Etudier économiquement la fatigue des matériaux des avions

Un nouveau projet de recherche financé par la Royal Society va réunir des chercheurs britanniques des universités de Portsmouth en Angleterre et de Siegen en Allemagne, afin de mettre au point une méthode plus économique pour tester la fatigue des matériaux constituant les coques d'avion. En effet, à haute altitude, les parties métalliques des avions subissent de fortes contraintes de pression qui provoquent à long terme une usure prématurée de certains de ses composants (cela se manifeste sous forme de fissures, voire de déchirures). Une telle fatigue a causé plusieurs accidents meurtriers, notamment en Europe en 1954 et aux Etats-Unis en 1989.


Depuis 30 ans, l'Université de Portsmouth travaille en collaboration avec Rolls Royce sur la compréhension de ce phénomène, en observant notamment les performances des hélices en alliage de titane et des disques de turbine en alliage de nickel. Jusqu'ici, les tests de fatigue des matériaux étaient surtout réalisés mécaniquement et à grande échelle, opération supposant un coût important répercuté ensuite sur le prix des billets d'avion. C'est pourquoi l'équipe travaillant sur ce projet, dirigée par le Pr. Jie Tong du Department of mechanical & design engineering de l'Université de Portsmouth, a pour objectif de développer un logiciel de modélisation qui révèle comment les différents composants de l'appareil réagissent aux contraintes. L'utilisation d'un MET (Microscope Electronique en Transmission) du laboratoire de l'Université de Siegen permettra d'examiner et de comprendre le mécanisme de dislocation et les autres changements microscopiques subis par les métaux lors d'un vol. En fonction des informations obtenues, un modèle mathématique sera créé afin de prévoir le taux de fatigue de chaque composant.

Selon le Pr Tong, les prédictions fournies par ce type de modèle mathématique ne sont pas encore assez précises pour être jugées fiables. Elles permettent cependant de réduire le nombre de tests à réaliser. Ce projet a donc la vocation de rendre cette méthode utilisable par les industriels. Dans cette optique, l'Université de Portsmouth fournira sa large gamme d'équipements d'essais mécaniques: elle dispose d'une machine de simulation des contraintes au décollage et à l'atterrissage et d'un "shaker" capable de recréer les conditions vibratoires du cycle de vol complet. A terme, ces simulateurs serviront uniquement à calibrer le logiciel de modélisation.

Alors que la sécurité aérienne est décriée depuis quelques années en raison d'accidents d'origine matérielle ou humaine, ce projet de recherche représente une avancée supplémentaire dans la sécurisation progressive du transport aérien. De plus, une méthode de simulation informatique des contraintes subies par les matériaux des avions entraînera des économies de tests et de maintenance considérables qui contribueront à une plus grande disponibilité économique de ce moyen de transport.