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Le nickel favorise le transport aérien durable
Par Carrol McCormick
Revue Nickel, mars 2008 -- Les compagnies aériennes recherchent constamment des
moyens de réduire leur consommation de carburant. Elles visent ainsi à réduire les coûts (la consommation de
carburant représentait 26 % des frais d’exploitation à l’échelle mondiale en 2006) et à atténuer l’impact du
transport aérien sur l’environnement (l’industrie demeure un important émetteur d’oxyde nitreux et de dioxyde
de carbone).
Afin de répondre à ce besoin, les constructeurs d’aéronefs produisent davantage d’appareils offrant un
rendement énergétique supérieur. Les concepts axés sur la performance et la rapidité, tels que le Sonic
Cruiser que la société The Boeing Company avait dévoilé en 2001 et abandonné à peine un an plus
tard, font place à des aéronefs moins rapides mais plus économiques. Il n’y aura probablement jamais plus de
Concorde.
Depuis 40 ans, on a amélioré de 70 % le rendement énergétique des aéronefs et 20 % de ces améliorations
datent de la dernière décennie. Depuis les années 1960, les niveaux de monoxyde de carbone ont diminué de 50
% et ceux d’hydrocarbures non brûlés et de fumée, d’environ 90 %. La société International Air Transport
Association (IATA) indique que, d’ici 2020, on pourrait réduire les émissions d’oxyde d’azote de 80 % et
améliorer le rendement énergétique de 25 % – si seulement on investissait dans la conception d’un nouvel
aéronef. Ces améliorations conjuguées devraient éliminer 345 millions de tonnes d’émissions de dioxyde de
carbone au cours des 13 prochaines années.
Les constructeurs d’aéronefs ont accru le rendement énergétique en améliorant les caractéristiques
aérodynamiques, plus particulièrement en ce qui concerne les ailettes de bout d’aile, ces pièces ajoutées aux
extrémités des ailes, qui réduisent notamment la résistance aérodynamique. Une meilleure conception de moteur
a également contribué à favoriser le rendement énergétique. Par exemple, l’utilisation d’alliages de nickel
résistant davantage aux températures élevées permet d’accroître les températures de fonctionnement.
Toutefois, c’est en réduisant le poids de la cellule d’un aéronef que l’on obtient les résultats les plus
considérables. Pour ce faire, on remplace l’aluminium par des quantités croissantes de matériaux composites :
des couches de fibre de carbone et d’autres types de toiles, imprégnées de résine époxyde. Trois aéronefs
illustrent cette tendance :
Lorsque le Boeing 777 a fait son premier vol en 1994, son poids était constitué à 9 % de composites (une
autre source indique
12 %). Par ailleurs, ces matériaux représentaient environ 23 % du poids de la cellule de l’Airbus A-380, dont
le vol inaugural a eu lieu en 2005. La société Boeing a augmenté ce pourcentage à 50 % pour son dernier avion
commercial, le 787, aussi connu sous le nom de Dreamliner. Le vol inaugural aura lieu en 2009.
Le Dreamliner est le premier avion commercial dont la cellule est entièrement faite de composites
en fibre de carbone plutôt qu’en aluminium. Selon la société Boeing, grâce à ce pourcentage élevé de
composites, de même qu’à un moteur et à des caractéristiques aérodynamiques améliorés, l’efficacité
énergétique du Dreamliner sera de 20 % supérieure à celle du B-767 ou de l’Airbus A330.
La structure en composite se compose à 36 % d’un alliage de nickel essentiel appelé Invar, qui avait été
mis au point par Charles-Édouard Guillaume (1861-1938), à la fin du 19e siècle. Le coefficient de dilatation
thermique presque nul de l’alliage Invar constitue sa principale propriété et en fait un matériau de choix
pour la construction de moules ou de mandrins, sur lesquels les pièces de composite sont déposées puis
traitées dans des autoclaves, à des températures atteignant de 375 à 425 °C. La stabilité exceptionnelle de
l’alliage Invar assure que les pièces de composite maintiennent des niveaux de tolérance précis (soit à une
fraction de millimètre près) pendant leur traitement thermique.
La société Boeing utilise des composites pour le revêtement du Dreamliner (le fuselage, les ailes
et la queue et pour d’autres structures telles que les caissons). Par exemple, la société fabrique l’un des
tronçons de fuselage, mesurant 6,7 mètres (m) de longueur et 5,8 m de largeur, en appliquant un ruban de
fibre au carbone recouvert de résine époxyde sur un mandrin en rotation fait à partir de petits mandrins
enchevêtrés. Un tronçon de fuselage fabriqué en une seule pièce permet d’éliminer l’emploi de 1 500 feuilles
d’aluminium et de 40 000 à 50 000 pièces de fixation.
L’envergure de la version 787-3 du Dreamliner est de 52 m. Les ailes sont revêtues de matériau
composite déposé sur deux mandrins d’Invar différents, dont l’un mesure 31 m de longueur et pèse 36
tonnes.
Dans l’ensemble, l’utilisation de composite signifie que le poids du Dreamliner est de 4 536
kilogrammes inférieur à ce qu’il aurait été si la société Boeing avait utilisé de l’aluminium.
Le A-380 et le Dreamliner sont tous deux très efficaces pour ce qui est de la consommation de
carburant par passager kilomètre, mais ils contribuent également à l’utilisation efficace des aéroports, tout
en réduisant la pollution locale. Le A-380, dont la configuration permet d’accueillir 555 passagers et dont
la portée est de
15 000 kilomètres (km), convient aux aéroports du type « plaque tournante d’un réseau en étoile » où les
aéronefs voyagent d’un aéroport central à l’autre, alors que les aéronefs plus petits transportent des
passagers entre les aéroports régionaux. L’un des moyens de réduire l’encombrement et les retards qui
paralysent les grands aéroports consiste à utiliser un nombre restreint d’aéronefs capables de transporter un
nombre supérieur de passagers.
Le Dreamliner est offert en différents modèles. Ses versions 787-3, 787-8 et 787-9 ont des
portées respectives de 4 650 à 5 650 km, de 14 200 à 15 200 km, et de 14 800 à 15 750 km. Il peut transporter
jusqu’à 290 passagers sur un vol long-courrier et jusqu’à 330 passagers sur de plus courtes distances. Étant
donné que le 787 est un aéronef de taille moyenne et qu’il n’est pas limité aux principales plaques
tournantes (ce qui n’est pas le cas pour le A-380 qui requiert des pistes d’élan et de roulage plus larges,
de grandes barrières et du matériel de manutention spécial au sol), il peut contribuer à réduire
l’encombrement des aéroports.
Selon la société Boeing qui, à la fin de janvier 2008, avait déjà reçu 857 commandes de la part de 56
clients désireux d’acheter le Dreamliner, il s’agit de l’avion commercial qui se vend le plus
rapidement au monde.
Carroll McCormick est un rédacteur indépendant établi à Montréal.
ILLUSTRATIONS : The Boeing Company
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