Comment les nouveaux matériaux et les nouvelles idées façonneront l'industrie aéronautique de demain
Explorez l'avenir de la production aéronautique en découvrant des matériaux avancés tels que les composites à base de fibre de carbone et les superalliages à base de nickel, l'essor de la fabrication additive et l'importance du développement durable. Découvrez le rôle crucial de la formation continue et de la R&D pour stimuler l'innovation.Une série de nouveaux matériaux devrait changer le visage de la construction aéronautique dans les années à venir. Mais quelles seront les conséquences pour l'industrie de l'usinage et de l'outillage, et quelles sont les mesures à prendre dès à présent pour suivre le rythme du changement ?
Le secteur aéronautique mondial a fortement rebondi après l'inévitable ralentissement dû à la pandémie. La demande augmente d'environ 4 à 5 % par an et devrait continuer à progresser au cours des deux prochaines décennies. Pour répondre à cette demande – et s'aligner sur les objectifs de neutralité carbone d'ici 2050 – les fabricants et fournisseurs devront se tourner vers de nouveaux matériaux, développer des collaborations plus larges et adopter des méthodes de travail plus efficaces, explique Mark Walsh, responsable académique chez Seco Tools au Royaume-Uni.
« J'ai longtemps travaillé dans l'industrie aéronautique, et j'avais l'habitude de dire qu'il fallait toujours penser à ce que pourraient être les avancées technologiques dans les 30 ou 40 ans à venir. Cependant, vous ne pouvez jamais être vraiment sûr. Les matériaux offrent aujourd'hui de nombreuses opportunités, et nous voyons apparaître dans les moteurs d'avion des matières s que nous n'aurions jamais envisagées auparavant. »
Les composites avancés tels que les plastiques renforcés de fibres de carbone (CFRP) en sont un bon exemple. Les matériaux composites sont de plus en plus répandus dans l'aéronautique en raison de leur rapport résistance/poids élevé. Environ 50 % des structures des avions modernes, comme l'Airbus A350 et le Boeing 787 Dreamliner, sont fabriquées à partir de matériaux composites renforcés par des fibres (CFRP).
Je pense que les composites à base de fibres de carbone sont l'avenir, en particulier pour les vols supersoniques », déclare David Morr, responsable Responsable Global de la Formation en Ingénierie chez Seco. « La technologie est incroyable. Le seul inconvénient est l'aspect de la durabilité, car ils ne sont pas facilement recyclables et, une fois que les pièces ont été utilisées, elles ont tendance à être envoyées à la décharge. Mais nous investissons déjà dans le recyclage, et trouver des méthodes rentables pour y parvenir à grande échelle est une priorité », ajoute-t-il.
Cela met en évidence une problématique liée à de nombreux nouveaux matériaux composites utilisés dans l'industrie aéronautique. Si chacun présente des avantages, il y a souvent des défis à relever, que ce soit en termes d'approvisionnement, de coût, d'usinage ou afin de les recycler.
La réduction du poids étant une priorité pour l'industrie, les alliages d'aluminium, tels que les alliages 7178-T6 et 7079-T6, sont solides, légers, relativement bon marché et rapides à usiner. Cependant, avec un point de fusion plus bas que de nombreux autres métaux structurels, ils sont susceptibles ne pas convenir aux applications à haute température et la relative souplesse de l'aluminium signifie qu'il ne peut pas résister à une usure excessive.
Les aciers à haute résistance offrent une solidité et une résistance aux chocs exceptionnelles, mais peuvent être difficiles à usiner. Il en va de même pour les aciers inoxydables, qui sont moins utilisés dans les applications aéronautiques.
Les alliages de titane, tels que le Ti-6Al-4V, sont également essentiels pour leur rapport poids/résistance et leur résistance à la corrosion, mais les approvisionnements ont été sérieusement affectés par les problèmes géopolitiques actuels.
Le développement durable étant une priorité pour l'industrie, les superalliages à base de nickel, principalement utilisés dans les sections de turbine des moteurs d'avion, sont susceptibles d'améliorer les économies de carburant et les performances globales des moteurs, et sont essentiels dans l'évolution vers des carburants durables pour l'aviation.
