Des capteurs sans fil au service de la maintenance des avions
Le projet FLITE-WISE a mis au point de nouveaux capteurs sans fil pour assurer une surveillance continue des avions européens. Le nouveau système, qui devrait réduire les coûts et le poids, sera commercialisé dans les trois prochaines années. En 2013, dans l'UE des 28, environ 842 millions de personnes ont effectué un trajet en avion. Ce n'est donc pas une surprise si l'état des avions est surveillé en permanence, et si les réglementations sont sans cesse revues et améliorées en se basant sur les dernières connaissances scientifiques et techniques. De fait, l'avion est l'un des moyens de transport les plus sûrs, sinon le plus. En contrepartie, la surveillance de l'état d'un avion est coûteuse et prend du temps. La maintenance représente en général 10 à 20 % du coût opérationnel d'un avion, et l'ensemble de capteurs câblés qui surveillent les moteurs, la cellule, les structures, les engrenages et autres composants ne fait rien pour diminuer les coûts. Le projet FLITE-WISE («FLite Instrumentation TEst WIreless SEnsor»), financé par l'UE, a été lancé pour éliminer ce câblage et passer à un réseau de capteurs sans fil, utilisant une interface radio pour communiquer. Achevé en décembre, ce projet s'inscrivait dans l'initiative technologique conjointe (ITC) Clean Sky (Ciel propre), un partenariat public-privé entre la Commission européenne et l'industrie aéronautique pour réduire l'impact de l'aviation sur l'environnement. Jean-Dominique Decotignie a coordonné le projet au nom du CSEM. Dans cet entretien exclusif pour le magazine research*eu consacré aux résultats, il explique quels sont les progrès techniques réalisés par FLITE-WISE, et les avantages pour le secteur. Quels sont les principaux objectifs du projet? FLITE-WISE a été lancé pour mettre au point un système sans fil auquel peuvent être reliés des capteurs acoustiques et de pression (tout en restant ouvert à d'autres types de capteurs), et capable d'effectuer des mesures continues pendant les vols d'essai. Les travaux ont conduit à deux études de cas. Le premier est un nœud de capteurs sans fil, totalement intégré et destiné aux mesures acoustiques le long du fuselage d'un avion. Il se présente sous la forme d'un disque souple, et il est conçu pour être appliqué sur le revêtement de l'avion et supporter les conditions difficiles des vols d'essai. Épais d'au plus 3 mm, il contient le capteur acoustique, le système de communication, le stockage et l'alimentation pour une campagne de 12 heures. Ses batteries ultra minces peuvent être rechargées sans fil par couplage inductif, et il peut échantillonner jusqu'à 50 KHz avec un décalage maximal de 50 µs dans l'horodatage de deux nœuds. Le second cas d'utilisation faisait partie du développement et des tests d'une nouvelle génération de moteurs à d'hélices non carénées à rotation inverse, plus respectueuses de l'environnement que les turboréacteurs classiques. Dans ce contexte, le projet s'est limité au démonstrateur. Le nœud capteur est totalement autonome en termes d'alimentation, avec un récupérateur d'énergie par induction, spécialement conçu. Il peut acquérir des données depuis huit capteurs, avec une précision de synchronisation inférieure à 0,05 ° pour la position de l'hélice. Quelles sont les principales contraintes des réseaux câblés de capteurs? Ces réseaux câblés servent actuellement à surveiller les moteurs, structures, boîtes d'engrenages, etc. La conception du positionnement du capteur et son installation sont délicates, et donc coûteuses. En outre, l'installation prend du temps, un inconvénient majeur pour les installations temporaires. Et dans certains cas, par exemple pour des éléments mobiles, l'utilisation de capteurs câblés est très difficile. Vous affirmez que les capteurs sans fil réduiront les coûts. Pouvez-vous expliquer davantage? Un réseau de capteurs sans fil, avec des interfaces radio, promet d'apporter des avantages sans précédent. Il réduira le coût du câblage des capteurs ainsi que le poids de l'avion (en éliminant une grande partie des câbles). Il apporte aussi bien plus de souplesse d'installation dans un avion, éliminant la nécessité de revoir la conception du câblage pour les données. Tous ces avantages sont certainement parmi les arguments majeurs en faveur de certains programmes de l'initiative Clean Sky comme Smart Fixed Wing Aircraft. En termes d'efficacité, quels sont les avantages de votre système pour l'industrie aéronautique? Outre la réduction du coût et du poids qui vient d'être mentionnée, le système nous permet d'installer des capteurs quasiment partout dans un avion, et donc de mesurer divers types de phénomènes (chaleur, contraintes, etc.) au plus près de leur source. Ceci peut améliorer les tests et la maintenance des avions. Quels ont été les principaux obstacles rencontrés durant le projet et comment les avez-vous surmontés? Les principales difficultés ont été de réaliser: l'électronique et les systèmes de récupération d'énergie capables de supporter de très fortes accélérations et des températures extrêmes (élevées ou basses); un système de communication avec une très faible consommation, et résistant aux interférences et au brouillage radio; un dispositif très compact et mince, avec toutes les fonctions sans fil, et conçu pour être apposé sur le revêtement; et une méthode pour synchroniser les mesures des capteurs des divers nœuds. Nous y sommes parvenus grâce à notre équipe pluridisciplinaire et à une approche soigneuse d'ingénierie simultanée. L'Imperial College est spécialisé dans la récupération et le stockage d'énergie, SERMA Ingénierie est un expert de l'électronique aéronautique, et le CSEM est expérimenté dans l'électronique basse consommation, les protocoles sans fil et l'alimentation sans fil. La récupération d'énergie a nécessité un nouveau système, basé sur l'induction magnétique. Le protocole de communication a été amélioré pour réduire davantage la consommation, en s'adaptant en permanence à la phase opérationnelle de l'avion. La miniaturisation a été possible grâce à réduction de la consommation, associée à l'optimisation du stockage de l'énergie et à une électronique hautement intégrée. Enfin, la synchronisation s'est appuyée sur une sélection très soigneuse des composants et une implémentation embarquée. Quand pensez-vous commercialiser le système? Le secteur visé est celui de l'aéronautique où les cycles de développement et de certification vont de 5 à 10 ans, le système sera donc commercialisé dans les 2 à 3 ans. Quelles sont les prochaines étapes du projet et avez-vous envisagé un suivi après son achèvement? Le système doit réussir les vols d'essai avec l'aide de l'approbateur, Airbus Operation. Ceci est prévu en 2015. Les prototypes seront ensuite industrialisés en vue d'une production en série. La technique sera développée davantage pour améliorer les performances en termes d'échantillonnage, de bande passante et de protection contre le brouillage.
Pays
Suisse