Chapitre VI
Module 6 : Matériaux et éléments d'assemblage
Guide d'étude SkyLicence avec diagrammes.
Module 6 : Matériaux et Éléments de Construction
1. Aperçu du Module
Le module 6 du programme EASA Part-66 fournit les connaissances fondamentales nécessaires au personnel de maintenance aéronautique habilité pour comprendre les matériaux utilisés dans la construction des aéronefs et les éléments de construction utilisés pour les assembler et les entretenir. Ce module est essentiel car l'état de navigabilité et la sécurité d'un aéronef dépendent directement de la sélection, de l'installation et de la maintenance correctes de ses matériaux et composants.
Le module couvre un large éventail de sujets, allant de la métallurgie des alliages ferreux et non ferreux aux propriétés des matériaux composites et non métalliques. Il détaille également la vaste gamme d'éléments de construction — fixations, joints, câbles et tuyaux — qui constituent les éléments de base de la cellule et de ses systèmes. Une partie importante du module est consacrée aux diverses formes de corrosion et de détérioration qui affectent ces matériaux, ainsi qu'aux méthodes d'inspection et de protection utilisées pour les gérer. Le thème central est l'importance d'utiliser des données approuvées, de suivre les instructions du constructeur et de comprendre le « pourquoi » des pratiques de maintenance standard afin de garantir le maintien de la navigabilité.
2. Concepts Clés Expliqués en Détail
2.1 Matériaux Aéronautiques (Module 6.1, 6.2, 6.3, 6.4)
Matériaux Ferreux (Aciers)
Composition et Types : Les matériaux ferreux sont à base de fer. Dans l'aviation, les plus courants sont divers aciers alliés, où des éléments comme le chrome, le nickel, le molybdène et le vanadium sont ajoutés pour améliorer la résistance, la dureté, la ténacité et la résistance à la corrosion.
Aciers Faiblement Alliés : Souvent utilisés pour les pièces structurelles nécessitant une résistance élevée (par exemple, les composants de train d'atterrissage, les supports moteur). Ils sont généralement traités thermiquement pour atteindre leurs propriétés finales.
Aciers Inoxydables : Contiennent un pourcentage élevé de chrome (au moins 11 %) qui offre une excellente résistance à la corrosion. Utilisés pour des applications comme les systèmes d'échappement, les conduites hydrauliques et les fixations où la résistance à la corrosion est essentielle.
Aciers à Haute Teneur en Carbone : Utilisés pour les applications nécessitant une dureté et une résistance à l'usure élevées, comme les ressorts, les outils de coupe et les bagues de roulement.
Traitement Thermique : Les propriétés de l'acier sont considérablement modifiées par les processus de traitement thermique. Les processus clés comprennent :
Recuit : Ramollit l'acier, soulage les contraintes internes et améliore l'usinabilité.
Normalisation : Affine la structure du grain après le forgeage ou le laminage.
Trempe et Revenu : Implique un chauffage à haute température, une trempe rapide (refroidissement), puis un réchauffage à une température plus basse (revenu) pour réduire la fragilité tout en maintenant la dureté.
Identification et Marquage : Les aciers sont souvent identifiés par un système de numérotation (par exemple, SAE/AISI). Par exemple, l'acier 4130 indique un acier faiblement allié avec des quantités spécifiques de chrome et de molybdène.
Corrosion : Le principal ennemi de l'acier est l'oxydation, qui produit la rouille rouge (oxyde de fer). Il s'agit d'une réaction chimique directe avec l'oxygène et l'humidité, entraînant une perte de matière et d'intégrité structurelle. Des finitions protectrices comme le cadmiage ou la peinture sont essentielles.Matériaux non ferreux (aluminium, titane, magnésium)
Alliages d'aluminium : L'aluminium est un métal léger, mais l'aluminium pur est trop mou pour une utilisation structurelle. Il est allié à des éléments comme le cuivre, le zinc, le magnésium et le manganèse pour augmenter sa résistance.
Alliages corroyés : Désignés par un système à quatre chiffres (par exemple, 2024, 6061, 7075). Le premier chiffre indique l'élément d'alliage principal.
2024-T3 : Le cuivre est le principal élément d'alliage. Il présente un rapport résistance/poids élevé et est largement utilisé dans les revêtements, les âmes et autres composants structurels des aéronefs.
