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SAFRAN PRÊT POUR L’AVION PLUS ÉLECTRIQUE

AXE MAJEURPOUR L’AÉRONAUTIQUEDU FUTUR

Motoriste et équipementier leader dans le paysage aéronautique mondial, Safran mobilise depuis plusieurs années ses ingénieurs et chercheurs sur une nouvelle approche de la chaîne énergétique embarquée à bord des aéronefs.

Avec les 130 ingénieurs et techniciens de sa nouvelle entité Safran Power, 250 millions d’euros investis dans les programmes de recherche et technologie SPEC et AMPERES, et le banc d’essai structurant Copper Bird®, le Groupe accélère la mise au point de solutions électriques couvrant l’ensemble des besoins en énergie d’un appareil (hors propulsion). Par la diversité de ses expertises, Safran est en mesure de fédérer l’effort de tous les acteurs de la fi lière, laboratoires et autres équipementiers.

L’enjeu ? Préparer la prochaine rupture technologique majeure du secteur aéronautique et donner naissance à une chaîne énergétique embarquée 100% électrique, assurant aux futures générations d’avions civils et militaires des performances optimisées, une fiabilité accrue, un moindre impact environnemental, ainsi que des coûts de production et de maintenance significativement réduits.

AUJOURD’HUI

UNE CHAÎNE ÉNERGÉTIQUEMULTIFORME

Comme tout véhicule, un avion a besoin d’énergie auxiliaire pour fonctionner – à l’image d’une batterie de voiture activant essuie-glace, plafonnier, vitres électriques, etc. Ainsi, en complément de l’énergie principale fournie par les moteurs pour assurer la propulsion, de nombreuses fonctions de l’avion exigent une alimentation spécifi que pour garantir la sécurité et le confort du vol. A l’heure actuelle, ces réseaux auxiliaires sont de 4 sortes :

mécanique : pompe à carburant, déshuilage ;

hydraulique : trains d’atterrissage, freins, commandes de vol, inverseurs de poussée ;

pneumatique : démarrage du moteur, dégivrage des ailes et nacelles, pressurisation et conditionnement de la cabine ;

électrique : électronique et informatique de navigation (avionique), systèmes cabine (lumières, cuisine, équipements IFE pour le divertissement des passagers…), pompes, etc.

L’architecture de ces différents circuits a relativement peu évolué pendant la seconde moitié du XXe siècle, lorsque les commandes de vol mécaniques (actionnées par des tringles et des câbles et réclamant une force physique incompatible avec la taille croissante des appareils) ont été remplacées par des systèmes hydrauliques. Le principal saut technologique fut introduit en 1984 par Airbus, dont l’A320 devint le premier avion commercial à proposer des commandes électriques, avec un calculateur contrôlant les actionneurs de gouvernes. Une approche analogue fut également développée par Boeing à partir du programme 777.

Au début des années 2000, des réfl exions ont émergé sur la façon d’optimiser cette architecture et suscité un regain d’intérêt en faveur des systèmes électriques. L’Airbus A380 a ainsi supprimé l’un des trois circuits hydrauliques traditionnels – remplacé par des circuits 100% électriques dédiés à la redondance des commandes de vol - et adopté un actionneur électrique d’inverseur de poussée (une innovation signée Safran, avec un produit Hispano-Suiza conçu pour les nacelles Aircelle).

En cours d’achèvement, le programme Boeing 787 suit la même tendance. S’il conserve des inverseurs de poussée traditionnels, des systèmes électriques sont en revanche introduits en remplacement du circuit pneumatique et au niveau des freins. Autre innovation Safran, ces premiers freins électriques civils sont conçus par Messier-Bugatti et actionnés par un calculateur Safran Power/Hispano-Suiza.

LA PRÉSENCE DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE DANS CINQ GRANDES FONCTIONS

Un premier virage vers le “plus” électrique

Frein Messier-Bugatti à commande électrique.

Consommateur d’énergie

Présence d’énergieélectrique

Forte Moyenne Faible

Piloter l’appareilet conduire la mission

Avionique, visualisationcockpit, systèmes decommandes de vol et

de navigation

Gérer la configurationActivation trains atterrissage,

freins, anti-givrage, etc.

