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Ingénierie Aéronautique

Embraer vole plus haut

Avec la livraison de son premier avion à réaction commercial de 70 places à la compagnie Alitalia, l’entreprise s’attaque à un nouveau segment du marché de l’aéronautique

Embraer 170: intégration et mise au point

embraer Embraer 170: intégration et mise au pointembraer

Publié en novembre 2003

L’entreprise Embraer est sur le point de franchir une nouvelle étape historique grâce à la livraison, avant la fin de l’année, du premier avion commercial moyen-courrier destiné à la compagnie aérienne italienne Alitalia. Ce modèle fait partie d’une nouvelle série d’avions à réaction pouvant accueillir entre 70 et 108 passagers. Cette famille comprend l’Embraer 175, l’Embraer 190 et l’Embraer 195. Le lancement de cette nouvelle génération d’aéronefs hisse l’entreprise au premier plan du marché aéronautique international car, outre la construction d’avion régionaux pouvant transporter au plus 50 passagers, Embraer s’attaque dorénavant au marché des longs courriers pour rivaliser avec de grandes entreprises comme Boeing et Airbus. “C’est le projet le plus complexe et le plus ambitieux que nous ayons déjà développé”, déclarait Maurício Botelho, président d’Embraer, lors de la présentation du modèle 170 à la communauté aéronautique en octobre 2001. “La série 170-190 est un produit destiné aux compagnies aériennes qui se situent à la frontière des catégories régionales et internationales et qui assurent des liaisons entre différents états brésiliens et même à l’étranger”, déclare l’ingénieur Acir Luz Padilha Júnior, responsable du développement de projets de l’Embraer 170.

Le Brésil renforce sa vocation de constructeur aéronautique avec cette nouvelle série d’aéronefs qui est une innovation tant pour le secteur aéronautique que pour les compagnies aériennes. Un avion comme le 170 est un projet complexe d’intégration de pièces et de systèmes. Cet avion qui est le fruit de partenariats avec des entreprises brésiliennes et principalement étrangères, a également bénéficié de l’expérience accumulée par l’ingénierie aéronautique d’Embraer qui était une entreprise publique lors de sa création en 1969. Elle a depuis lors suivi une évolution technologique initiée en 1945 par la création du Centre Technologique Aérospatial (CTA) et qui s’est poursuivie à l’Institut Technologique de l’Aéronautique (ITA), en 1950. Ces deux centres sont les principaux formateurs d’une main d’oeuvre qualifiée capable de développer et de construire des avions. “Il est primordial qu’une entreprise comme Embraer travaillant avec une technologie de pointe, possède des ingénieurs formés au Brésil afin de développer ses avions et ses systèmes.”, déclare Padilha. Selon l’ingénieur, la formation de cette main d’oeuvre qualifiée par l’ITA a largement contribué au succès des produits Embraer.

Images au Centre  de Réalité Virtuelle...

EDUARDO CESAR Images au Centre de Réalité Virtuelle…EDUARDO CESAR

La compétence de l’entreprise en matière d’élaboration de projet et de construction lui a permis de battre des records en ce qui concerne la durée de mise au point du modèle 170, premier avion de cette série commercialisé et pouvant transporter 70 passagers. Il a été officiellement lancé en juin 1999 et le premier prototype a volé pour la première fois en 2002, soit 2 ans et demi après son lancement ce qui est un temps relativement court pour concevoir un avion. “Grâce au soutien de nos partenaires, nous avons réussi à projeter et à construire l’Embraer 170 dans un délai record de 28 mois. Notre avion possède de grandes qualités, est très performant, d’un faible coût opérationnel et très confortable ”, déclare Maurício Botelho. Les autres membres de la série 170-190 en sont encore à différents stades de conception, de développement et de production. Le modèle 175, pouvant accueillir 78 passagers, est en phase de tests et le 190 de 98 places a commencé à être monté cette année. Le modèle 195, qui possède 108 places, est en phase finale de projet (voir détails sur cet avion dans le tableau page 70). Conformément au chronogramme de l’entreprise, les premiers modèles de l’Embraer 175 seront livrés durant le deuxième semestre 2004, le modèle 190 à la fin de l’année 2005 et le modèle 195, en 2006.

