Vite et loin en toute sécurité
La revue spécialisée consacrée au nickel et à ses applications
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BON NOMBRE DES GRANDS AÉROPORTS du monde réalisent d’importants travaux de réaménagement dans le but
d’accueillir le nouveau Airbus A380.
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EN 2005, LE BAPTÊME DE L’AIR du A380 a couronné de succès des années de travaux d’ingénierie qui
reposaient largement sur l’emploi d’alliages de nickel.
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LE MOTEUR GP7200, mis au point par la société Engine Alliance, produit moins d’émissions de
carburant consommé et beaucoup moins de bruit que celui de tout autre aéronef. Ces améliorations assureront
la conformité du porteur à des normes d’une rigueur accrue, dans les aéroports européens.
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LES ALLIAGES DE NICKEL permettent aux ingénieurs de réduire le poids des moteurs, même si ces derniers
développent une poussée supérieure et génèrent des températures de fonctionnement plus élevées.
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LES ALLIAGES DE NICKEL D’AVANT-GARDE permettent aux disques, à l’intérieur du GP7200, de fonctionner
pendant de longues périodes, à des températures de 38 °C supérieures à celles auxquelles étaient exposés les
alliages de la génération précédente.
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Le transport aérien devient moins polluant, moins bruyant et moins gourmand
Par Carroll McCormick
Revue Nickel, mai 2006 -- Chaque année, le nickel permet à environ deux milliards de personnes et à 34 millions de tonnes de fret de s’envoler.
En raison de sa faible densité, l’aluminium est généralement associé aux aéronefs. Toutefois, la grande dépendance de l’industrie du transport aérien réside plutôt dans les propriétés uniques des alliages de nickel, comme la résistance à la chaleur et à la corrosion dans certains cas, ainsi que les coefficients presque nulles de dilatation et de contraction d’autres alliages, qui peuvent ainsi résister à des changements brusques de températures représentant des écarts de centaines de degrés. Cette situation s’explique par le fait que les aéronefs sont de plus en plus volumineux et que les ingénieurs en aérospatiale cherchent à réduire le poids du fuselage des aéronefs, ainsi que le bruit et les émissions du moteur.
À titre d’exemple de la contribution essentielle du nickel à l’aviation moderne, on peut examiner le porteur A380 de la société Airbus, le plus gros avion de passagers construit jusqu’à ce jour. Le 27 avril 2005, le géant est entré dans l’histoire en s’envolant de Toulouse (France) pour entreprendre un premier vol de quatre heures, son baptême de l’air. L’aéronef est fabriqué par la société française Airbus S.A.S., qui appartient conjointement à la European Aeronautic Defense & Space Company (EADS) et à la BAE Systems, dans des proportions de 80 % et 20 % respectivement.
Dans sa configuration standard pour passagers, le porteur A380 aura une capacité de 555 places, pèsera 560 tonnes au décollage et pourra parcourir 15 000 kilomètres (km) à 85 % de la vitesse du son (Mach 0,85). Pourtant, malgré ces paramètres records, la consommation de carburant du A380 sera de 12 % inférieure par place à celle de tout autre avion de passagers, soit moins de trois litres (L) par 100 passager-kilomètres parcourus.
De nos jours, les prix exorbitants du carburant constituent la plus grande menace de l’aviation commerciale et du transport international en général. En 2005, la consommation de carburéacteur se chiffrait à 2,08 billions de litres à l’échelle mondiale, ce qui a engendré des coûts de 120 milliards d’euros, soit plus du double des coûts enregistrés pour 2003.
Mise à part l’amélioration des caractéristiques aérodynamiques du fuselage, il existe deux façons de réduire la consommation de carburant qui consistent soit à créer des aéronefs plus légers, soit à construire des moteurs ayant un meilleur rendement. Étant donné qu’un aéronef requiert environ trois kilogrammes (kg) de carburant par heure pour transporter 100 kg, la réduction du poids est devenue un facteur clé.
Afin de réduire au maximum le poids du A380, les concepteurs ont eu recours à des matériaux composites légers, à base de fibres de carbone appliquées en plusieurs couches et imprégnée de résine (soit le même matériau qui sert à la fabrication d’équipements sportifs légers). Environ 23 % du poids total du fuselage du A380 est constitué de pièces de composite, y compris le tronçon central de voilure (c’est-à-dire la section du fuselage ayant plus ou moins la forme d’un caisson entre les deux emplantures d’ailes), la cloison étanche arrière, les nervures de volet et de queue, les bords de fuite, ainsi que les trappes de train d’atterrissage. Les pièces de composite ont permis de réduire le poids de 25 % de plus que ce que la société Airbus s’était fixé à titre d’objectif.