Gérer la production d’énergieGestion des moteurs et générateurs, alimentation carburant

Assurer le confortdes passagersDes services (lumières, cuisine, divertissement à bord - IFE, etc)

Pressuriser et conditionnerVentilation cabine, systèmesde pressurisation en vol

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Depuis les débuts de l’aéronautique, l’avion s’est fait de plus en plus électrique à chaque génération. L’électricité s’est peu à peu imposée, d’abord à des puissances faibles, jusqu’à proposer des solutions effi caces dans chacune des

cinq grandes fonctions d’un avion : pilotage et conduite de la mission, gestion de la confi guration de l’appareil, gestion de la production d’énergie, confort et services en cabine, pressurisation et conditionnement.

7 maisons d’une puissance

de 20-25 kW

Un avion a une puissance installée électrique de 150 kW

Demain,à 100% électrique

Aujourd’hui,à 15% électrique

Ce qui équivaut à

Un avion aura une puissance installée électrique de 1 000 kW i

50 maisons d’une puissance

de 20-25 kW

Ce qui équivaut à

DEMAIN

UN RÉSEAU RATIONALISÉ AUTOUR DE L’ÉLECTRICITÉ

EVOLUTION DE LA PUISSANCE ÉLECTRIQUE D’UN AVION

Compte tenu de l’état de l’art, des progrès de la recherche et de l’expérience acquise lors des programmes les plus récents (Airbus A380 et A400M, Boeing B787…), il est désormais permis d’envisager pour les prochaines générations d’avions une chaîne de l’énergie embarquée radicalement transformée, et principalement axée autour des systèmes électriques. Cette

rupture technologique majeure consistera à substituer aux circuits multimodaux actuels (mécaniques, hydrauliques et pneumatiques) des circuits électriques gouvernant l’ensemble des fonctions de l’appareil, au sol comme en vol.Dans un avion court-moyen courrier “tout électrique”, la chaîne de l’énergie électrique embarquée représentera 8 à 10% de sa valeur.

Une rupture technologique majeure

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Comparée à l’architecture actuelle, les avantages d’une chaîne énergétique 100% électrique sont potentiellement très importants pour l’ensemble de la fi lière aéronautique et son économie. Tout d’abord, à performance équivalente, les systèmes électriques et électroniques sont réputés plus fi ables que les complexes mécanismes hydrauliques ou pneumatiques.

Ensuite, la coexistence de circuits hétérogènes imposent aujourd’hui un cloisonnement et une multiplication des équipements embarqués. Avec un unique vecteur d’énergie – électrique, en l’occurrence - on peut envisager une mutualisation et une meilleure répartition des différents systèmes. Par exemple, plusieurs applications jusqu’à présent totalement séparées pourraient à terme se partager une même électronique ou un même calculateur. Il résultera de cette rationalisation des gains de poids signifi catifs, synonymes pour l’opérateur de l’avion d’économies de carburant et/ou d’augmentation de la charge utile.

L’ENJEU

METTRE AU POINT UN AVION À ÉNERGIE OPTIMISÉE

De même, les perspectives ouvertes par les réseaux électriques « intelligents » rendent possible une optimisation globale de la consommation d’énergie, avec une allocation plus précise des ressources limitée au « juste besoin » et moins de déperdition. Ceci aboutira à une réduction nette des besoins énergétiques des réseaux auxiliaires. Comme l’essentiel de cette énergie est prélevée sur les moteurs principaux, cela permettrait de réduire la consommation de carburant nécessaire à générer cette énergie dite non propulsive – ouvrant là encore la voie à un meilleur rendement et à des économies de carburant.

Enfi n, les systèmes électriques présentent un avantage certain en termes de maintenance et de réparation. Outre une robustesse intrinsèque qui confère à ces équipements une longue durée de vie « sous l’aile », leur dépose se révèle en général plus simple et plus rapide que celle d’un équipement hydraulique ou pneumatique nécessitant souvent – pour traiter une seule pièce – d’intervenir sur une part importante du réseau (mise sous pression, vidange…). Cette propriété des systèmes électriques est donc également susceptible de générer une réduction des coûts d’entretien pour l’opérateur, ainsi qu’une hausse de la disponibilité opérationnelle de son avion.

