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13 mai 2014 2 13 /05 /mai /2014 17:55
Prophete, le composite qui tient les 1200°C



13/05/2014 DGA

 

Mettre au point des moteurs d’aéronefs plus robustes et plus légers… Voilà sur quoi a planché la société Herakles, filiale du groupe Safran. Comment ? En mettant au point un matériau composite à base de céramique pour remplacer le traditionnel métal utilisé dans les moteurs. Le projet appelé "Prophete" permet désormais aux composites d'investir les environnements les plus hostiles pour leurs fibres.

 

Consommer moins de carburant pour emporter plus d’armement et embarquer plus de passagers… l’heure est à l’allégement des aéronefs. Pour répondre à ce besoin, Herakles, soutenu depuis le début par la DGA, a eu l’idée d’inventer un nouveau matériau composite à base de céramique. Plus léger, il remplacerait avantageusement le métal traditionnellement utilisé jusqu’à aujourd’hui dans les moteurs. Le projet, baptisé « Réalisation d’études pour la Protection, la Réparation et l’Optimisation de Pièces Hélicoptères Évoluant dans des gammes de Températures Élevées », est plus communément appelé "Prophete".

 

Né sous les bons augures

« Tout l’enjeu de notre innovation est d’arriver à intégrer de nouveaux matériaux dans les zones les plus chaudes des moteurs. Jusqu’à présent, la proportion de matériaux composites dans les avions modernes avoisine les 50 % . Une zone résistait cependant encore à toutes les études : le moteur. La faute à ses très hautes températures », explique Georges Caye, chef de programme PROPHETE chez Herakles. En effet, les matériaux composites classiques ne supportent pas de températures au-delà de 200°C. Or, dans un moteur, on peut atteindre les 1200°C.

Trouver un matériau qui supporte 1200°C…Opération réussie !« Grâce au composite à matrice céramique, nous avons accompli ce challenge ! », se félicite Georges Caye. De plus, il a des vertus auto-cicatrisantes. « Pendant son utilisation, les micro-fissures qui pourraient se former dans le matériau sont colmatées par un verre qui se forme par réaction chimique au sein même de la matrice du composite. D’où son nom de matrice autocicatrisante. Ce qui permet d’augmenter significativement sa durée de vie ! », précise-t-il.

 

Démonstration

Afin de démontrer l’intérêt du matériau composite à matrice céramique, la société Herakles a réalisé un prototype de tuyère pour la partie arrière du moteur de l’hélicoptère Tigre. Des essais en vol se sont déroulés de début 2012 à avril 2013. « Les résultats obtenus étaient largement concluants. Après 130 heures de vol, la tuyère est intacte ! », souligne Georges Caye. En l’occurrence, l’innovation a été testée sur le Tigre mais elle peut être appliquée à n’importe quelle tuyère d’autres hélicoptères, et même d’autres pièces de moteurs d’avions.

« Cela fait 10 ans que Herakles travaille sur la création de ce matériau. Avant de le tester en conditions réelles sur la tuyère du Tigre, il y a eu beaucoup de recherches en laboratoire. Pour des applications militaires, nous sommes techniquement prêt. Côté civil, nous nous préparons à mettre en service une pièce de même type sur un avion d’Air France . » Herakles envisage ensuite une introduction en série complète dans des moteurs d’avions civils aux alentours de 2018/2019.C'est-à-dire demain.

 

 

L'innovation Prophete appliquée à la tuyère du Tigre

L'innovation Prophete appliquée à la tuyère du Tigre

Prophete en chiffres

- 6000 heures, c’est la durée de vie attendue d’une tuyère en composite céramique métal qui n’est pas sujette aux criques qui affectent les pièces métalliques portées en température.

- Entre 800 et 1200°C , ce sont les températures que peut supporter la tuyère en céramique.

- 30%, c’est le pourcentage d’allègement que l’on pourrait atteindre avec la tuyère en céramique par rapport à sa version métal

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15 octobre 2013 2 15 /10 /octobre /2013 11:55
source ppe-composites.fr

source ppe-composites.fr

14.10.2013 par Frédéric Lert (FOB)

 

Le prix « Ingénieur général Chanson » est attribué tous les ans par l’Association de l’Armement Terrestre à des travaux ayant fait progresser le domaine de l’armement terrestre. Il a été remis cette année par la DGA à Karine Thoral-Pierre et Jérôme Raynal pour leurs travaux sur les « Panneaux composites sandwich 3D absorbeurs d’énergie de forte puissance ». Respectivement PDG de la société CEDREM et directeur commercial et marketing en charge des activités de défense au sein de la société PPE (Pôle de Plasturgie de l’Est), les deux récipiendaires reviennent avec FOB sur l’innovation qui leur a valu cette récompense.

 

Quels étaient vos objectifs en poursuivant ces travaux ?

 

Nous souhaitions mettre au point un dispositif de protection contre les ondes de pression à forte énergie et contre des éclats parfois massifs, mais peu perforants comparés aux munitions classiques. En clair, nous voulions faire face à la menace posée par les explosions d’IED. Notre objectif était d’arriver à combiner les avantages suivants, ce qui correspond un peu à la recherche d’un Graal :

- ajustement du pouvoir absorbant du dispositif en fonction de la menace à prendre en compte.

