Matériaux composites tissés 3D : les métiers Jacquard 2.0

La technologie des matériaux composites tissés 3D conçue et développée par Safran permet de produire des pièces plus légères et plus résistantes. Cette innovation majeure joue un rôle clé dans l'amélioration des performances du nouveau moteur LEAP, qui consomme ainsi 15 % de kérosène en moins que son prédécesseur.

La technologie des matériaux composites tissés 3D conçue et développée par Safran permet de produire des pièces plus légères et plus résistantes. Cette innovation majeure joue un rôle clé dans l'amélioration des performances du nouveau moteur LEAP, qui consomme ainsi 15 % de kérosène en moins que son prédécesseur.

Safran Albany

Les origines d'une technologie de pointe

On m'avait dit : « Patrick, puisque tu vas à Lyon pour la Fête des Lumières, il faut absolument que tu prennes le temps d'aller visiter la Maison des Canuts... C'est un musée qui retrace la vie de ces ouvriers qui tissaient la soie au XIXe siècle. Tu y découvriras l'une des plus belles collections de métiers à tisser à bras Jacquard et tu pourras même les voir fonctionner. »

Il n'en fallait pas plus pour piquer ma curiosité d'ingénieur à l'usine Safran Aéro Composite, de Commercy en Lorraine, spécialisée dans la fabrication des aubes et carters de soufflante du nouveau moteur LEAP, en matériau composite tissé 3D par procédé RTM (Resin Transfer Moulding ou moulage par injection de résine).

C'est ainsi qu'en compagnie de mon fils Paul, âgé de 12 ans, j'ai visité ce musée, situé sur la colline de la Croix-Rousse, avant d'aller admirer la magie des lumières. J'avais déjà expliqué à Paul que la Maison des Canuts était l'un des rares lieux où l'on peut voir fonctionner un métier à tisser mécanique Jacquard. Mis au point en 1801 par Joseph-Marie Jacquard, cette machine était manipulable par un seul ouvrier, une véritable révolution à l'époque !

Invention, réinvention... innovation

Le premier modèle exposé affiche clairement son grand âge. En le présentant, le guide nous apprend que l'un des buts du génial inventeur lyonnais était de limiter le travail des enfants, souvent employés comme aides par leurs parents dans des conditions très difficiles. Ce métier à tisser permettait de créer des motifs très complexes en les programmant à l'aide d'un procédé utilisant des cartes perforées : « D'aucuns considèrent même que ce modèle est l'aïeul des ordinateurs ou des robots que nous connaissons aujourd'hui ! »

A cette précision du guide, je me penche vers Paul : « Tu vois, c'est comme dans mon métier. Pour fabriquer les pièces du nouveau moteur LEAP, nous utilisons aussi cette technique de tissage. » Mon fils m'observe un bref instant avant de demander visiblement intrigué : « C'est quoi votre invention ? » J'essaie de trouver une explication la plus simple possible :

Safran a tout simplement appliqué le principe de cette prodigieuse machine que tu as devant toi ! C'est en quelque sorte l'ancêtre de celle que nous utilisons aujourd'hui pour réaliser des pièces aéronautiques en matériaux composites selon une technologie unique, le tissé 3D, inventée par un ingénieur du Groupe.

Un procédé de fabrication unique au monde

Après avoir détaillé les évolutions successives de la technique des métiers à tisser, le guide nous propose d'assister à une démonstration. Le grand métier à tisser devant moi me fait penser à un lointain aïeul des machines ultra-modernes de l'usine de Commercy qui fabriquent en matériau composite tissé 3D les aubes et carters de soufflante du moteur de nouvelle génération LEAP. Ces nouvelles aubes apportent au moteur LEAP un gain de masse contribuant à diminuer la consommation en carburant et les émissions d'oxyde d'azote.

7
km
de fibres sont nécessaires à la fabrication d'une seule aube de moteur

Les fils qui s'entrecroisent dans un incessant ballet me font penser à notre procédé de fabrication de pièces en composites tissés 3D RTM, conçu en partenariat avec la société américaine Albany International qui bénéficie de plus de 50 ans de savoir-faire dans le tissage industriel. Ce qui s'opère devant nos yeux a vraiment un air de famille avec les milliers de fibres tissées dans notre usine selon un certain motif pour obtenir les spécifications requises de la pièce. Sept kilomètres de fibres sont nécessaires à la fabrication d'une seule aube de moteur ! Tandis que le guide vante la rapidité de l'exécution de l'étoffe aux nombreux motifs colorés, je ne peux m'empêcher de faire le rapprochement avec le gain de temps réalisé grâce à l'automatisation et à la numérisation de notre process. Aujourd'hui, entre le dessin de la préforme et le premier tissage, quelques jours seulement suffisent alors qu'il fallait plusieurs mois pour obtenir le même résultat manuellement.

De nouvelles applications à développer

Les matériaux composites représentent une avancée majeure pour l'industrie aéronautique. Leurs performances, en matière de légèreté et de résistance, prouvent leur efficacité sur l'amélioration du rendement du moteur. Plus performantes que les aubes métalliques classiques, les aubes tissées en composites 3D RTM permettent un gain de masse significatif, de l'ordre de 500 kilos par avion ! La prochaine étape sera d'étendre l'utilisation de ces matériaux aux pièces aéronautiques particulièrement sollicitées, mécaniquement ou thermiquement, comme les compresseurs.

En rejoignant mon fils à la boutique, je lui suggère :

Dis-moi, ça te dirait de visiter l'usine où je travaille ?

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