Un groupe de robots automatisés livre des pièces comme des petits pains. L’un d’entre eux s’empare d’un morceau de matière préformé de quelques dizaines de centimètres de côté, l’autre l’enfourne dans un four, puis une presse assure l’estampage, et s’ensuit l’opération de démoulage. Dans la vaste usine de Daher à Nantes (Loire-Atlantique), pas moins de 3000 clips – reliant la structure au fuselage des avions – peuvent être produits chaque semaine. «Les procédés sont plus facilement automatisables avec les composites thermoplastiques, ils sont proches de ceux du secteur automobile», glisse Dominique Bailly, directeur R&D de l'entreprise. Les thermoplastiques ? Des matériaux qui pourraient changer la donne pour le successeur de l’Airbus A320, attendu vers 2035. Un monocouloir qui devra allier résistance, légèreté et facilité d'assemblage.
L’offensive de Daher en matière de thermoplastiques entre en résonance avec la stratégie affichée d’Airbus. Fin mars, l’avionneur européen dévoilait les grandes options technologiques pour le remplaçant de son A320. Côté matériaux, les composites – constitués de fibres de carbone et de résines – promettent de se généraliser. Ultra légers et ultra-résistants, ils mettent au défi les métaux dans les avions. Airbus l’assure : les composites thermoplastiques sont les mieux placés pour concevoir des ailes plus fines et plus longues. Avec eux également, les possibilités de tirer les cadences vers le haut s’envolent. Airbus réfléchirait d’ailleurs à des rythmes mensuels de 70, 80, voire 100 appareils, contre environ 50 l’an dernier pour l’A320. Cerise sur le matériau, outre la promesse d’un gain de masse significatif : les thermoplastiques faciliteront le recyclage des avions.
Daher Dans son usine de Nantes (Loire-Atlantique), Daher industrialise la production de composites thermoplastiques. (crédits photos:Daher)
L’enjeu pour Daher ? Augmenter la maturité industrielle des composites thermoplastiques d'ici à 2028, lorsqu’Airbus arrêtera les choix technologiques du futur monocouloir. Et se démarquer des concurrents tel que l'américain Spirit AeroSystems et le britannique GKN Aerospace. En la matière, Daher peut faire valoir son savoir-faire : le groupe s’est lancé dans les thermoplastiques en 2009, à la faveur du rachat d’activités d’Airbus. Mais cette famille de composites est encore cantonnée à des pièces secondaires. «Aujourd’hui, l’essentiel des pièces sont en composites thermodurcissables», confirme Julie de Cevins, responsable développement durable de Daher. Ce sont eux qui constituent l’essentiel de la vague composites qui n'a cessé de prendre de l'ampleur dans l’aviation à partir des années 80. Alors que la quasi-totalité des pièces de structures de l’A320 sont métalliques, les composites représentent plus de la moitié de la masse des derniers-nés, l’Airbus A350 et le Boeing 787.
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Des matériaux adaptés aux hautes cadences
Pour faire monter en puissance les thermoplastiques, Daher a mis en œuvre, à deux pas de son usine de Nantes, un centre de recherches, dénommés Shap’In. Robot de drapage, d’usinage, de surfaçage… Inauguré en 2023, il concentre un ensemble d’équipements de pointe visant à industrialiser ces matériaux. «Ces hautes cadences des thermoplastiques s’expliquent par l’utilisation possible de l’estampage, ce qui n’est pas possible aujourd’hui avec les thermodurcissables», explique Dominique Bailly. Quand il faut huit heures pour produire des pièces en thermodurcissables, en raison du long passage en autoclave (qui assure la cuisson sous l’effet de la vapeur et de la pression), une poignée de minutes suffit pour transformer une pièce en thermoplastiques. Ces derniers constituent la majorité des quelque 300 000 pièces par an que l’usine de Nantes peut produire chaque année.
Daher Daher expérimente des robots de drapage pour automatiser le placement des fibres composites. (crédits photos : Daher)
La facilité d’utilisation des thermoplastiques devraient aussi rapidement jouer en leur faveur. Certes, leur température de transformation se situe entre 300 et 400°C, contre 180°C pour les thermodurcissables, expliquant en partie l’un des freins à leur démocratisation jusqu’à maintenant. «Mais les thermoplastiques, qui sont rigides à température ambiante, sont plus simples à mettre en œuvre, ils nécessitent moins de manipulations avant la phase de production», plaide Dominique Bailly. Il faut dire que les thermodurcissables doivent être conservés à -18°C dans de vastes salles prévues à cet effet. Une métaphore culinaire pour comprendre, glissée en cours de visite : alors que les thermoplastiques réagissent comme du chocolat (qui fond puis durcit à volonté), les thermodurcissables tiennent plutôt de l’œuf (une fois cuit, impossible de le retransformer).
La prometteuse technologie de soudure par induction
Autre facteur clé sur lequel Daher espère jouer : la possibilité avec les thermoplastiques de se passer des rivets pour assembler des pièces composites, laissant entrevoir des gains de temps et de masse. Pour y parvenir, Daher a mis la main en 2019 sur KVE, un spécialiste néerlandais de la soudure par induction. À la différence des thermodurcissables, les thermoplastiques sont en effet malléables à certaines températures, ce qui permet de les refondre localement. «Le gain de masse entre un sous-ensemble en composites thermodurcissables et thermoplastique varie entre 10 et 15%», estime Pierre Rouch, directeur opérationnel KVE chez Daher. En novembre dernier, Daher a conçu un démonstrateur de plan horizontal fixe de TBM – l’appareil de Daher – réalisé sans rivetage, confirmant pour la première fois la faisabilité industrielle de ce procédé. De quoi ouvrir la voie à des opérations de maintenance également simplifiées.
Daher Dans son centre de recherches, Daher s'ingénie à faire rimer performances et hautes cadences. (crédits photos: Daher)
Les performances des thermoplastiques sont telles que ces matériaux pourraient concurrencer non seulement l’acier et l’aluminium, mais également des métaux plus résistants. «Les composites thermoplastiques pourraient remplacer certaines pièces aujourd’hui en titane, comme le mât moteur, en diminuant la masse et le coût», prédit Dominique Bailly. Au-delà de la voilure, Airbus serait aussi enclin à employer des composites pour le fuselage du successeur de l’A320. C’est au niveau du prix de ces matériaux de nouvelle génération que le bât blesse encore : ils restent environ deux fois plus chers que les thermodurcissables. Il faut dire que des années durant, l’existence d’un unique fournisseur, Cytec (groupe Solvay), a tiré les prix vers le haut. Désormais, la concurrence prend de l’ampleur, avec notamment les japonais Torayet Teijin, le français Arkema, l’américain Hexcel et le britannique Victrex. A la faveur de la hausse des volumes, les prix devraient baisser.
Pour autant, les thermoplastiques ont ne constitueront pas l’alpha et l’oméga du futur avion d‘Airbus. «Les voilures de demain ne devraient pas être à 100% en thermoplastiques, tempère Dominique Bailly. Ces matériaux seront utilisés là où ce sera le plus pertinent, en fonction du coût des pièces et des besoins en résistance mécanique de chacune d’elle.» Mais leur usage contribuera à réduire l’empreinte carbone des appareils : à l’inverse des thermodurcissables, les thermoplastiques peuvent être revalorisés. Les pièces peuvent être broyées sous formes de petits granulés comme on peut les apercevoir au sein de Shap’In. Une fois refondue, cette matière peut être réinjectée pour reformer de nouvelles pièces, mais non structurelles cette fois-ci (pédales, cabines…). Dans l'aéronautique, les thermoplastiques arrivent en renfort.
