Café des Sciences, 23 juin, Laurent Champaney

Café des Sciences du 23 juin 2010
Intervenant : Laurent Champaney, Ph.D.
Titre : Thématiques de recherche émergentes dans le domaine de la Mécanique des Matériaux et des Structures liées à la construction d’avions composites de grande taille
Thématique : Construction aéronautique, nouveaux matériaux et nouveaux procédés

Ce sixième Café des Sciences a été animé par Laurent Champaney, Professeur des Universités, Directeur du Département de Génie Mécanique à l’Ecole Normale Supérieure (ENS) de Cachan et Professeur Invité à l’Université de Californie à Los Angeles. Laurent Champaney est diplômé de l’Ecole Normale Supérieure de Cachan, Agrégé et Docteur en Mécanique.

Cette présentation a porté sur les nouvelles thématiques de recherche en Mécanique des Matériaux et des Structures appliquées à la construction d’avions composites de grande taille. Laurent Champaney a tout d’abord donné des exemples récents d’avions de grande taille, comprenant des éléments de structure en matériaux composites, tels que l’A380. Les pièces de structure (corps, ailes, empennage, etc.) de ce type d’avion sont fabriquées sur des sites différents en Allemagne, au Royaume-Uni, en France et en Espagne puis sont acheminées à Toulouse où elles seront assemblées. L’assemblage final est une étape délicate, réalisée à la main par des ouvriers extrêmement qualifiés. De nombreux paramètres peuvent cependant fausser les pièces et causer des retards dans l’assemblage final : erreurs et imprécisions lors de la fabrique ou l’usinage des pièces, déformations dues aux variations de température entre les sites de fabrication et d’assemblage, influence du transport des pièces etc. L’étude de l’influence des corrections apportées lors de l’assemblage sur les performances de l’appareil constitue par conséquent l’une des thématiques de recherche émergentes dans le domaine de la Mécanique des Structures.

Laurent Champaney a ensuite présenté les méthodes actuelles permettant d’étudier le comportement des matériaux. Les pièces d’un avion étant soumises à des contraintes mécaniques importantes (à la jonction de l’aile et du corps de l’appareil, en particulier), il est crucial de connaître le comportement des matériaux afin de pouvoir prévoir l’usure des pièces dans des conditions normales d’utilisation et leur résistance à l’endommagement en cas d’incident (par exemple : perte d’éléments de fixation, collision en vol avec des oiseaux). Des tests mécaniques peuvent être réalisés afin de relier la déformation d’un matériau aux contraintes auxquelles il est soumis. Des extensomètres ou des jauges permettent de mesurer la déformation du matériau lorsque celui-ci est homogène (les propriétés du matériau sont les mêmes en tout point et l’échantillon se déforme donc de façon uniforme dans une section). Ces méthodes ne sont pas applicables pour les matériaux composites qui sont par nature inhomogènes. Une solution consiste à mesurer les déformations par corrélation d’images : un motif est peint sur le matériau à tester et permet de mettre en évidence les déformations subies. Un programme informatique compare les images avant et après déformation, calcule le déplacement de chaque point du motif et en déduit la déformation subie en tout point de la surface du matériau. L’optimisation de cette technique et le développement de méthodes permettant l’observation de déformations dans la profondeur du matériau sont actuellement des sujets de recherche importants dans ce domaine.

Ces évolutions permettent de mieux en mieux connaître le comportement des matériaux. Cette connaissance approfondie permet en particulier de créer des simulations numériques de plus en plus précises et l’un des objectifs de l’industrie aéronautique est, à terme, d’augmenter la part de simulation numérique dans le processus de conception et de test d’appareils de grande taille. Le projet Européen Maaximus (More Affordable Aircraft through eXtended, Integrated and Mature nUmerical Sizing) financé en 2008 par le 7e programme cadre européen pour 5 ans réunit 57 partenaires, dont l’ENS Cachan, autour de cet objectif. Les objectifs à long terme sont de réduire les coûts d’augmenter les cadences de production d’appareils de grande taille.

Les discussions qui ont suivi cette présentation ont été l’occasion de parler des différences et des points communs entre les procédés de travail américain et européen, les impacts économiques ou encore les conséquences de l’utilisation de matériaux composites sur la maintenance des appareils.

Dernière modification : 17/08/2010

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