L’Agence de l’innovation de défense s’allie avec Safran et l’ONERA pour développer des matériaux de turbines haute performance

ADAMANT, un projet de recherche partenariale pour répondre à des défis technologiques majeurs

Les matériaux présents dans les modules les plus chauds des moteurs d’avions doivent être conçus pour être les plus résistants possible. C’est le cas notamment pour les disques ou les aubes des turbines, soumis à de fortes sollicitations mécaniques et qui, en cas de rupture, risquent de compromettre l’intégrité du moteur, voire de l’avion. De plus, améliorer le rendement thermopropulsif des moteurs passe par une augmentation de la température des gaz de combustion et requiert en conséquence une optimisation poussée du comportement mécanique à haute température des matériaux. Il est donc crucial de concevoir des matériaux plus performants et plus fiables pour les pièces des futurs moteurs, notamment pour la diminuer les coûts d’entretien mais surtout pour assurer la sûreté des aéronefs.

Ces défis s’imposent en particulier pour le système de propulsion, dont les performances en termes de poussée, mais aussi de fiabilité, d’autonomie et de coûts, seront déterminantes pour l’acquisition de la supériorité opérationnelle. Augmenter significativement la poussée par rapport à celle du moteur M88 du Rafale se traduit par des températures plus élevées : de l’ordre de 2100 kelvins² (1826.85 degrés Celsius) en entrée de turbine, soit 250 kelvins (250 degrés Celsius) de plus que celles du M88. Il s’agit d’un gap très important à franchir dans des délais contraints pour être aux rendez-vous du programme et des sauts technologiques nécessaires par rapport au moteur actuel qu’il convient d’acquérir rapidement. Les niveaux requis ne sont pas atteignables avec les technologies et les matériaux actuels.

Afin de répondre à ce défi, l’ONERA et Safran, déjà partenaires en matière de recherche et technologie dans le domaine de la motorisation des avions d’armes, ont proposé au ministère des Armées la mise en place d’un projet structurant, via une chaire industrielle, reposant sur un cofinancement par les partenaires des travaux, qui seront principalement conduits au sein du département « matériaux et structures » (DMAS) de l’ONERA.

Cette chaire industrielle constituera un moteur d’accélération de l’innovation, favorisant la valorisation des résultats de recherche par l’entreprise au profit du client final.

Un objectif clé : accéder en un temps contraint à de nouveaux matériaux résistants à de très fortes températures.

Disques de turbines avec leurs aubes

Crédit : SAFRAN

Le cœur du projet ADAMANT réside dans le développement de nouveaux alliages métalliques et systèmes multicouches pour des applications à haute température sur des aubes et des disques de turbines. Il s’appuie sur des méthodes accélérées innovantes basées sur la métallurgie numérique. L’objectif est d’atteindre des niveaux de maturité technologique et une preuve de concept dans des délais compatibles avec l’introduction des matériaux développés dans le démonstrateur moteur du NGF. La métallurgie numérique est un pilier de ce projet afin de trouver des optima que les moyens techniques traditionnels et l'expertise ne sauraient découvrir en un temps acceptable.

La chaire ADAMANT mutualise des bases de données matériaux, met en œuvre des techniques d'intelligence artificielle, des algorithmes spécifiques de type machine learning et data mining, ainsi que des expériences à haut rendement de caractérisation. Elle permettra la formalisation d'une démarche de développement accélérée et des outils spécifiques d'aide à la décision, sans pour autant délaisser les fondamentaux : élaboration et transformation d’alliages, caractérisations microstructurales, physico-chimiques et mécaniques, expérimentations sur banc représentatives des conditions réelles, modélisation et simulations. La réussite de ce projet reposera sur l’association de l'expertise scientifique de métallurgistes, chimistes et mécaniciens, avec celle des spécialistes des nouvelles méthodes numériques. ADAMANT est à ce titre un outil majeur de développement des compétences en matière de matériaux chauds, un domaine essentiel à l’autonomie stratégique nationale et européenne en matière d’aviation de combat.

¹-Une chaire a pour objectif de rapprocher entités publiques (universités, instituts de recherche) et entités privées au sein d’un même programme, leur permettant de développer conjointement des activités de recherche et de formation autour d’une thématique commune.

²-Le kelvin constitue l’unité de base du système international d’unités de températures thermodynamiques.