La cellule d'un avion

 

Définition :

    C'est l'ensemble des structures d'un aéronef (aile, fuselage, etc...).

Son évolution :

Avant 1914

     Les avions étaient construits en bois. La plupart des structures prétendues monocoques ne l'étaient que de nom. Avant cette date une très grande partie des avions étaient construits en baguettes de bambou fixées entre elles par des manchons en feuille de métal ( en général du laiton inoxydable). La rigidité des structures ainsi construites étaient apportée par un haubanage en fil d'acier ou corde à piano. Finalement, le bois, spruce et frêne principalement, replacèrent le bambou.

1914-1918

     La 1ère guerre mondiale fit passer la construction aéronautique de l'artisanat à l'industrie. Les constructeurs reconnus façonnaient la toile et le bois de la même manière que les bricoleurs. La production en série était quasiment inconnue, et les ouvriers menuisiers habiles étaient bien plus nombreux que les spécialistes de la construction métallique.

1915

     Junkers construisit une aile épaisse cantilever (sans mâts ni haubans). Selon Junkers, seul le métal convenait pour fabriquer ses avions révolutionnaires, et pour les produire dans les grandes quantités dont l'armée avait besoin.

Dans les années 1920

     Peu à peu, les ingénieurs consacrèrent plus d'attention aux techniques de construction, en s'intéressant notamment aux résultats expérimentales (tel que l'étude des alliages légers). Pour tirer un meilleur parti du métal, il fallait aussi concevoir les avions autrement. L'assemblage des éléments métalliques constitua le principal frein à l'expansion de la construction métallique en aviation.

Dans les années 1930

     La plupart des avions avaient un revêtement en alliage léger assemblé avec précision sur des bâtis. A l'époque où le revêtement travaillant se répandait partout, le Vickers " Wellington " fit exception. Ce bombardier britannique était construit en structure géodésique inspirée des grands dirigeables semi-rigides.
     Cette construction, exceptionnellement résistante, se tord sans casser. La structure géodésique ressemble à un cannage fait de petits éléments en tôle d'alliage léger de section arrondie, puis entoilé. Cette structure permit d'obtenir des ailes à grand allongement (longues et étroites), et des fuselages convenablement aérodynamiques offrant le plus grand volume utile possible de même qu'elle permettait d'assembler très facilement les avions à partir d'éléments de n'importe quelles dimensions. Elle comportait des inconvénients comme la difficulté de découper des ouvertures pour les vitrages, les postes de tir ou la soute à bombe. La production en série posait également des problèmes, si bien que, finalement, chaque élément de structure géodésique dut être fabriqué selon un unique plan de courbure, puis cintré à la forme voulue lors de l'assemblage. Malheureusement, le petit nombre de commandes obtenues ne justifia pas l'organisation complexe de ce mode de fabrication. Lorsque les commandes se multiplièrent enfin, les délais de livraison exigés à cause de la seconde guerre mondiale étaient trop courts pour qu'elle fût adoptée. Depuis, cependant, l'idée a été reprise pour beaucoup d'autres avions.

1940

     La construction monocoque en bois atteint son apogée, avec le fuselage en sandwich de bois dur et de balsa (le bois le plus léger). Cependant, les ailes n'ont pratiquement jamais été monocoques parce qu'elles subissent des efforts (intrados: compression au dessous de l'aile; extrados: compression au dessus de l'aile).

Dans les années 1950

     Plusieurs avions de transport à réaction explosèrent en vol. La cause de ces catastrophes demeura longtemps inconnue et fut découverte à la suite d'essais statiques expérimentaux: les pressurisations et dépressurisations successives du fuselage provoquaient des fissures puis la rupture d'un hublot. Les nouvelles méthodes d'investigation utilisées à cette occasion, ont ensuite servi à mettre au point les méthodes d'essais statiques actuelles.

Aujourd'hui

     Le collage, seul technique admise aujourd'hui pour l'assemblage des bois en aéronautique, est largement utilisé avec les matériaux. Il procure des assemblages aussi robustes que le matériau brut lui-même, fait gagner du temps et du poids en remplaçant le rivetage, élimine les risques de fuite sur les fuselages pressurisés ou les réservoirs intégraux. Le collage est réalisé le plus souvent à chaud et sous pression dans des fours.
     Le rivetage est l'assemblage le plus courant des matériaux métalliques.
     L'érosion ou gravure chimique consiste à utiliser de l'acide pour tailler une pièce dans un bloc. L'acide ronge avec une grande précision le métal qui n'a pas été protégé par un produit spécial. L'érosion chimique est fréquemment employée pour façonner les tôles de revêtement: elle permet de les amincir là où les efforts sont faibles, afin de gagner du poids, tout en conservant leur épaisseur partout où cela est nécessaire. Ce procédé permet des réductions d'épaisseur progressives sans altérer le métal.
     L'usinage intégral revient à sculpter par fraisage des blocs de métal, il est à l'origine des structures intégrales qui sont par exemple, des panneaux dont toutes les ouvertures, lisses et renforts ont été fraisés dans la masse. Là encore il est possible de moduler l'épaisseur d'une même pièce selon les contraintes qu'elle devra supporter.
     Avec les vitesses supersoniques, les ingénieurs aéronautiques sont confrontés à des nouvelles difficultés: l'accroissement des efforts, l'échauffement aérodynamique dû au frottement de l'air, la diminution des tolérances dans la conception des profils aérodynamiques.