Soutenance mémoire
Grâce à ses bonnes propriétés mécaniques et à sa légèreté, le duralumin (ancêtre des alliages aluminium-cuivre de la série 2000) est le premier type d’alliage à base d’aluminium ayant joué un rôle essentiel dans le développement de l’aéronautique. Bien que les alliages aluminium-zinc (série 7000) et les matériaux composites soient aujourd’hui majoritaires dans la construction des avions, les alliages de la série 2000 (cuivre comme élément d’alliage principal) étaient encore récemment largement utilisés. L’Airbus A380 est composé à 60% d’alliages à base aluminium, et de nos jours, l’alliage 2024 (équivalent actuel du duralumin AU4G1) est encore présent dans le fuselage de nombreux avions civils. Des études de la microstructure et de la corrosion du 2024 sont d’ailleurs toujours en cours, mais peu d’entreelles concernent le 2017 (équivalent actuel du premier duralumin mis au point, l’A-U4G).
Dans le domaine du patrimoine culturel, les métaux et leurs alliages concernent une part très importante des matériaux analysés par des procédés modernes. Les objectifs sont multiples et portent, entre autres, sur les processus de fabrication, les mécanismes d’altération ou l’origine et la nature des minerais. Toutefois, bien que l’aluminium (isolé en 1825) et ses alliages (duralumin 1906) fassent aussi partie du patrimoine culturel et industriel, peu d’études physico-chimiques y sont consacrées et la plupart d’entre-elles sont focalisées sur les problèmes de corrosion. La conservation et la restauration de ces alliages est une problématique relativement récente (années 1980 ) et qui encore de nos jours implique peu de personnes. C’est un domaine de recherche actif où la compréhension de la corrosion des alliages d’aluminium anciens se heurte aux multiples facteurs y intervenant tel que le rôle de la microstructure. C’est une difficulté dans la sauvegarde des collections aéronautiques qui prennent de plus en plus d’importance, que ce soit au musée de l’Air et de l’Espace du Bourget ou dans les nouvelles structures tel qu’Aeroscopia à Blagnac dont la mission inclue non seulement la sauvegarde des avions mais également celle de leur histoire industrielle (maquettes de test aérodynamique, documents …).
Les fonctions de l’aviation militaire durant le XXe siècle
L’avion de guerre
Dès décembre 1907, Henry Farman fait l’éloge des qualités tactiques de l’avion dans un article paru dans Le Monde Moderne, alors que l’armée passe ses premières commandes de dirigeables . Ce pionner y a vu un engin de reconnaissance et d’observation permettant une transmission rapide des renseignements. Rapide, discret et surtout plus maniable que le dirigeable, l’avion a ensuite vite démontré son utilité lors des grandes manœuvres de Picardie en 1910. Le budget militaire dédié à leur acquisition a donc été fortement augmenté, pour finalement dépasser celui alloué aux dirigeables à partir de 1911. Par la suite l’armement des avions (mitrailleuses et bombes) commence à transformer la fonction de ces appareils. Au cours de la Première Guerre mondiale, l’avion est non seulement utilisé pour des missions de reconnaissance, mais aussi comme moyen de bombardement des troupes adverses. Il a ainsi permis de dépasser les frontières et d’attaquer directement le cœur du territoire ennemi. Par conséquent, en 1918 les belligérants avaient tous constitué de « véritables » flottes ; côté français, environ 11 800 avions étaient opérationnels pour 17 000 pilotes, élèves et navigateurs sortis d’écoles spécialisées .
Cet engouement et l’important impact psychologique de ce nouveau type de stratégie ont été le point de départ d’une réflexion durant l’entre-deux-guerres, notamment en France, en Angleterre et aux États-Unis . L’aviation a été ensuite largement utilisée durant la Seconde Guerre mondiale pour différentes missions qui peuvent être classées en deux grandes catégories ; stratégique et tactique. D’une part, les actions stratégiques sont destinées à avoir un effet à long terme, comme troubler par des bombardements l’organisation du ravitaillement et du transport des troupes ou de matériel. D’autre part, les interventions tactiques ont une influence immédiate sur un combat. Elles peuvent se décomposer en trois phases : prise de la supériorité aérienne par la destruction des forces ennemies en vol et au sol, isolement du champ de bataille par des missions d’interdiction et appui direct au sol au profit de l’armée de Terre. Classiquement, les bombardements sont effectués par des bombardiers, avions imposants conçus pour couvrir de grandes distances et détruire les cibles au sol. Les tâches tactiques sont assurées par les chasseurs plus discrets et rapides, conçus pour assurer la maîtrise du ciel et la protection des bombardiers durant leur mission. Cette dernière action n’a été possible qu’avec l’apparition, en 1944, de chasseurs à grande autonomie, tel que le Republic P.47 Thunderbolt et North American P.51 Mustang . Deux méthodes de bombardement ont été utilisées : le bombardement dit de « terreur » et le bombardement de « précision ». Le premier, visant les villes, a pour but de créer un mouvement de panique et de détruire le moral de la population civile. Le second, est quant à lui destiné à détruire directement l’infrastructure économique pour désorganiser la vie industrielle et, par exemple, ralentir la fabrication d’avions ou de chars. Au final l’impact psychologique a été moins fort que prévu, bien que la désorganisation des transports par la destruction des voies de circulation ait réellement perturbé le transport des troupes, du ravitaillement et de la production de matériel en retardant l’arrivée de matière première ou de pièces dans les usines .
