Découverte de STELIA Aerospace : l'usine aéronautique de référence en France à Méaulte

Avec 7 000 employés dans le monde et un chiffre d'affaires de 2,2 milliards d'euros en 2018, STELIA Aerospace (Toulouse, France) affiche clairement ses produits phares et sa position : n°1 en Europe / n°3 mondial pour les aérostructures, n°1 mondial pour les sièges pilotes et équipages, et n°3 mondial pour les sièges de première et classe affaires.

L'utilisation des composites par STELIA Aerospace s'étend aux sections de fuselage avant de l'Airbus A350, aux ailes des avions turbopropulseurs ATR, à diverses structures d'hélicoptères et à certains produits de sièges, dont son nouveau siège OPAL. Les installations de production de composites comprennent les sites français de Méaulte (grandes sections de fuselage) et Salaunes (pièces composites plus petites), la production de pièces détaillées et l'assemblage au Maroc et en Tunisie, ainsi qu'une large gamme de pièces composites pour l'aéronautique, la défense et l'espace sur l'ancien site de Composites Atlantic à Lunenburg, en Nouvelle-Écosse, Canada.

STELIA Aerospace est née de la fusion en 2015 de deux filiales d'Airbus — Aerolia et Sogerma. Son site de Méaulte — à 1h30 de route au nord de Paris — s'étend sur 49 hectares avec 150 000 m² d'espace de production, 1 500 employés et 500 sous-traitants, et constitue un maillon clé de la chaîne d'approvisionnement d'Airbus. Sa localisation en petite ville cache une puissance de production, « livrant 860 sections de fuselage avant pour les A320, A330, A350, A380 et A400M en 2018 », explique François Fournier, responsable communication de STELIA Méaulte. Il me guide à travers l'initiative « Usine du Futur » pour la production de fuselage avant A350 et l'installation R&T STELIALAB, accompagné d'Olivier Canal, responsable R&T fabrication, assemblage, automatisation, composites et usine numérique chez STELIA Aerospace Méaulte, et de Simon Maire-Vigeur, responsable R&T fabrication composites, STELIALAB.

« Usine du Futur »

Lors d'une présentation d'introduction dans le bâtiment du siège du site, Fournier explique que STELIA Aerospace a investi dans les technologies du futur, telles que la fabrication numérique et l'automatisation, y compris la réalité augmentée/virtuelle pour augmenter l'efficacité en production, et les robots/cobots pour un assemblage plus efficace.

« L'avenir, c'est les composites et les structures métalliques », note Canal. « Nous essayons de définir les solutions futures non pas pour remplacer nos ouvriers, mais pour les rendre plus efficaces. »

Cette quête d'efficacité trouve sa meilleure illustration dans l'initiative « Usine du Futur » lancée il y a cinq ans pour répondre aux cadences de production des A320 et A350. « Nous avons adopté une nouvelle stratégie industrielle pour ce site », se souvient Canal, qui était chef de projet pour l'initiative. « Nous voulions la capacité de répondre à des taux de production variables et avons développé des outillages flexibles que nous pouvions réaffecter d'un programme à l'autre. »

Un autre résultat de cette refonte a été la dédication de bâtiments à des programmes spécifiques. « Chacun aurait une ligne et une équipe », explique Canal, « et serait conçu selon une approche de fabrication allaxée qui vise à éliminer le gaspillage en main-d'œuvre, déplacements, matériaux et processus. » STELIA Aerospace a également redessiné la ligne A320, gagnant une augmentation de productivité de 10 à 20 %, « ce qui est en fait une amélioration significative », dit Canal. « Nous l'avons réalisée en 2,5 ans, en modifiant plus de 50 % de l'empreinte de fabrication de ce site tout en maintenant la production et une livraison à temps à 100 % sans perte de qualité. » Ce succès est attribué au soutien de la direction, « mais nous avons aussi beaucoup travaillé pour que les ouvriers s'approprient le changement », note-t-il.

Canal explique que la conception du bâtiment de production A350 de 30 000 m² a été dictée par le flux, illustrée par sa forme en U, avec les matières premières entrant par une extrémité et les sections de fuselage finies sortant par l'autre. « Toute notre production de structures A350 se trouve dans ce bâtiment, de la stratification initiale à l'assemblage final. C'est important, par exemple, pour permettre d'identifier et de traiter rapidement et facilement tout problème de qualité », dit-il.

