Le secteur de l'aéronautique commerciale est l'un des plus exigeants et des plus complexes qui soient. Aujourd'hui, les constructeurs et les exploitants d'avions commerciaux doivent répondre à un ensemble complexe d'exigences économiques, techniques, de sécurité et environnementales pour assurer la pérennité de leur activité.
Les structures aéronautiques constituent un élément clé de cette complexité. Outre le respect d'exigences structurelles précises, elles doivent répondre à des objectifs en matière de coût, de fabricabilité, de durabilité et de résistance aux conditions environnementales. Les composants intérieurs doivent également satisfaire à des réglementations strictes en matière d'inflammabilité et de dégagement de chaleur.
Les structures aéronautiques de type sandwich, qui utilisent des âmes alvéolaires légères fabriquées à partir de papiers Kevlar® Nomex® Kevlar® , sont couramment utilisées dans l'industrie depuis des décennies. Comme l'illustre le schéma ci-dessous, ces structures sont largement utilisées dans l'ensemble de l'avion, qu'il s'agisse de pièces intérieures moins exigeantes ou de structures extérieures soumises à des contraintes élevées. Ces composants sont les plus efficaces sur le plan structurel qui soient, car ils permettent d'atteindre les performances mécaniques requises avec le poids le plus faible possible.
Avantages de l'allègement
L'allègement présente de nombreux avantages. Le plus évident est le gain de carburant. Il faut moins de puissance motrice pour maintenir en vol un avion plus léger, ce qui se traduit par les avantages suivants :
- Réduction de la consommation de carburant et des coûts
- Augmentation de la charge utile
- Portée accrue
Un autre avantage de l'allègement des structures réside dans le développement durable. L'industrie aérospatiale mondiale génère environ 2 % de l'ensemble des émissions de CO₂ (www.iea.org/reports/aviation). La réduction de l'empreinte environnementale de l'aviation est essentielle pour une industrie plus durable.
La réduction de la consommation de carburant entraîne une diminution des émissions d'exploitation. Étant donné que plus de 99 % des émissions de CO₂ d'un avion sont générées pendant son exploitation et sur l'ensemble de son cycle de vie, l'allègement de la structure constitue l'une des solutions les plus immédiates et les plus accessibles pour réduire l'empreinte carbone d'un avion, ce qui se traduit par un avantage considérable sur ses 20 à 30 ans de durée de vie opérationnelle.
Ces avantages ne se limitent pas aux aéronefs à moteur thermique ; les nouveaux aéronefs électriques de mobilité aérienne avancée (AAM) / eVTOL en bénéficient également. On peut affirmer que l'allègement est encore plus crucial pour les AAM, car la densité énergétique des batteries est inférieure de plus d'un ordre de grandeur à celle des hydrocarbures liquides, ce qui limite considérablement l'autonomie et la charge utile (c'est-à-dire le nombre de passagers ou de marchandises). Chaque kilo de poids économisé est précieux pour la rentabilité des AAM.
Papier Kevlar® de 1 mil
Pour répondre à la nécessité d'alléger davantage les structures, Arclin commercialisé un produit en papier Kevlar® ultraléger, destiné à être utilisé dans les structures en sandwich de l'intérieur des cabines d'avion, en particulier dans les avions commerciaux et les aéronefs de transport aérien à distance (AAM). L'intérieur de la cabine passagers représentant environ 15 % du poids d'un avion, l'allègement des éléments intérieurs contribue directement à réduire la consommation de carburant, tout en permettant de diminuer les coûts d'exploitation, de réduire l'empreinte carbone et d'augmenter l'autonomie et/ou la charge utile.
L'utilisation de matériaux composites de pointe implique souvent un coût élevé, car ces matériaux en sont encore aux prémices de leur cycle de vie et sont produits en faibles quantités ; cependant, le papier Kevlar® de 1 mil Arclin est fabriqué dans des installations commerciales existantes, tout comme les autres nuances de N636. Il est important de noter qu'aucune modification significative du processus de fabrication des pièces ne devrait être nécessaire.
Modèle de démonstration ultraléger de 5 kg à parois latérales
Un projet mené récemment par Arclin la société allemande Composites Technology Center GmbH (CTC, une filiale d'Airbus) et Euro-Composites, un fabricant mondial de nids d'abeilles pour l'aérospatiale, démontre les avantages du papier Kevlar® de 1 mil.
L'objectif principal du projet était de réduire le poids total d'un panneau de paroi latérale typique d'un avion à double couloir. Une paroi latérale est généralement constituée d'une âme en nid d'abeille recouverte de chaque côté de stratifiés en préimprégnés phénoliques/verre, ainsi que d'une feuille décorative sur la surface visible du panneau.
Outre ces gains de poids significatifs, non seulement les coûts de mise en œuvre sur le site de fabrication sont réduits puisque le processus reste inchangé, mais les coûts de main-d'œuvre liés à la préparation des pièces sont également considérablement diminués : les pièces de paroi latérale à taille réelle fabriquées à partir de papier Kevlar® de 1 mil présentent une impression en relief du motif en nid d'abeille nettement réduite, ce qui permet de limiter au minimum la préparation manuelle de la surface avant l'application de la feuille décorative.