7075-T6 : Le zinc est le principal élément d'alliage. C'est l'un des alliages d'aluminium les plus résistants, utilisé dans les pièces structurelles fortement sollicitées comme les longerons d'aile et les cadres de fuselage.
Traitement thermique : Les alliages d'aluminium sont renforcés par un processus appelé traitement thermique de mise en solution suivi d'un vieillissement (durcissement par précipitation). La désignation « T » (par exemple, T3, T6) indique l'état de traitement thermique spécifique. Par exemple, T6 signifie traité thermiquement en solution et vieilli artificiellement. L'usinage de ces alliages à l'état traité thermiquement ne nécessite pas de traitement thermique supplémentaire, à condition qu'une chaleur excessive ne soit pas générée.
Corrosion : L'aluminium est protégé par une fine couche d'oxyde naturelle. Cependant, lorsque celle-ci est rompue, il est susceptible à la corrosion, qui se manifeste par un dépôt blanc et poudreux (oxyde/hydroxyde d'aluminium). Il s'agit d'un problème grave pouvant entraîner une piqûration, une exfoliation et une perte de résistance structurelle.
Alliages de titane : Le titane offre un excellent rapport résistance/poids et une résistance à la corrosion supérieure à celle de l'acier et de l'aluminium. Il est utilisé dans les zones à haute température (par exemple, les nacelles moteur, les cloisons coupe-feu) et les composants fortement sollicités.
Problème critique : À des températures élevées (au-dessus d'environ 300 °C), le titane absorbe l'oxygène de l'atmosphère. Cela forme une couche fragile enrichie en oxygène appelée « couche alpha ». Cette couche est sujette à la fissuration et réduit considérablement les propriétés mécaniques du matériau. Une décoloration de surface due à l'exposition à la chaleur est un signe que cela a pu se produire, et le composant doit être remplacé car le dommage ne peut être détecté ni éliminé par une inspection de surface.
Alliages de magnésium : Ce sont les métaux structurels les plus légers. Ils sont utilisés dans certaines pièces moulées, comme les carters de boîte de vitesses, où les économies de poids sont critiques.
Problème critique : Le magnésium est très sensible à la corrosion, et ses produits de corrosion sont hautement inflammables, surtout lorsqu'ils sont meulés ou usinés en fines particules. Des précautions particulières sont requises lors de la manipulation et du nettoyage des composants en magnésium pour prévenir les incendies.
Matériaux composites et non métalliques (Module 6.3, 6.6)
Matériaux composites : Ils consistent en un matériau de renforcement (fibres) noyé dans un matériau de matrice (résine). La combinaison offre des propriétés supérieures à celles de chaque composant pris séparément.
Fibres de renforcement : Les types courants comprennent :
Fibre de verre : Bonne résistance et faible coût, utilisée dans les carénages et les radômes.
Fibre de carbone : Résistance et rigidité élevées avec un faible poids, utilisée dans les structures primaires et secondaires comme les surfaces de commande de vol et les composants d'aile.
Aramide (Kevlar) : Haute ténacité et résistance aux chocs, utilisée dans les zones sujettes aux dommages par impact comme les capots moteur et les pales de soufflante.
Résines de matrice : La résine lie les fibres entre elles, transfère les charges entre elles et les protège de l'environnement.- Résines thermodurcissables (par exemple, époxy, polyester) : Elles subissent une réaction de réticulation chimique irréversible pendant le durcissement. Une fois durcies, elles ne peuvent pas être fondues ou remodelées par la chaleur. C'est le type le plus courant dans les structures d'aéronefs.
Résines thermoplastiques (par exemple, PEEK, PPS) : Elles ne subissent pas de réaction de réticulation chimique. Elles peuvent être fondues et remodelées à plusieurs reprises par la chaleur, ce qui les rend potentiellement recyclables et réparables par la chaleur.
Formes : Les composites sont disponibles sous forme de tissus pré-imprégnés (« prepreg ») ou de tissus secs qui sont imprégnés de résine pendant le processus de fabrication.
Défauts : Les défauts courants comprennent le délaminage (séparation des couches), les décollements (séparation d'un noyau ou d'un substrat) et la porosité (poches d'air). Ceux-ci sont souvent détectés par contrôle par ultrasons.
