{"id":5030,"date":"2020-02-17T22:36:00","date_gmt":"2020-02-17T21:36:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.cailabs.com\/blog\/uncategorized\/"},"modified":"2024-07-11T10:32:52","modified_gmt":"2024-07-11T08:32:52","slug":"les-requins-vont-ils-nous-aider-a-reduire-nos-emissions-de-co2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.cailabs.com\/fr\/blog\/procedes-laser-industriels\/les-requins-vont-ils-nous-aider-a-reduire-nos-emissions-de-co2\/","title":{"rendered":"Les requins vont-ils nous aider \u00e0 r\u00e9duire nos \u00e9missions de CO2\u00a0?"},"content":{"rendered":"\n
Le d\u00e9fi de la consommation en k\u00e9ros\u00e8ne de l\u2019aviation commerciale <\/h5>\n\n\n\n
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\"Avion<\/picture><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

La flotte a\u00e9rienne mondiale comporte actuellement 24 000 avions commerciaux qui ont r\u00e9alis\u00e9 un total de 38 millions de vols en 2018, transportant 4,4 milliards de passagers : \u00e0 chaque battement de c\u0153ur un avion d\u00e9colle dans le monde, soit 72 vols par minute. Le transport a\u00e9rien repr\u00e9sente 3 \u00e0 4% des \u00e9missions de CO2<\/sub> mondiale, et avec les projections des tendances actuelles il pourrait monter \u00e0 22% des \u00e9missions de CO2<\/sub> mondiale en 2050. Avec un doublement du nombre de passagers tous les 15 ans(1)<\/sup>, le transport a\u00e9rien repr\u00e9sente donc un des grands d\u00e9fis \u00e9cologiques des prochaines d\u00e9cennies(2)<\/sup>.<\/p>\n\n\n\n

Heureusement, le secteur a\u00e9rien est le premier \u00e0 s\u2019engager dans son ensemble pour la plan\u00e8te. En effet l\u2019OAIC, l\u2019organisation internationale du transport a\u00e9rien, s\u2019est engag\u00e9e en 2016 \u00e0 maintenir d\u2019ici \u00e0 2035 le niveau d\u2019\u00e9mission qui sera observ\u00e9 en 2020. Elle s\u2019\u00e9tait par ailleurs fix\u00e9e pour objectif en 2010 d\u2019am\u00e9liorer l\u2019efficacit\u00e9 \u00e9nerg\u00e9tique de la flotte de 2% par an(3)<\/sup>.<\/p>\n\n\n\n

Toutes les pistes doivent donc \u00eatre explor\u00e9es, principalement l\u2019utilisation de biocarburant, mais aussi l\u2019am\u00e9lioration de l\u2019a\u00e9rodynamisme des avions en vol.<\/p>\n\n\n\n

De l\u2019a\u00e9rodynamisme des requins \u00e0 l\u2019a\u00e9rodynamisme des avions<\/h5>\n\n\n\n

C\u2019est dans ce cadre que de nombreuses recherches sont men\u00e9es, notamment en s\u2019inspirant de la nature, et plus particuli\u00e8rement en observant un animal dont l\u2019a\u00e9rodynamisme est exceptionnel : le requin. En effet, lorsqu\u2019ils se d\u00e9placent dans l\u2019eau, les requins utilisent la forme de leur corps pour augmenter leur portance, et diminuer leur tra\u00een\u00e9e. Les avions se d\u00e9placent dans l\u2019air gr\u00e2ce aux m\u00eames principes.<\/p>\n\n\n\n

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\"Mako<\/picture>
Requin Mako<\/em><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

Une \u00e9volution des avions inspir\u00e9e de ce requin est d\u2019ailleurs bien connue, les \u00ab winglets \u00bb de Boeing, appel\u00e9s \u00ab sharklets \u00bb par Airbus. Cette nouvelle forme d\u2019aile, repli\u00e9e \u00e0 l\u2019extr\u00e9mit\u00e9, permet de r\u00e9duire la portance, et donc la consommation de k\u00e9ros\u00e8ne, avec une am\u00e9lioration de l\u2019efficacit\u00e9 \u00e9nerg\u00e9tique estim\u00e9e entre 1 et 2% !<\/p>\n\n\n\n

