Les matériaux

Les composites

Les composites sont des matériaux, au même que les métaux ou les plastiques, par exemple. Il existe deux types de composites :

-         Les composites à grande diffusion (GD), qui sont en général appelés les plastiques armés ou les plastiques renforcés, qui sont constitués de fibres courtes, et qui ont un taux de renfort de 33%.

-         Les composites à haute précision (HP), qui ont un taux de renfort de 50%, qui sont composés de fibres longues, ce qui induit leur coût bien plus élevé, mais leur caractéristiques sont bien supérieures à celles des composites à grande diffusion. Ces composites sont utilisés dans l’aéronautique, nous porterons donc notre intérêt dessus.

Les matériaux composites coûtent chers, ce qui limite leur utilisation. Cependant ils en sont pas moins fiables, et c’est notamment le fort pourcentage en matériau composite qui assure la fiabilité du transport aérien, rendant l’avion le moyen de transport le plus sûr du monde.

Les matériaux composites sont faits de plusieurs constituants non miscibles, on dit donc qu’ils sont hétérogènes, c’est-à-dire que les propriétés sont différentes en 2 points différents du matériau. Les principaux constituants du matériau sont :

-         Le renfort : le renfort constitue l’armature, le squelette du matériau. Il assure la tenue « mécanique », c’est-à-dire la résistance aux sollicitations de traction et la rigidité. Le renfort est de nature filament, il est constitué de fibres, organiques ou inorganiques.

-         La matrice : la matrice lie les fibres renforts et répartie les efforts, c’est-à-dire la résistance aux sollicitations de compression ou aux sollicitations de flexion. La matrice assure également la protection chimique.

-         Une interface qui assure la compatibilité renfort-matrice, qui transmet les contraintes de l’un à l’autre sans déplacement relatif.

-         Des produits chimiques.

Pour les matériaux composites, on construit sa structure à la demande, en fonction :

-         De la nature, la texture et la forme du renfort nécessaire.

-         Le taux de renfort.

-         La nature de la résine et des charges additifs.

-         La qualité de l’interface renfort-matrice.

-         La géométrie de la pièce à réaliser

-         Le procédé de mise en œuvre.

On construit les renforts en fonction des efforts que le matériau va subir, on peut dont parler de spécificité.

Les différents avantages des matériaux composites :

-         Une grande résistance à la fatigue.

-         Un faible vieillissement sous l’action de la chaleur, de l’humidité, de la corrosion, sauf pour les composites alu-carbone.

-         Ils sont insensibles aux produits chimiques « mécaniques » comme les huiles, les liquides hydrauliques, les peintures, les solvants, le pétrole.

Il existe plusieurs matériaux composites, dont voici des exemples : le bois, qui se révèle être un composite naturel, le béton etc…

Les différents constituants de base des matériaux composites.

L’aluminium

L’aluminium est l’autre matériau en plein essor utilisé dans l’aéronautique, tout comme les composites. Cependant ses caractéristiques très bénéfiques pour le domaine du transport aérien contrastent avec le coût de production, qui lui aussi baisse au fur et à mesure du temps.

L’aluminium est extrait par électrolyse de la bauxite, dont le principal constituant est l’alumine (Al2O3). La bauxite est traitée avec une solution de soude, de l’hydroxyde de sodium, qui donne un précipité de formule Al(OH)3 qui donne de l’alumine après chauffage. Pour produire une tonne d’aluminium, on a besoin de 4 à 5 tonnes de bauxite.

   Ses caractéristiques sont variées mais intéressantes : l’aluminium est un métal mou, léger mais résistant grâce à une mince couche d’oxydation qui se forme rapidement lorsqu’on l’expose à l’air et qui empêche la corrosion de continuer. Il est donc utilisé malgré son oxydation en surface. Il est bon conducteur. Sa densité est très faible comparée aux autres métaux, et l’aluminium est malléable et ductile, tout en possédant une excellente résistance à la corrosion et une grande longévité. Il est également non magnétique.

