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RECHERCHE EN ENTREPRISE

Vols 
du futur

Embraer investit dans des partenariats allant du développement de biocarburants à l’innovation en cabines

Publié en Novembre 2012

De gauche à droite: Alexandre Filogonio, Paulo Anchieta, Fernando Fernandez, Allan Pereira, Mauro Kerne et Andrea Barp, au siège situé à São José dos Campos

LÉO RAMOSDe gauche à droite: Alexandre Filogonio, Paulo Anchieta, Fernando Fernandez, Allan Pereira, Mauro Kerne et Andrea Barp, au siège situé à São José dos CamposLÉO RAMOS

Troisième plus grand constructeur mondial d’avions commerciaux juste derrière les géants Boeing (États-Unis) et Airbus (Union Européenne), Embraer a été créé pour transformer la science et les projets de recherche en produits technologiques. D’après Mauro Kern, ingénieur mécanique de l’Université Fédérale du Rio Grande do Sul (UFRGS) et vice-président du département Ingénierie et Technologie de l’entreprise, où il travaille depuis 30 ans, «la connaissance est dans l’ADN de l’entreprise. […] Après-guerre, la vision était que l’industrie aéronautique pourrait jouer un rôle très important pour le développement de la technologie dans le pays».

Le premier mouvement allant dans ce sens fut la création de l’Institut Technologique d’Aéronautique (ITA) en partenariat avec l’Institut de Technologie du Massachusetts (MIT, États-Unis), dans le but de former des ingénieurs aéronautiques. Puis est venu le Centre Technologique d’Aéronautique (CTA), qui a développé dans les années 1950/1960 des projets pour former une base de connaissances technologiques. L’un d’eux a donné naissance à l’industrie aéronautique en 1969. Kern explique qu’«Embraer a été constitué pour produire l’avion Bandeirante». De nouveaux projets sont apparus peu de temps plus tard, comme celui du monomoteur agricole Ipanema à la fin des années 1960 et produit en série à partir de 1972: «Le premier avion certifié dans le monde pour voler avec du biocarburant est fabriqué jusqu’à aujourd’hui».

Entre 1983 et 1984, Kern a passé six mois en Italie en fonction du programme AMX, une ligne d’avions militaires développés en collaboration avec deux entreprises italiennes et tournée vers l’habilitation de l’industrie nationale en matière d’intégration de systèmes. Andrea Barp, ingénieur électronique formé par l’ITA et employé au département Simulation et Modélisation de systèmes, a également effectué un séjour en Italie en 1983 avec d’autres jeunes chercheurs: «Le degré d’intégration et la complexité des systèmes embarqués étaient considérés comme avancés à l’époque, surtout en raison du logiciel embarqué». Finalement, les défis du groupe brésilien ont été relevés après beaucoup d’études et la connaissance accumulée pendant ce parcours a permis à Embraer de produire cinq ans plus tard le logiciel embarqué de l’avion AMX.

Dans les faits, l’entreprise a cherché à acquérir son autonomie dans toutes les étapes de développement et de construction d’un avion. Lorsque Kern est rentré au Brésil, par exemple, il a été transféré dans une filiale de l’entreprise conçue pour développer des compétences en trains d’atterrissage et hydraulique fine: «J’ai été le premier ingénieur du personnel technique de cette filiale». Plusieurs programmes de coopération et de développement ont été menés jusqu’en 1996, date à laquelle Embraer a certifié le train d’apprentissage du ERJ145 (avion régional de 50 places), le premier totalement développé par l’entreprise. Kern a rejoint le siège de l’entreprise en 1999 pour travailler sur les projets des séries Embraer 170 et 190, une ligne d’avions commerciaux d’une capacité de 70 à 120 places. D’abord nommé ingénieur-chef du projet 190, il a ensuite assumé la direction des programmes 170 et 190 et la vice-présidence de l’aviation commerciale. Depuis un an et demi, il est à la tête de la vice-présidence du département Ingénierie et Technologie, une fonction qui englobe tous les programmes aéronautiques de l’entreprise.

