Le spécialiste allemand des composites INVENT collabore avec SUSTAINair pour une circularité accrue des avions

Le projet Horizon 2020 SUSTAINair, une collaboration de 11 organismes de recherche européens et partenaires industriels, a été récemment lancé en janvier 2021 pour rechercher et développer des solutions pour parvenir à une économie de l'aviation circulaire. Cela comprend l'augmentation de l'efficacité des ressources et des performances de l'avion tout en réduisant les coûts de déchets et de matériaux tout au long du cycle de vie de l'avion. Les partenaires du consortium notent que malgré le plongeon du secteur aérospatial dans l'incertitude, stimuler la transition verte de l'industrie aéronautique post-pandémique reste un objectif stratégique des gouvernements qui ouvrent la voie à la reprise.

Plus précisément, la recherche financée par l'UE vise à rendre l'ensemble de l'écosystème de la chaîne d'approvisionnement de l'aviation plus écologique conformément au plan d'action pour l'économie circulaire, en établissant de nouvelles normes pour la fabrication aérospatiale et en permettant une augmentation des synergies intersectorielles. Le projet SUSTAINair devrait fournir au secteur de l'aviation une piste vers une économie plus rentable et à faible émission de carbone tout en luttant contre l'augmentation de la consommation de ressources, des déchets et des émissions. Il a été approuvé par l'initiative de recherche Future Sky de l'Association des établissements européens de recherche en aéronautique (EREA).

Coordonné par Jürgen Roither, ingénieur de recherche au Centre pour le transport à faibles émissions de l'Institut autrichien de technologie AIT-LKR ( Seibersdorf), la plus grande organisation de recherche et de technologie d'Autriche, le projet s'étend sur une période de 3,5 ans avec un budget de 5 millions d'euros.

Roither souligne la fonction complémentaire de chaque partenaire de projet au sein d'une étape particulière de l'économie circulaire du cycle de vie de l'avion. « SUSTAINair s'occupe de toutes les phases de la chaîne de valeur des composants d'avion, de la conception circulaire à la fabrication, à la maintenance et à la réparation, en passant par l'assemblage et le recyclage, et il excellera grâce à la compétence et à l'expertise combinées de ses partenaires de projet », a-t-il déclaré.

Roither ajoute que les innovations matérielles dans le secteur de l'aviation hautement réglementé doivent être certifiées pour pouvoir voler. Pour cette raison, SUSTAINair sollicite les conseils de l'Agence de la sécurité aérienne de l'Union européenne (EASA, Cologne, Allemagne), qui sera dirigée par Willy Sigl, coordinateur de recherche principal de l'EASA.

« Les contributions de l'EASA permettront de réduire le délai de mise sur le marché de nouveaux produits et modèles commerciaux innovants et de permettre un niveau élevé de sûreté, de sécurité et de protection de l'environnement. L'AESA soutient donc des projets de recherche sélectionnés, tels que SUSTAINair, dans un rôle consultatif concernant les aspects de certification, de réglementation et d'évaluation de la sécurité », a déclaré Sigl.

Un spécialiste de la fibre composite rejoint le projet

Le spécialiste des fibres composites INVENT GmbH (Braunschweig, Allemagne) a également rejoint le projet SUSTAINair. Depuis 1996, INVENT GmbH développe et produit des composants structurels de haute précision en tant qu'entreprise certifiée EN 9100 et Nadcap, de l'idée initiale à la production en série. Ce savoir-faire technologique et les installations de fabrication seront utilisés et développés au sein du projet pour parvenir à des approches d'économie circulaire rentables pour les fibres composites.

De plus, la forte connexion d'INVENT avec le secteur aéronautique de haute technologie permet à l'entreprise de contribuer à une gamme d'activités à fort impact au sein du projet. Le développement d'ailes de forme variable (morphing), les technologies d'intégration pour la technologie des capteurs et les nouvelles techniques de réutilisation des déchets de production, n'en sont que quelques-uns. INVENT joue un rôle clé dans la coordination et la fabrication de composants pour la démonstration des technologies développées dans SUSTAINair. Les technologies de base d'assemblage, de conception d'interface et de fabrication de métaux seront transférées à des démonstrateurs communs plus complexes, qui comprendront l'intégration de capteurs pour la surveillance de la santé structurelle (SHM) et seront fabriqués, testés et évalués pour valider les réalisations des objectifs du projet.

« Le projet SUSTAINair choisit une approche très holistique du concept d'économie circulaire en l'adaptant au contexte aéronautique. Cela en fait un projet passionnant auquel participer et lui donne un potentiel d'impact réel et durable, non seulement pour l'environnement et l'industrie, mais aussi en ce qui concerne les politiques de normalisation », résume Marc Joulian, chef de projet SUSTAINair chez INVENT.

Atterrissage du ratio buy-to-fly

L'économie circulaire est une approche pour tirer le meilleur parti des ressources en les conservant le plus longtemps possible, augmentant ainsi leur valeur totale tout au long de leur cycle de vie. La demande aérospatiale de matériaux de haute qualité s'accompagne généralement de grandes quantités de déchets au cours du processus de fabrication. Cela s'applique à la fois aux alliages métalliques et aux composites.