Bien que ces avions ne soient pas encore exploités commercialement cette nouvelle série est d’ores et déjà un succès absolu. Jusqu’au mois de septembre, l’entreprise avait reçu 245 commandes fermes et 308 options d’achats, situation dans laquelle une compagnie aérienne a réservé un avion mais n’a pas en encore confirmé l’acquisition. Parmi les principaux clients se trouvent les compagnies américaines US Airways et Jet Blue, la compagnie helvétique Swiss, la compagnie polonaise Lot et Alitalia.

...et la  construction du fuselage bipole

EDUARDO CESAR …et la construction du fuselage bipoleEDUARDO CESAR

La taille parfaite
Un long chemin a été parcouru avant que le premier prototype ne prenne son envol en février 2002. “Le modèle 170, ainsi que les autres modèles de cette famille sont nés grâce à l’identification d’un segment de marché favorable”, déclare Antonio Campello, Gérant de développement de produits de l’Embraer 175. “Les études ont permis d’identifier un segment de marché pour cette catégorie d’avions pouvant transporter entre 70 et 110 passagers, et des discussions menées auprès de consultants appartenant à diverses compagnies aériennes ont confirmé cette tendance”, déclare-t-il. Ces études ont en outre révélé que les compagnies aériennes étaient à la recherche d’appareils possédant davantage de places que les avions régionaux classiques, tout en étant plus petits et plus économiques que les avions de plus de 100 places utilisés par les grandes compagnies. L’étude a également révélé que la plupart de ces avions ne volent pas en pleine capacité.

En fonctions des études réalisées et des informations recueillies, les dirigeants et les techniciens de l’entreprise de São José dos Campos ont décidé de créer une nouvelle structure pour construire leurs avions. Dès le départ Embraer a écarté l’idée d’utiliser la même structure qui avait servi à construire les avions à réaction régionaux de 50 places appartenant à la famille ERJ 145 et construits avec succès par l’entreprise depuis 1995. “C’est ainsi que nous nous sommes démarqués de notre principal concurrent, le canadien Bombardier, qui pour conquérir ce même marché, a préféré allonger son modèle régional CRJ-200 et possédant également 50 places, au lieu de créer une nouvelle ligne d’avions ”, déclare l’ingénieur Padilha.

Record: depuis le lancement du projet,  le premier prototype du 170 a été construit en deux ans et demi

EMBRAER Record: depuis le lancement du projet, le premier prototype du 170 a été construit en deux ans et demiEMBRAER

Embraer a donc commencé à développer de nouveaux modèles sachant que ce segment de marché lui était garanti. Les résultats de cette étude de marché ont été soumis au secteur responsable de l’avant projet qui s’occupe du dessin et de la configuration de l’avion. Les projeteurs d’Embraer ont alors développé des études définissant entre autres, le dessin de l’avion, le diamètre et les caractéristiques du fuselage, la puissance et l’emplacement des moteurs (sous les ailes ou proches de la queue), le matériel électronique embarqué, la taille et le format de l’aile. “Nous avons été assaillis de propositions durant cette phase de développement par des constructeurs de moteurs, d’ailes et d’équipements d’avion. Les études ont mûri et, dans la phase finale de l’avant projet qui a duré un an, nous avons projeté deux ou trois avions identiques avec des partenaires différents ”, déclare-t-il.

Durant la phase de conception des nouveaux aéronefs, Embraer a fait appel au Centre de Réalité Virtuelle (CRV), qui utilise une technologie interactive avancée en matière de simulation et de modelage. Grâce à ce centre, les ingénieurs et les projeteurs ont amélioré les procédés de mise au point des avions en réduisant considérablement la nécessité de créer des maquettes. Grâce aux dessins tridimensionnels du CRV, des failles et des montages incorrects ont pu être détectés, corrigés et éliminés avant même que toute pièce ou tout ensemble ne soit produit. Le CRV est équipé du système Onyx-2, fabriqué par l’entreprise nord-américaine SGI (Silicon Graphics Inc). Ce système projette des images tridimensionnelles en temps réel d’avions sur un écran de 6 mètres de haut et de 2,45 mètres de large. “La création du Centre de Réalité Virtuelle représente une étape importante, car elle a permis de hisser Embraer au rang des plus grands constructeurs aéronautiques mondiaux”, déclare Satoshi Yokota, directeur et vice-président industriel.