Andrea Barp, qui travaillait avec des avions de défense à usage militaire, a aussi été appelé pour faire partie du programme d’avions régionaux Embraer 170 et 190 en 2000: «J’étais chargé d’aider à intégrer des modèles de simulation dans les dispositifs d’essai, qui étaient jusqu’alors statiques». Sans une simulation réaliste des conditions de vols, il n’aurait pas été possible de préparer l’avion pour son premier test dans les airs. À l’époque, la complexité des développements amenait Embraer à faire appel à des sous-traitants pour l’intégration et le développement du logiciel embarqué – qui est responsable de la connexion de tout ce qui est dans l’avion ainsi que d’une série de fonctionnalités importantes pour la compétitivité du produit et des services qui y sont associés. En 2005, Barp a commencé à étudier les causes fondamentales de ces obstacles. Pour renverser la situation, il a recouru à des méthodes, des procédures, des instruments et des milieux capables d’étendre l’utilisation de la modélisation mathématique et de la simulation de systèmes au long de toute la chaîne de valeur de fabrication d’un avion, qui englobe les tests, la certification et le service d’assistance aux clients.

Ligne de montage d´avions commerciaux

LÉO RAMOSLigne de montage d´avions commerciauxLÉO RAMOS

Chez Embraer, la Recherche et Développement (R&D) est divisée en deux catégories: «compétitive» et «pré-compétitive». Depuis 2000, la R&D compétitive a été responsable de: la famille E-Jets, c’est-à-dire les avions commerciaux 170, 175, 190 et 195, d’une capacité de 70 à 120 places ; le Legacy 600, qui a marqué l’entrée de l’entreprise sur le marché de l’aviation d’affaires ; les Phenom 100 et 300, de petits avions d’affaires pour un maximum de 11 passagers ; le Lineage 100, avion d’affaires dont l’intérieur de 120 m2 abrite divers espaces pour les passagers. À l’heure actuelle, l’équipe de la R&D compétitive développe les Legacy 450 et 500 et le KC 390, un avion de transport militaire. «Le plus grand de la catégorie et de ce qui a déjà été projeté par Embraer», précise Kern. «Il possède des compétences très intéressantes, comme l’atterrissage sur des pistes très courtes et le réapprovisionnement en vol». Sur le portefeuille de projets de développement technologique, il y a une interaction très intense entre l’aviation commerciale, l’aviation d’affaires et celle de la défense & sécurité. En 2011, la recette nette d’Embraer a été de 9,8 milliards de reais, dont 63 % provenant du secteur de l’aviation commerciale.

La R&D pré-compétitive n’a pas de produit en cours de développement mais des technologies qui pourront être utilisées dans les projets futurs, à l’exemple du soudage par friction, un processus fait à l’état solide pour produire des soudures par rotation ou par le mouvement de pièces sous compression. Ingénieur mécanique diplômé de l’École d’Ingénierie Industrielle de São José do Campos et titulaire d’un master de l’ITA, Fernando Fernandez a travaillé sur cette technologie entre 2003 et 2011: «Ce soudage permet un soulagement de poids intéressant pour l’industrie aéronautique». Pour l’instant, le soudage par friction ne sera utilisé que sur un petit tableau de l’avion Legacy 500, qui doit voler d’ici la fin de l’année 2012. Fernandez analyse depuis l’année dernière des technologies en ayant en vue «les 15 ou 20 ans à venir ».

Embraer développe plusieurs projets avec des instituts de recherche, des universités et d’autres entreprises. L’un des exemples est le Centre d’Ingénierie du Confort, un projet en partenariat avec l’Université de São Paulo (USP), l’Université Fédérale de Santa Catarina (UFSC) et l’Université Fédérale de São Carlos (UFSCar), avec le soutien de la FAPESP et de l’agence de financement d’études et de projets (Finep). Ledit ‘laboratoire de confort’, de près de 300 m2, a pour objectif d’améliorer l’intérieur des avions et le niveau de bien-être des passagers.

