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Un biokérosène est actuellement développé par Boeing et la NASA (Etats-Unis) en coopération avec Tecbio (Brésil) sur la base d’un biocarburant dédié à l’aviation et inventé dans les années 1980. Testé en vol au Brésil en 1984, ce biokérosène fait son retour à l’occasion de la dernière augmentation des cours du pétrole. Potentiellement utilisable à court terme mélangé avec du kérosène, il pourrait permettre à l’industrie aéronautique de réduire ses coûts et ses émissions de dioxyde de carbone sans modifications majeures des appareils.

Boeing et la NASA mènent des recherches communes avec Tecbio, une entreprise brésilienne spécialisée dans le secteur des biocarburants, pour évaluer et mettre au point un nouveau biocarburant. L’objectif affiché est d’évaluer son utilisation dans l’aviation commerciale par des avions entrant actuellement en service et ayant une durée de vie de 30 ans en tant que substitutif ou additif du kérosène. Ce biocarburant se base sur celui inventé dans les années 1980 par le fondateur de Tecbio, le Dr Expedito Parente. Baptisé ProSene, il s’agit d’un biokérosène qui a été testé avec succès une seule fois en vol le 24 octobre 1984. Un avion Bandeirante d’Embraer avait à cette occasion effectuée un vol Sao José Dos Campos-Brasilia (600km / 4h).

Le biocarburant objet de ces recherches est, comme le biodiesel, issu de la transformation de la biomasse. Il est cependant mieux adapté que ce dernier à une utilisation aéronautique. La matière première provenait à l’origine de la babaçu (une famille de palmiers brésiliens) mais des graines de soja (à court terme) ou des algues (à court et moyen terme) devraient pouvoir être également utilisées. Une huile végétale de faible masse moléculaire est extraite de ces plantes et donne après transformation le biocarburant recherché (cf. photos ci-dessus). Lors de la première phase d’évaluation, plusieurs substituts au Jet-A (le kérosène utilisé sur les lignes intérieures aux Etats-Unis) ont été comparés avec celui-ci (cf. photos ci-dessous); ils comprenaient différents mélanges (biokérosène, autres ?) ainsi que du biodiesel. Les éventuels additifs sont inconnus. Il n’est pas davantage précisé s’il s’agit de mélanges utilisant le biocarburant brésilien et/ou du kérosène de synthèse obtenu suivant le procédé de Fisher-Tropsch mais cela est vraisemblable. En effet, deux options semblent envisagées : la première est un mélange du biocarburant brésilien et de Jet-A dans une proportion de biocarburant comprise entre 2 et 20% pour 80 à 98% de Jet-A ; la seconde est un mélange de kérosène de synthèse et de Jet-A dans une proportion de 50% de kérosène synthétique pour 50% de Jet-A. D’après les premières informations rendues publiques, le mélange biocarburant/kérosène a une stabilité thermique comparable à celle du Jet-A tandis que son point de congélation est plus élevé que celui du Jet-A (-40°C) et doit encore être amélioré. Le mélange aurait par ailleurs de bonnes propriétés de lubrification et représente à court terme le meilleur choix en terme de solde en dioxyde de carbone. Le positionnement du biocarburant vis à vis des autres critères caractérisant tous les carburants aviation (point d’éclair, volatilité, fluidité, viscosité, coût, stabilité lorsqu’il est stocké, comportement par rapport à l’eau, aux champignons et aux bactéries, conductivité électrique, etc.) n’a pas été communiqué.


Quoiqu’il en soit, à l’issue d’une première phase d’évaluation de 8 mois qui aurait donné des résultats prometteurs, un accord de coopération (MoU) entre Tecbio et Boeing a été signé en janvier 2007 pour une deuxième phase d’évaluation qui se déroulera aux Etats-Unis. Suivant l’accord signé, Tecbio fournit le biocarburant, Boeing est en charge des aspects opérationnels (essais sur des turboréacteurs en laboratoire puis en vol) tandis que la NASA s’occupe de tous les aspects scientifiques (analyses du biocarburant, du degré de corrosion, de la capacité de combustion, de la pollution générée, etc.) au travers de contrats de coopération scientifique avec Boeing. D’autre part, Tecbio précise par la voie de son président, M. José de Sà Parente, que les accords signés ne prévoient pas de clause d’exclusivité en ce qui concerne la fabrication, la vente ou la distribution du biokérosène.