Vers une réduction sensible des coûts d’exploitation

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Si le concept d’avion « plus » électrique est aujourd’hui arrivé à maturité, de nombreuses contraintes technologiques doivent encore être levées avant de pouvoir intégrer cette nouvelle chaîne énergétique à bord d’un appareil commercial.

Les questions en suspens touchent notamment à la mise à disposition d’une puissance électrique suffi sante pour alimenter la totalité des systèmes, à la gestion des équipements consommateurs de l’énergie électrique, ou bien encore à l’intégration harmonieuse de l’ensemble des équipements au sein d’un réseau électrique unifi é.

LES MOYENS

SAFRAN, MOTEUR DE LA RÉVOLUTION ÉLECTRIQUE

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L’alimentation spécifiquepropre à chaque système utilisateur

C’est l’équivalent dans une maison des équipements électriques (électroménager, radiateurs…)

La distributionprimaire (réseau global de l’énergie) et

secondaire (distribution par fonction)C’est l’équivalent d’un centre de distribution EDF (primaire)

et du tableau électrique d’une maison (secondaire)

Le générateur principal,intégré au moteur producteur

de l’énergie électriqueC’est l’équivalent

d’un alternateur d’unecentrale électrique

Le câblage, qui assure la connexion entre les différents éléments du système C’est l’équivalent des ligneshaute et basse tension EDFet du câblage électriqued’une habitation

Sur l’ensemble de ces problématiques, Safran est en première ligne pour relever le défi . Le Groupe possède en effet des savoir-faire et une vision globale de la chaîne énergétique - comme motoriste (Snecma), expert de la transmission de puissance et des systèmes électriques (Hispano-Suiza), câblier (Labinal), mais aussi fournisseur d’équipements directement concernés par l’électrifi cation (Aircelle, Messier-Bugatti, Messier-Dowty, Sagem…).

Fort de cette position unique, Safran s’est engagé à partir de 2005 dans un ambitieux programme de recherche et développement autour de l’avion « plus » électrique. Le Groupe mobilise pour cela une centaine d’ingénieurs, y consacre chaque année plusieurs dizaines de millions d’euros en investissements, organise et entretient de fructueux échanges avec l’ensemble des acteurs concernés par le sujet : avionneurs, équipementiers et laboratoires de recherche.

Une position privilégiée

L’EXPERTISE DE SAFRAN AU SERVICE DE L’AVION TOUT ÉLECTRIQUE

LE DISPOSITIF

MOBILISER ET COORDONNER LES EXPERTISES

Les avionneurs ont leur « Iron Bird » - le banc d’essai et d’intégration de tous les systèmes et sous-systèmes dédiés à un type avion, qui permet de tester leur comportement dans toutes les phases de vol. Hispano-Suiza abrite son équivalent dédié au « cuivre », c’est-à-dire à l’intégration des systèmes électriques : le « Copper Bird® ». Il a été développé et fi nancé en 2002 dans le cadre du programme européen

« Power Optimised Aircraft » (POA). Outil exceptionnel, ce banc modulaire a été retenu en 2008 comme plate-forme d’essais des réseaux électriques avion utilisée dans le cadre du programme européen Clean Sky. Il joue à ce titre un rôle central dans la mise au point et la validation par Safran et ses partenaires des futures architectures de l’avion « plus » électrique.

Copper Bird® : un outil structurant conçu avec l’appui de l’Union européenne

Copper Bird® chez Hispano-Suiza.

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Passé légendaire

Hispano-Suiza ou l’excellence technologiqueLa marque légendaire Hispano-Suiza, fondée sur des valeurs d’excellence et d’innovation, a conservé sa force au fi l des époques. Depuis sa création il y a plus de 100 ans, les productions d’Hispano-Suiza – voitures de luxe jusqu’en 1936, moteurs et équipements aéronautiques depuis 1914 – se sont toujours naturellement imposées par leurs technologies d’avant-garde et une exigence extrême de qualité. Fidèle à son passé, Hispano-Suiza continue à jouer au sein de Safran un rôle décisif comme développeur de nouvelles technologies.