Pour l'A350, STELIA Aerospace produit la section de fuselage avant 11, entièrement métallique pour mieux résister aux impacts d'oiseaux, ainsi que l'assemblage hybride métal/composite complexe pour la section 12 et l'unité inférieure des sections 11/12, qui comprend le logement du train d'atterrissage avant. Fournier présente la vidéo « Usine du Futur » de STELIA Aerospace, soulignant la ligne pulsée, comme celle utilisée pour l'assemblage automobile. « Nous avons mis en place une ligne de démonstration pour permettre aux ouvriers de s'entraîner et de démystifier cette ligne mobile, qui fonctionne à un takt time spécifique pour atteindre la pleine cadence de production », explique Canal.

Un autre aspect était la technologie numérique. « Les solutions numériques nous ont permis de mettre tous les schémas techniques et étapes sur une tablette et d'assurer l'accès à la dernière maquette 3D pour chaque section », dit Canal. Les ouvriers sont ainsi informés des détails cruciaux et des changements, tandis que les managers sont facilement notifiés des problèmes potentiels. « Nous avons également développé la réalité augmentée pour aider l'assemblage, par exemple, la projection sur les coques de fuselage indiquant quelles pièces et où les fixations doivent être réalisées », note Canal. Il ajoute que des cobots d'inspection sont utilisés pour réaliser des scans 3D des sections finies, qui sont ensuite comparés à la maquette numérique, identifiant tout objet étranger, pièce manquante, problème de qualité, etc.

Notre visite a commencé dans la salle blanche du bâtiment de production A350, où des machines de placement automatisé de fibres (AFP) de Coriolis (Quéven, France) stratifient de grandes coques de fuselage en polymère renforcé de fibres de carbone (PRFC) pour l'unité inférieure des sections 11/12, ainsi que la coque supérieure et les deux coques latérales pour la section 12. Ces coques sont ensuite assemblées avec des raidisseurs préfabriqués, mises sous vide et polymérisées en autoclave. Après cuisson, elles sont parées et chargées sur des outils de manutention permettant un transport aisé à travers toutes les étapes d'assemblage, incluant le perçage robotisé et l'installation de fixations. Chaque panneau est inspecté par des essais non destructifs (END) automatisés. Les assemblages terminés sont livrés à la ligne d'assemblage de fuselage d'Airbus à Saint-Nazaire, France.

STELIALAB

La prochaine étape est le centre R&T STELIALAB de 2 000 m², qui occupe la moitié gauche d'IndustriLAB, une installation technologique et de formation régionale située juste au sud du complexe clos de STELIA. Les activités de STELIALAB sont dédiées aux composites, à l'assemblage et aux technologies numériques.

La visite reprend dans la salle blanche, une pièce assez grande et ouverte avec des fournitures d'emballage sous vide et des outils de stratification. Simon Maire-Vigueur explique que la mission du groupe est d'identifier l'avenir de la production à faible coût et à haut volume pour des pièces principalement grandes et complexes. L'industrialisation des composites thermodurcissables inclut le placement de fibres à haute vitesse (AFP) et les procédés d'infusion de résine liquide (LRI), y compris le moulage par transfert de résine (RTM), pour de grandes structures en caisson fermé telles que les composants d'ailes, les plans de queue horizontaux et verticaux.

En quittant la salle blanche, nous entrons dans la salle AFP occupée par une machine Coriolis capable de stratifier des pièces jusqu'à 4 mètres de long. Dédiée à la R&T, Maire-Vigueur note qu'elle est occupée plus de 200 jours par an. STELIALAB a développé un procédé d'intégration de raidisseurs et de peaux en fibres sèches créés par AFP, polymérisés hors autoclave (OOA) en utilisant un four ou des outils auto-chauffants. « Nous préférons le LRI avec une pression d'injection plus faible car nous pouvons utiliser des outillages moins chers », dit Maire-Vigueur.