Applications potentielles : carburant « écologique » pour avions voire pour d’autres moyens de transports.
Applications déjà réalisées : substitut au kérosène.
Coût : Non annoncé.
Disponibilité : 2008 ou 2009 / 1 à 2 ans (annoncé).

Mon avis : Alors que Boeing mentionne uniquement (cf. le lien vers la présentation) une utilisation de ce biokérosène en mélange avec du kérosène standard, Tecbio a annoncé qu’il était encore trop tôt pour savoir si ce carburant sera utilisé pur ou mélangé avec du combustible fossile. Cette divergence apparente débouche sur quelques interrogations auxquelles je ne suis pas en mesure de répondre. Peu d’informations filtrent, et quand c’est le cas, elles sont incomplètes comme celle des pourcentages de mélange qui ne sont qu’indicatifs car il n’est pas précisé s’il s’agit de volume ou de masse. Malgré tout, les faits que le ProSene ait été testé en vol, que son développement ai été stoppé suite à la baisse du prix du pétrole et que la première phase d’évaluation aie donné des résultats prometteurs m’amènent à conclure qu’il est envisageable de développer un véritable biokérosène utilisable dans l’aviation commerciale (régionale) sans investissements trop lourds et à court terme. Cependant, il est peu vraisemblable qu’il remplace totalement le kérosène, du moins à court terme.


Plus d’informations :

Tecbio, la société à l’origine de ce biocarburant :
http://www.tecbio.com.br

Une présentation de Tecbio traitant de ce sujet :
http://www.inmetro.gov.br/metcientifica/palestasBio/Lipof...

Une présentation de Boeing traitant de ce sujet :
http://www.trbav030.org/pdf2007/TRB07_alt_fuel.pdf

Une étude du NNFCC (National Non-Food Crops Centre, Royaume-Uni) traitant des potentiels remplaçants du kérosène :
http://www.nnfcc.co.uk/nnfcclibrary/publications/download.cfm?id=39

Photos : Boeing et Tecbio.

Le développement des applications utilisant des matériaux composites associé à l’accroissement progressif des contraintes environnementales posent de plus en plus la question de la réparation et du recyclage des assemblages collés. Une PME girondine fournie aujourd'hui une première réponse à travers un procédé permettant de désassembler sur commande deux pièces collées, ceci sans modifications des propriétés de l'assemblage.

Rescoll, un Centre de Ressources Technologiques issue de l’université de Bordeaux, a mis au point un procédé qui permet l’assemblage et le désassemblage de pièces structurales collées de façon contrôlée. Baptisé « INDAR » (INnovative Disassembling Adhesives Research), il préserve l’un des deux substrats sans altérer les propriétés mécaniques, adhésives et cohésives de l’adhésif ou le primaire utilisé, aussi bien durant leur stockage que pendant la durée de vie de l’assemblage collé. INDAR consiste à ajouter lors du collage un additif spécifique, soit au sein même de l’adhésif (colle, mastic, mortier) soit dans le primaire d’adhésion, la peinture, le vernis, etc. Pour le désassemblage, le principe de fonctionnement est le suivant : le joint de colle est chauffé jusqu’à atteindre une température prédéfinie, puis progressivement l’agent d’expansion chimique s’active et fait chuter la contrainte à la rupture de l’adhésif de façon importante jusqu’à atteindre moins de 1 MPa (cf. graphique ci-dessous). Le démontage manuel de l’assemblage ainsi que la réutilisation d’un des substrats est dès lors possible. A noter que dans le cas où la température à laquelle l’assemblage est soumis est très supérieure à la température d’activation de l’additif, le temps nécessaire pour rendre cet assemblage démontable s'en trouve réduit ; en revanche, une température inférieure n’a pas d’effet.

INDAR a été testé à ce jour dans des colles époxy, polyuréthanes ou encore acryliques et sur des supports comme le verre, les matériaux composites (carbone/époxy) ou les métaux (aluminium). A titre d’exemple, les essais menés avec des substrats composés de fibre de carbone et de résine époxy associés à un adhésif constitué de résine époxy ont donné les résultats suivants : après avoir passé 2 heures à 120°C, l’assemblage collé est démontable manuellement ; la contrainte à la rupture est de 0,5MPa pour les éprouvettes avec additif contre 8,1 MPa pour les éprouvettes sans additif.


