Le biomimétisme, une puissante boîte à outils pour répondre aux enjeux de l'industrie aéronautique

Avec une croissance du trafic estimée autour de 4,4% à l'avenir, l'industrie aéronautique offre de belles perspectives. Néanmoins, les acteurs du secteur sont confrontés à des défis inédits : régulations environnementales drastiques, exigences des usagers, concurrence des nouveaux entrants, pression sur les coûts pour les fournisseurs, accélération des rythmes de production et d'usinage, coût de développement en hausse, complexité des programmes,...

Pour perdurer sur ce marché en pleine mutation et composer avec cet univers complexe de défis, constructeurs et fournisseurs doivent muscler leur R&D seules des ruptures technologiques conséquentes et pertinentes pourront leur permettre de se projeter efficacement.

Aérostructures et physique de vol, motorisation, systèmes embarqués, conception des cabines et des composants technologiques :
 comment imaginer des approches R&D nouvelles et efficaces, tout en limitant les coûts de développement ? 

Spécialiste du biomimétisme, Bioxegy vous explique pourquoi cette approche est une réponse de choix pour relever ces défis. Matériaux, structures et lightweight design, comportement en vol, thermorégulation, tribologie, acoustique, détection et traitement de l'information : les enseignements de la nature sont nombreux. Nous vous présentons une sélection de leviers intéressants.

©Safran Helicopter Engines

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Biomimétisme et aéronautique : un pari gagnant

C'est une évidence. Pour réduire la consommation et les émissions d'un aéronef, il faut pouvoir en optimiser la pénétration dans l'air.

Le biomimétisme est une approche idéale pour alimenter la recherche d'idées et de méthodes de conception nouvelles en matière d'aérodynamisme. 

De nombreuses espèces d'oiseaux ou d'animaux aquatiques disposent de facultés de déplacement étonnantes, jonglant entre l'effort déployé, la vitesse et l'endurance. Une vaste source d'inspirations pour comprendre comment formes et revêtements peuvent éclairer l'adoption de nouvelles approches de conception pour les aérostructures.

L'industrie aéronautique n'en est pas à son coup d'essai en matière de biomimétisme : winglets inspirés des grands rapaces, vernis aérodynamiques inspirés de la peau des requins, les cas d'usage sont nombreux.

Pour autant,
il reste de nombreuses opportunités à explorer, notamment là où on ne s'y attend pas forcément, pour certains composants par exemple.

L'entreprise Zipp a par exemple conçu des roues de vélos inspirées des tubercules des nageoires des baleines à bosse. Comme pour l'animal, ces tubercules, en forme de bosses, viennent atténuer la trainée générée et stabilisent l'ensemble de la structure, notamment face aux vents de travers. Un enseignement transposable aux trains d'atterrissage pour sécuriser les avions légers au décollage ?

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Biomimétisme et lightweight design :  
une évidence

Parce qu'elle doit minimiser la consommation énergétique de toutes les espèces pour en garantir la survie, la nature les a dotées de formes, de structures et de matériaux, de formes qui en optimise le rapport masse-résistance. 

Le biomimétisme est un outil incontournable pour alléger les structures et composants de l'avion, de quelque nature qu'ils soient.

À titre d'exemple, la microstructure des os de seiche a inspiré la conception de structures composites sous formes de treillage aux États-Unis. Les blocs obtenus sont légers, particulièrement résistants, notamment aux forces de compression, et maintiennent un excellent degré de flexibilité.

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Le biomimétisme pour faire face aux éléments

La question de la fiabilité est centrale dans une industrie pour laquelle toute période maintenance est coûteuse et dans laquelle les normes de sécurité sont drastiques.

En moyenne, on attend d'un avion qu'il puisse parcourir 21 millions de kilomètres avant de devoir passer par les ateliers. Résistance aux chocs et aux impacts, oxydation, abrasion, érosion, fatigue des matériaux : autant de défis techniques à relever pour les acteurs du secteur.

Dans la nature, la fiabilité et l'endurance sont cardinables pour assurer la survie des espèces. Confrontés à des milieux hostiles et sous contraintes,
les espèces végétales ou animales offrent des stratégies de choix pour concevoir des composants aéronautiques fiables et résistants, à l'épreuve des éléments.

L'exosquelette du scorpion du désert nord-africain, qui doit protéger l'animal des tempêtes de sable violentes, a inspiré des chercheurs chinois pour concevoir un matériaux permettant de lutter contre l'érosion ou l'abrasion. Une opportunité de taille pour les motoristes d'hélicoptères ou d'avions !

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Le biomimétisme pour inspirer l'avenir des systèmes embarqués

Pour optimiser sa trajectoire et sa consommation, pour faciliter le travail des pilotes et pour assurer le confort et la sécurité des passagers, les avions se doivent d'être toujours plus intelligents.

Le biomimétisme peut éclairer la conception technique des capteurs et muscler le développement des algorithmes associés,
en puisant dans les stratégies et principes du vivant, tant ils sont simples, rationalisés et performants.

Une équipe de chercheurs australiens s'est par exemple inspirée de faucon crécerelle, capable de chasser en vol stationnaire, malgré de très fortes turbulences. Cet oiseau collecte des informations sensorielles sur la vitesse et l'incidence du vent au niveau de ses plûmes. Il ajuste ainsi constamment sa trajectoire et son profil de vol pour compenser les turbulences. Les chercheurs ont conçu un système anti-turbulences. Des capteurs placés sur les ailes analysent la vélocité et l'angle des courants d'air et permettent au système de contrôle de l'avion d'ajuster la trajectoire. Le résultat est plus efficace et réactif que les centrales inertielles classiques.

Le biomimétisme apporte de la valeur ajoutée pour bien d'autres thématiques aéronautiques : thermorégulation, NVH, tribologie,...

Pour aller plus loin :