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Airbus génère des composants bioniques pour les avions du futur

Par Ken Micallef
- 29 Jun 2016 - 6 min De Lecture
Avec l’aimable autorisation d’Airbus

Imaginez-vous à bord d’un vol vers les vacances. Pour éviter les turbulences, la géométrie des ailes de l’avion se modifie. Autre scénario, l’avion est frappé par quelque chose en plein vol et les trous d’impact se referment d’eux-mêmes, sous vos yeux. Ou bien le fuselage devient transparent, et vous offre une vue panoramique.

C’est l’idée d’Airbus pour son « Concept Cabin », lancé en 2011. Ça ressemble à du grand n’importe quoi et pourtant, vous l’avez deviné, les prémices de ce futur sont déjà là.

En utilisant des logiciels de conception générative et d’impression tridimensionnelle, Airbus a récemment collaboré avec l’agence new-yorkaise d’architecture The Living, à la fabrication de ce qu’ils appellent la cloison bionique. La cloison, fine mais cruciale, qui sépare l’équipage des passagers, intègre un espace d’accès à une civière d’urgence et contient un strapontin à l’usage du personnel navigant au moment du décollage et de l’atterrissage.

bionic design Airbus partition motion
Avec l’aimable autorisation d’Airbus

La cloison de conception bionique ne pèse que 30 kg soit une masse 45 % plus légère que les cloisons traditionnelles, ce qui représente une économie conséquente de kérosène et une réduction considérable de l’empreinte carbonée. Mais le plus fou, c’est que sa conception imite la structure d’un organisme unicellulaire du type myxomycètes.

« Ce sont des organismes très intéressants, explique Bastian Schaefer, Directeur de l’innovation chez Airbus. Imaginez une forme de vie qui, pour se nourrir, rampe sur le sol quelque part dans les bois. Pour ce faire, elle se répand en générant un réseau répétitif de connexions entre son corps et toutes les sources d’alimentation qui se trouvent à proximité. C’est exactement ce comportement que nous recherchons pour les connexions structurelles à l’intérieur de la cloison. Nous utilisons un algorithme pour relier non seulement tous les points de contact entre la cloison et la structure primaire de l’avion, mais aussi à l’intérieur même de la cloison pour la fixation des strapontins du personnel navigant. Ceci nous aide à créer un réseau structurel multirépétitif à l’intérieur de la cloison. »

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L’emplacement de la cloison bionique sur un Airbus A320. Avec l’aimable autorisation d’Airbus.

Pour élaborer l’algorithme auquel Bastian Schaefer se réfère, The Living a créé un logiciel de conception générative. L’équipe a entré les contraintes dans ses outils informatiques pour générer les schémas originaux, en gardant deux objectifs à l’esprit : la réduction de la masse et le comportement structurel. Dans le cas de la masse, l’équipe visait une réduction de 30 %, mais a réussi à atteindre 45 %.

« La conception générative n’est en réalité que la définition des objectifs, précise Bastian Schaefer. Si votre but est de réduire la masse, le logiciel vous y aide en utilisant des algorithmes. Mais vous pourriez aussi définir d’autres objectifs, comme le comportement structurel. Pour la cloison bionique, nous avions prévu quand qu’avec un crash test de 16 g, la déformation de la cloison ne devait pas dépasser 20 cm. »

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Bionic Partition Structure – Structure de la cloison bionique / Bionic Partition Cover – revêtement de la cloison bionique / Cabin Attendant Seat – strapontin du personnel navigant. Avec l’aimable autorisation d’Airbus.

À partir de ces contraintes initiales, l’équipe a obtenu plus de 10 000 schémas de permutation pour la cloison. Airbus les a analysés au moyen de mégadonnées afin réduire le nombre d’itérations de conception et d’identifier le modèle final à fabriquer, présentant le comportement optimal. « Nous utilisons une sorte de graphe visuel où apparaissent les deux contraintes, la masse et la déformation, et tous les modèles y sont représentés par des points, commente Bastian Schaefer. Il était donc facile d’isoler certains modèles et de les étudier au moyen d’analyses plus détaillées. »

Après avoir décidé d’un modèle particulier, Airbus a utilisé trois imprimantes 3D différentes : la Bosom Concept Laser M2, l’EOS M290, et l’EOS M400 (pour les plus gros éléments). « Nous avons intégralement divisé la cloison en sous-composants et les avons placés dans l’espace disponible à l’intérieur des imprimantes, raconte Bastian Schaefer. Il fallait prendre une décision : quelle imprimante produirait les petits éléments et laquelle produirait les plus gros éléments. Ensuite, nous avons lancé les impressions en parallèle. Pour pouvoir réaliser une cloison entière, il nous fallait imprimer au moins sept lots d’un coup.

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Avancement de la conception de la cloison bionique. Avec l’aimable autorisation d’Airbus et de David Benjamin/The Living, une agence Autodesk.

« Nous avions 116 composants différents — tous équipés de fixations, qui devaient être usinées — et une question revenait sans cesse : “la cloison va-t-elle se comporter correctement avec autant de composants ? ” continue-t-il. Finalement, tout s’est emboîté comme prévu. Quand nous avons soulevé la cloison, elle s’est avérée incroyablement légère et rigide. Voilà pourquoi je pense sincèrement que cette technologie sera une réussite. »

Et de souligner qu’une telle réduction de masse était impossible par le passé : « la raison pour laquelle nous y parvenons aujourd’hui, c’est simplement parce que nous associons la conception générative à l’impression 3D »

Dans l’ensemble, les imprimantes 3D industrielles ne sont capables d’imprimer que de petites pièces détachées aéronautiques. Des imprimantes de plus grande taille permettraient de produire des pièces plus grandes. À plus longue échéance, Airbus va mettre au point un cockpit imprimable en 3D, qui sera deux fois plus grand que cette cloison. Il faudra qu’on puisse le rendre hermétique depuis l’intérieur et qu’il résiste aux impacts de balles. Après s’être inspiré des myxomycètes, Airbus pourrait trouver d’autres algorithmes s’inspirant des plantes pour fabriquer des appuie-têtes et — qui sait ? — des algorithmes s’inspirant du corps humain pour concevoir de raidisseurs verticaux très résistants ou des pièces de moteur pourraient bien devenir réalité. Airbus espère qu’un jour, grâce à la conception générative, il pourra imprimer un avion entier en 3D.

« La durabilité est certainement l’un des grands principes d’Airbus pour le futur du transport aérien, observe Bastian Schaefer. Nous avons établi une démarche cyclique spécifique non seulement pour le produit, mais aussi pour les opérations et la manière dont nous fabriquons le produit. Cela nous permet de prendre une nouvelle direction dans la conception aéronautique, celle du biomimétisme. La cloison bionique est un produit qui tient du biomimétisme. Mais au final, nos produits doivent pouvoir être recyclés quand leur durée de service arrive à terme. C’est donc l’ensemble du cycle de vie du produit qui nous importe. Peut-être même qu’un jour, en 2020 ou au XXIIe siècle, vous pourrez manger les avions ! »

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