La photo ci dessus montre l’interface avant et après activation de l'additif contenu dans de la résine époxyde reliant l'un à l'autre deux substrats en verre. L’additif et sa mise en œuvre sont définis par Rescoll à partir du cahier des charges de l’utilisateur comprenant entre autres les matériaux utilisés (substrats et adhésif), la température d’activation souhaitée (comprise entre 90 et 180°C), la durée de l’échauffement (ou l'apport d'énergie), le type de rupture recherchée (adhésive ou cohésive), le procédé de collage. Le but de Rescoll est d’ajouter une fonctionnalité aux assemblages collés tout en minimisant les contraintes induites par l'utilisation de sa technologie. Différents essais ont permis de valider le principe de fonctionnement d’INDAR. 5 brevets internationaux ont également été déposés. Les travaux se poursuivent maintenant pour étendre les températures d’activation ainsi que les familles d’adhésifs (silicones, phénoliques, etc.).


Applications potentielles : tous assemblages collés quel que soit le matériau des substrats, structures des aéronefs ou de véhicules spatiaux, pare-brise, systèmes de fusibles thermiques (structuraux), etc.
Applications déjà réalisées : aucune à ma connaissance mais le procédé est en cours de validation pour le recyclage et la maintenance automobile.
Coût : Non annoncé mais vraisemblablement faible (la requalification des résines n’est pas nécessaire et les changements des procédures de fabrication par collage d’assemblages structuraux sont mineurs).
Disponibilité : immédiate.

Mon avis : INDAR s’inscrit dans une stratégie semble t’il amenée à se renforcer dans les années à venir, l’éco-conception. Pour le moment, celle-ci concerne plus l’automobile que l’aéronautique et l’espace (pour citer un exemple, le problème du démantèlement et du recyclage des avions est récent). Il est malgré tout vraisemblable de penser que l’Union Européenne imposera à l’industrie aérospatiale de nouvelles contraintes environnementales dans les années à venir, et ce d’autant plus facilement qu’elle souhaite avoir un rôle de premier plan dans ce domaine. Quoi qu’il en soit, les avantages du procédé INDAR sont évidents, qui plus est pour un coût réduit. D’une mise en œuvre aisée, il devrait permettre la réparation d’assemblage en matériaux composites via le remplacement de pièces défaillantes souvent coûteuses, ceci sans occasionner de surplus de masse et pour un surcoût réduit. Il facilitera également le recyclage des assemblages collés en diminuant le coût des opérations à réaliser. Malgré tout, son utilisation éventuelle dans l’aéronautique passera dans un premier temps par des pièces non critiques, ce qui permettra d’avoir de premiers retours d’expérience. A plus ou moins long terme, on peut imaginer (si tout se passe bien) qu’il permette de remplacer tous ou partie des assemblages rivetés par des assemblages collés. Cela aurait pour conséquence un meilleur état de surface des appareils, lesquels généreraient une traînée réduite qui entraînerait à son tour une consommation de carburant réduite. Cependant, avant d’en arriver là il faudra répondre à un certain nombre de questions comme le comportement de l’additif suite à un impact de foudre ou face à un incendie par exemple. Pourra t’on garantir toute activation non souhaitée ?


Plus d’informations :

Rescoll, la société à l’origine du procédé.
http://www.rescoll.fr

Les 5 brevets déposés sur Espacenet : voir le site d’Espacenet, http://ep.espacenet.com/quickSearch?locale=fr_EP.

Photos et graphique : Rescoll.

Quelle que soit l’application, le choix d’un matériau est généralement délicat. De par son influence sur la réussite technique et commerciale du produit, le matériau choisi résulte d’un compromis entre les différentes propriétés visées (résistance à la corrosion, résistance mécanique, masse, etc.). Un procédé innovant ouvre aujourd’hui une voie nouvelle pour combiner les propriétés de différents alliages d’aluminium en un seul et unique matériau.

