aérotechnique (suite)

Matériaux

La gamme des matériaux utilisables dans l’industrie aérospatiale s’est considérablement étendue.

En raison de sa légèreté, l’aluminium, avec ses alliages, est resté longtemps le matériau de base de toute l’industrie aéronautique ; mais, à haute température, ses propriétés ne sont plus satisfaisantes. Exposé pendant une heure à 250 °C, il rompt sous une charge de 28 kg/cm². À 300 °C, il cède à 15 kg/cm². La résistance à chaud des alliages légers dépend dans une très large mesure de leur état (coulé ou transformé). Des produits, d’une mise en œuvre difficile, donc chère, sont désormais utilisés en raison de leurs qualités de résistance thermique. C’est le cas notamment du titane et de ses alliages. Ce métal possède une bonne résistance mécanique entre 200 et 425 °C, qui compense sa densité de 4,5. Aux températures plus élevées, il perd rapidement ses propriétés, en raison notamment d’une forte oxydation, qui apparaît dès 500 °C, et d’une brusque chute de résistance mécanique vers 500 °C. Dans la même gamme de températures, le béryllium pourrait constituer un matériau idéal, mais sa faible densité, sa bonne résistance à la traction et son module d’élasticité élevé ne peuvent compenser une très mauvaise tenue aux chocs et une mise en œuvre rendue difficile par sa toxicité.

Les aciers, d’abord exclus en raison de leur forte densité, sont de plus en plus utilisés en aéronautique ainsi que pour la construction des fusées. Parmi les nombreuses variétés d’aciers, l’acier maraging à 18 p. 100 de nickel, de cobalt et de molybdène a connu une très rapide et très importante extension dans la construction aérospatiale. Elle tient essentiellement à la résistance très élevée que cet acier oppose à la propagation brutale des fissures et à la rupture en présence d’entailles combinées. Il présente, en outre, une bonne soudabilité, même à l’état traité dur. Ces aciers permettent d’éliminer plusieurs opérations du cycle usinage-traitement thermique, réduisant ainsi les coûts de traitement thermique et les temps de montage en évitant l’usinage du métal à l’état traité dur. À cause de sa facilité de soudage, de son usinage économique et de ses qualités mécaniques, l’acier maraging est utilisé dans toutes les pièces soumises à des efforts importants : ferrures d’attache d’ailes, trains d’atterrissage, enveloppes à haute résistance de fusées, etc.

Jusqu’à 500 à 700 °C, les alliages à base de nickel-chrome restent les meilleurs, notamment lorsqu’ils sont durcis au titane ou à l’aluminium. Ils demeurent également intéressants jusqu’aux environs de 1 050 °C, surtout pour les pièces réalisées en coulée de précision.

Au-delà de ces températures, on entre dans le domaine encore mal connu des céramiques, des cermets et du graphite. Ce dernier produit est très utilisé pour la réalisation de tuyères de fusées, mais souvent, dans ce cas, il doit être protégé contre l’oxydation et l’érosion au moyen de revêtements céramiques projetés au pistolet sous forme de vernis durcissable. Ceux-ci ont pour but de retarder le transfert de chaleur à l’intérieur du graphite et de lui conférer un durcissement superficiel capable de s’opposer à l’érosion du jet gazeux à haute température et grande vitesse.

Pour les boucliers thermiques des capsules spatiales et des ogives de fusée, destinés à protéger soit les astronautes, soit la charge scientifique ou militaire contre les très grands échauffements dus à la rentrée dans l’atmosphère, des méthodes spéciales ont été mises au point. Ils sont constitués par des structures en nid d’abeilles ou en fibre de verre, imprégnées d’une matière polymérisable de très grande dureté — l’opération est généralement effectuée sous vide — qui possède la faculté de se détruire par couches successives pendant l’échauffement. D’où son nom de bouclier ablatif. La fabrication, d’une extrême précision, nécessite un minutieux contrôle par rayons X, car aucun manque de matière ne peut être admis.

Les matières plastiques font aussi leur apparition dans la construction aéronautique, notamment pour certains sous-ensembles non soumis à des contraintes thermiques importantes, et même pour des structures entières d’avions légers. Les composites verre-résine et carbone-résine présentent en effet une résistance globale équivalente à celle du Duralumin pour une densité moitié moindre.

Méthodes de fabrication

Elles évoluent non seulement en fonction des changements de matériaux utilisés, mais aussi pour tenir compte des impératifs nouveaux découlant du vol à grande vitesse. C’est ainsi que les ateliers de tôlerie, qui constituaient l’essentiel de la fabrication des cellules il y a encore une vingtaine d’années, ont presque totalement disparu. La machine, à tous les stades, intervient pour fournir des pièces de plus grande précision et parfaitement interchangeables.

Parmi les techniques les plus nouvelles, dont certaines sont encore au stade du développement industriel et servent uniquement pour des pièces très particulières, figurent le fluotournage, l’élaboration de matériaux au four sous vide ou sous bombardement électronique, la coulée de précision (éventuellement sous vide), l’usinage par électro-érosion, l’usinage chimique et électrochimique, le soudage par bombardement électronique, la projection de dépôts métalliques par canon à détonation ou torche à plasma, les techniques de bobinage de fibres de verre, etc.

L’une des techniques les plus répandues dans les ateliers de fabrication aéronautique est le fraisage dans la masse, qui évite les assemblages par rivets. Les principaux éléments, de voilure en particulier, sont usinés par fraisage dans un bloc métallique, dont il ne subsiste souvent même pas le dixième de la masse initiale lorsque la pièce est terminée. On aboutit ainsi à un ensemble plus homogène, qui, à résistance égale, est beaucoup plus léger qu’un assemblage en tôlerie. De tels panneaux sont fraisés de manière à constituer le revêtement extérieur avec tous ses raidisseurs et toutes ses nervures en un seul bloc.