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Comment l’Isae-Supaéro travaille sur les matériaux composites de la future aile volante à hydrogène

Depuis plusieurs mois, le département Mécanique des structures et matériaux (DMSM) de l’Isae-Supaéro travaille sur un projet de recherche pour déterminer les matériaux les plus adaptés à l’utilisation de l’hydrogène ; des travaux menés en collaboration avec Chantal Fualdes, Executive expert d’Airbus pour les composites.
Projet civil fondé sur l'architecure XB-49 - ©Northrop

Face au besoin de verdir le secteur de l’aéronautique, l’Isae-Supaéro travaille depuis 2020 sur un projet de recherche pour déterminer les matériaux composites les plus adaptés à la future aile volante à hydrogène. Il faut dire que depuis quelque temps, l’aérien fait de la transition énergétique l’un de ses défis majeurs pour les dix prochaines années. C’est pourquoi le secteur investit fortement en matière de recherche sur ce combustible pour l’aviation.

L’hydrogène, entre solution et complexité

L’hydrogène figure comme le meilleur candidat pour décarboner l’avion de demain. Il représente de fait la solution privilégiée auprès des avionneurs à l’horizon 2035. Mais son utilisation requiert des développements technologiques et la levée de verrous scientifiques importants. Sous sa forme liquide, il est en effet nécessaire de le maintenir à de très basses températures (-252°C) et d’en maîtriser le caractère volatile. Son stockage impose par ailleurs l’utilisation de réservoirs de très grande capacité volumique.

Ainsi, l’architecture même de l’avion doit être repensée. En outre, parmi les propositions valables, l’aile volante résiste aux contraintes induites par l’emport d’hydrogène liquide. Sans fuselage, ni empennage, l’aile volante pourrait offrir de nombreux avantages en matière de performance, d’intégration mécanique et de systèmes. Son développement pose toutefois un certain nombre de défis techniques et réglementaires.

Des matériaux polyvalents, multicouches et intelligents

Afin de répondre à ces problématiques, les matériaux devront se montrer polyvalents, multicouches et intelligents. « L’approvisionnement en fluides cryogéniques tels que l’hydrogène nous contraint à définir des matériaux capables de respecter certaines caractéristiques physiques, explique Yves Gourinat, enseignant chercheur à l’Isae-Supaéro. Ils doivent pour cela être isolants, rigides, étanches, résistants et être envisagés dans la perspective d’une future certification. Ce qui implique donc une prise en compte globale des sources, procédés et recyclage ».

L’aile volante imposera un certain nombre d’évolutions en matière de réglementation, de gestion des volumes et d’aménagements internes. Elle exige donc une conception intégrée et une vision globale car toutes les fonctions deviennent interdépendantes les unes des autres. L’un des grands enjeux du projet du DMSM consiste donc de parvenir à faire cohabiter différentes fonctions dans le même matériau : tolérance aux dommages, comportements dynamiques… La contrôlabilité des structures via des capteurs et adaptateurs intelligents, bio-inspirés et actifs en permanence, sera également l’un des éléments déterminants du projet de recherche.

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Olivier Guillon – MRJ PRESSE
Rédacteur en chef du magazine Essais & Simulations, Olivier Guillon travaille depuis plus de quinze en tant que journaliste dans le domaine de la presse spécialisée et industrielle.