Financé par la FAPESP, le projet «Avion silencieux: une étude en aéroacoustique» réunit 70 chercheurs d’Embraer, de l’USP, de l’Université de Brasília, de l’UFSC et de l’Université Fédérale d’Uberlandia (UFU). Il travaille à des méthodes et des équipements pour supprimer des bruits. Les premières discussions qui ont précédé le projet ont eu lieu en 2003 avec la participation d’Allan Kardec Pereira, 47 ans, ingénieur aéronautique diplômé de l’Université Fédérale de Minas Gerais (UFMG). Pour son postdoctorat en ingénierie mécanique à l’Université d’état de Campinas (Unicamp), il a analysé l’accouplement vibration-bruit interne sur des avions. D’autre part, il a travaillé pendant 2 périodes chez Embraer – la première fois en 1989 dans le département Développement de produit.

Au début des années 1990, Pereira est revenu dans l’état du Minas Gerais pour y suivre un master sur l’optimisation à l’UFMG et un doctorat à l’Unicamp sur le contrôle des vibrations. De retour chez Embraer en 2001, il a travaillé dans le département Développement de produit puis dans celui des Avant-projets en étant responsable de la création des premiers concepts d’un nouveau produit: «J’ai travaillé sur les premiers projets du Phenom 100 et 300 et du Legacy 500».

En avril 2012, un projet développé par l’entreprise en coopération avec un consortium d’entreprises portugaises et l’Institut d’Ingénierie de l’Université de Porto (relié à la Faculté d’Ingénierie de l’Université de Porto) a remporté le Crystal Cabin Award dans la catégorie «Concepts visionnaires», un prix international pour l’innovation à l’intérieur des avions. Intitulé Life, le projet présente une nouvelle conception pour l’aviation d’affaires du futur, avec des matériaux tels que le liège et le cuir, les fibres optiques et les diodes électroluminescentes (LED).

Moins de Carbone
Embraer participe également de consortiums avec d’autres entreprises du secteur et instituts de recherche pour développer de nouvelles technologies de fabrication, des matériaux composés, des structures métalliques et des systèmes embarqués. «Nous menons de front plusieurs projets différents», observe Kern. Et le développement de biocarburants en fait partie. L’un des projets sur les biocarburants est réalisé en partenariat avec les entreprises nord-américaines Amyris et GE, avec la participation de la compagnie Azul Linhas Aereas. Il vise la production de biocarburants pour avion à partir de l’éthanol de la canne à sucre. Un autre, en collaboration avec Boeing et la FAPESP, s’attache à identifier des alternatives durables pour le développement et la production de biocarburants destinés à l’aviation commerciale brésilienne.

Alexandre Tonelli Filogonio affirme qu’«en plus d’être une alternative au kérosène obtenu du pétrole, les biocarburants produits à partir de sources renouvelables contribuent à réduire l’émission de carbone». Diplômé en ingénierie mécanique de l’UFMG et en ingénierie économique de la Fondation Dom Cabral, Filogonio dirige un groupe qui travaille sur les carburants alternatifs dans le domaine du développement technologique pré-compétitif. Selon les données du Groupe Intergouvernemental sur l’Évolution du Climat (GIEC), l’aviation commerciale est responsable de 2 % des émissions totales de gaz carbonique (CO2) générées par les activités humaines. Le défi est de réduire les émissions de telle sorte qu’en 2050 elles équivalent à la moitié de ce qui a été émis par le secteur en 2005, conformément à l’engagement de l’entreprise pris en avril 2008 et ratifié en mars 2012. Un autre domaine important chez Embraer est celui du contrôle de santé des avions, coordonné par Paulo Anchieta. Âgé de 46 ans, Anchieta a suivi une trajectoire professionnelle singulière: embauché à 26 ans comme technicien mécanique, il a ensuite été transféré au département d’ingénierie où il préparait les données mathématiques utilisées par les ingénieurs pour évaluer les structures des avions. Diplômé d’un lycée technique, il a aussi décidé d’étudier les mathématiques à l’Université Salesania de Lorena (dans l’état de São Paulo): «Grâce au cours, j’ai eu l’opportunité d’aider davantage des ingénieurs sur des points qu’ils ne maîtrisaient pas».

