L’ONERA cherche un second souffle

Les très grandes souffleries de l’ONERA ont un urgent besoin d’une remise à niveau pour que la France puisse conserver sa suprématie dans le domaine. Le « French Aerospace Lab » estime avoir besoin de 218 M€ pour continuer à accueillir les plus ambitieux programmes aéronautiques de la planète, se positionner face aux USA et surtout pour faire face à la montée en puissance de la Chine.

La France n’a pas seulement le plus grand parc de très grandes souffleries aéronautiques au monde (12 au total), elle a aussi la soufflerie sonique la plus puissante dans laquelle ont été soufflées les plus prestigieuses machines volantes, depuis la fin de la deuxième guerre mondiale, jusqu’à aujourd’hui. Cette installation gigantesque est située en Savoie, près de Modane, à Avrieux très précisément. Tous les bureaux d’études aéronautiques du monde connaissent le nom de cette petite commune des Alpes. En toute discrétion, les plus grands constructeurs viennent y affiner leurs calculs et valider les géométries des futurs avions ou systèmes d’armes en testant des maquettes de formes différentes.

Les dimensions de S1MA, la plus grandes de toutes les souffleries, permettent d’évaluer des évolutions technologiques sur des maquettes à grande échelle de près de 4 mètres d’envergure se rapprochant le plus d’un produit final et rendant donc l’environnement d’essai représentatif des conditions de vol réelles. La moitié du chiffre d’affaires des très grandes souffleries de l’ONERA est réalisé avec des clients extra européens qui viennent chercher à Modane, ce qui n’existe nulle part ailleurs.

Le plan de charge des souffleries fluctue logiquement avec le nombre des programmes aéronautiques initiés par les avionneurs et les motoristes. Si en 2013, S1MA n’a fonctionné que 550 heures, au début des années 2000, à l’époque des programmes A3XX (qui deviendra A380) et A400M d’Airbus, l’ONERA est monté jusqu’à 1.300 heures. Le constructeur européen a dépensé 30 M€ sur l’ensemble des grandes souffleries pour son seul super jumbo. En revanche, pour l’A320neo, il n’a pas eu besoin de faire de longs séjours en Haute-Maurienne.

Ces installations et en particulier la très grande soufflerie de Modane qui rappelle le repère secret de l’Espadon de Blake et Mortimer, datent de l’immédiat après-guerre. Le double rotor contrarotatif de 13,5 mètres de diamètre qui génère dans la veine d’essai un souffle régulier pouvant atteindre Mach 1 a été installé en 1947 sur des plans allemands récupérés en 1945, en Autriche. Il est d’époque. Cet équipement unique au monde qui a permis à la France de faire partie des puissances aéronautiques de premier plan, a besoin d’une remise à niveau.

L’ONERA affirme que pour maintenir l’état opérationnel de son parc de grandes souffleries et fournir aux utilisateurs des résultats d’essai et des mesures de plus en plus précis et à forte valeur ajoutée, il a besoin de 218 M€ sur 11 ans. A l’ère du tout numérique, réussir à convaincre les décisionnaires politiques et les technocrates, de cette nécessité est un véritable défi.

« Si le calcul numérique a fait d’énormes progrès, il demeure un outil perfectible », tente d’expliquer l’ONERA. « Il serait en effet tout à fait erroné de croire que le calcul théorique détient une « vérité absolue ». Il existe des zones inconnues des modèles théoriques, où les prédictions se révéleront fausses. Le besoin d’explorer des domaines inconnus, de simuler les écoulements d’air sur des formes nouvelles et complexes (aile de forme très évoluée….), de tenir compte de tous les paramètres physiques (comportement de l’écoulement à la paroi des ailes et fuselage, effets de la viscosité, de la turbulence), de déterminer le rôle joué par les phénomènes d’instabilité (apparition localisée de zones turbulentes, décollements, effets des chocs…) fixe les limites du calcul numérique et démontre l’apport des souffleries. Les technologies de rupture à l’horizon 2030 et au-delà, qui imposeront d’explorer des données inconnues, ne pourront être évaluées, validées et mises au point que par l’utilisation des souffleries industrielles ONERA ; ceci aussi bien pour les aéronefs civils que pour ceux de la défense ».

A la décharge des décideurs, il n’y a pas si longtemps, l’industrie aussi était proche de penser que les souffleries appartenaient au passé. « Dans les années 80, on croyait que le calcul numérique allait remplacer les souffleries », explique Patrick Wagner, directeur des Grands moyens techniques de l’ONERA. « Sauf qu’aujourd’hui, on se rend compte que pour faire de la rupture, il faut de la soufflerie, les calculs ne suffisent plus ». Les formules aérodynamiques des avions qui voleront dans la deuxième moitié du 21ème siècle d’élaboreront dans les grandes souffleries, aux USA, en Chine et, espérons le, en France. En 2012, les industriels de l’aéronautique en Europe, interrogés sur le sujet des outils indispensables pour le futur d’une industrie aéronautique européenne innovante et compétitive, ont déclaré 8 des grandes souffleries de l’ONERA comme essentielles à leur développement. Le réveil des Etats-Unis et les décisions stratégiques de la Chine devraient finir de convaincre le gouvernement.