   Le recyclage est par contre très utilisé car il est moins cher et n’affecte aucunement la qualité du métal, et de plus, l’aluminium est presque recyclable à l’infini.

   Toutes ses caractéristiques font de ce métal le plus utilisé derrière le fer, mais surtout une utilisation de plus en plus grande dans le domaine aérien. Il intervient en effet dans de plus en plus dans les composants des avions, par exemple le cockpit du l’A380, ou alors les panneaux du fuselage. Sa résistance et sa durée de vie sont telles que son utilisation croissante ne remet aucunement en cause la fiabilité du transport aérien. D’ailleurs, on remarque que la défaillance des matériaux n’est pas une base de cette remise en cause car il existe très peu d’incidents dus aux matériaux, et ce grâce à une vérification régulière des appareils volants et grâce à l’expansion de la recherche scientifique, qui ne cesse de s’améliorer.

Construction du fuselage d’un avion.

Les pneus de l’avion

Un pneu est un matériau composite, qui se compose de plusieurs matériaux semi-finis. Les fonctions principales du pneu, pour l’avion, sont guider, porter la charge, et rouler.

Schéma montrant les différents composants d’un pneu.

   Les matériaux semi-finis composant le pneu d’un appareil aéronautique sont :

-         Une feuille d’un caoutchouc synthétique très étanche à l’air, à l’intérieur du pneu, fonctionnant telle une chambre à air (1).

-         Une nappe-carcasse composée de minces câbles en fibres textiles. Ils influencent la structure du pneu et lui permettent de résister à la pression (2).

-         Un bourrage zone basse qui transmet les couples moteur et freineur de la jante vers l’aire de contact au sol (3).

-         Les tringles qui ont pour but de serrer le pneu sur la jante (4).

-         Les flancs qui protègent les pneus de certains chocs (5).

-         Les nappes-sommet armées de câbles en acier très résistants, résistantes à la plupart des sollicitations (6).

-         Les nappes de ceinture pour conserver un profil stable (7).

-         La bande de roulement, en contact avec la route.

   Le pneu avion est conçu pour supporter une charge énorme, variant selon les avions, tout en roulant à une vitesse considérable. Il subit d’importantes variations de température, passant de 100°C en fin d’atterrissage à – 45°C dans la soute. Il se doit d’être donc très performant. Il remplit des conditions très autant spécifiques qu’extrêmes :

-         Une vitesse de 360 Km/h avant le décollage avec une température avoisinant les 120°C.

-         Une température atteignant les – 50°C dans la soute.

-         Dès l’atterrissage, la vitesse est de 250 Km/h et l’arrêt se fait en 1500 mètres.

-         Il doit pouvoir porter 266 fois son poids, c’est-à-dire un poids maximal de 31 tonnes par pneu. Il se déforme alors de 32 à 35%, ayant une pression de 16 bars, ce qui est correct.

   L’état des pneus d’un avion est contrôlé avant chaque décollage, une défaillance est donc presque impossible à ce niveau. Tout comme les autres matériaux, le pneu ne remet pas en cause la fiabilité du transport aérien, mais au contraire il assure la sécurité de chaque passager.

   On a donc prouvé que les principaux matériaux qui constituent un appareil volant, que ça soit un matériau composite, de l’aluminium ou encore un simple pneu d’avion, ne sont pas les causes des incidents aériens. On peut donc dire que ces facteurs assurent la fiabilité du transport aérien, faisant de l’aéronautique le moyen de transport le plus sûr au monde, malgré la crainte générale en hausse, en hausse ces derniers temps à cause des incidents récents.

   Cependant, malgré cette assurance et cette fiabilité, la recherche et la maintenance, toujours plus accrue avec l’avancée de la technologie, ne sont pas négligées, bien au contraire. En effet, de nombreuses recherches sont effectuées, pour rendre les matériaux composites encore moins chers, et introduire de nouveaux alliages d’aluminium par exemple, et de plus, les avions subissent des contrôles pointus et réguliers qui ne laissent pas passer un matériau défectueux.

L’Airbus A380 et ses 22 pneus au décollage lors de son premier vol.