- possibilité de conformation du matériau sur tous les véhicules quelle que soit leur forme.

- facilité de manutention et remplacement rapide et aisé.

- réduction de masse.

 

Comment se sont réparties les tâches entre vos deux PME ?

 

CEDREM a réalisé tous les calculs et les conceptions pour déterminer la structure optimale capable de dissiper l’énergie issue d’une explosion. PPE a participé à la conception des matériaux sandwich 3D et avait la charge de la mise en œuvre et de la fabrication des matériaux composites préalablement calculés.

 

Votre « B2 Box » a été récompensée. De quoi s’agit-il précisément ?

 

Jusqu’à présent, les fabricants de blindage se sont attachés à réaliser des structures très dures et raides. Nous avons voulu prendre le contre-pied de cet état de fait en travaillant sur une structure souple, avec la rupture du matériau programmée pour dissiper l’énergie au moment de l’impact. Notre matériau nous offre également la possibilité de prendre des courbes et de faire de la mise en forme. La « B2 Box » (Blast Balistic Box) et « BBOX » que nous avons mise  au point est un assemblage de tissus et de mousses liés par des pontages textiles entre les peaux. Ce pontage se consomme sous l’effet du souffle et donc absorbe une partie de l’énergie de l’agression. Tous les paramètres du matériau (épaisseur, densité, raideur…) sont modulables en fonction de la performance attendue et donc donner des propriétés bien déterminées à la protection.

 

L’idée d’avoir un matériau « mou » qui se déforme pour absorber l’énergie paraît pourtant relativement banale. Il me semble que l’industrie de l’automobile en fait un grand usage…

 

L’application militaire avait été insuffisamment explorée : faire face aux agressions d’une explosion, avec souffle et fragments impose d’aller plus loin dans la réflexion. Il est vrai que jusqu’à présent, les fabricants de blindages ont eu tendance à enfermer les véhicules dans des coquilles en rigidifiant à outrance. Quand on a évoqué pour la première fois auprès de la DGA le concept d’un blindage « mou » et déformant, il semble que la rupture technologique que nous proposions était trop en avance… Mais depuis nos interlocuteurs ont changé, la DGA a évolué et notre projet a été mieux reçu…

 

Les matériaux de base utilisés sont tout de même classiques ?

 

Oui, il s’agit d’alternances de tissus de verre, de mousses, de kevlar que l’on retrouve dans les blindages modernes. Notre spécificité tient à leur assemblage très particulier.

 

Vos sociétés ont l’habitude de travailler les matériaux composites pour la construction navale. Comment cela a-t-il influé sur vos recherches ?

 

Les matériaux composites mettant en œuvre des sandwich 3D sont habituellement utilisés dans la construction de renforts de coques de bateaux ou de cloisons étanches. Nous avons simplement cherché à utiliser ces mêmes matériaux mais en utilisant cette fois leur capacité à absorber de l’énergie lors de la rupture des espaceurs. Cedrem et PPE travaillent pour un grand nombre d’applications dans l’aéronautique, le naval, le sport, l’éolien… Cela nous ouvre des horizons et nous permet de confronter des idées originales.

 

Quelles sont les étapes qui ont précédé l’attribution du prix Chanson ?

 

Nous avons commencé à travailler sur notre matériau en 2010. Des tests mettant en jeu une mine avec des fragments métalliques ont eu lieu avant l’été 2012, puis nous avons été sélectionnés pour le prix en décembre 2012.

 

Quelles sont les principales caractéristiques de votre matériau ?

 

A résistance égale, nous sommes deux fois plus légers que les céramiques que nous connaissons aujourd’hui. Et les céramiques sont elles-mêmes trois fois plus légères que l’acier. Avec la B2 Box nous sommes à 50kg/m2, contre environ 300 kg/m2 pour un blindage tout acier. La B2 Box est également modulable : on peut en mettre partout en fonction de la place disponible. Bien entendu, si l’intégration se fait dès la conception d’un véhicule, le résultat obtenu est encore meilleur.

 

Quels résultats avez-vous obtenu pendant vos essais ?

 

Les essais ont montré qu’après une explosion, la déformation de la structure est très bien contenue. Une surprotection «B2Box » permet de réduire la masse de la surprotection de l’ordre de 13% par rapport aux solutions actuelles et d’autre part son épaisseur. Nous pensons qu’une optimisation plus poussée permettrait de viser une réduction de masse de l’ordre de 20%. Ce gain en masse et le coût modéré des panneaux devraient attirer l’attention des concepteurs de véhicules actuellement pas ou peu protégés (camions, engins du génie) ou de transport de troupe.

 

Aujourd’hui où en êtes-vous du développement de la B2 Box ?

 

Les concepts sont validés et nous essayons de répondre à des demandes très spécifiques pour certains industriels. Et derrière nous préparons les outillages de production pour passer à la série.

 

Quels sont les industriels intéressés ?

 

Nous avons pour l’instant un accord d’exclusivité avec Nexter Systèmes dans un domaine d’application précis et cadré. Mais cet accord est limité dans le temps et Nexter devra donc se déterminer rapidement pour savoir s’il continue l’aventure avec nous ou pas. D’autres sociétés se pressent au portillon…

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