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\"Image<\/picture>
Avion \u00ab\u00a0Sharklet\u00a0\u00bb<\/em><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

Avec une vitesse moyenne de 50 km\/h, et une vitesse de pointe estim\u00e9e \u00e0 70 km\/h, le requin Mako, le plus rapide du monde, a en particulier \u00e9t\u00e9 \u00e9tudi\u00e9 pour son a\u00e9rodynamisme exceptionnel. La surface de sa peau, couverte de denticules, poss\u00e8de des propri\u00e9t\u00e9s a\u00e9rodynamiques dont souhaite s\u2019inspirer l\u2019industrie a\u00e9ronautique. L\u2019universit\u00e9 de Harvard a ainsi r\u00e9alis\u00e9 l\u2019image au microscope \u00e9lectronique \u00e0 balayage de leur peau, illustr\u00e9e ci-dessous. (4) (5)<\/em><\/sup><\/p>\n\n\n\n

En imitant cette structure sur une aile d\u2019avion, la tra\u00een\u00e9e pourrait \u00eatre r\u00e9duite et la portance augment\u00e9e. D\u00e9j\u00e0 dans les ann\u00e9es 1990 Airbus avait test\u00e9 un avion dont les ailes \u00e9taient partiellement recouvertes d\u2019une feuille qui imitait la texture de la surface de l\u2019animal. Malgr\u00e9 l\u2019am\u00e9lioration notable apport\u00e9e, la technologie n\u2019a pas encore pu passer le stade exp\u00e9rimental, faute de trouver un proc\u00e9d\u00e9 suffisamment industriel.<\/p>\n\n\n\n

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\"Image<\/picture>
Image au microscope \u00e9lectronique \u00e0 balayage<\/em>
de la peau d\u2019un requin Mako<\/em><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

En effet, la structure imprim\u00e9e sur l\u2019aile de l\u2019avion devra tenir dans le temps (au moins 5 ans, \u00e0 comparer aux 8 ans actuellement entre deux it\u00e9rations de peinture de l\u2019avion) dans des conditions extr\u00eames, avec notamment les dilatations et r\u00e9tractations de l\u2019aile avec l\u2019\u00e9cart de temp\u00e9rature entre les situations au sol et en vol.  Il s\u2019agit aussi de couvrir des zones extr\u00eamement grandes (4000m\u00b2 de surface de peinture sur un Airbus A380) et potentiellement courb\u00e9es, avec un motif extr\u00eamement r\u00e9gulier, et ce dans un temps raisonnable de quelques jours pour l\u2019ensemble de l\u2019avion.<\/p>\n\n\n\n

Quelles pistes pour industrialiser l\u2019effet \u00ab peau de requin \u00bb ?<\/h5>\n\n\n\n

A ce stade diff\u00e9rentes pistes sont \u00e0 l\u2019\u00e9tude pour industrialiser le proc\u00e9d\u00e9 d\u2019impression d\u2019un effet peau de requin sur une aile d\u2019avion, pr\u00e9sent\u00e9es ci-apr\u00e8s.<\/p>\n\n\n\n

La texturation de peinture par moulage par l\u2019Institut Fraunhofer<\/h5>\n\n\n\n

