Léger, fort et flexible, l’aluminium peut faire voler les individus. Il représente environ 80 % du poids à vide d’un appareil.[1] Les designers et ingénieurs veulent toujours et encore concevoir des aéronefs les plus légers possibles pour réduire la consommation d’essence et accroitre leur durabilité.
Avantages de l’aluminium
Les concepteurs d’avions sont constamment à la recherche de nouveaux matériaux qui offrent tous les avantages de l’aluminium, mais qui sont encore plus légers, notamment les plastiques renforcés de fibre de carbone. Malgré des propriétés avantageuses, les avions fabriqués à partir de matériaux composites coutent beaucoup plus cher à produire que les avions en aluminium.
Plusieurs accessoires de cabine, dont les structures des sièges, sont fabriqués en aluminium pour réduire le poids de l’aéronef. L’allègement a pour but d’augmenter la proportion de la charge utile des appareils, ce qui se traduit par une meilleure efficacité du transport et contribue, en finale, à diminuer les émissions de gaz à effet de serre. En choisissant l’aluminium, certaines compagnies aériennes choisissent de ne pas appliquer de peinture sur leurs avions ce qui leur permet de réduire le poids de manière considérable.
Principales applications de l’aluminium dans l’aéronautique
Flottes vieillissantes et besoin d’efficacité énergétique stimulent la croissance des sièges en aluminium.
Application |
Type d'aluminium |
| Sièges | Extrusions |
| Fuselage et cockpit | Plaques, feuilles, extrusions |
| Structure de moteur | Feuilles laminées, moulées |
| Refroidissement | Extrusions, feuilles |
| Train d’atterrissage | Pièces moulées, forgées |
| Bogey de nourriture | Extrusions, feuilles |
Source : Analyse strategy& (PwC), Fournisseurs de pièces d’aluminium, Aluminum Association, 2016
Alliages utilisés dans l’industrie aéronautique
Les alliages d’aluminium utilisés dans l’aviation sont les séries 2xxx, 3xxx, 5xxx, 6xxx et 7xxx.
- Les alliages 2xxx sont à haute résistance pouvant être exposés à des environnements à haute température ainsi que ceux nécessitant un haut coefficient de rendement.
- Les alliages 3xxx, 5xxx et 6xxx sont utilisés dans les systèmes hydrauliques, de lubrification, de carburant et surtout dans les composantes qui ne nécessitent pas une grande résistance mécanique.
- Les alliages 7xxx sont utilisés pour des environnements à température ambiante dans des composantes nécessitant une haute résistance mécanique et dans des composantes fournissant une haute résistance à la corrosion sous tension.
L’alliage le plus couramment utilisé est le 7075. Il se compose d’aluminium, de zinc, de magnésium et de cuivre pour maximiser la résistance. C’est un alliage, dont la résistance mécanique se compare à celle de l’acier, mais il ne pèse qu’un tiers du poids de l’acier. La présence du cuivre rend le soudage difficile. Néanmoins, cet alliage s’anodise.
Véhicules spatiaux
Entre 50 et 90 % des pièces formant les véhicules spatiaux sont fabriquées à base d’alliages d’aluminium. Les éléments en alliages d’aluminium comprennent le corps des véhicules de navettes spatiales, l’antenne télescopique, les réservoirs d’hydrogène, les pointes des fusées, les parties de lanceurs et des stations orbitales ainsi que les éléments de fixation pour panneaux solaires.
Rivetage
Plusieurs méthodes d’assemblage sont impliquées dans la fabrication d’un avion, dont le rivetage. Pas moins d’un million de rivets sont nécessaires pour assembler un Boeing 747-8. [2] Les rivets sont principalement utilisés pour joindre la peau de l’avion aux cloisons dans l’assemblage du fuselage et des ailes. [3]
Dans le but de réduire la résistance de l’air sur la surface de l’avion, des rivets à tête fraisée sont utilisés laissant ainsi une surface extérieure uniforme. C’est de l’intérieur de l’avion que les rivets sont martelés plastiquement afin de joindre l’assemblage. Le fait de remplacer les rivets bombés par les rivets lisses améliore l’écoulement de l’air sur les parois de l’avion ce qui permet d’augmenter la vitesse de l’avion. [4]
Corrosion
Les types de corrosion normalement retrouvés sur l’aluminium dans le secteur aéronautique sont les mêmes que ceux trouvés sur les autres véhicules. En considérant cependant la nature catastrophique d’éventuelles défaillances dues à la corrosion, le secteur aéronautique porte une grande attention pour en détecter la présence efficacement et à y remédier.
Les types de corrosion affectant un aéronef sont généralement la corrosion uniforme de surface, la corrosion intergranulaire, impliquant surtout les alliages de la série 7xxx, la corrosion sous tension, la corrosion caverneuse et la corrosion filiforme.