Au lendemain de la Deuxième Guerre, une nouvelle fonction stratégique est apparue : la dissuasion nucléaire, renforçant le besoin en bombardiers à long rayon d’action pour le transport de la bombe atomique. Les États-Unis ont possédé pendant un temps le monopole de cette arme, qui leur a conféré une grande puissance après les bombardements d’Hiroshima et Nagasaki en 1945. Une force aérienne américaine, la Strategic Air Command, a donc été créée dès 1946 pour regrouper les unités de bombardement de l’United States Air Force. La dissuasion nucléaire a été sa principale mission, qu’elle a assuré grâce aux bombardiers américains à long rayon d’action dont le B-29 Superfortress, le Convair B-36 Peacemaker et le B-47 Stratojet .
Poussée par la nécessité du contrôle de l’espace aérien, la course à l’amélioration des avions s’est donc intensifiée durant la Seconde Guerre mondiale, donnant naissance aux moteurs à réactions. Pour obtenir des avions robustes, maniables et avec le maximum d’autonomie cette évolution technique majeure a conduit à une adaptation du design des engins et des matériaux utilisés. A la fin de la guerre, la course technologique ne s’est pas arrêtée pour autant, les firmes ont seulement pris la décision de passer en partie à l’aviation commerciale, à l’exemple d’Havilland avec le Comet mis en service dès janvier 1951, ou Douglas avec le DC-8 mis en service en juin 1959. Les matériaux ont alors dû évoluer pour supporter de nouvelles contraintes de vol, comme l’augmentation de la vitesse, de la température et des vibrations.
L’avion comme symbole
Pendant l’Occupation, la France a pris un certain retard technique par rapport à ses alliés surtout en ce qui concerne ces moteurs à réaction . En effet, les Anglais et les Américains, stimulés par l’exigence du contrôle aérien durant le conflit, ont pu librement expérimenter les solutions techniques mises au point par leurs bureaux d’études. Solutions qu’ils ont ensuite éprouvées par des essais, une fabrication en grande série et une utilisation sur le terrain. Les nombreuses heures de vol ont permis de déceler et de remédier aux différentes difficultés qui ne sont pas toujours envisageables lors de l’étude . Du côté Français, les usines ont été spécialisées aux tâches de faible technicité par les autorités allemandes. Ce qui a entraîné la confiscation des machines-outils les plus modernes et une perte du savoir-faire. Comme nous le verrons dans le thème 3 de cette partie I, la recherche métallurgique ne s’est pas arrêtée pour autant. Au contraire, l’intensification de la production et la raréfaction du cuivre ont permis de continuer les recherches.
A la Libération, le général Charles de Gaulle et le ministre de l’Air Charles Tillon ont voulu redresser cette industrie aéronautique comme symbole du relèvement de la France. Le premier objectif a été de maintenir en poste le personnel spécialisé des usines qui n’avaient pas été détruites. Pour ce faire, l’État passa des commandes d’appareils adaptés des avions allemands fabriqués en France durant la guerre. Ainsi le Messerschmitt Bf 108 est devenu le Nord 1001 Pingouin puis le Nord 1002 Pingouin II et le Junkers JU 52 est devenu le AAC.1 Toucan. Ensuite la recherche et le développement ont été privilégiés pour rattraper, entre autres, le retard technologique concernant les moteurs à réaction. Afin de mettre un terme à la dépendance de la France vis-à-vis des appareils étrangers, de remplacer le matériel hérité du conflit par des appareils non seulement construits mais aussi conçus en France, tous les projets des bureaux d’études, parfois fraîchement reconstruits, ont été financés par l’Etat et toutes les fabrications en cours ont été poursuivies .