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Défi nition

Électronique de puissanceÉlectronique qui formate l’énergie électrique du réseau d’alimentation de bord pour piloter les différents éléments électro-mécaniques (moteurs, pompes, actionneurs…).

Complémentaire du programme SPEC dont il utilise les composants technologiques, le programme AMPERES a pour but d’élaborer et de développer les architectures et les systèmes qui seront proposés aux avionneurs pour les prochaines générations d’avions plus électriques. Dans le cadre de ce programme, piloté par le groupe Safran et qui mobilise la quasi totalité des sociétés du Groupe, plusieurs projets sont en cours de développement : e-LS (trains d’atterrissage

et freinage électrique), e-GNT (taxiage électrique au sol ou Green Taxiing™), e-MPG (groupe auxiliaire de puissance), e-PWR (génération, distribution et transfert de l’énergie électrique), e-WING (actionneur électrique de commandes de vol) et e-PPS (architecture moteur et nacelle électrique).

Le programme AMPERES : de la technologie à l’architecture

Créée au sein d’Hispano-Suiza le 1er janvier 2009, Safran Power vise à faire du groupe Safran le leader des technologies de l’avion « plus » électrique. Cette entité a pour mission de coordonner de façon transversale les projets dans ce domaine,

et agit pour ce faire comme un centre de compétences en électronique de puissance et systèmes électriques au service des autres sociétés du Groupe.

Safran Power : un centre de compétences dédié

Piloté par Hispano-Suiza, ce pôle de recherche en électronique de puissance fédère autour de l’avion « plus » électrique l’activité de 23 laboratoires et universités parmi les plus en pointe sur le sujet, et organise les synergies entre 11 sociétés du groupe Safran (Messier-Bugatti, Messier-Dowty, Labinal, Snecma, Sagem, Tubomeca…).

Un pôle de recherche de pointe : Safran Power Electronics Center (SPEC)

Centre de recherche CPES (Center for Power Electronics Systems), Virginie, États-Unis.

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CONCRÈTEMENT

LES PREMIÈRES RÉALISATIONS “MADE IN” SAFRAN

Sur le chemin de l’avion « plus » électrique, plusieurs avancées majeures peuvent déjà être mises au crédit d’Hispano-Suiza, en lien avec les autres sociétés du groupe Safran :

Premier système au monde d’actionnement électrique pour inverseurs de poussée, ETRAS a été conçu par Hispano-Suiza pour équiper les nacelles Aircelle des moteurs GP7200 et Trent 900 de l’Airbus A380. Produit en série, il totalisait fi n 2010 plus de 400 000 heures de fonctionnement sur 40 appareils en service.

Safran Power fournit le calculateur EBAC contrôlant le système de freinage électrique mis au point par Messier-Bugatti pour le tout nouveau Boeing 787. Il s’agit là aussi d’une première mondiale sur un avion civil.

Electrical Thrust Reverser Actuation System (ETRAS)

Electrical Braking Actuation Controller (EBAC)

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Cet équipement électro-hydraulique développé par Messier-Bugatti assure l’ouverture et la fermeture des trappes de trains d’atterrissage sur l’Airbus A400M en mode secours. Dans le cadre de ce projet, Hispano-Suiza fournit la chaîne d’entraînement électrique de l’EBMA, constituée d’un contrôleur EMCU (« Electric Motor Control Unit ») et d’un motoréducteur GBA (« Gear Box Assembly »).

Cet actionneur électrique d’aileron développé par Sagem a été testé en vol avec succès début janvier sur un A320. Ces essais en vol réussis concrétisent plus de trois années de recherches des centres de R&T de Sagem et permet d’envisager à terme de remplacer l’activation hydraulique des commandes de vol par un système électrique.

