Si les pièces en matériaux composites sont choisies pour leur légèreté et leurs contraintes mécaniques plus fortes, leurs procédés de fabrication aident à optimiser la chaîne de production. Mais leur usinage reste difficile à maîtriser.

L’avion tout en carbone, un vieux rêve ? Si les derniers-nés de Boeing et Airbus, respectivement le 787 et A350, sont fabriqués avec un peu plus de 50% de matériaux composites, aller au-delà de ce taux semble plus ardu. Ainsi, la présence de pièces en aluminium a très nettement reculé au profit du carbone. Ce qui ne fait pas l’affaire des usineurs. D’autant plus que les métaux durs ont pris le dessus. Car en complément des matériaux composites,  » les pièces qui sont restées sont devenues un peu plus techniques, plus complexes à usiner, dans le sens où nous avons le titane qui est monté en puissance, puisque l’alu a un inconvénient avec le carbone, il fait un très beau couple électrique « , relève Roland Texcier, délégué aux projets de R&T aérostructure au pôle Aerospace Valley. Si aujourd’hui des revêtements en carbone habillent les plumes de certains avions de ligne, leurs structures, comme les longerons et autres pièces maîtresses, restent usinées.

Usiner les matériaux composites ?
Dans un secteur où la construction est dominée par les composites, il sera difficile pour les entreprises d’usinage d’aller pointer leur pied à coulisse dans les technologies du carbone. Pour un usineur, il est compliqué de passer du métal au composite,  » cela reste un métier à part « , signale Roland Texcier, qui fut responsable de la R&D chez Latécoère, célèbre équipementier qui fabrique notamment des portes et éléments de fuselage. On peut faire du perçage, fraisage et autres, mais ce ne sont pas du tout les mêmes outils, les mêmes vitesses de coupe, notamment. D’un point de vue santé, il y a aussi d’autres problèmes que l’on ne retrouve pas dans l’usinage des métaux, comme la poussière de carbone. D’autant plus que les fabricants cherchent à produire de plus en plus de pièces qui sortent des moules ou de l’autoclave, quasiment finies, si ce n’est quelques perçages et une opération de détourage.
Destinés à alléger le poids des avions, les matériaux composites sont notamment employés pour la réalisation de tronçons de fuselage, des portes… Dans cette course à la diminution des consommations de kérosène, leur emploi progresse car il  » permet d’obtenir des réductions significatives de la masse des avions « , souligne Alain Zelverte, directeur du Cemcat, Centre d’études sur les matériaux composites avancés pour les transports, implanté sur la commune de Changé (Mayenne).  » Le carbone est très souvent choisi comme renfort compte tenu de ses performances mécaniques et de sa faible densité par rapport aux métaux « , rapporte M. Zelverte, qui a pu constater que son utilisation avait progressé fortement.  » Elle a été multipliée par dix au cours des dix dernières années « , relève-t-il.
Selon le Cemcat, des matrices organiques de type thermodurcissables polyépoxydes ou phénoliques sont souvent utilisées. Mais dans les environnements où la température excède 180°C, comme c’est le cas pour un turboréacteur, on préférera utiliser les résines Polybismaléimides (BMI).
 » En complément, pour certaines applications spécifiques, des thermoplastiques techniques sont sélectionnés (Peek, PPS, PEI) compte tenu de leur utilisation possible dans de larges plages de température « , ajoute le directeur du centre, qui travaille également sur de nouveaux matériaux permettant d’accroître les propriétés mécaniques, thermiques, électriques ainsi que l’aspect final des produits.

Réduire le lead-time
Si les composites permettent une réduction de poids importante, ils offrent également un autre atout dans la chaîne de production d’un avion. Car  » il est possible de mouler des pièces d’un seul tenant, ce qui conduit donc à réduire le nombre de pièces ainsi que la durée des opérations d’assemblage, signale Alain Zelverte. La réduction du lead-time est un objectif majeur dans l’aéronautique.  »
Si les procédés de fabrication sont choisis en fonction de la nature des pièces (autoclave, infusion, RTM, placement de fibre automatisé…), leur découpe, quand cela est nécessaire, est mise en oeuvre par ultrasons, jet d’eau ou laser,  » avec les précautions nécessaires pour éviter le délaminage ainsi que les dégradations thermiques « , précise notre spécialiste des matériaux composites. Quant au process d’assemblage de pièces composites entre elles ou avec des pièces métalliques, il  » doit être adapté à la nature des pièces pour prendre en compte l’hétérogénéité des parties, de leur comportement thermique (dilatations) « , indique le Cemcat. Les techniques courantes étant le vissage, rivetage et collage (adhésifs structuraux).