J-F.Maire est directeur du département « Matériaux Composites » à l’Onera. Il a accepté au pied levé de présenter cette conférence sur un sujet vaste et essentiel en construction aéronautique. Il est directement impliqué, de par son rôle à l’Onera, dans les niveaux de TRL 4,5,6 et par ses diverses fonctions, a connaissance de la gamme complète des TRLs.
Il tient à faire passer trois messages :
- Il y a beaucoup de compétences en France mais risque de péril !
- La diversité est extrême parmi les « matériaux composites »
- Les acteurs sont principalement des PMEs, structures fragiles !
Il commence son exposé par trois exemples de réalisations où l’Onera est partie prenante et leader sur le plan mondial, puis plaisante sur l’adjectif « nouveau » fréquemment associé à ces matériaux qui, certes ne cessent d’évoluer mais « volent » depuis plus de 40 ans.
Dans un but qui n’est pas limité à réduire les masses, ces matériaux sont utilisés « au juste besoin », « pour des propriétés spécifiques », « pour des usages multifonctionnels », et pour leur résistance à la fatigue. Leurs avantages et limites sont ensuite détaillés, en rappelant que sur des avions comme le 787 ou l’A350 ils constituent déjà la moitié de la masse structurale et que cette proportion n’évoluera plus beaucoup, voire diminuera.
Les matrices sont présentées (thermodurcissables, thermoplastiques, thermostables, autres comme métalliques et céramiques…) ainsi que les fibres (principalement le carbone en aéronautique) et les procédés (multiples ! longue liste…).
Le domaine est porté dans l’industrie par très peu de spécialistes dans chaque société, même chez les plus grands (Airbus, Safran). C’est un « vrai métier » et nombre de PMEs et d’ETIs voudraient franchir le pas mais ce n’est pas facile.
Parmi les voies de recherche, il cite les plis ultra-fins et les tissés 3D (objectifs de performance) ainsi que la consolidation continue de rubans thermoplastiques et l’estampage thermoplastique (objectif de cadence de fabrication).
Le sujet connexe des « structures hybrides » (Glare, Titane-carbone-epoxy, etc.) est brièvement cité comme relevant plutôt de la « co-fabrication ».
A propos de la structuration de la filière, il indique que le premier objectif de la recherche est de travailler sur la réduction des coûts. Parlant de l’industrie du composite, il compare les tonnages produits pour l’éolien et pour l’aéronautique (des ordres de grandeur d’écart !) ainsi que leurs coûts (50€/kg pour la fibre aéronautique nue, 10€/kg pour le produit fini éolien !). Il indique en passant que c’est un site français qui a été choisi par le premier fournisseur mondial de fibres (japonais) pour une de ses usines (usine de Toray).
Il explique en quoi peut se distinguer le savoir-faire dans son domaine : « penser composite, et pas ‘black metal’ » , penser simultanément aux performances que peut apporter le matériau et à ses défauts. Les marges et recalages de dimensionnement parfois énormes qui sont pris dans la conception sont souvent des « knockdown factors »… Enfin, il compare la fabrication composite et la fabrication métallique, la première étant additive, la seconde soustractive, ceci conduisant à une manière bien différente de concevoir les pièces. Dans ce cadre, les progrès dans la simulation des procédés sont très importants.
Quels sont les verrous actuels pour la technologie des composites ?
Il en énumère sept : optimiser les procédés, concevoir sous contrainte-procédé, la caractérisation, le contrôle santé, la tolérance aux défauts, la durabilité, la certificabilité.
L’avenir en France ? Il y a d’excellentes équipes (Cachan, Nantes, Onera, Safran…), un tissu de PMEs, mais J-F.Maire déplore le peu de cohérence de leurs travaux de recherche, l’inefficacité des IRT mais espère que les Instituts Carnot joueront un rôle de mise en réseau (Filière Carnot IMP). Il voit les Allemands et les Coréens monter en puissance et considère que la France est un peu en perte de vitesse, à l’exception notable de Safran.