Electrical Back-up Mechanical Actuator (EBMA)

Electrical Mechanical Actuator (EMA)

A mi-chemin de la puissance requise…Illustration des défi s technologiques auxquels s’attèlent les équipes du groupe Safran : la mise à disposition d’une puissance suffi sante pour l’alimentation de l’ensemble des équipements au sein d’une architecture 100% électrique d’un avion moyen courrier type A320. On estime qu’une telle confi guration réclame environ 1 mW. Or, à l’heure actuelle, par exemple, les deux réacteurs d’un A320 délivrent chacun 75 kW au réseau électrique. Les recherches en cours visent à extraire de chaque moteur, via la transmission de puissance

(une spécialité d’Hispano-Suiza) plus de 300 kW : en puisant également 300 kW au niveau du groupe auxiliaire, on arriverait à la puissance requise !Mais, défi supplémentaire, pour être pertinentes, les électroniques de puissance qui alimentent les charges doivent fortement améliorer leur rapport poids/puissance. Sur les avions actuellement en circulation, à chaque kW correspond 1 kg d’équipement électrique. Les solutions testées en laboratoire proposent désormais 3 à 4 kW par kilogramme d’équipements. L’objectif est de parvenir à un rapport de 8 : ne reste plus que la moitié du chemin à parcourir !

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L’HORIZON

PASSER À LA VITESSE SUPÉRIEURE AVEC LES AVIONNEURSLes technologies arr ivent à matur ité. Les outils de

développement fonctionnent. L’ensemble de la fi lière est mobilisée. Prochaine étape ? L’intégration de cette nouvelle approche de la chaîne énergétique dans les programmes des avionneurs. Trop innovant pour être adapté aux évolutions des types d’avions existants (comme le prochain A320neo), ce concept devrait entrer dans les spécifi cations des futures générations de jets commerciaux attendus d’ici quelques années, notamment, chez les deux leaders mondiaux Airbus et Boeing. Rendez-vous, donc, à l’horizon 2020 pour un avion encore « plus » électrique !

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A380

Cuisines Pompes

Petits actionneurs Avionique

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Cuisines Pompes

Petits actionneurs Avionique

Vers l'avionélectrique

Technologiesélectriquesdisponibles

pour l’ensembledes systèmes

Architecturesénergie optimisées

Avion « classique »

Cuisines Pompes

Petits actionneurs Avionique

Électrique Pneumatique Hydraulique Mécanique

2005

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2015

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Préparation technologies

Cuisines Inverseur de poussée

Cuisines Anti-givrage nacelle

Cuisines Contrôles moteur

Cuisines Pompe carburant moteur

Anti-givrage aile Démarrage moteur

Pressurisation cabine

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Commandes de vol Trains atterrissage

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Pompe carburant moteur

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TECHNOLOGIES AVION

TECHNOLOGIES MOTEUR / NACELLE

L’ÉVOLUTION DES ARCHITECTURES D’AVION

La révolution du Green Taxiing™Safran développe le Green Taxiing™ qui permettra le déplacement au sol de l’avion sans la propulsion des moteurs principaux. Grâce à des moteurs électriques placés dans les roues des trains d’atterrissage principaux, l’avion pourra avancer (et même reculer !) sur les pistes. Ce qui représentera jusqu’à 5 % de réduction de la consommation de carburant et des émissions polluantes d’un avion court-moyen courrier, soit 65 000 tonnes de CO2 évitées par an à l’aéroport de Paris Charles de Gaulle par exemple.

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A propos de SafranSafran est un groupe international de haute technologie, équipementier de premier rang dans les domaines Aérospatial (propulsion, équipements), Défense et Sécurité. Implanté sur tous les continents, le Groupe emploie plus de 54 000 personnes pour un chiffre d’affaires de 10,8 milliards d’euros en 2010. Composé de nombreuses sociétés, le groupe Safran occupe, seul ou en partenariat, des positions de premier plan mondial ou européen sur ses marchés. Pour répondre à l’évolution des marchés, le Groupe s’engage dans des programmes de recherche et développement qui ont représenté en 2010 un investissement de 1,2 milliard d’euros. Safran est une société cotée sur NYSE Euronext Paris et fait partie de l’indice CAC Large 60.

www.safran-group.com

Contact Relations Presse :

Catherine Malek Mob.: +33 (0)6 47 88 03 17 Tél. : +33 (0)1 40 60 80 28 catherine.malek@safran.fr

www.safran-group.comVoir la vidéo

Safran2, boulevard du Général Martial Valin75724 Paris Cedex 15