Feuille de route TPC

Cette machine AFP a également été utilisée pour stratifier la peau du démonstrateur de fuselage/queue d'hélicoptère tout en composite thermoplastique (TPC) dans le cadre du programme de développement ARCHES TP. Présenté au Salon du Bourget 2017 et au JEC World en 2018 et 2019, il a été réalisé avec 8 nappes de ruban carbone/polyéthercétonecétone (PEKK) de 0,25 pouce de large avec chauffage laser. « Nous avons intégré la protection contre la foudre avec l'AFP pendant la stratification », note Maire-Vigueur. « La peau a été polymérisée OOA en utilisant un film d'emballage Kapton, ce qui n'est en fait pas très pratique. » Les raidisseurs en forme d'Oméga ont été réalisés à partir de panneaux plats en ruban unidirectionnel achetés, qui ont été estampés par Aviacomp (Toulouse, France). Le même procédé a été utilisé pour les cadres, mais en utilisant des plaques en matériau tissé fournies par Porcher (Badinières, France) et estampées au Cetim (Nantes, France). Bien que les cadres aient été fixés mécaniquement de manière standard, les raidisseurs ont été assemblés par soudage par induction automatisé et dynamique. « Cela permet un coût inférieur et de nouvelles possibilités de conception », note Maire-Vigueur. « Nous avons également démontré le surmoulage pour les points d'attache, comme pour les faisceaux électriques. »

Interrogé sur les défis du programme, Maire-Vigueur cite les stratification, le soudage et le délai de 15 mois. « Même réaliser l'estampage sans trop de distorsion dans le matériau tissé n'était pas facile », ajoute-t-il. Bien que la conception de la queue ait été réalisée par le bureau d'études de STELIA Aerospace à Toulouse, toute la production a été supervisée par STELIALAB. Cependant, ARCHES TP n'était qu'une étape dans la feuille de route des composites thermoplastiques de STELIA Aerospace. L'entreprise continue de développer les technologies TPC pour démontrer la faisabilité d'un fuselage TPC à grande échelle dans les années à venir.

Réinventer les aérostructures du futur

En sortant de la salle AFP, la visite se poursuit dans un très grand hall ouvert, sectionné en « cellules de développement » sécurisées par des cloisons temporaires pour protéger la propriété intellectuelle. En traversant le hall et en tournant à gauche, nous atteignons une zone avec un petit autoclave Scholz (Coesfeld, Allemagne) capable de 450 °C, et une machine d'injection pour infusion de résine. « Comme notre feuille de route vise la polymérisation OOA, nous utilisons en fait l'autoclave comme un four, polymérisant les composites thermoplastiques sans pression », explique Maire-Vigueur. Il y a une salle de parage rideau et une zone à côté avec des équipements END, dont un petit système C-scan.

Nous tournons à nouveau et entrons dans un grand laboratoire d'essais. « Nous pouvons étudier des sections polies pour le contrôle qualité et les investigations matériaux et procédés », dit Maire-Vigueur. Le laboratoire dispose également d'un bras Romer (Hexagon Manufacturing Intelligence, Shropshire, Royaume-Uni) pour la mesure de coordonnées, et d'équipements pour le taux de fibres, la dureté et les essais chimiques. « Tous les ingénieurs de notre équipe R&T sont capables de faire leur propre contrôle matériaux et procédés », note Maire-Vigueur. « Nous les formons pour qu'ils puissent opérer de la conception à la fabrication, jusqu'à l'inspection et l'essai des pièces finales. C'est important pour comprendre l'ensemble du processus et permet une évaluation rapide des problèmes suspects et de leurs causes. La conception n'est pas séparée de la fabrication et des essais qualité. »

La dernière étape est un grand laboratoire d'automatisation dans l'une des zones cloisonnées. Un rapide coup d'œil à l'intérieur montre des travaux explorant de nouveaux assemblages utilisant robots et cobots. « Nous regardons le développement d'outillages plus petits, plus fonctionnels, et essayons d'imaginer comment assembler les pièces plus vite et à moindre coût », dit Canal. « Notre culture est de repousser les limites et d'ouvrir de nouvelles voies. Nous avons été leaders dans l'implémentation de la robotique et maintenant nous le sommes dans les technologies composites. Nous avons démontré notre capacité à repenser et réinventer l'avenir et nous ne nous arrêterons jamais. »

Avec l'industrie de l'aviation commerciale qui devrait doubler dans les 20 prochaines années, répondre à la demande d'avions passagers et cargo nécessitera de nouvelles technologies et des cadences de fabrication sans précédent.

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