

Les composites ont également été choisis pour leur très bonne compatibilité électromagnétique ainsi qu’une résistance accrue à la foudre selon Jean Botti. Ils devraient également être utilisés pour l’intérieur du cockpit. Pour ces pièces, aux exigences plus réduites, VoltAero privilégie des matériaux chargés fibres de verre, moins coûteux, ou encore chargés fibres de bois, jugés plus esthétiques.

Des éléments de turboréacteurs poids plume

Du côté du motoriste GE Aviation, les composites vont jouer un rôle essentiel dans la performance de ses moteurs. Depuis quelques années ses turboréacteurs GE90 possèdent des aubes en résine époxy chargée de fibres de carbone. Ces pièces offrent deux fois plus de résistance mécanique par rapport à des pièces en titane, pour un tiers de leur poids. Cette tendance se poursuit notamment avec le dernier moteur de l’entreprise, le GE9X, qui a été certifié en septembre 2020.


De nombreuses parties du moteur GE9X sont réalisées en composites pour l'alléger sans perdre en performance

« Pour accroître la propulsion de nos moteurs en consommant moins de carburant, nous devons augmenter la quantité d’air qui y circule », explique Scott Finn, expert des composites chez GE Aviation. « Pour cela, nous devons accroître la taille des aubes. Dans les moteurs de conceptions récentes, les aubes représentent une partie importante du poids total du moteur. » L’utilisation des composites pour ces pièces est donc désormais un prérequis pour atteindre de meilleures performances, sans pour autant alourdir l’avion. « Les performances des turbines en composites sont excellentes, et cela nous permet de concevoir des aubes aux formes complexes, plus aérodynamiques », pointe Scott Finn.

De nombreuses autres applications ont été identifiés par GE pour gagner quelques kilos, allant du coffrage des turbines à certaines pièces soumises à de fortes températures. Pour ces applications, ce sont des composites à matrice céramique (CMC pour Ceramic Matrix Composites) qui sont utilisés. Ces pièces sont constituées de filaments de céramique, intégrés dans une matrice également en céramique. Elles permettent d’accroitre de 260°C la tenue en température des composants par rapport aux pièces en métal haute température, pour un tiers de leur densité.

Si les composites montrent de nombreux atouts, un certain nombre de verrous technologiques restent toutefois à lever pour leur permettre de répondre pleinement aux enjeux industriels. Des procédés de fabrication plus robustes et automatisés sont en effet jugés nécessaires pour permettre un déploiement à plus grande échelle, ainsi que de meilleurs outils de simulation pour prédire la qualité finale des pièces.

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