Le modèle 175 a volé pour la première fois au mois de juin de cette année.  Il peut voyager 3.319 km  sans ravitaillement et peut accueillir  86 passagers

EDUARDO CESAR Le modèle 175 a volé pour la première fois au mois de juin de cette année. Il peut voyager 3.319 km sans ravitaillement et peut accueillir 86 passagersEDUARDO CESAR

Comme les modèles 145, les nouveaux avions d’Embraer ont été construits avec de nombreux partenaires. Kawasaki et l’entreprise belge Sonaca sont responsables de la construction des ailes, l’entreprise française Latécoère a construit deux parties du fuselage et l’entreprise espagnole Gamesa a construit la queue des appareils. Aux États-Unis, General Electric a fourni les turbines, Honeywell les équipements électroniques embarqués, Hamilton Sundstrand, les groupes auxiliaires de puissance (APU), les systèmes électriques et de contrôle de l’environnement de l’avion. L’entreprise allemande Liebherr, a fourni le train d’atterrissage, les roues et les freins. Ce projet regroupe 16 partenaires et 22 fournisseurs.

Embraer, outre le fait d’être le leader du projet, est à l’origine de l’avant-projet, de la mise au point et de la construction du fuselage avant, d’une partie du fuselage central, des carénages de jonction ailes et fuselage, du montage de l’aile et du montage final de l’aéronef. “Il y a peu d’entreprises internationales qui fassent cela ”, déclare Antonio Campello. “Le choix des partenaires est le résultat d’une ample étude de viabilité économique. Ce qui compte avant tout, ce n’est pas uniquement le prix final de l’avion mais le coût opérationnel des compagnies aériennes. C’est pour cela que le projet a été conçu en tenant compte de la vision de l’opérateur et non pas du constructeur.”, déclare l’ingénieur.

Essais en vol: sept prototypes du 170 ...

embraer Essais en vol: sept prototypes du 170 …embraer

Plus de confort
Pour conquérir un marché chaque fois plus compétitif, les nouveaux avions Embraer sont équipés de technologies aéronautiques de pointe. La grande innovation est le fuselage bilobe, avec des diamètres différents pour la section supérieure, qui délimite la cabine des passagers et la section inférieure où se trouve la soute. Ce fuselage est plus ovale que les fuselages classiques, augmentant ainsi le volume interne de l’avion et offrant davantage de conforts aux passagers. Cette particularité a été adoptée en fonction des études de marché qui ont indiqué que le succès de ce type d’avion dépendait d’un bon espace intérieur car les passagers recherchent avant tout un niveau de confort comparable à celui offert par les longs courriers des grandes compagnies. “Nous sommes pionniers dans l’utilisation du fuselage bilobe pour des avions de 70 à 110 places. Nos avions sont plus confortables que ceux des concurrents. Durant les démonstrations, de futurs clients nous déclaraient que vu de l’extérieur le 170 ressemblait à un avion régional, mais qu’il possédait l’intérieur d’un long courrier”, déclare Padilha.

Le système de contrôle de vol fly-by-wire (commandes de vol électriques) est également une innovation pour les modèles 170/190. Ce système a été mis au point par l’entreprise américaine Parker, qui a également fourni les systèmes de carburant et les systèmes hydrauliques. Ce procédé utilisant des commandes électriques assistées par ordinateur est présent sur les avions militaires modernes et les longs courriers commerciaux de la dernière génération. “C’est la première fois que nous utilisons ce système. Il facilite le contrôle de l’avion en vol et rend son entretien plus simple”, déclare Alexandre Figueiredo, responsable des vols d’essais. Avec le système fly-by-wire, les commandes de l’avion situées dans les ailes et la queue pour la direction et la profondeur, (gouvernail de profondeur qui commande la montée et la descente de l’avion), le stabilisateur (qui stabilise l’avion) et le spoiler (volet de frein aérodynamique) sont actionnés par le pilote grâce à des impulsions électriques et non plus à l’aide de câbles et de poulies dans le système hydraulique.

Commandes digitales
La technologie glass cockpit (Instrumentation tout écran poste pilote) a été utilisée dans la cabine de pilotage où le tableau de bord est totalement digital avec des écrans à cristaux liquide, sans la profusion de cadrans analogiques ou d’interrupteurs qui équipent les anciens avions. En outre, le tableau de bord est doté du concept dark and quite. “Si aucune alarme sonore ou visuelle ne se déclenche, tout va bien. Contrairement aux anciens tableaux de bord qui montrent toutes les commandes actives, le glass cockpit de l’Embraer 170 ne montre que les informations essentielles au pilote. Les alarmes ne se déclenchent qu’en cas de faille”, déclare Figueiredo.

