PHARE, ça veut dire quoi ?

PHARE (Plateformes macHines tournantes pour la mAîtrise des Risques Environnementaux) associe depuis 2012 des unités mixtes de recherche françaises de premier plan (LTDS1, LMFA2 , LaMCoS3 , MATEIS4 ) et deux industriels fortement impliqués (Safran Aircraft Engines, motoriste aéronautique de premier rang mondial, et EDF).

PHARE : A quoi ça sert?

A imaginer des avions moins bruyants, économes en énergie, conçus avec des matériaux performants qui respectent les normes environnementales. L’objectif de PHARE est ainsi de dessiner des machines qui intègrent une démarche de développement durable et de maîtrise des risques (meilleur rendement, moins de pollution sonore, matériaux recyclables). Le tout dans le respect de l’objectif européen de réduction d’ici 2050 de 75 % des émissions de CO2 des avions commerciaux, de 90 % de Nox (Oxyde d’azote) et de 65% du bruit des moteurs d’avion.

En se dotant de trois modules d’essai uniques dans la recherche académique française et internationale, l’Equipex PHARE se donne les moyens de répondre aux objectifs ambitieux fixés par ce programme.

Il vise également à créer une avance technologique pour les industries françaises du domaine par la transformation des savoirs en solutions technologiques. Pour Fabrice Thouverez, PHARE répond à un enjeu sociétal : « Les recherches menées sur la plate-forme PHARE permettront de tester les machines tournantes du futur qui seront dotées d’une architecture innovante, plus silencieuses et encore plus performantes. »

PHARE : concrètement ça ressemble à quoi ?

PHARE ce sont deux bancs d’essais (PHARE 1 – structure et PHARE 2 - ECL B-3 Multi-physique) installés à l’École Centrale de Lyon dans un bâtiment spécialement dédié, construit en 2012. Quant au troisième, il se trouve sur le campus de l’INSA de Lyon.

PHARE : Ça a coûté combien ?

La plateforme PHARE a été financée par le Programme d'Investissements d'Avenir (PIA) et ses partenaires pour un coût d’un peu plus de 10 millions d’euros avec pour objectif de faire avancer la recherche et l’innovation dans le domaine aéronautique.

PHARE : Quelles sont les recherches effectuées dans chaque modules ?

PHARE1 - « Ici, nous testons les modules propulsifs du futur », résume Fabrice Thouverez, professeur à l’École Centrale de Lyon et responsable de l’Equipex PHARE. - PHARE 1 est une structure pilotée par le LTDS (Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes) qui a la capacité d’accueillir un moteur d’avion à l’échelle 1 (jusqu’à 3 mètres de diamètre) de le mettre en rotation sous vide à vitesse réelle et d’en capter tout le comportement vibratoire. « Ce moyen est unique par la forte proximité qu’il permet entre la recherche scientifique et le développement technologique industriel du secteur », estime Claude Gibert, responsable du module 1.

PHARE 2 - ECL B-3 Multi-physique, piloté par le LMFA (Laboratoire de mécanique des fluides et d’acoustique) est un banc d’essai d’une puissance de 3 Méga Watt spécialement conçu pour améliorer les performances des moteurs d’avions. « L’objectif est de comprendre le couplage qui existe entre l’aérodynamique, la vibration de la structure et le bruit émis par ces machines tournantes », indique Xavier Ottavy, chercheur au CNRS, responsable de ce module.

PHARE 3 - Machines embarquées, piloté par le LamCoS (Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures) de l’INSA Lyon (Institut national des sciences appliquées), Phare 3 est un excitateur capable de solliciter simultanément et selon 6 axes des structures de 450 kg avec une force de 62 000 Newtons dans une gamme fréquentielle de 0 à 250 Hz. « Ouvert à des projets de recherche académique mais aussi industrielle, cet équipement d’excellence est unique dans la recherche française », souligne Régis Dufour, responsable du module PHARE 3 à l’INSA Lyon.

PHARE : Les solutions techniques apportées par la plateforme PHARE seront-elles toujours d’actualité dans 10 ans ?

Interrogés par le journaliste Michel Pollaco lors de la table ronde qui a suivi la présentation du projet PHARE, Fabrice Thouverez et Philippe Novelli (Responsable R&T chez ONERA) ont fait le point sur les recherches menées actuellement en marge des moteurs mécaniques :

« la recherche ne consiste pas à regarder que dans une seule direction. Il existe un gros questionnement aujourd’hui sur la voie à suivre pour améliorer les moteurs d’avion. On a énormément progressé ces dernières années sur les turbo machines au point de constater que la marge de progression n’est pas suffisante pour espérer atteindre les objectifs que se fixe l’aviation.

Même les technologies actuellement à l’étude risquent de ne pas suffire. Il va donc falloir passer à des choses encore plus disruptives et toutes les possibilités sont aujourd’hui sur la table comme le CROR (contra rotatif open rotor développé par SAFRAN), un moteur avec des pales mais sans carénage.

L’introduction d’une part d’électricité dans la propulsion est également à l’étude, en dimensionnant le moteur pour les phases de croisière et lui apporter un boost électrique en phase de décollage et de montée. Pour cela, il faut résoudre des problématiques de masses, batteries, câbles et moteurs électriques et valider le bénéfice réel de l’ensemble.

Si on va encore plus loin, on peut parler de propulsion distribuée couplée avec ce que l’on appelle de l’injection de couches limites avec une génération électrique centralisée sur l’avion qu’on distribuerait ensuite sur plusieurs moteurs.

L’idée est d’ingérer la couche limite pour augmenter le rendement globale de la propulsion. Chose qui peut être envisagée avec des turbo réacteurs non plus positionnés sous les ailes mais à l’arrière du fuselage. Ceci serait également possible avec un moteur électrique placé dans la queue de l’avion (comme c’est le cas d’un projet mené actuellement par la NASA) qui ingère toute la couche limite du fuselage via des générateurs placés sous les ailes. Ce ne sont aujourd’hui que des pistes dont on ignore le potentiel. Il y a donc de la place pour encore un certain nombre d’années pour des configurations plus classiques. »