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Airbus

Du nouveau dans le secteur du transport aérien

D'un côté, une équipe d'ingénieurs créatifs pour qui le transport aérien est avant tout une expérience dynamique et écoresponsable. De l'autre, des technologies de pointe comme la conception générative et l'impression 3D. Le résultat ? Une cloison ultralégère et ultrasolide conçue pour l'un des modèles d'avion les plus répandus au monde, et une certaine vision de l'avenir de l'aéronautique.

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Video courtesy of Airbus

Imaginer l'avion de ligne des années 2050/

Peter Sander, Bastian Schaefer et la cloison bionique d'Airbus

Image publiée avec l'aimable autorisation d'Airbus

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Le "Concept Plane" d'Airbus

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Tous les passagers du "Concept Plane" d'Airbus profiteront d'une expérience de vol personnalisée et pourront voyager en toute intimité…

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ou interagir avec les autres voyageurs.

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Les installations et le mobilier des cabines seront dotés d'un revêtement antipoussière et de protections autoréparantes.

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Vues panoramiques en cabine

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Peter Sander, Bastian Schaefer et la cloison bionique d'Airbus

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Le "Concept Plane" d'Airbus

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Every passenger on the Airbus Concept Plane can enjoy a customized flying experience, whether they want to be alone…

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ou interagir avec les autres voyageurs.

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Les installations et le mobilier des cabines seront dotés d'un revêtement antipoussière et de protections autoréparantes.

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Vues panoramiques en cabine

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DEMARRER LE DIAPORAMA

Bastian Schaefer occupe le poste de Responsable de l'innovation chez le constructeur aéronautique Airbus. Basé à Hambourg, en Allemagne, il consacre ses journées à chercher de nouveaux moyens d'optimiser l'efficacité et le confort des avions de ligne.

Pour certains passagers, le terme "confort" renvoie à la possibilité d'utiliser les technologies d'aujourd'hui pour travailler, se divertir et échanger. Pour d'autres, il est synonyme d'accessibilité, d'intimité ou simplement d'espace. "Notre objectif est de parvenir à concilier toutes ces exigences de manière flexible et dynamique", déclare-t-il.

Bastian Schaefer imagine sans cesse de nouvelles manières de voyager. C'est ainsi qu'il a collaboré à la création du "Concept Plane" d'Airbus des années 2050. Dans cet avion, les passagers pourront par exemple profiter d'une expérience de vol personnalisée en fonction des activités qui les intéressent. Les vols seront par ailleurs plus écoresponsables. L'avion du futur sera plus léger, consommera moins de kérosène et sera plus écologique. "La légèreté est une chose, mais nous ne pouvons pas pour autant compromettre la solidité de l'avion et la sécurité des passagers", affirme Bastian Schaefer.

La concrétisation de cette vision complexe dépend d'une technologie de pointe inspirée de l'environnement naturel : la conception générative.

De l'imagination
à l'objet
concret

Bastian Schaefer fait partie de la division Airbus "Emerging Technologies and Concepts" (Technologies et concepts émergents"), basée en Allemagne et placée sous la responsabilité de Peter Sander. Avec sa petite équipe d'ingénieurs ("les illuminés", comme il les appelle, en raison de leur propension à repousser toutes limites), Peter Sander est chargé d'adapter les processus industriels au monde de demain.

Suite à la présentation du "Concept Plane", l'équipe s'est penchée sur les composants sur lesquels pourraient être appliquées les nouvelles technologies proposées. Elle a choisi un composant a priori insignifiant, mais qui a pourtant une importance énorme au sein de la cabine : la cloison séparant l’office du compartimentpassagers dans un avion Airbus A320.

Impératifs liés à la nouvelle cloison :

  • Importante réduction du poids par rapport à la cloison actuelle, dans l'optique de limiter le poids total de l’appareil
  • Solidité permettant de fixer les deux strapontins réservés au personnel de bord lors du décollage et de l'atterrissage
  • Ouverture suffisante pour permettre le passage d'objets de grande taille en cabine
  • Epaisseur maximale d'un pouce (2,5 cm)
  • Pas plus de quatre points de fixation au châssis

Pour répondre à ces impératifs de conception, l'équipe a dû adopter une approche radicalement différente en matière d'ingénierie. En partenariat avec Autodesk Research et en utilisant la technologie du Generative Design, Bastian Schaefer a commencé à développer un composant que l'équipe a baptisé "cloison bionique".

Qu'est-ce que le Generative Design ?

Le Generative Design, ou conception générative, est une technologie reproduisant la dimension évolutive de l'environnement naturel. Le processus commence par la définition d'objectifs de conception. Toutes les combinaisons possibles d'une solution sont alors passées en revue dans le but de déterminer la meilleure option. En exploitant la puissance de calcul du cloud computing, les logiciels de conception générative examinent des milliers, voire des millions de possibilités, testent toutes les configurations et mémorisent les points forts et les points faibles de chaque itération. Les ingénieurs sont ainsi en mesure d'explorer des options totalement novatrices, inconcevables sans l'aide de la machine et de générer la conception optimale.

La cloison bionique d'Airbus devait respecter des impératifs stricts en matière de poids, de contraintes et de résistance au déplacement afin de supporter une force de 16g dans l'éventualité d'un crash. Pour déterminer le meilleur moyen d'accommoder ces exigences de conception et d'optimiser la structure interne, l'équipe du projet a programmé un logiciel de conception générative en intégrant des algorithmes basés sur deux schémas de croissance existants dans l'environnement naturel : les myxomycètes et l'ossature des mammifères.

Si elle peut à première vue sembler hasardeuse, la conception en treillis obtenue offre en réalité un rapport poids/solidité optimisé, tout en nécessitant moins de matières premières.