La premi\u00e8re piste que nous allons \u00e9voquer a \u00e9t\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9e dans le cadre du projet Europ\u00e9en Clean Sky gr\u00e2ce au partenariat entre l\u2019Institut Fraunhofer en Allemagne, l\u2019avionneur Airbus, et le fabriquant de peinture Mankiewicz. Dans le cadre de ce projet Lufthansa a r\u00e9alis\u00e9 des essais avec une aile textur\u00e9e, tr\u00e8s prometteurs ! Il s\u2019agit d\u2019imprimer le motif sur une couche de peinture fraiche gr\u00e2ce \u00e0 un moule en silicone avant que celle-ci ne s\u00e8che, le s\u00e9chage \u00e9tant r\u00e9alis\u00e9 par UV. Sur la base des essais r\u00e9alis\u00e9s gr\u00e2ce au prototype de l\u2019Institut Fraunhofer, ce proc\u00e9d\u00e9 permettrait d\u2019atteindre une vitesse de 1m\u00b2\/min, et donc le traitement d\u2019un avion en 1 \u00e0 2 jours. En effet le s\u00e9chage UV prendrait seulement quelques secondes contre des heures habituellement. L\u2019industrialisation reste un d\u00e9fi, avec la r\u00e9utilisation du moule pour r\u00e9aliser plusieurs motifs, et la conception d\u2019outils pour s\u2019adapter \u00e0 la forme de l\u2019avion.(6)<\/sup><\/p>\n\n\n\n

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\"Image<\/picture>
Proc\u00e9d\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9 par l\u2019Institut Fraunhofer pour l\u2019impression<\/em>
de motifs \u00ab peau de requin \u00bb par moulage [7]<\/em><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n
La micro fabrication additive par l\u2019Universit\u00e9 de Harvard<\/h5>\n\n\n\n

Un autre proc\u00e9d\u00e9 mis en \u0153uvre pour \u00e9tudier l\u2019effet \u00ab peau de requin \u00bb est la fabrication additive (impression 3D) du motif directement sur l\u2019aile de l\u2019avion. L\u2019Universit\u00e9 de Harvard a r\u00e9alis\u00e9 20 configurations du motif en photopolym\u00e8re transparent par ce proc\u00e9d\u00e9, et les a test\u00e9s en soufflerie. Les r\u00e9sultats semblent au-del\u00e0 des attentes initiales, avec, en plus de la diminution de la tra\u00een\u00e9e attendue, une augmentation de la portance ! Le ratio portance sur tra\u00een\u00e9e est ainsi am\u00e9lior\u00e9 de 323%, ouvrant la voie \u00e0 de r\u00e9duction de consommation en k\u00e9ros\u00e8ne importante. Ce proc\u00e9d\u00e9 n\u00e9anmoins reste exp\u00e9rimental \u00e0 ce stade, les techniques de fabrication additive ne permettant pas des rendements en ad\u00e9quation avec le besoin final.(4)<\/sup><\/p>\n\n\n\n

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Proc\u00e9d\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9 par l\u2019Universit\u00e9 de Harvard par fabrication additive de motifs \u00ab peau de requin \u00bb (a) Peau de Mako observ\u00e9 au microscope \u00e9lectronique \u00e0 balayage (b) Motif th\u00e9orique \u00e0 imprim\u00e9 (c,d) Arrangements de motifs test\u00e9s en soufflerie<\/em><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n
L\u2019usinage interf\u00e9rentiel par 4Jet<\/h5>\n\n\n\n
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\"Image<\/picture>
Process for producing \u00ab\u00a0shark skin\u00a0\u00bb patterns developed<\/em>
by 4Jet through interferential machining<\/em><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

Le d\u00e9veloppement d\u2019un proc\u00e9d\u00e9 bien diff\u00e9rent est en cours entre les entreprises allemandes 4Jet, sp\u00e9cialistes de l\u2019usinage laser, et Mankiewicz, sp\u00e9cialiste des peintures pour avions (8) (9)<\/sup>. Il s\u2019agit de r\u00e9aliser directement l\u2019usinage partiel de la peinture sur l\u2019avion. En r\u00e9alisant des interf\u00e9rences sur la surface de l\u2019aile, la peinture sera alternativement usin\u00e9e, ou non, de quelques microns, cr\u00e9ant ainsi un motif proche de celui des requins Mako. La m\u00e9thode d\u00e9velopp\u00e9e par 4Jet serait 500 fois plus rapide que les m\u00e9thodes de ce type auparavant d\u00e9velopp\u00e9es, permettant la cr\u00e9ation de 15km de texture lin\u00e9aire, soit 1m\u00b2 de surface, en moins d\u2019une minute. Ce projet est tr\u00e8s prometteur permettrait une baisse de la consommation de carburant estim\u00e9e \u00e0 1% !<\/p>\n\n\n\n