...et tests dans un environnement enneigé et gelé durant l’hiver en Alaska

embraer …et tests dans un environnement enneigé et gelé durant l’hiver en Alaskaembraer

Ces systèmes ont été mis au point par des partenaires internationaux, mais des centres de recherche brésiliens ont également participé à la mise au point de nos avions. “Nous avons établi des partenariats avec différentes universités et divers instituts de recherche technologique, non seulement pour les modèles 170-190 mais également pour les futurs avions de l’entreprise. Il s’agit de technologies particulières utilisées dans des parties spécifiques de l’avion ”, déclare Acir Padilha. À titre d’exemple, un accord a été signé avec la Faculté Fédérale de Santa Catarina (UFSC) pour réaliser des études de simulation de bruits et de vibrations, basées sur des modèles mathématiques. D’autres partenaires comme l’ITA et l’Institut National de Recherches Spatiales (Inpe) ont également contribué au renforcement du développement technique nécessaire aux actuels et futurs avions de l’entreprise. Embraer et ces instituts de recherche développent actuellement quatre projets. Il s’agit de tests en soufflerie, de simulations informatiques de l’écoulement d’air sur la surface des avions, de mise au point d’équipements indiquant lors de tests la position des avions, et la mise au point d’un système définissant tous les paramètres de vol qui seront utiles pour la mise au point des futurs avions commerciaux (voir détails dans Pesquisa FAPESP n° 77). Ces projets ont été financés par la FAPESP à travers le programme Partenariat pour l’Innovation en Sciences et Technologies Aérospatiales (PICTA). Ces projets, initiés en 2000, bénéficieront jusqu’en 2004 d’un budget de 3,7 millions de réaux, de 2,5 millions de dollars US de la Fondation et de 8,7 millions de réaux plus 105 mille dollars US d’Embraer.

 

De longs essais
Les nombreuses études réalisées en partenariat avec des universités et des instituts de recherche ont comme objectif l’amélioration de la qualité des avions et la diminution du temps consacré aux tests des différents systèmes aéronautiques qui intègrent l’avion. Avant de commencer à opérer commercialement, un avion comme le 170 passe par une batterie de tests et par de longues procédures d’autorisation. Il a fallu plus d’un an à Embraer pour réaliser les nombreux vols d’essais de ce nouvel avion et les mises au point nécessaires pour valider les modèles répondant aux paramètres requis par l’aviation mondiale. Durant la période de conception et de consolidation du projet qui s’est étendue du début du programme jusqu’à la présentation du premier avion, plus de 2 mille heures d’essais aérodynamiques en soufflerie ont été réalisés au Brésil et à l’étranger. Le même temps a été consacré à l’intégration de systèmes, principalement ceux concernant l’avionique et le fly-by-wire. L’avion a également été soumis à des tests de vibration au sol et des tests de résistance de structure.

Autorisation générale
Les essais en vol ont commencé en février 2002 en utilisant les sept prototypes construits. La phase de tests opérationnels réalisée dans un environnement hivernal rigoureux en Alaska a également représenté une étape importante de cette campagne de tests. Durant ces essais, l’aéronef a été soumis à des températures extrêmement basses, jusqu’à -31°C, tant au sol qu’en vol. Les tests ont duré neuf jours, période durant laquelle le comportement de l’avion et de ses systèmes ont été évalués. Des essais supplémentaires ont également été réalisés pour mesurer les performances de l’avion au décollage et en montée (mesure qui compare la distance parcourue sur la piste et le temps utilisé pour cette tâche) en climat froid, car c’est une exigence requise par les normes européennes.

L’autorisation finale du CTA qui permettra à l’Embraer 170 de voler commercialement devrait arriver au mois de novembre. Pour voler aux États-Unis et en Europe, l’avion doit obtenir l’autorisation du Federal Aviation Administration (FAA) aux États-Unis, et du Joint Aviation Authorities (JAA) en Europe. Mais il n’est pas nécessaire de répéter toute la campagne de tests. “Dans ce cas et grâce aux accords passés entre les trois entités, l’avion ne passera que quelques tests de validation”, déclare l’ingénieur Alexandre Figueiredo. Pendant ce temps, les premiers avions qui seront livrés aux compagnies aériennes recevront les dernières finitions dans l’usine de l’entreprise à São José dos Campos.