De toutes ces études menées en parallèle découle une dispersion qui a abouti en octobre 1947 à l’étude simultanée de 18 avions de combat, 19 avions de transport, 34 avions écoles, 3 hydravions, 11 hélicoptères et 11 avions expérimentaux différents. Le retard technique de la France ayant été mal évalué, cet enthousiasme a vite montré ses limites : les appareils à peine sortis d’usine étaient déjà obsolètes . En 1949, le général Charles Léchères, chef d’étatmajor de l’armée de l’Air, décide alors avec les ingénieurs généraux Mazer et Meyer, de faire préparer un plan budgétaire de cinq ans pour redresser la situation. Un groupe de travail a été chargé d’établir ce plan associant les études et les fabrications aux besoins de l’armée de l’Air et de l’Aéronavale : M. Martinet pour les Finances, l’ingénieur en chef Hutin et l’ingénieur en chef Etesse pour la Direction de la technique et de l’innovation (DTI) et Pierre Marie Gallois pour l’état major de l’Armée de l’air. L’apport financier des USA et les exigences internationales, comme la formation de l’OTAN et la guerre d’Indochine, ont concentré l’action de l’État sur le développement militaire . Mais l’aviation civile et commerciale n’a pas été oubliée pour autant et des crédits lui ont été consacrés à l’étude d’un moyen-courrier moderne, qui deviendra la Caravelle, mis au point par La Société Nationale des Constructions Aéronautiques du Sud-Est (SNCASE).
Pour cette remise en ordre des études de fabrication aéronautique, quelques directives ont été données au nouveau groupe de travail :
– Évaluer le retard technologique, notamment en ce qui concerne les propulseurs et les équipements
– Resserrer les efforts vers l’essentiel : réduire le nombre de projets en éliminant ceux qui semblent dépassés et privilégier ceux qui regroupent le maximum de besoin afin d’obtenir un petit nombre de grandes séries
– Consulter les différents utilisateurs pour monter un programme raisonnable et faisable en cinq ans
– Calculer les heures de travail nécessaires, évaluer le besoin en matière première, décider des effectifs et des bureaux d’études à maintenir en pleine activité. L’ensemble dans le cadre des crédits normalement alloués à ce secteur industriel
– Prendre en compte dans les chiffres les matériels existant ou en cours de fabrication et en assurer la cohérence avec le Plan en construction.
|
Table des matières
Introduction
Partie I : Contexte historique
1. Les fonctions de l’aviation militaire durant le XXe siècle
1.1. L’avion de guerre
1.2. L’avion comme symbole
2. L’aluminium et ses alliages
2.1. La découverte de l’aluminium
2.2. Pourquoi allier ?
2.3. Le Duralumin : premier alliage d’aluminium aéronautique
2.4. La mise en place d’une nomenclature pour les alliages d’aluminium
3. L’évolution de l’aluminium pour les besoins de l’aviation
3.1. Amélioration du Duralumin et recherche de nouveaux alliages aéronautiques
3.1.1. En France
3.1.2. Les rivets en duralumin : un exemple de l’adaptation d’un alliage pour l’aéronautique
3.1.3. Aux États-Unis
3.2. Les progrès de la production, de la mise en forme et des traitements thermiques
4. Le Breguet 765 « Sahara » n°504 64-PH dans ce contexte
4.1. La série des Breguet Deux-Ponts
4.2. Le choix des matériaux
Partie II : Etudes physico-chimiques
1. Pièces étudiées : localisation et description
1.1. Lisse L1a
1.2. Tôle et cale C de l’assemblage L2
1.3. Tôle L8
2. Techniques d’analyses
2.1. ICP-OES
2.2. Microscopie optique
2.3. Microscopie électronique à balayage couplée à un spectromètre à dispersion d’énergie X
2.4. Microscopie électronique en transmission
2.5. Diffraction des rayons X
2.6. Sonde atomique tomographique
2.7. Essais de dureté
2.8. Essais de traction
3. Composition élémentaire et macrostructure
3.1. Composition élémentaire
3.2. Macrostructure
4. Microstructure
4.1. Influence de la composition élémentaire et identification des phases
4.1.1. Alliages identifiés comme A-U4G1 (L1a, tôle L2)
4.1.2. Alliages identifiés comme A-U4G (tôle L8, cale C)
4.1.3. Duralumins pour rivet
4.2. Influence des traitements thermomécaniques
4.3. Exposition à la chaleur d’un alliage A-U4G (tôle L8)
5. Propriétés mécaniques
5.1. Essais de traction
5.2. Essai de dureté
Discussion
Conclusion
Références Bibliographiques
Annexes