Les nouvelles méthodes de valorisation et de recyclage développées au sein de SUSTAINair pour les matériaux aéronautiques métalliques et composites devraient contribuer à une réduction importante des déchets générés pendant les processus de fabrication et de fin de vie (EOL). Des solutions d'upcycling seront développées pour les matériaux thermodurcissables en fibre de carbone et de verre, ainsi que pour les composites thermoplastiques hautes performances.

Le coordinateur de SUSTAINair, Roither, ajoute que le projet vise à développer des composants de forme quasi nette (fabriqués au plus près de la taille et de la forme du produit fini) pour l'industrie aéronautique afin de réduire le ratio achat/vol proche de un, ce qui est impératif si plus de matériel est utilisé le long de la chaîne qu'il n'en est jeté. Ceci est obtenu en utilisant des alliages d'aluminium nano-eutectiques récemment inventés à l'AIT-LKR en combinaison avec des technologies avancées de moulage sous pression à haute pression. "Un tel traitement est connu dans l'industrie automobile comme" rapide et efficace ". La technique et les matériaux adaptés de SUSTAINair rendront la fabrication de composants aérospatiaux "rapide, efficace et propre", déclare Roither.

Nouvelles structures aérospatiales pour réduire le poids, CO₂ émissions

De nouveaux alliages métalliques et matériaux composites, tels que les polymères renforcés de fibres de carbone (CFRP), sont utilisés pour réduire la masse et augmenter l'efficacité aérodynamique, améliorant ainsi la consommation de carburant pendant les opérations de vol et réduisant ainsi les émissions. Des modifications mineures des matériaux ou de la structure de l'avion peuvent avoir des conséquences majeures sur la consommation de carburant.

Dans cet esprit, les partenaires du consortium SUSTAINair devraient développer non seulement de nouveaux matériaux pour une aile flexible, mais également des techniques pour l'intégration de capteurs dans le matériau utilisé dans ces composants d'avion. Par exemple, la surveillance des données en temps réel permet aux opérateurs d'ajuster la trajectoire de vol d'un avion entraînant une consommation de carburant inférieure, tout en augmentant la sécurité et la fiabilité des aérostructures, ainsi qu'en réduisant les coûts de maintenance.

Une telle combinaison de métal et de matériaux composites ne va cependant pas sans défis technologiques pour les opérations d'assemblage et de réparation, ainsi que pour les approches circulaires du processus EOL. "Ce qui est unique à propos de SUSTAINair, c'est que le processus de conception sera formé pour permettre des techniques innovantes tout au long de la chaîne de valeur qui donneront au matériau une durée de vie plus longue avec plus de valeur, en tenant compte du démontage et du recyclage EOL", explique Chiara Bisagni, professeur en aérospatiale. structures et AIAA Fellow, à TU Delft, Pays-Bas.

Robot de démontage pour améliorer la recyclabilité

Les aéronefs sont constitués de nombreuses pièces de divers matériaux qui doivent être assemblées. Actuellement l'assemblage se fait à l'aide de rivets, qui sont difficiles à enlever. Cela rend la séparation et le recyclage efficace des composants d'avion difficiles et coûteux au point d'être économiquement non viables. Les rivets alourdissent également les avions, ce qui affecte négativement la consommation de carburant. L'expertise particulière des partenaires du projet dans le soudage et dans d'autres techniques d'assemblage pourrait finalement éliminer le besoin de rivets. Selon les partenaires du projet, cette innovation ne peut être adoptée sans modifier les normes actuelles données par les autorités aéronautiques telles que l'EASA.

Introduisant la technologie Industrie 4.0 dans le traitement EOL des avions, le projet SUSTAINair consiste également à développer une tête de robot qui détecte et retire automatiquement les rivets, permettant la séparation des alliages et donc des matériaux d'avion recyclés de plus grande valeur. « Pour prendre en charge les activités d'assemblage et de retrait, INVENT a développé une nouvelle technologie pour réaliser une séparation sans dommage des composants composites liés par adhésif. SUSTAINair nous donne l'opportunité de continuer à le développer », ajoute Jesper de Wit, chef de projet SUSTAINair chez INVENT.

Sur Flightpath 2050

Les partenaires du projet sont à l'avant-garde de l'aviation circulaire poursuivant les objectifs fixés par l'EU Green Deal et Flightpath 2050. Les innovations technologiques apportées par la transition vers une économie circulaire peuvent être considérées comme une voie pour lutter contre les effets économiques du COVID-19 pandémie dans les industries tout au long de la chaîne d'approvisionnement des composants aéronautiques.

Les partenaires du projet sont :AIT-LKR Leichtmetallkompetenzzentrum Ranshofen GmbH (Autriche), Netherlands Aerospace Center – NLR (Pays-Bas), Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. – DLR (Allemagne), JOANNEUM RESEARCH (Autriche), Johannes Kepler University Linz (Autriche), Delft University of Technology (Pays-Bas), AEROCIRCULAR (Belgique), INOCON Technologie GmbH (Autriche), INVENT GmbH (Allemagne), Dutch Thermoplastic Components BV (Pays-Bas), Association RTDS (Autriche)

Ce projet SUSTAINair a reçu un financement du programme de recherche et d'innovation Horizon 2020 de l'Union européenne dans le cadre de l'accord de subvention 101006952.