Au début de l’été 2006, la société canadienne Novelis a annoncé avoir mis au point un nouveau procédé permettant de réaliser des lingots d’aluminium multi-alliages. Ce procédé, opportunément appelé « Fusion », consiste à couler dans un même moule un premier alliage puis un ou deux autres avant que la solidification du premier ne soit complète. Durant le processus, les flux et le niveau de matière dans le moule sont contrôlés précisément. Après refroidissement complet des alliages, un unique lingot de plusieurs dizaines de centimètres d’épaisseur (étape 1 du schéma) est obtenu. La qualité de la liaison entre les différents alliages rend possible son laminage pour obtenir des tôles multicouches (étape 2 du schéma).



Les tôles finalement obtenues possèdent des propriétés différentes en surface et à cœur, comme par exemple une excellente résistance à la corrosion en surface et une grande résistance mécanique à cœur. En ce qui concerne l’interface des différents alliages du lingot, les essais réalisés par Novelis ont montré que sa qualité est égale voire supérieure à celle obtenue avec des méthodes plus traditionnelles. Comme le montre les microstructures de l’interface d’un lingot AA1200 / AA2124 (cf. photos ci-dessous; source : Novelis), l’interface est plane avec très peu d’oxydes et de porosité. Elle présente également peu d’indices d’interpénétration. Des essais en traction sur éprouvettes ont par ailleurs confirmé les niveaux de performances mécaniques des tôles obtenues après laminage du lingot.

Jusqu’à présent, aucun procédé n’avait été industrialisé faute de résoudre le problème majeur qu’est l’oxydation immédiate de l’aluminium au contact de l’air (cela affaiblit les liaisons entre les différentes couches). Ce procédé pourrait donc remplacer ou compléter le plaquage dans certaines applications. Il permettrait également de nouvelles combinaisons d’alliages, sources potentielles de nouvelles applications. Une cinquantaine de combinaisons différentes d’alliages avait été testée avant mars 2006, date du début de la commercialisation de ces alliages en Amérique du nord.

Ce procédé est donc une première mondiale et représente une importante avancée dans le domaine de la fabrication de lingots d’aluminium.


Applications potentielles : produits fabriqués à base de lingots multi-alliages (échangeurs thermiques du système de climatisation embarqué, etc.), revêtement de peau d’avions, …
Applications déjà réalisées : échangeurs thermiques (radiateurs utilisés dans l’automobile, etc) ; d’autres sont encore en cours d’études comme des pièces de tôlerie automobile (capot, ailes, etc.).
Coût : Non annoncé.
Disponibilité : immédiate en Amérique du nord (usine d’Oswego, Etats-Unis) ; mi-2007 en Asie (usine en Corée du sud) et mi-2008 en Europe (usine de Sierre en Suisse) (source : Novelis).

Mon avis : On peut facilement imaginer les avantages pour le secteur aéronautique d’un tel procédé avec un alliage d’aluminium riche en magnésium ou de l’Alclad, surtout si ce procédé est moins coûteux et permet une qualité plus homogène. Le procédé « Fusion » me semble donc très intéressant à première vue. Je m’interroge cependant sur son « solde » environnemental. Ce procédé représenterait-il une nouvelle piste vers des procédés et des matériaux moins polluants et/ou plus économes en énergie (lors de sa production, …) et/ou en matière première (recyclage)? Les informations en ma possession ne me permettent pas de répondre à cette question pour le moment.


Plus d’informations :

Novelis, la société à l’origine du procédé.
www.novelis.com

Photo du haut (cliquer dessus pour l’agrandir) : Novelis. Un lingot fabriqué avec ce nouveau procédé.