Le matériau composite est fabriqué par couches de fibres (le renfort), appliquées sur une matrice, qui elle est faite d’un alliage de nickel usiné de façon à reproduire la forme précise de la pièce voulue. Ensuite, l’ensemble matrice et renfort, imprégné de résine (telle que la résine époxyde) est transporté sur roues dans un four, afin d’être durci pour former la pièce à des températures pouvant varier de 375 °C à 425 °C.
L’alliage en question, appelé InvarMD, a une teneur en nickel de 36 % et possède une propriété particulière qui est essentielle à la création de pièces de composite, soit un coefficient presque nul de dilatation thermique. Ainsi, ce matériau ne se dilate pas sous l’effet de la chaleur et ne se contracte pas lors de son refroidissement. En raison de cette grande stabilité, les pièces de composite peuvent être fabriquées pour répondre à des normes de tolérance mesurées en fractions de millimètre.
Un poids inférieur se traduit par une consommation réduite de carburant, ce qui signifie qu’un aéronef peut transporter davantage de fret et un plus grand nombre de passagers. L’espace aérien est vaste, mais la capacité de nombreux aéroports est restreinte au point où les pistes ne peuvent accueillir aucun aéronef supplémentaire. L’accès est souvent limité et les restrictions de créneaux qui sont en vigueur dans certains aéroports empêchent les compagnies aériennes d’ajouter des vols à leurs horaires. Afin de remédier à ce problème des plus épineux, l’une des solutions consiste à accroître le nombre de passagers pouvant prendre place dans un moins grand nombre d’aéronefs.
« La capacité des pistes est ce qui détermine en fin de compte celle d’un aéroport, » affirme M. Robert Hornblower, directeur adjoint du développement aéroportuaire (assistant director of airport development) pour l’Association du transport aérien international (IATA). « On s’attend à ce que le A380 permette d’accroître le nombre de passagers pouvant s’envoler à partir d’un aéroport dont les pistes sont saturées. »
Dès février 2006, la société Airbus avait reçu 159 commandes de porteurs A380, y compris pour la version passagers et celle qui est destinée au fret. L’entreprise de transport aérien Emirates, dont le siège social est situé au Dubay, a commandé 45 de ces aéronefs géants, qui seront principalement utilisés sur les grandes lignes à partir de l’état de Dubay, en direction de la ville de New York et des villes d’Europe et d’Australie.
« Étant donné que le A380 possède une grande capacité en passagers, nous l’utiliserons pour des destinations où les créneaux sont restreints, » déclare un représentant de la société Emirates. « Actuellement, la société Emirates dessert un grand nombre de villes où nous pourrions offrir des services quotidiens plus nombreux, mais le fait d’utiliser un A380 sur un parcours achalandé accroît déjà sensiblement la capacité de transport aérien. »
La compagnie Singapore Airlines sera la première à utiliser le A380; son vol inaugural est prévu pour la fin de l’année 2006. Parmi les clients européens, se trouvent notamment Air France, Lufthansa et Virgin Atlantic Airways. Au total, leurs commandes représentent 31 gros porteurs A380. Plus de 60 aéroports, un peu partout dans le monde, ont déjà réalisé des travaux de réaménagement dans le but d’accueillir le nouvel aéronef et dans quelques années, le géant sera devenu chose commune pour les voyageurs internationaux.
L’évolution se poursuit
Les alliages de nickel ont contribué à améliorer la performance des moteurs d’avions depuis les années 1930, époque à laquelle on a mis au point des alliages capables de résister aux températures et aux pressions extrêmes des nouveaux moteurs.
L’évolution se poursuit aujourd’hui, grâce aux nouveaux moteurs qui ont été conçus pour le A380. Le moteur GP7200 par exemple, mis au point par la société Engine Alliance, produira moins d’émissions de carburant consommé et beaucoup moins de bruit que celui de tout autre aéronef. Ces améliorations assureront la conformité du porteur à des normes d’une rigueur accrue, en matière de bruit, dans les aéroports européens.
Les alliages de nickel permettent de réduire le poids des moteurs, même si ces derniers développent une poussée supérieure et génèrent des températures de fonctionnement plus élevées. La société Engine Alliance utilise des alliages d’avant-garde à teneur en nickel tels que le Rene 104MD. « Cet alliage d’avant-garde permet aux disques de fonctionner pendant de longues périodes, à des températures de 38 °C supérieures à celles auxquelles étaient exposés les alliages de la génération précédente, » affirme M. Ken Bain, chef de l’équipe d’ingénierie chargée de l’application des matériaux (leader, materials application engineering team) pour le moteur GP7200 de la société filiale GE Aviation. « Cette amélioration en ce qui concerne la résistance à des températures pouvant dépasser 704 °C, permet d’accroître considérablement le nombre de cycles moteurs efficaces et d’économiser plus de carburant. »
Carroll McCormick est un collaborateur indépendant établi à Montréal.
ILLUSTRATIONS :
Mary Anne Greczyn |
