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Développer la fabrication de pièces composites thermoplastiques de forte épaisseur pour l’aéronautique

Le projet MATCH développe des procédés innovants de fabrication, de simulation et d’usinage pour produire des pièces composites thermoplastiques performantes, robustes et adaptées aux exigences de l’industrie aéronautique.

Menée par

Avec

Développer la fabrication de pièces composites thermoplastiques de forte épaisseur pour l’aéronautique — Projet MATCH

Le projet MATCH en bref

Mené de 2019 à 2022 par l'IRT Jules Verne avec Airbus, Daher, Loiretech, Nantes Université (LTeN et LS2N) et l'ENSAM (LAMPA), le projet MATCH avait pour objectif de développer un procédé de fabrication et d'usinage de pièces composites thermoplastiques de forte épaisseur (8 à 35 mm).
Le projet visait à répondre aux exigences de l'industrie aéronautique en améliorant les performances, les coûts de fabrication et les cadences de production.
Les travaux ont combiné développement de procédés, simulation numérique et validation expérimentale afin de produire des démonstrateurs représentatifs de structures aéronautiques.

01 Enjeux

Les enjeux industriels du projet MATCH

L'industrie aéronautique recherche de nouvelles solutions permettant de réduire les coûts de production tout en conservant un haut niveau de performance mécanique.

Les composites thermoplastiques représentent une alternative prometteuse grâce à leurs nombreux avantages :

possibilités de fonctionnalisation (assemblage ou surmoulage) ;
bonnes performances structurelles ;
meilleures perspectives environnementales, notamment en matière de recyclage.

Toutefois, la fabrication de pièces composites thermoplastiques de forte épaisseur présente encore plusieurs défis industriels :

maîtriser la fabrication de pièces de grande dimension et de géométrie complexe ;
garantir la qualité des pièces produites ;
améliorer les cadences de fabrication ;
maîtriser les phénomènes de distorsion après consolidation ;
optimiser les procédés d'usinage.

Le projet MATCH répond à ces enjeux en développant des solutions industrielles adaptées aux futures structures aéronautiques.

02 Technologies développées

Les technologies développées pour la fabrication des composites thermoplastiques

Le projet MATCH a permis de développer plusieurs briques technologiques complémentaires couvrant l'ensemble de la chaîne de fabrication :

développement de stratégies AFP (Automated Fiber Placement) répondant aux enjeux de cadence et de qualité ;
détection des défauts de type gap et overlap ainsi que l'analyse des données associées ;
consolidation de pièces à l'aide d'un outillage autonome ;
optimisation des paramètres d'usinage et développement d'un modèle analytique ;
développement d'un modèle multiphysique permettant de prédire les distorsions après consolidation ;
réalisation d'un démonstrateur ButtStrap conforme aux exigences de santé matière.

Le projet a également permis à l'IRT Jules Verne de renforcer ses compétences dans le chaînage numérique, la modélisation thermo-élastique et la consolidation de composites thermoplastiques de forte épaisseur, tout en acquérant des équipements stratégiques dédiés à ces procédés.

03 Résultats & impacts

Les résultats du projet & impacts industriels

Le projet MATCH a démontré l'intérêt de l'utilisation des composites thermoplastiques pour les futures structures aéronautiques.

Les travaux réalisés ont permis :

de fabriquer des pièces composites thermoplastiques de géométrie complexe, de grande dimension et de forte épaisseur ;
de réaliser un démonstrateur représentatif de mât réacteur ainsi qu'une éclisse de voilure ;
d'obtenir un gain de masse de 20 % par rapport à une solution en titane ;
d'atteindre un Buy-to-Fly de 1,1, démontrant les bénéfices environnementaux du procédé ;
de lever plusieurs verrous technologiques liés à la fabrication et à la simulation de pièces composites thermoplastiques.

Ces résultats permettent aux partenaires du projet de renforcer leur avance technologique dans le développement de solutions composites thermoplastiques destinées aux futures générations d'aéronefs.

Eclisse de voilure

Mât reacteur

Procédé AFP

Contrôle profilométrie laser

Consolidation

Usinage

Paroles partenaires

Airbus Jonathan Blanc Ingénieur R&T intégration moteur

"Le projet MATCH permet d’arriver à un résultat qui n’était pas espéré au départ du projet, d’amener effectivement une réduction de la masse de 20% ce qui est très élevé pour ce type de structure et de pièce. Et il ouvre la voie ver un taux de perte de chute qui sera très faible de l’ordre de 10% en comparaison à ce que l’on connait aujourd’hui sur les pièces métalliques."

IRT Jules Verne Thomas Pannelier Responsable service projet R&T

"Le bilan du projet MATCH est vraiment très positif, notamment grâce à la réalisation des différents démonstrateurs du projet. C’est vraiment une première d’avoir réussi ces démonstrateurs au vu des épaisseurs mises en jeu. On parle de 196 plis avec ces nouveaux matériaux que sont les composites thermoplastiques."

04 Perspectives industrielles

Les perspectives industrielles des composites thermoplastiques

Des applications pour le futures structures aéronautiques

Les solutions développées dans le cadre du projet MATCH ouvrent la voie à une utilisation élargie des composites thermoplastiques dans les structures primaires aéronautiques.

Les procédés développés répondent aux besoins de fabrication de pièces de grande dimension, de forte épaisseur et à hautes performances mécaniques, tout en intégrant les contraintes industrielles, économiques et environnementales du secteur.

Et la suite ? avec le projet MATCH 2

Dans la continuité des travaux réalisés, le projet MATCH II, lancé en octobre 2022, poursuit le développement des procédés de fabrication de pièces composites thermoplastiques pour les structures primaires aéronautiques.

Deux axes de développement ont été identifiés :