La r\u00e9alisation de pi\u00e8ces composites directement textur\u00e9 par FRIMO<\/h5>\n\n\n\n

Enfin, un dernier proc\u00e9d\u00e9 int\u00e9ressant est la r\u00e9alisation de pi\u00e8ces en composite directement textur\u00e9es d\u00e9velopp\u00e9 par FRIMO. Ce proc\u00e9d\u00e9 n\u2019est applicable qu\u2019\u00e0 l\u2019automobile, les mat\u00e9riaux d\u2019un avion n\u2019\u00e9tant \u00e0 ce jour pas compatibles avec de tels proc\u00e9d\u00e9s. Il a n\u00e9anmoins le m\u00eame objectif, am\u00e9liorer l\u2019a\u00e9rodynamisme en r\u00e9duisant la portance. Un partenariat entre FRIMO, BMW, 3D-Core, Eschmann-Texture, ISL and Dstyle a permis de r\u00e9aliser des pi\u00e8ces pour une BMW Z4 textur\u00e9e. Les pi\u00e8ces sont r\u00e9alis\u00e9es en composite Vitrox\u00ae par moulage. Les tests effectu\u00e9s dans un tunnel ind\u00e9pendant, ont effectivement permis de mesurer une diminution de la tra\u00een\u00e9e du v\u00e9hicule ! (10) (11)<\/sup><\/p>\n\n\n\n

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Proc\u00e9d\u00e9 par moulage de la pi\u00e8ce enti\u00e8re en composite<\/em>
d\u00e9velopp\u00e9 par FRIMO pour la BMW Z4<\/em><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n
Et Cailabs dans tout \u00e7a ?<\/h5>\n\n\n\n

Cailabs participe au projet europ\u00e9en CUSTODIAN(12)<\/sup> pour am\u00e9liorer le rendement des proc\u00e9d\u00e9s de fabrication additive, pertinent pour le proc\u00e9d\u00e9 d\u00e9velopp\u00e9 par Harvard.<\/p>\n\n\n\n

N\u00e9anmoins, l\u2019int\u00e9r\u00eat principal de Cailabs est dans l\u2019optimisation du proc\u00e9d\u00e9 d\u2019usinage de la peinture par interf\u00e9rences. En effet, nous avons not\u00e9 le d\u00e9veloppement \u00e0 l\u2019\u00e9chelle industrielle, d\u2019une m\u00e9thodologie de d\u00e9capage de peinture par laser, une premi\u00e8re, qui par ailleurs est aussi un grand pas \u00e9cologique, limitant l\u2019utilisation de proc\u00e9d\u00e9s chimiques relativement sales.(13)<\/sup><\/p>\n\n\n\n

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Robot de retrait de peinture par laser LR Systems<\/em><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

D\u00e9velopp\u00e9 par LR Systems, ce proc\u00e9d\u00e9 utilise un laser \u00e0 CO2<\/sub> de tr\u00e8s forte puissance (20 \u00e0 30kW), laser qui semble donc adapt\u00e9 au retrait de peinture, principe de base du proc\u00e9d\u00e9 interf\u00e9rentiel. Ces lasers pr\u00e9sentent des profils gaussiens, \u00e0 sym\u00e9trie circulaire, non id\u00e9al pour r\u00e9aliser une texturation extr\u00eamement uniforme en scannant. La mise en forme de type \u00ab top-hat \u00bb carr\u00e9 permettrait d\u2019une part d\u2019avoir un motif plus r\u00e9gulier, mais aussi de scanner sans recouvrement tout en ayant un motif identique partout sur la surface de l\u2019avion.<\/p>\n\n\n\n

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Interf\u00e9rences \u00e0 2 dimensions \u00e0 partir d’un faisceau gaussien (a)<\/em>
et \u00e0 partir d’un faisceau top-hat carr\u00e9 (b)<\/em><\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n

