IRT Saint-Exupéry. Les chercheurs planchent sur l'aéronef plus électrique

Les convertisseurs de puissance font partie des terrains de recherche  de l'IRT Saint-Exupéry. crédit : IRT Saint-Exupéry

Dans les murs du bâtiment B612, quartier Montaudran, l’IRT Saint Exupéry planche sur l’aéronef plus électrique. Présentation des programmes en cours et des enjeux de coût et de fiabilité liés à ce domaine de recherche stratégique.

 

« A l’époque, on partait de rien ! A mon arrivée à l’Institut en 2014, j’avais pour mission de définir une feuillede route dans le domaine de l’aéronef plus électrique. L’idée était d’arriver à une vision cohérente de l’ensemble des questionnements et des recherches en cours dans ce domaine. Nous avons ensuite cherché à identifier quelles valeurs ajoutées l’IRT Saint Exupéry pouvait apporter aux industriels», se rappelle Régine Sutra Orus, directrice du domaine Aéronef plus électrique à l’IRT Saint Exupéry.  Une activité importante qui emploie pas moins de 80 personnes en temps plein aujourd’hui, des internes ou  des ingénieurs mis à disposition par des entreprises et/ou des laboratoires.  Quatre ans après l’arrivée de Régine Sutra Orus, les programmes ont avancé, de nouveaux sont apparus et des projets de nouvelles plateformes pourraient s’annoncer bientôt, notamment sur le thème de l’hybridation.  

Mutation des savoir-faire : l’électronique de puissance prend le dessus
L’aéronef plus électrique fait partie des trois axes technologiques de l’IRT Saint Exupéry, à côté des matériaux multifonctionnels hautes performances et des systèmes embarqués. Anciennement Airbusienne puis détachée de Zodiac Aerospace, Régine Sutra Orus observe une approche différente de la recherche sur la thématique de l’aéronef plus électrique : « Jusqu’à présent, les chercheurs de l’aéronautique étaient sur de l’innovation dite prudente. Aujourd’hui on travaille différemment : on utilise ce qui existe par ailleurs et on étudie les interactions possibles avec le secteur aéronautique.» Une nouvelle approche induite par les enjeux dictés par les avionneurs qui veulent plus d’électrique mais qui brandissent aussi les critères coûts et fiabilité : « En utilisant les composants sur étagères, notamment ceux utilisés pour l’industrie grand public (téléphonie, automobile, ferroviaire), on peut parvenir à baisser les coûts. A nous d’évaluer les mécanismes de défaillance et d’étudier les compatibilités avec l’aéronautique. » Après la baisse des coûts, la démonstration de la fiabilité est un deuxième enjeu  : « Ce qui fait peur dans l’électrique dans l’aéronautique, c’est que l’on utilise de nouvelles architectures, de nouveaux équipements qui réalisent une fonction, de nouveaux composants… de nouvelles technologies qu’il faut rendre matures puis être capables de  prouver qu’elles le sont », explique la directrice qui rappelle qu’avec l’A380, le premier avion à présenter le plus de convertisseurs, les ingénieurs ont dû changer de métier et se tourner davantage vers l’électronique de puissance.

Croisement des technologies
Un des avantages de l’IRT Saint Exupéry est sa vision et sa compréhension des possibles interactions entre différentes technologies comme par exemple l’électronique de puissance et les moteurs. Autre illustration du croisement efficace des différents savoir-faire technologiques : les services de l’électronique et des systèmes embarqués qui proposent communément des outils d’optimisation de la chaîne électromécanique.  « L’IA et l’électrique devraient aussi arriver à travailler ensemble », insiste la directrice qui veut encourager les travaux communs entre différents axes scientifiques.  

High Volt, un projet qui pèse 10,6 M€
Trois pôles structurent les actions du domaine aéronef plus électrique de l’IRT.  Un premier pôle est dédié aux isolants de façon générale et prépare davantage à la conception de l’avion hybride électrique : « dans ce pôle, nous travaillons sur la compréhension des enjeux liés à la haute tension, sur les phénomènes physiques associés et sur la proposition de solutions adoptables. En gardant en tête que tout est question de masse… », résume Régine Sutra Orus qui voit à l’issue de ce programme une meilleure capacité à normaliser l’intégration de nouvelles briques technologiques. Tourné davantage vers l’avion plus électrique mais applicable aussi pour l’avion hybride, le deuxième pôle est dédié aux interactions entre les différents éléments de la chaîne électromécanique avec l’objectif de proposer des solutions optimisées et de nouveaux outils et méthodes. Le troisième pôle se concentre sur les mécanismes de défaillance dans un environnement électrique et veut proposer des modèles de fiabilité tout en assurant une réduction des coûts. Trois projets phares sont inclus dans chacun de ces pôles. HightVolt est le projet le plus important en terme de volume (10,6 M€ sur 4 ans). Il associe près d’une quinzaine d’entreprises et institutionnels, issus des transports. Airbus, Safran et Alstom font, entre autres, partie de ce projet. L’objectif est de  développer des nouvelles générations de composants et systèmes électriques. Deux autres projets se sont ajoutés dans cette même thématique : Feline, qui s’intéresse à la robustesse des composants électroniques, et E-Power-Drive, axé sur l’augmentation de densité de puissance.

 

Sept pistes de recherche
Sept projets de recherche sont actuellement en cours à l’IRT Saint Exupéry, examinant des moyens essentiels pour améliorer la robustesse, la fiabilité, la taille et le coût des systèmes électriques.

E-Power Drive: Optimisation de la chaîne électromécanique, du convertisseur au câble et au moteur.

High Volt: considération de la fiabilité des appareils électriques sous arcs électriques et décharges partielles

Feline: étude sur l’arrêt des composants sur étagère, avec analyse de la fiabilité de technologies dans des conditions d'environnement d'exploitation pour l'industrie du transport.

Double & Bump : module 3D de refroidissement à double face avec auto-inductance réduite.

Celia : caractérisation et modélisation dans un environnement aéronautique de cellules batteries matures destinées à être utilisées au sol et dans l'industrie automobile. Évaluation de nouveaux couples électrochimiques.

Fuchya : caractérisation et modélisation durée de vie et mécanismes de défaillance) des piles à combustible aéronautiques
Socool : recherche de solutions technologiques de refroidissement (transfert et transport de chaleur). Etant jugé de grande importance, un nouveau projet devrait voir le jour pour poursuivre les activités.