Les matériaux composites obsolètes des aéronefs retrouvent une nouvelle jeunesse
Les matériaux composites sont de plus en plus employés dans la conception des aéronefs en raison de leurs propriétés très particulières, notamment leur faible poids, leur très grande résistance mécanique et leur facilité de production. Inévitablement, la quantité de déchets composites augmente également. C’est pourquoi les chercheurs se penchent actuellement sur des méthodes de réutilisation des pièces composites en fin de vie.
Les matériaux thermoplastiques sont hautement recyclables car ils peuvent facilement être réchauffés et remodelés pour de nouveaux usages. «Les méthodes de recyclage actuelles visant à prolonger la durée de vie des pièces composites permettent de récupérer environ 80 % de la fibre thermoplastique et de conserver les propriétés mécaniques de la fibre de carbone recyclée», note Pablo Ferrer Pérez, coordinateur du projet SPARTA financé par l’UE.
Transformer les déchets sans valeur en matières premières précieuses
SPARTA a introduit une nouvelle méthode éco-efficace de recyclage des déchets visant à améliorer la gestion actuelle des structures thermoplastiques renforcées par des fibres de carbone à la fin de la durée de vie du produit. Ce procédé permet de réduire considérablement l’impact environnemental de toutes les opérations liées aux systèmes aéronautiques: production de matériaux vierges, fabrication de composites et recyclage.
En règle générale, les pièces recyclées issues d’appareils aéronautiques ou d’autres appareils de transport sont de grande dimension et épaisses (plus de 4 mm). Les technologies conventionnelles telles que le moulage par compression sont limitées dans leur capacité à traiter et à réutiliser le matériau de rebut complexe qui en résulte.
«Notre concept novateur de coupe composite remplace le mouvement rotatif entre l’outil de coupe et la pièce à usiner par un mouvement linéaire afin d’obtenir des copeaux d’une épaisseur uniforme. Le principal avantage de la technologie SPARTA est qu’elle permet de traiter les laminés dans n’importe quelle direction pour obtenir des rubans minces contenant des fibres longues», explique Pablo Ferrer Pérez.
L’objectif final est d’obtenir des chutes plates qui peuvent être facilement moulées. «Notre outil de découpe des composites thermoplastiques génère des copeaux de 50x6x0,15 mm3 et produit jusqu’à 32 kg/h de rubans de coupe, en consommant moins de 4,6 kWh/kg», s’enthousiasme Pablo Ferrer Pérez.
Recycler les matières premières pour en tirer profit
«Pour obtenir des mesures exactes de la position des rubans coupés unidirectionnels, il est essentiel de disposer de modèles et de méthodes d’étalonnage précis. Cela devrait également contribuer à limiter les coûts de main-d’œuvre, les investissements importants en équipement et les défauts de stratification», remarque Pablo Ferrer Pérez.
La solution SPARTA relève ces défis en s’appuyant sur un robot collaboratif qui automatise le processus de stratification et la consolidation des matériaux. Une tête de dépôt sur mesure munie d’une pince place chaque bande dans l’équipement de moulage par compression, en respectant le modèle de la CAO, pour obtenir un panneau consolidé. Le résultat final est un panneau recyclé parfaitement aligné, composé de rubans unidirectionnels à fibres longues et continues.
«Ce système automatisé nous permet de réduire les coûts de main-d’œuvre et les défauts causés par les opérations manuelles. Le coût estimé par kg de matériau de rebut est de 0,37 EUR, ce qui constitue une alternative réellement compétitive aux fibres de carbone vierges qui dépassent les 30 EUR par kg», souligne Pablo Ferrer Pérez.
Un pas de plus vers la fabrication d’aéronefs durables
Pour que les propriétés mécaniques du matériau recyclé soient comparables à celles des composites commerciaux préparés avec des fibres de carbone non recyclées, les chercheurs ont rationalisé certains points de conception, tels que le volume, la taille, le poids et la distribution des fibres.
«L’utilisation de déchets nous permet de réduire le temps de mise sur le marché de nouveaux produits aéronautiques, car elle élimine la dépendance à l’égard de la disponibilité et du stockage des matières premières, ainsi que des fluctuations de prix. Le moulage par compression présente également un temps de traitement très rapide. L’impact environnemental de SPARTA, qui répond aux préoccupations concernant les incidences sur l’environnement non seulement pendant l’exploitation de l’avion, mais aussi au cours du cycle de production des matériaux composites, est cohérent avec les initiatives et les ambitions de l’Union européenne en faveur d’une économie circulaire», conclut Pablo Ferrer Pérez.
Source : ScraPping cArbon Reinforced ThermoplAstic. - Résultat de l'UE.