les matériaux utilisés en aéronautique Préparer par: Mounia Bahri République démocratique populaire d'Algérie et le ministère de l'Enseignement supérieur et de la Recherche scientifique Université el-hadj lakhder Batna Faculté de technologie Département de mécanique Spécialité M1.technologie de l’aéronautique Module: génie des matériaux pour l’avionique 2015/2016

Plan de présentation Matériau Composite Configuration générale d'un avion les matériaux composites en aéronautique

Introduction Le grand développement actuel des technologies aérospatiale et automobile repose sur l'utilisation des matériaux composites qui apportent un gain de masse important par rapport à leurs caractéristiques mécaniques. La mise en œuvre de ces matériaux composites s'effectue à travers des procédés qui produisent la pièce en même temps que le matériau composite. Un matériau est caractérisé par ses différentes propriétés physiques (masse volumiques, résistance mécaniques et thermique, etc.). Nous verrons par la suite quels critères de ces matériaux sont pris en compte pour la construction d’un avion civile ou militaire.

Matériau Composite Un matériau composite peut être défini d'une manière générale comme l'assemblage de deux ou plusieurs matériaux, l'assemblage final ayant des propriétés supérieures aux propriétés de chacun des matériaux constitutifs. Figure.1.la structure d’un matériau composite.

 Les Renforts Fibre de verre: Elles constituent le renfort Essentiel des composites de grande diffusion. Fibre de carbone: C'est la fibre la plus utilisées dans les applications hautes performances. Figure.2.fibre de verre. Figure.3.fibre de carbone

Fibre d'aramide: la fibre d'aramide est issue de la chimie des polyamides aromatiques. Fibre de bore : Fibres de haut module et insensibles à l'oxydation à hautes températures, elles sont obtenues par dépôt en phase gazeuse sur un substrat en tungstène. Fibre de silice: Elles sont produites comme le verre, par fusion, et sont essentiellement utilisées pour leur haute tenue chimique et thermique dans les tuyères pour moteur de fusée. Figure.4.fibre d’aramide.

Fibres de polyéthylène de haut module: Elles présentent une très bonne résistance à la traction mais une mauvaise mouillabilité. Ensimage: L'ensimage est une dispersion aqueuse spécifique comportant un agent collant, un agent pontant et des agents antistatiques.

 Les Charges On désigne sous le nom général de charge toute substance inerte, minérale ou végétale qui, ajoutée à un polymère de base, permet de modifier de manière sensible les propriétés mécaniques, électriques ou thermiques, d’améliorer l’aspect de surface ou bien, simplement, de réduire le prix de revient du matériau transformé.

 Les Matrices La matrice a pour rôle de lier les fibres renforts, répartir les contraintes subies, apporter la tenue chimique de la structure et donner la forme désirée au produit. On utilise actuellement surtout des résines thermodurcissables (TD) que l'on associe à des fibres longues, mais l'emploi de polymères thermoplastiques (TP) renforcés de fibres courtes se développe fortement. (Tableau 1).

MatricesThermoplastiques TPThermodurcissables TD Etat de base solide prêt à l'emploi liquide visqueux à polymériser Stockageillimité réduit Mouillabilité renfortsdifficile aisée Moulagechauffage+ refroidissement chauffage continu Cyclecourt long Tenue au chocassez bonne limitée Tenue thermiqueréduite bonne Chutes et déchetsrecyclables perdus ou recyclés en charges Conditions de travailpropreté émanation pour "méthode humide"

Configuration générale d'un avion  description d’un avion Il existe différents types d’aéronefs : les plus légers que l’air (aérostats) et les plus lourds que l’air (aérodynes). Nous allons intéresser aux aérodynes motorisés a voilure fixe ou plus communément appelés avions.

 Configuration d'un avion Pour chaque type d'appareil on retrouve des positionnements relatifs de ces ensembles assez semblables, si on ne tient pas compte de la période des pionniers de l'aviation ou des prototypes restés sans suite. Les points communs apparus depuis la naissance de l'aviation et qui resteront très probablement d'actualité au long du XXIe siècle, pour une fonction ou une capacité opérationnelle donnée, sont le plus souvent liés à des contraintes de conception dont :

 la simplicité de réalisation ;  la diminution de la masse grâce à l'emploi de matériaux plus légers et plus résistants ;  la diminution de la traînée grâce aux progrès de l'aérodynamique ;  l'augmentation des performances et l'évolution de la motorisation ;  l'amélioration de la fiabilité ;  les économies d'énergie ;  la diminution des pollutions ;  l'amélioration de la sécurité.

les matériaux composites en aéronautique Pour la construction d’un avion les matériaux utilisés doivent présentés certaines caractéristiques qui sont nécessaires dans la structure d’un avion. Les critères pris en compte pour le choix des matériaux d'un avion sont les suivants:

 Une résistance à la fatigue et aux contraintes énoncées précédemment ;  le module d’élasticité ;  les gains de masse pour une même quantité de matériaux (et par conséquent, l’amélioration des performances) : recherche de masse volumique peu importante ;  la résistance à la corrosion ;  la résistance aux basses ou hautes températures.

 Les alliages D’aluminium Utilisent Dans L’aéronautique Les alliages qui forment la coque d’un avion sont tous des alliages d’aluminium et ils appartiennent à deux séries d’alliages, la série 2000 et la série 7000 qui sont respectivement des alliages d’aluminium avec du cuivre et du zinc. (Tableau 2).

AppareilsAlliages ALAlliages Ti Composites organique AciersAutres A31067%5%10%13%5% A32058%6%20%13%3% A330/A34073%6.5%10%7.5%3% A38075%7%8%7%3%

 Structures des matériaux composites utilisés dans l’aéronautique En général les matériaux composites présentent certains avantages par rapport aux autres matériaux. Ils présentent une rigidité plus élevée, d’excellentes caractéristiques mécaniques, et d’excellentes résistances à la fatigue et à la corrosion. Un autre avantage des matériaux composites est qu’ils ne favorisent pas la propagation des dommages lors de choc par exemple. Ce type de matériaux apporte aussi une grande souplesse au niveau de la conception. (Figure 6).

 Matériaux de structure Les matériaux utilisés pour réaliser la structure des avions doivent non seulement être légers, mais ils doivent être rigides, résistants et résilients

les matériaux Masse spécifique ρ (kg/dm3) Rigidité E (GPa) Résistance σ (MPa) Rigidité spécifique (E/ρ) C (Diamant)3, (CH2)n Polyéthylène 0, Aluminium (Al)2, Titane (Ti)4, Acier (Fe)7,

Fibre Ex-PAN 4 Ex-Pitch 5 Ultra-haute résistance Haute résistance Haut module Ultra- hautmodule Haute ductilité Rigidité E (GPa) Résistance σ (GPa) Rigidité spécifique

Conclusion Les matériaux les plus utilisés dans la structure d’un avion de nos jours sont donc les alliages d’aluminium et les matériaux composites car ce sont des matériaux qui remplissent le plus de critères de choix d’un matériau. Les composites commencent à prendre une place de plus en plus importante dans la structure d’un avion, néanmoins ils sont toujours en cours de développement. Les matériaux composites se présentent donc comme l’avenir d’une structure idéale pour un avion de transport civile ou de transport de marchandises.