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Une histoire de succès

Embraer, quatrième constructeur mondial d’avions détient 45% du marché mondial des avions régionaux. Depuis sa création en 1969 et son succès commercial, 5.500 avions ont déjà été livrés grâce à la compétence et à l’efficacité de la main d’oeuvre brésilienne, constituée en grande partie d’ingénieurs formés par l’Institut Technologique de l’Aéronautique (ITA). Durant ses dix premières années, quand l’entreprise était encore publique, l’usine de São José dos Campos ne construisait que des avions à hélice, comme ses fameux modèles Tucano, Bandeirante et Brasília. Ce n’est qu’après sa privatisation, en 1994, qu’elle a commencé à produire des avions à réaction régionaux.

Le modèle ERJ 145, lancé en 1995, est un des avions commerciaux les plus avancés de sa catégorie et le produit phare de l’entreprise. 502 avions ont déjà été vendus dans le monde entier depuis son lancement. Deux autres avions, le modèle ERJ 135 de 37 places, et le ERJ 140 pouvant accueillir 44 passagers, complètent la série des avions à réaction régionaux en opération.

L’entreprise est actuellement contrôlée à 60 % par un conglomérat formé par la Compagnie Bozano, les fonds de retraite Previ des employés de la Banque du Brésil et par Sistel des fonds de retraite des employés des compagnies téléphoniques. Les 40% restants sont répartis entre un groupe européen composé par les entreprises Dassault Aviation, Thalès, EADS et Sneca qui possèdent 20% des actions, par le gouvernement brésilien (0,8%) et par des actionnaires privés (19,2%). À la fin du premier semestre de cette année, les commandes fermes pour tous les modèles d’Embraer s’élevaient à 10,3 milliards de dollars US et à 16,8 milliards de dollars US pour les options d’achat ce qui correspond respectivement à 450 commandes fermes et 794 options d’achat. Outre les avions commerciaux, l’entreprise construit également des avions militaires comme le Super-Tucano, l’AMX, et le jet privé Legacy. En 2002, les exportations de l’entreprise s’élevaient à 2,396 milliards de dollars US, soit 89,5% du bénéfice brut de l’année et 3,97% des exportations brésiliennes. Durant la même période, le montant des importations se chiffrait à 1,221 milliard de dollars US.

Ce volume d’exportation a permis à Embraer de conquérir la deuxième place au classement des plus grandes entreprises exportatrices du pays. De 1999 à 2001 elle occupait la première place. Selon les informations communiquées par l’entreprise, le potentiel d’exportation des modèles 170 à 190 est estimé à 15 milliards de dollars US pour les huit prochaines années.

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Frères presque jumeaux

Le total des investissements d’Embraer et de ses partenaires pour les modèles 170-190 s’élève à 850 millions de dollars US. La quantité de pièces et de systèmes identiques qui équipent ces avions est un des grands avantages de cette série. Cette interaction atteint 87%. “C’est un excellent indice ”, commente l’ingénieur Antonio Campello, responsable du développement de produit de l’Embraer 175. “Le projet commun de ces avions les rend très compétitifs car il en facilite l’opérationnalisation et permet de faire des économies en matière de formation des équipe de vol et d’entretien.”

L’Embraer 170, qui est le plus petit modèle de la série, mesure 29,9 mètres de long. Les autres modèles en sont une version allongée. L’Embraer 175 mesure 31,6 mètres, le 190, 36,2 mètres et le 195, 38,6 mètres. Les deux premiers sont équipés de moteurs General Electric CF34-8E de 13.800 livres de poussée (le Boeing 737-800 qui peut transporter 189 passagers possède 27.300 livres de poussée), les deux autres et le modèle CF34-10E (18.500 livres). L’autonomie de l’Embraer 170 est de 3.797 kilomètres, soit environ la distance entre Porto Alegre (RS) et Fortaleza (CE) et celle du 175 est de 3.319 kilomètres. Équipé de moteurs plus puissants, le 190 possède une autonomie de vol de 4.260 kilomètres, ce qui correspond largement à la distance séparant Recife (PE) de Buenos Aires en Argentine, et le 195 possède une autonomie de 3.704 kilomètres.

La vitesse maximum de ces quatre avions est de Mach 0.82 (82% de la vitesse du son), ou 870 km/h, ce qui correspond à la vitesse du Boeing 737-800. L’intérieur de la série 170-190 possède deux rangées de deux sièges, séparées par un couloir central.

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