Après s’être un temps détournés de leurs souffleries au profit de la simulation numérique, les USA ont lancé en 2010, suite à une décision votée par le Congrès, un plan de financement de 600 M$ sur 10 ans pour remettre à niveau les souffleries des quatre centres de la NASA. La Chine opère actuellement la construction accélérée de plusieurs grandes souffleries semblables aux souffleries européennes. Certaines installations chinoises 
sont déjà opérationnelles.

L’ONERA est convaincu que ces investissements lourds ne peuvent viser que des objectifs d’exploration de configurations d’aéronefs en rupture. « Si la vision stratégique des USA et de la Chine, pour ne citer que ces deux états, était en effet de produire des avions de configurations conventionnelles, il n’y aurait pas de justification à investir autant », affirme Bruno Sainjon, PDG de l’ONERA, qui voudrait convaincre que les modèles numériques et les démonstrateurs technologiques ont leurs limites que seules les grandes souffleries comme S1MA peuvent franchir pour aller explorer des domaines encore insoupçonnés.

Au sortir de la dernière guerre mondiale, l’Etat français a décidé qu’il ne serait plus pris à défaut par un adversaire mieux armé. C’est ainsi qu’est né l’ONERA, le centre de recherche qui a permis à la France d’être aujourd’hui une puissance industrielle aéronautique de premier plan. Un nouveau virage doit être négocié. Reste à savoir, si les actuels décideurs politiques sauront faire preuve de la même vision d’avenir que leurs illustres ainés.

Gil Roy

S1MA, soufflerie sonique la plus puissante au monde

Les souffleries continues sont utilisées pour des essais de longue durée. Avec sa veine de 14m de long et de 8m de diamètre la soufflerie S1MA de Modane en est l’illustration la plus impressionnante.

S1MA, comme l’ensemble des souffleries de Modane Avrieux, utilise l’énergie hydraulique comme source directe d’énergie. Ce sont donc des infrastructures particulièrement efficaces et propres, qu’on peut qualifier de « vertes». Le choix, à l’époque de la construction, de turbines hydrauliques s’est justifié par le fait que les moteurs électriques n’avaient pas la possibilité de développer autant de puissance que des turbines hydrauliques avec une aussi grande flexibilité de régime et de vitesse.

Alimentées par des barrages construits dans la montagne au-dessus d’Aussois et une conduite d’eau forcée d’un dénivelé de plus de 840 mètres, l’eau parvient jusqu’à deux turbines Pelton, qui, en venant taper sur les godets de ces roues à la manière d’un moulin, entraînent deux énormes ventilateurs contrarotatifs d’une puissance totale de 90 MW.

Ces ventilateurs de 15 m de diamètre, dont le nombre de pales n’est pas identiques – 12 pour l’un et 10 pour l’autre, une pale pesant une tonne – font circuler l’air dans un circuit fermé. Un avantage du circuit fermé: il diminue les dépenses d’énergie motrice puisque l’air en mouvement est recyclé !

A l’intérieur de la veine d’essai, qui repose sur un chariot pesant 600 tonnes, les ingénieurs de l’ONERA positionnent la maquette de l’aéronef à tester. Ces maquettes, parfois construites par les ingénieurs de l’ONERA à Lille, peuvent faire jusqu’à 4 m d’envergure. Cette taille permet de reproduire fidèlement les détails, d’y implanter des dispositifs motorisés pour reproduire des mouvements de gouvernes, de réaliser les essais dans les conditions les plus proches possibles de la réalité.

Le courant d’air sur la maquette passe à très grande vitesse. Ainsi, malgré ses grandes dimensions (veine de 8 m de diamètre et 14 m de long), la soufflerie S1MA est capable de monter jusqu’à la vitesse du son, à un nombre de Mach égal à 1, soit 1200 km/h. Le débit d’air dans la section d’essai est alors de 10 tonnes d’air/seconde. Aucune autre soufflerie au monde ne peut le faire dans de telles dimensions. Et pour monter d’un nombre de Mach égal à 0 à 0,8, la soufflerie S1MA met seulement 3 minutes.

Les ingénieurs peuvent ensuite étudier comment la maquette réagit en situation de test : depuis la salle de contrôle attenante, ils vérifient et contrôlent tous les paramètres. Souvent, le client se tient juste à côté des ingénieurs ONERA et assistent au test.

Chiffres clés de S1MA

• Circuit de 400 m de long et de 24 m de diamètre – Veine de 14m de long et de 8m de diamètre
• Nombre de Mach = 1 (vitesse du son)
• 10 tonnes d’air à la seconde
• 1 millième de la puissance totale d’EDF installée en France

Maquette de S1MA

• Rapport d’échelle d’une maquette typique : entre 1/18ème à 1/25ème.
• Pour les avions d’affaires, les maquettes sont de l’ordre de 1/7ème, voire à l’échelle 1 (taille réelle) pour les missiles.
• Poids d’une maquette typique : jusqu’à 700 kg.