Dans le domaine de l’aérodynamique et de l’hydrodynamique, si la qualité des résultats des simulations numériques augmente, le temps de calcul augmente généralement en parallèle tandis que l’analyse des résultats reste complexe en raison notamment du nombre important de paramètres et d’hypothèses. Un nouveau logiciel de simulations numériques, baptisé Turb’Opty, pourrait contribuer à résoudre ces problèmes. Jusqu’à présent, il était nécessaire de réaliser de multiples calculs CFD pour chaque combinaison de paramètres possibles afin de définir une évaluation de tendance ou les solutions de chaque point de fonctionnement. Par exemple, si un avion est modélisé selon 3 paramètres (vitesse, géométrie, incidence) pouvant prendre 10 valeurs chacun, il était nécessaire de réaliser 103 calculs. Turb’Opty, associé à Turb’Design 2 et un logiciel de calcul CFD (Fluent, etc.) va fournir les 1000 solutions en une seule opération en prenant en compte les influences croisées des différents paramètres. A l’origine d’une rupture technologique, ce nouvel outil commercialisé par la spin-off Fluorem permet d’obtenir un temps de calculs entre 200 et 80000 fois inférieur à la méthode utilisée normalement. Le fonctionnement repose sur l’association de méthodes numériques (pour la complexité des configurations) avec des approches analytiques (pour la rapidité de calcul). Deux étapes sont nécessaires : la première va permettre d’évaluer les paramètres les plus sensibles, leurs plages de variation ainsi que leurs effets sur les performances. Elle est réalisée par exemple avec Turb’Design 2, lequel est un logiciel d’aide à la conception de la même société. A partir de la conception initiale, des contraintes (tolérances, résistance de la structure, …) et d’une solution de référence issue d’un logiciel de calcul CFD, Turb’Design 2 va réaliser une étude de sensibilité d’ordre 1 (zones linéaires) ou d’ordre 2 (zones non linéaires) en calculant une extrapolation quadratique des variables caractéristiques de l’écoulement en fonction des paramètres définis par l’utilisateur. Il détermine un ensemble de solutions autour du point de conception et fournit les grandeurs intégrales (performances globales) et la totalité de l’écoulement en fonction des paramètres. La deuxième étape va quant à elle permettre de définir l’ensemble des solutions, paramètres couplés 2 à 2, à l’ordre 2 à partir des résultats de l’étape précédente. Elle fait appel à Turb’Opty, un nouvel outil de paramétrisation et d’aide à la décision qui calcule le gradient des variables caractéristiques de l’écoulement en fonction des paramètres définis par l’utilisateur. Il fournit les grandeurs intégrales (performances globales) et la totalité du champ en fonction des paramètres en un temps limité, le calcul des coefficients de la série polynomiale dépendant uniquement du nombre de paramètres de conception. Turb’Design et Turb’Opty sont des modules qui s’intègrent avec les autres moyens utilisés dans l’ensemble du cycle de conception. Qui plus est, ils permettent la création d’une base de données rendant les résultats obtenus accessibles à des personnes non-spécialistes de la simulation des écoulements.

Applications potentielles : calculs aérodynamiques et hydrodynamiques, internes et externes, dans les secteurs aéronautique, automobile, chimique et nucléaire.
Applications déjà réalisées : Non annoncé.
Coût : Non annoncé.
Disponibilité : immédiate.

Mon avis : Turb’Opty constituera bien (comme annoncé) une rupture technologique si ces performances sont confirmées. Car au vu des plages de variation et de la complexité des phénomènes étudiés, je m’interroge sur l’incertitude de ses évaluations. Fluorem annonce sans plus de précisions que les incertitudes des résultats sont indiquées. Comment sont-elles déterminées ? Et qu’en est-il de la plage d’application du logiciel, c’est-à-dire ses conditions d’applications ? Quelles sont ses limites ? Quoi qu’il en soit, le gain potentiel en terme de temps mais aussi le fait d’avoir au moins un ordre d’idée de l’ensemble des solutions possibles est certainement un avantage compétitif non négligeable. Il permettra de s’orienter plus rapidement vers la bonne configuration en limitant le nombre d’essais mais aussi en facilitant d’éventuelles évolutions… Il s’agit donc bien de conception robuste appliquée à l’aérodynamique et à l’hydrodynamique. Pour finir, je pense que face à de tels outils, il est nécessaire de se rappeler qu’aussi performant qu’ils puissent être, cela reste des outils. Leur utilisation ne se justifie qu’à travers l’objectif visé : trouver la meilleure configuration possible selon les paramètres définis et ce, le plus vite possible.


Plus d’informations :

Fluorem, la société à l’origine de ces logiciels et qui assure leur commercialisation.
www.fluorem.com

Photo (cliquer dessus pour l’agrandir) : Fluorem. Visualisation de l’écoulement autour d’un profil suivant les résultats obtenus à l’issue des calculs réalisés avec Turb’Opty.