Ce type de mise en forme \u00e0 tr\u00e8s haute puissance ne semble possible que gr\u00e2ce \u00e0 la technologie de CANUNDA-HP toute r\u00e9flective permettant le refroidissement optimum des optiques !<\/p>\n\n\n\n

 References: <\/strong><\/p>\n\n\n\n

(1) The conversation – \u00ab\u00a0<\/em>Trafic a\u00e9rien mondial, une croissance fulgurante pas pr\u00eate de s\u2019arr\u00eater\u00a0\u00bb.<\/em><\/p>\n\n\n\n

Lire l’article<\/a><\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\n

(2) Wikipedia -\u00ab\u00a0Impact climatique du transport a\u00e9rien\u00a0\u00bb. Lire l’article<\/a><\/em><\/p>\n\n\n\n

(3) La Tribune – \u00ab\u00a0Le transport a\u00e9rien s’engage contre le r\u00e9chauffement climatique\u00a0\u00bb. Lire l’article<\/a><\/em><\/p>\n\n\n\n

(4) Journal of The Royal Society Interface, Volume 15, Issue 139 – \u00ab\u00a0Shark skin-inspired designs that improve aerodynamic performance\u00a0\u00bb, publication: 7 Feb, 2018. August G. Domel, Mehdi Saadat, James C. Weaver, Hossein Haj-Hariri, Katia Bertoldi and George V. Lauder.  Lire la publication <\/a><\/em><\/p>\n\n\n\n

(5) Aerospace Technology – \u00ab\u00a0Sharkskin design improves aircraft aerodynamics\u00a0\u00bb. Lire l’article<\/a><\/em><\/p>\n\n\n\n

(6) MRO Network – \u00ab\u00a0Shark-skinned\u00a0\u00bb. Lire l’article<\/a><\/em><\/p>\n\n\n\n

(7) Fraunhofer Ifam – \u00ab\u00a0Low drag surface riblet coating fraunhofer ifam\u00a0\u00bb. Lire l’article<\/a> <\/em><\/p>\n\n\n\n

(8) Simple flying – \u00ab\u00a0Exciting New \u201cShark Skin\u201d Technology To Cut Aircraft Fuel Usage\u00a0\u00bb. Lire l’article<\/a> <\/em><\/p>\n\n\n\n

(9) Laser Systems Europe – \u00ab\u00a0Shark-inspired surfaces increase fuel efficiency of aircraft\u00a0\u00bb. Lire l’article<\/a> <\/em><\/p>\n\n\n\n

(10) Plastics – \u00ab\u00a0Street Shark 3.0 \u2013 sports car with shark skin surface\u00a0\u00bb. Lire l’article<\/a><\/em><\/p>\n\n\n\n

(11) FRIMO – \u00ab\u00a0FRIMO Street Shark \u2013 PU Composites enable Shark skin effect for future surface\u00a0\u00bb.<\/em><\/p>\n\n\n\n

Lire l’article<\/a><\/em><\/p>\n\n\n\n

(12) Custodian: https:\/\/shapeyourlaser.eu\/<\/a><\/em><\/p>\n\n\n\n

(13) Photonics.com – \u00ab\u00a0Laser Paint Removal Takes Off in Aerospace\u00a0\u00bb. Lire l’article<\/a><\/strong><\/em><\/p>\n\n\n\n

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\"\"<\/picture><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n
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Par Gwenn Pallier<\/strong><\/strong><\/p>\n\n\n\n

Ing\u00e9nieure en Optique dipl\u00f4m\u00e9e de l’Institut d’Optique (SupOptique) et responsable de Ligne Produit et de Projets \u00e0 Cailabs, Gwenn Pallier apporte son expertise au d\u00e9veloppement et \u00e0 la commercialisation de solutions optiques innovantes pour optimiser la qualit\u00e9 et les rendements de proc\u00e9d\u00e9s d’usinage laser.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

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Nos autres articles :<\/h2>\n\n\n\n
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