Les principales méthodes de prévention mises en place par l’industrie aéronautique comportent des programmes de lavages et d’inspections réguliers, réalisés par du personnel qualifié et formé à identifier les types de corrosion ainsi que les endroits où elle est susceptible de se former. [5]
Fatigue
La défaillance découlant de la fatigue d’une pièce en service survient généralement de façon soudaine et se produit lorsque la pièce en arrive progressivement à ne plus pouvoir supporter les efforts auxquels elle est soumise. Pour l’industrie aéronautique, ce type de bris peut entrainer des conséquences dramatiques. Des programmes d’inspection rigoureux sont en place pour en déceler les indices précurseurs. Le processus d’endommagement par la fatigue se fait selon trois étapes :
- Initiation d’une microfissure autour d’un concentrateur de contraintes. Ce concentrateur peut provenir de la géométrie même, ou d’un défaut situé dans le matériau ou à la surface de la pièce.
- Propagation cyclique de la fissure.
- Rupture. À ce point, la fissure a atteint une dimension critique et la matière saine restante n’est plus suffisante pour supporter la charge.
Les méthodes d’inspections non destructives sont inhérentes aux processus de fabrication de l’industrie aéronautique, ce qui élimine les défauts internes ou découlant de la chaine d’approvisionnement. Ceci dit, il reste alors à déceler les défauts qui peuvent apparaitre en service et représenter un risque. De tels défauts peuvent être causés par les effets de la corrosion ou par des déformations locales à la suite d’impacts. Les actions correctives vont de la réparation locale au remplacement préventif. [6]
Industrie aérospatiale québécoise
Le Québec est une plateforme mondialement reconnue dans le domaine de l’aérospatiale. Avec ses 43 400 emplois bien rémunérés dans quelque 239 entreprises et des ventes annuelles de 17,8 milliards de dollars, le secteur aérospatial constitue un véritable moteur de croissance et de création de richesse pour l’ensemble du Québec. [7] Le tableau suivant énumère de façon non exhaustive des entreprises du Québec, œuvrant dans le domaine de l’aéronautique et qui font usage de l’aluminium.
Sonaca Montréal
Développement, usinage, formage et assemblage de panneaux d’ailes en aluminium et autres pièces de structures
Norduyn
Fabrication d’équipements de service en vol tels que boites de transport tout usage en aluminium, charriots-bars, charriots-repas, couchettes pour enfants, civières pour le transport de malade. Réparation et révision de composants en aluminium.
Métaux aéronautiques Samuel
Fournisseur de produits en aluminium conformes aux normes commerciales et militaires.
Mitchell Aerospace
Fonderie au sable de pièces de turbine (magnésium, aluminium)
Institut des matériaux industriels du CNRC
L’institut concentre ses activités de R-D dans trois programmes : 1) fabrication compétitive des matériaux ; 2) nouvelle génération de dispositifs biomédicaux ; et 3) technologies de l’aluminium. Il aide aussi les entreprises canadiennes à faire face aux nouveaux enjeux économiques en leur procurant des avantages concurrentiels et l’effet de levier nécessaire pour saisir les occasions qui se présentent.
Centre de technologies de fabrication aérospatiale CNRC-CTFA
L’institut concentre ses activités de R-D dans plusieurs programmes, dont le formage des métaux, la finition et les traitements de surfaces.
Groupe Meloche
Usinage haute vitesse à partir de barres solides ou de pièces coulées en aluminium.
Références :
[1] The International Aluminium Institute. (2016). Aéronautique. En ligne. Repéré à http://transport.world-aluminium.org/fr/modes/avions/
[2] aeronewstv. (2015) lifestyle. En ligne. Repéré à http://www.aeronewstv.com/fr/lifestyle/a-votre-avis/2527-combien-y-a-t-il-de-rivets-sur-un-boeing-747-8.html
[3] L’avionnaire (2010-2017) Cellule des avions. En ligne. Repéré à https://www.lavionnaire.fr/CelluleFuseLeger.php
[4] DOCUMENTARY TUBE. HOW IT WORKS: Aircraft Flush Riveting. Vidéo. Repéré à https://www.youtube.com/watch?v=IDbTUt3OG9s
[5] Federal Aviation Administration. Corrosion Control for Aircraft. Document PDF. Repéré à https://www.faa.gov/documentLibrary/media/Advisory_Circular/AC_43-4a_.pdf
[6] ScienceDirect. Why aircraft fail. En ligne. Repéré à https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702102011380
[7] Ministère de l’Économie et de l’Innovation du Québec. (2021) Aérospatiale. Repéré à https://www.economie.gouv.qc.ca/objectifs/informer/par-secteur-dactivite/aerospatiale/