 
 

Myxomycètes

 

L'algorithme du cadre de la cloison est basé sur les schémas de croissance des myxomycètes, organismes monocellulaires capables de se fixer simultanément en plusieurs points avec une efficacité surprenante.

 
 

Ossature des mammifères

 

L'algorithme du bloc interne du cadre de la cloison est basé sur les structures quadrillées que l'on retrouve dans la croissance osseuse des mammifères. La densité est plus forte au niveau des points de tension.

45 % plus légère que la cloison utilisée habituellement dans les Airbus

 

La cloison bionique prend forme

L'équipe du projet a recoupé les milliers d'options créées lors du processus de conception générative en termes de poids, de contraintes et de solidité pour choisir les cloisons à prototyper. Pour la fabrication de la cloison, l'équipe a ensuite opté pour un procédé d'impression 3D, également appelé "fabrication additive" : les objets physiques sont créés en superposant des couches de matériaux à partir d’ un modèle numérique.

Plus de 100 pièces conçues dans un alliage métallique ultrarésistant développé par Airbus ont été imprimées en 3D et assemblées. Au final, la cloison bionique est la plus grosse pièce d'avion jamais imprimée en 3D. Et ses caractéristiques dépassent les attentes d'Airbus : elle est plus solide, plus fine et plus légère que le modèle précédent.

La cloison sera soumise aux ultimes tests de contraintes pendant l'été 2016. Elle passera ensuite le processus de certification des autorités de l'aéronautique. Et une fois la phase de test terminée, la cloison pourrait faire son apparition sur les avions de lignes A320 à l'horizon 2018.

"Nous avions déjà utilisé de petites pieces imprimées en 3D dans nos avions, comme les supports reliant les compartiments de la cabine. L'objectif était d'établir une sorte de plan de route qui nous permettrait à terme de concrétiser le projet de "Concept Plane" d'Airbus. La cloison bionique s'inscrit clairement dans le cadre de ce projet. Elle a renforcé l'intégration de l'impression 3D dans nos procédés de fabrication."

— Bastian Schaefer, Responsable de l'innovation, Airbus

 

Des avions qui respectent l'environnement

UNE REDUCTION DE CONSOMMATION DE KEROSENE DE 3,18 TONNES PAR CLOISON ET
PAR AN

A l'échelle de l'avion, la cloison bionique est un composant relativement petit. Toutefois, grâce à son poids optimisé, elle permettra aux compagnies aériennes de faire le premier pas vers un mode de transport plus écologique. Chaque kilogramme gagné sur le poids total de l’avion entraîne une réduction de 106 kg par an de la consommation de kérosène et assure une empreinte carbone bien moins élevée. Or, chaque cloison bionique pèse environ 30 kg de moins qu'une cloison standard.

UNE REDUCTION DE 166 TONNES METRIQUES D'EMISSIONS DE CO2 PAR AN ET PAR APPAREIL AIRBUS A320 EQUIPE DE CLOISONS BIONIQUES

Equiper la cabine des Airbus A320 de cloisons bioniques (quatre cloisons par avion) permettrait de gagner 500 kg sur le poids total. Les réductions de consommation pourraient dès lors éviter l'émission d'environ 166 tonnes métriques de CO2 par avion et par an. Si l'on considère que des milliers de modèles A320 sont en cours de fabrication et livraison, les compagnies aériennes ont la possibilité d'éviter l'émission de centaines de milliers de tonnes métriques de CO2 chaque année.

UNE REDUCTION DE 95 % DES BESOINS EN MATIERES PREMIERES

L'impression 3D permet également de réduire l'impact de la société Airbus sur l'environnement. Ce procédé n'utilise en effet que 5 % des matières premières, comparé avec la méthode classique de fraisage des pièces métalliques dans la masse. Les résidus de matières premières peuvent de surcroît être réutilisés pour la fabrication d'autres pièces.

 

"Nous avons pris l'engagement de réduire de moitié les émissions de gaz à effet de serre de nos appareils d'ici à 2050. Il nous faut donc développer de nouvelles technologies qui permettront de les alléger. La cloison bionique est 45 % plus légère que l'ancien modèle. Et si nous parvenons à de tels résultats, c'est grâce à l'utilisation combinée de la conception générative et de l'impression 3D."

— Bastian Schaefer, Responsable de l'innovation, Airbus

 

De la cloison bionique à l'avion bionique

Les enseignements tirés de la conception de la cloison bionique servent de base de réflexion pour l'élaboration et la construction des avions Airbus de nouvelle génération. Ces appareils, qui intègrent des composants assemblés à l'aide de la conception générative, fabriqués via l'impression 3D et constitués de matériaux innovants, nous rapprochent de la vision de l'avion de ligne bionique des années 2050. Airbus envisage d'appliquer ces nouveaux procédés à des pièces de plus grandes dimensions, comme la paroi du cockpit, deux fois plus grande que la cloison et qui doit également inclure un blindage afin de protéger les pilotes, ou encore la structure de l'office, où sont stockées nourriture et boissons.

Cependant, si l'expérimentation de la conception générative et de l'impression 3D s'est avérée concluante pour Airbus, elle lance de nouveaux défis. Le secteur de la fabrication additive doit proposer des imprimantes 3D capables de traiter plus rapidement les composants de grande taille. La formation des ingénieurs aux nouveaux modes de conception et de production sera également l'une des clés de l'avenir. Cette formation vient à peine de commencer au sein des effectifs d'Airbus (10 000 ingénieurs). La société parraine également la création de cinq postes de professeur dans des universités allemandes.

"Cela fait maintenant plus de 30 ans que je suis ingénieur en mécanique", déclare Peter Sander. "Et je n'ai jamais vu un tel bouleversement. Nous devons tous réapprendre à travailler."