Le travail de contrôle fonctionne comme un outil préventif d’analyse des composants des avions afin d’éviter des contretemps futurs. Appelée PHM (prognostics and heatlh management), la technologie de gestion de la santé des systèmes a été élue en 2009 parmi les dix technologies les plus prometteuses pour l’aviation par l’Institut Américain d’Aéronautique et Astronautique (AIAA).

L’expérience d’Anchieta avec les avions militaires lui a servi de passeport pour être invité à travailler sur le projet de contrôle et santé des avions commerciaux: «La structure de l’avion militaire est surveillée comme s’il s’agissait d’un contrôle de santé de personnes». En outre, il a suivi un cours du soir d’ingénierie mécanique à la Faculté d’Ingénierie de l’Universidade Estadual Paulista (Unesp) de Guaratinguetá pour pouvoir assumer des fonctions plus compatibles avec sa connaissance et son expérience.

La crise financière du début des années 1990 a entraîné des réductions drastiques du personnel, mais elle s’est transformée en période d’apprentissage pour Anchieta dans la mesure où il a «dû occuper plusieurs fonctions». À l’époque, seules 30 personnes étaient responsables de toutes les opérations d’ingénierie reliées à l’analyse structurelle. Aujourd’hui, ils sont 4000 (parmi les plus de 17 000 employés de l’entreprise) ingénieurs et concepteurs aéronautiques à travailler dans le domaine de l’ingénierie. Toujours dans les années 1990, Anchieta a suivi avec le soutien de l’entreprise plusieurs disciplines de 3e cycle à l’ITA, ce qui a augmenté considérablement son bagage théorique.

En assumant la direction de l’équipe de contrôle de la santé des avions, Anchieta s’est mis à la recherche de partenaires pour développer des innovations en matière d’aviation commerciale. Il est d’abord entré en contact avec la Faculté d’Ingénierie Mécanique de l’UFU et la Faculté d’Ingénierie de l’Unesp d’Ilha Solteira. Par la suite, les collaborations se sont étendues à l’Université Catholique Pontificale de Rio de Janeiro, à l’École Polytechnique de l’Université Fédérale de Rio de Janeiro et à des chercheurs de l’UFMG et du Centre de Recherche et Développement en Télécommunications (CPqD) de Campinas. Certains projets sont déjà achevés et ont porté leurs fruits.

Détection précoce
La recherche en partenariat avec l’Université Fédérale d’Uberlândia a abouti à un nouveau projet destiné au développement de la sérialisation du système de contrôle structurel. «Nous développons un système de logiciel et matériel informatique basé sur la technologie dite d’impédance électromagnétique pour faire le travail de captage dans les avions», explique Anchieta. À partir de résultats de la vibration, les capteurs vont montrer les failles éventuelles, leur localisation et le degré de gravité. Le système sera d’abord appliqué sur les tests de fatigue des avions: «Le bénéfice sera fantastique, car la détection d’une fissure en phase initiale évitera qu’elle s’agrandisse et cause des dommages dans le futur». La prochaine étape consiste à faire en sorte que le système de captage soit qualifié pour une utilisation en vol, aussi bien pour les avions militaires que les avions commerciaux et ceux d’affaires.

En juillet 2012, Anchieta a gagné le prix annuel décerné à l’occasion du congrès sur la technologie de l’European Workshop Structural Health Monitoring (SHM) de Dresden, Allemagne. Il avait été indiqué par le professeur d’astrophysique Fu-Kuo Chang, de l’Université Stanford. Le vainqueur est élu par un comité international composé de 120 personnes des domaines universitaire, gouvernemental et industriel, comme la Nasa (agence spatiale nord-américaine), des centres de recherche américains, européens, australien et japonais, et des professionnels travaillant chez Airbus, Boeing et Bombardier.

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