Vers une nouvelle filière de matériaux composites thermoplastiques pour l’aéronautique
Dans le cadre du projet HAICoPAS, mené par Hexcel et Arkema, associés à des PME, le laboratoire Procédés et ingénierie en mécanique et matériaux (CNRS/Arts et Métiers Paris Tech/Cnam) et le Laboratoire de thermique et énergie de Nantes (CNRS/Université de Nantes) participent au développement d’une nouvelle filière de composites thermoplastiques destinée à l’aéronautique, mais aussi aux secteurs du pétrole, du gaz et de l’automobile.
Alléger les avions, afin de réduire leur consommation en carburant, est un enjeu majeur pour les constructeurs aéronautiques. Les matériaux composites jouent un rôle essentiel dans ce processus d’allègement : l’Airbus A350 XWB, par exemple, est constitué à plus de 50 % de composites. Pour continuer à réduire le poids des avions, en réalisant notamment des pièces de structures (ailes, fuselage), les constructeurs ont besoin de matériaux performants, permettant des cadences de production élevées tout en réduisant les coûts. Le projet HAICoPAS (Highly automatized integrated composites for performing adaptable structures) a pour objectif de développer une nouvelle filière de production de composites, des matières premières jusqu’au contrôle de la qualité des pièces. Ce projet, d’une durée de quatre ans, réunit les industriels Hexcel (fibres de carbone) et Arkema (polymères haute performance), associés à des PME, et bénéficie des compétences du laboratoire Procédés et ingénierie en mécanique et matériaux, et du Laboratoire de thermique et énergie de Nantes. Les nouveaux composites devraient aussi trouver des applications dans l’automobile et dans l’industrie du pétrole et du gaz.
HAICoPAS3 mise sur des matériaux composites à base de polymères thermoplastiques. « Avec des composites thermoplastiques, contrairement aux matériaux thermodurcissables utilisés aujourd’hui dans l’aéronautique, il n’y a pas besoin d’autoclave à haute température et sous haute pression pour fabriquer des pièces. Les composites thermoplastique permettent donc des cadences de production plus élevées, et une réduction des coûts », indique Ilias Iliopoulos, directeur de recherche au laboratoire Procédés et ingénierie en mécanique et matériaux. « Pour autant, la thermique de ces procédés rapides de mise en forme est un point clé à comprendre et à maîtriser », ajoute Nicolas Boyard, chargé de recherche au Laboratoire de thermique et énergie de Nantes. Les thermoplastiques sont également plus facilement recyclables, ce qui devrait aussi contribuer à réduire les coûts de production.
Le développement de la nouvelle filière de matériaux composites comprend la production des matières premières, par Hexcel et Arkema, mais aussi, avec les autres partenaires industriels (Coriolis, Ingecal, PEI et l’Institut de soudure), la conception, la production de nappes et leur dépôt robotisé pour constituer les pièces, l’assemblage par soudage, et le contrôle qualité sur la ligne de production. Le consortium des deux laboratoires de recherche, porté par le CNRS, va mener des études permettant d’optimiser les matériaux, leurs procédés de transformation, et leur comportement à long terme dans les conditions de service. Trois thèses ont démarré ou sont en cours de lancement. Elles étudieront les phénomènes interfaciaux (interface fibres/résine, soudure entre pièces) et leur impact sur les propriétés des pièces composites, les transferts thermiques lors du procédé de dépôt des nappes, et le vieillissement des composites en milieux agressifs (fluides, carburants...). Au terme des quatre années du projet, HAICoPAS proposera aux industriels du secteur une filière complète de production des nouveaux composites.