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Naval Group et Centrale Nantes impriment une pale d’hélice creuse

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Naval Group et Centrale Nantes impriment une pale d’hélice creuse

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Une pièce en inox à l’échelle 1/3 représentative d’une pale d’hélice de porte-conteneurs pour une opération présentée comme une première mondiale. Naval Group et Centrale Nantes ont annoncé hier avoir mené à bien, en fabrication additive métallique, l’impression d’une pale creuse. Un vrai défi assurent les porteurs du projet. « Bien que la fabrication additive soit de plus en plus présente dans l’industrie, la programmation et la conception de pièces complexes telles que des pales de navires représente un véritable défi pour nos équipes et celles de nos partenaires. Le potentiel du procédé, révélé par ce nouveau cas d’étude, nous permet d’envisager des performances inégalées pour les propulseurs de demain. C’est en prenant part à des projets tels que RAMSSES et en animant notre réseau de partenaires académiques et industriels que nous réussirons à intégrer durablement l’impression 3D dans les chantiers navals », souligne Patrice Vinot, responsable du lot propulseur du projet RAMSSES chez Naval Group.

RAMSSES (Realisation and Demonstration of Advanced Material Solutions for Sustainable and Efficient Ships) est le nom d'un projet collaboratif financé par la Commission européenne dans le cadre de son vaste plan de R&D Horizon 2020 destiné à soutenir l’innovation à travers l’UE. RAMSSES vise à réaliser et démontrer par des campagnes d’expérimentation que de nouvelles solutions de matériaux avancés dans la conception des navires peuvent en réduire l’empreinte environnementale.

Impression par dépôt de fil métallique

Afin d’améliorer le rendement de la propulsion des bateaux, Centrale Nantes et Naval Group ont recours à un procédé de fabrication additive permettant de concevoir des pièces de grandes dimensions (l’objectif final est une hélice de 6 mètres de diamètre) qui jusqu’alors, étaient irréalisables avec les technologies traditionnelles de production. La maîtrise du procédé WAAM (Wire Arc for Additive Manufacturing), un procédé d’impression par dépôt de fil métallique, ouvre la voie à la réalisation de propulseurs à géométrie plus complexe.

 

 

Des gains industriels et opérationnels importants

Le démonstrateur de pale d'hélice creuse qui vient d’être réalisé mesure un peu plus d’un mètre de long et présente une masse d’environ 300 kilos. Sa fabrication, intervenue dans les locaux de Centrale Nantes grâce à une machine dotée d’une tête robotisée avec buse de soudage, a demandé moins d’une centaine d’heures. Une « prouesse technique », assurent les porteurs du projet, qui envisagent grâce à l’impression 3D un gain de masse de plus de 40 % par rapport à un procédé classique. L’optimisation à tel niveau de la géométrie n’est en effet pas faisable dans une fonderie traditionnelle, car elle implique de travailler sur l’intérieur de la pale. Une partie qui dans le cas de l’impression, peut être enlevée ce qui engendre un précieux gain de matière et donc de poids. Le produit final est le fruit d’un compromis complexe entre optimisation des formes, poids et résistance des pales.

 

 

Côté design, c’est Sirenha, filiale de Naval Group initialement née dans l’écosystème de Centrales Nantes, qui travaille les formes de pales afin d’améliorer l’efficacité énergétique et donc réduire l’impact environnemental tout comme la consommation en carburant. « Les travaux de Sirehna ont permis une optimisation globale de la pale en termes de rendement et d’endurance, mais également une réduction significative du bruit rayonné et des vibrations. La diminution de l’empreinte environnementale liée à la propulsion, démontrée dans le cas d’étude du projet H2020 RAMSSES, est un enjeu pour tout type de navire, et particulièrement pour les gros porteurs ».

Prochaine étape : une pale à l'échelle 2/3 

La réalisation de ce nouveau démonstrateur suit la production en impression 3D, l’an dernier, d’une première pale d’hélice pleine. Un projet autofinancé par Naval Group et Centrale Nantes qui avait pour objectif de démontrer la faisabilité d’une fabrication additive avec un procédé par dépôt de fil métallique. Ce succès a permis d’embrayer sur le projet européen RAMSSES. D’une durée de 48 mois, il va se poursuivre avec une étape encore plus ambitieuse, prévue au second semestre 2019. Il s’agit maintenant d’imprimer une pale d’hélice creuse à l’échelle 2/3, c’est-à-dire une pièce d’environ 2 mètres et 600 kilos. L’un des grands enjeux du projet réside dans la complexité des formes souhaitées, qui implique une maîtrise extrêmement fine de la trajectoire suivie par le bras robotisé. En cela, les moyens techniques de Centrale Nantes et les connaissances de l’école d’ingénieurs en génération de trajectoire et fabrication additive sont cruciales. « La fabrication addictive est une thématique développée depuis 35 ans au sein de la Rapid Manufacturing Plateform. Un projet comme RAMSSES est une concrétisation de toutes ces années de recherche et un véritable transfert de nos technologies en milieu industriel », explique Jean-Yves Hascoët, professeur des universités, responsable de la RMP de Centrale Nantes et expert international en fabrication additive.

Car c’est bien l’objectif final de toutes ces études et démonstrations : renforcer la collaboration entre la recherche et les entreprises pour innover et surtout réussir à industrialiser de nouveaux procédés pour qu’ils trouvent des applications concrètes.

Laboratoire commun

C’est dans cet esprit que Naval Group et Centrale Nantes ont créé en 2016 le Joint Laboratory of Maritime Technology (JLMT), laboratoire conjoint industrie / recherche dont l’objectif est de mobiliser les compétences académiques et industrielles de Centrale Nantes, de l’Université de Nantes et de Naval Group afin d’aboutir à des innovations qualifiées pour les applications industrielles de Naval Group dans le domaine de la construction navale. Une collaboration qui « se traduit par la maîtrise de la chaîne numérique complète de la conception à la fabrication en passant par le dimensionnement mécanique et hydrodynamique, et permettra d’aboutir à la réalisation d’une hélice complète ».

Quant à RAMSSES, il comprend bien d’autres projets. Ce programme collaboratif regroupe en effet 21 lots de travaux et 37 partenaires de 12 pays. On y trouve notamment les principaux acteurs européens de la construction navale, militaire mais aussi civile, comme les Chantiers de l’Atlantique ou encore l’allemand Meyer Werft, ainsi que les grands laboratoires de recherche maritime européens dont TNO aux Pays-Bas et l’Institut technique de recherche suédois. 

 

Naval Group (ex-DCNS)