Une nouvelle association de revêtement et de méthode d’application protège les surfaces des ailes
Les polymères renforcés par fibres de carbone (CFRP) sont largement utilisés dans l’industrie aéronautique. Ce matériau est rigide et léger. Il est également lisse. De ce fait, les surfaces d’aéronef, comme les panneaux d’aile et les bords d’attaque, sont souvent composés de CFRP pour une meilleure réduction des frottements. Cependant, les CFRP sont sujets à l’érosion. Les particules en suspension et la pluie agissent comme du papier de verre sur les ailes d’un aéronef. Ainsi, les surfaces critiques, telles que les bords d’attaque des ailes, sont recouvertes pour les protéger contre l’érosion. Les revêtements actuels ne sont pas adéquats pour cet usage, car ils nécessitent régulièrement de nouvelles applications. Ils présentent également de mauvaises propriétés de conduction de la chaleur et de l’électricité. Cela signifie qu’ils offrent très peu de protection contre la foudre, et ont une faible capacité en matière de dégivrage et de prévention contre la formation de givre. L’industrie a besoin d’un nouveau revêtement, et ce dernier a été développé par le projet WINNER, financé par l’UE. L’équipe a approfondi plusieurs revêtements de protection contre l’érosion, pour une utilisation sur des panneaux d’aile ayant différentes propriétés électriques et thermiques. L’objectif étant de fournir une protection contre l’érosion, mais également contre la foudre et la formation de givre.
Des revêtements à plusieurs couches
Les revêtements sont basés sur plusieurs couches de titane et de nitrure de titanium. Le titane est un métal robuste, mais léger, capable d’absorber l’énergie de l’impact. Le nitrure de titanium est un matériau céramique dur, quoique fragile, qui est souvent employé pour les revêtements d’outils, mais qui se fissure à l’impact. Utiliser conjointement ces deux matériaux permet de combiner leurs avantages. «Pour cette raison, nous avons dû concevoir une architecture à empilement de revêtements, en utilisant les matériaux en couches alternées, comme des lasagnes», explique Borja Coto, coordinateur du projet. L’application de revêtements sur le substrat en CFRP impose des difficultés particulières. Un CFRP étant fondamentalement du plastique, il demande une application à basse température.
Application à la vapeur
Pour y parvenir, les chercheurs du projet WINNER ont modifié une technologie de revêtement existante, appelée dépôt physique en phase vapeur (ou PVD), pour l’utiliser avec les nouveaux revêtements du projet. Le PVD vaporise le matériau de revêtement dans un caisson à vide, puis le dépose sur la surface. Les principaux avantages sont les suivants: le PVD fonctionne avec de nombreux matériaux, il peut créer des couches uniques ou multiples sur de nombreux types de substrats (y compris les CFRP), et il permet un contrôle précis de l’épaisseur. La combinaison de composés de titane protecteurs et du PVD n’avait jamais été tentée auparavant. Les résultats montrent que l’application par PVD du nouveau revêtement offre une bonne protection contre l’érosion. «Le niveau de protection contre l’érosion due à la pluie peut encore être amélioré», affirme B. Coto. «Nous avons obtenu des revêtements résistants électriquement, mais le principal objectif du projet portait sur les propriétés relatives à l’érosion.» Le résultat le plus significatif a été la connaissance nouvellement acquise au sujet de la complexité des différents types d’érosion sur les revêtements appliqués par PVD sur les CFPR. Cela a toute son importance pour concevoir des stratégies de revêtement adaptées. Par la suite, l’équipe optimisera les revêtements à l’aide d’autres matériaux candidats, comme le chrome et le nitrure de chrome. Ces derniers pourraient servir de couches intermédiaires avec le titane et le nitrure de titanium, afin d’améliorer l’adhérence et ainsi la protection contre la pluie. À l’avenir, l’ajout de nouveaux composés pour modifier les propriétés électriques pourrait augmenter la protection contre la foudre et la formation de givre. L’ensemble des revêtements devront finalement passer par des tests et des vérifications selon les normes de sécurité aéronautiques. Le projet WINNER a ouvert la voie à un futur type d’application de revêtements sur les ailes d’aéronef. De tels revêtements font partie intégrante de la vaste base de travaux de l’Europe pour améliorer l’efficacité énergétique et l’impact environnemental du secteur de l’aéronautique.
Mots‑clés
WINNER, revêtement, érosion, CFRP, PVD, aile d’aéronef, aéronautique, polymères renforcés par fibres de carbone, protection contre l’érosion, dépôt physique en phase vapeur