La prolifération de nouveaux matériaux composites dans l'industrie aéronautique signifie que les approches de l'usinage et de l'outillage devront également évoluer. David Morr est convaincu que l'impression 3D et la fabrication additive auront un rôle de plus en plus important à jouer, d'autant plus que leur introduction s'est avérée plus aisée que ce que l'on pouvait craindre.
« J'ai travaillé avec le Centre australien de technologie des matériaux de défense (DMTC) dans le cadre d'une équipe collaborative chargée d'étudier les matériaux du futur. À l'époque, on parlait beaucoup de l'impression 3D, dont nous pensions qu'elle représenterait un défi. Mais en fin de compte, c'était plus facile à usiner, car il s'agissait de matériaux PM (Powder Metallurgy, métallurgie des poudres). La qualité de la matière de la pièce a éliminé toute variation au sein de la structure, ce qui a permis d'obtenir un processus d'usinage cohérent sans aucune variation », se souvient-il. Les concepts auxquels nous devons réfléchir sont la manière dont ces matériaux seront usinés, les caractéristiques qu'ils présenteront et le type de réflexion novatrice dont nous aurons besoin pour atteindre ces objectifs ».
Mark Walsh convient que la fabrication additive dans le secteur aéronautique continuera à se développer, même si, selon lui, le jour où nous la retrouverons pour les pièces sensibles dans ce cadre est encore loin. « À mon avis, nous en avons encore pour 10 à 15 ans», déclare-t-il.
Une autre évolution possible de l'industrie aéronautique proposée par Morr est un éventuel secteur de fabrication à deux niveaux.
Avec le potentiel de croissance de l'aviation dans le monde, le concept global de construction des avions pour l'avenir pourrait changer du tout au tout », explique-t-il. « Ainsi, l'accent pourrait être mis sur les avions supersoniques pour la première classe et les entreprises qui souhaitent voyager aussi vite que possible. Parallèlement, nous pourrions utiliser ce que nous avons déjà aujourd'hui, mais avec des moteurs plus économes en carburant, un plus grand nombre de composants recyclables et plus de pièces imprimées en 3D ».
Cependant, quelle que soit l'évolution de l'industrie, l'éducation et la formation continues seront essentielles pour doter la main-d'œuvre des compétences nécessaires pour naviguer dans l'avenir de cette fabrication aéronautique.
Nous devons augmenter la formation en général, ce qui aurait également un impact sur l'amélioration des compétences. Je pense qu’il devra y avoir un échange mutuel que nous enseignons tous les uns aux autres. Nous devons investir dans les universités et leur dire « hé, nous voyons dans ce domaine une technologie d'avenir, nous voulons nous impliquer dans votre R&D et nous vous soutiendrons dans la phase de R&D ». En retour, vous étudiez ce qui se passe dans les domaines de pointe », explique M. Morr.
Avec l'influence croissante de l'IA dans l'industrie, le rôle des opérateurs devrait également évoluer, selon M. Morr, qui envisage un avenir où les ingénieurs en mécanique ou en robotique deviendront les opérateurs de la prochaine génération. Selon lui, cela permettra de réduire les coûts globaux à long terme.
Selon Mark Walsh, le résultat financier, qui est encore le moteur d'une grande partie des activités aujourd'hui, deviendra progressivement l'une des trois considérations majeures de la fabrication aéronautique de demain.
« Il y a l'impact économique de ce que vous faites, l'impact environnemental et l'impact sociétal. Il s'agit d'une manière relativement nouvelle de penser en termes de fabrication, mais je pense qu'elle sera la pierre angulaire de la conception des processus et des matériaux. La prise en compte de la conception circulaire des nouveaux matériaux deviendra la norme, permettant la récupération, la réutilisation et le recyclage d'un maximum de matériaux afin de réduire les déchets dans nos processus ».
La demande est soutenue et l'industrie aéronautique envisage l'avenir avec optimisme. Des matériaux à la R&D en passant par l'investissement et la formation, les équipementiers et l'industrie de la fabrication aéronautique peuvent avancer avec confiance, sachant que même si les chaînes d'approvisionnement restent un défi, les éléments essentiels sont en place pour refléter cette confiance.
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