Matériaux de réparation : Dans les réparations composites, un « peel ply » est un tissu de libération placé sur la surface d'un stratifié. Après durcissement, il est pelé, laissant une surface propre et rugueuse idéale pour le collage de plis supplémentaires. Il n'ajoute pas de résistance structurelle.
Autres matériaux non métalliques :
Plastiques (par exemple, ABS, acrylique) : Utilisés pour des éléments non structurels comme les carénages, les garnitures de fenêtres et les panneaux intérieurs. Ils peuvent être sujets à la fissuration et au micro-fissurage. Les limites de dommages sont souvent définies dans le SRM.
Bois et tissu : Utilisés dans certaines structures d'aéronefs plus anciens ou légers. Leur maintenance nécessite des compétences et des matériaux spécifiques.
2.2 Quincaillerie d'aéronef (Module 6.2, 6.5, 6.7, 6.8)
Fixations
Boulons et vis : Ce sont des fixations filetées utilisées pour assembler des composants.
Normes AN (Air Force-Navy) : Une norme militaire américaine courante pour la quincaillerie d'aéronef. Le préfixe « AN » fait partie du numéro de pièce (par exemple, AN3-5A). Les boulons AN sont fabriqués en acier résistant à la corrosion ou en acier allié cadmié et sont identifiés par les marquages sur la tête.
Normes NAS (National Aerospace Standard) : Ce sont des fixations à plus haute résistance souvent utilisées dans des applications critiques.
Identification : Les boulons sont identifiés par le matériau, le type de tête et le numéro de pièce. Par exemple, un boulon sans marquage peut être un boulon à faible résistance, tandis qu'un boulon avec un tiret en relief ou un astérisque peut indiquer un matériau à plus haute résistance.
Cadmiage : Une finition de protection courante pour les boulons en acier. Elle fournit une protection sacrificielle contre la corrosion et contrôle le frottement lors du serrage. Si le revêtement est usé ou endommagé, le boulon doit être remplacé, car l'acier exposé est vulnérable à la corrosion et les caractéristiques de couple sont modifiées.
Rivets : Fixations permanentes largement utilisées dans la construction de la cellule.
Rivets pleins : Installés en déformant la queue (tête de pose) pour serrer les matériaux ensemble. Le diamètre du rivet doit correspondre à la taille du trou, et la longueur doit être suffisante pour former une tête de pose correcte (généralement 1,5 fois le diamètre dépassant de l'empilement de matériaux).
Matériaux de rivets : Les matériaux courants comprennent le 2117-T4 (alliage d'aluminium), le 2024-T4 (résistance plus élevée) et le Monel (acier résistant à la corrosion). La substitution d'un matériau par un autre n'est pas autorisée sans approbation, car ils ont des caractéristiques de pose et de résistance différentes.
Défauts d'installation : Une tête de pose excentrée ou non concentrique avec la tête usinée est un défaut. Le re-frappage n'est pas autorisé car il peut endommager le rivet ; il doit être percé et remplacé.
Percage des rivets : Pour retirer un rivet sans endommager lematériau environnant, utilisez un foret légèrement plus petit que la tige du rivet pour percer la tête usinée, puis chassez la tige restante à l'aide d'un poinçon.
Fixations spéciales :
Fixations Hi-Lok : Composées d'une goupille et d'un collier. Le collier est serré avec un tournevis hexagonal jusqu'à ce qu'il se cisaille à un couple prédéterminé, fournissant une précharge constante. Elles sont utilisées dans les zones où l'accès pour une clé est limité.
Écrous autofreinés : Ils présentent une fonction de couple résiduel (un filetage déformé ou un insert en nylon) qui les empêche de se desserrer sous l'effet des vibrations. Ils ne peuvent être réutilisés que s'ils satisfont encore au couple résiduel minimal spécifié dans la documentation du fabricant. S'ils peuvent être tournés à la main après installation, ils doivent être remplacés.
Écrous à créneaux et goupilles fendues : Utilisés dans les applications critiques telles que les écrous d'essieu. L'écrou est serré à la valeur spécifiée. Si la fente ne s'aligne pas avec le trou du boulon, l'écrou peut être desserré jusqu'à 30 degrés (un méplat hexagonal) pour aligner la fente. Il n'est jamais acceptable de serrer au-delà du couple spécifié. Les goupilles fendues doivent toujours être neuves.
Dispositifs de verrouillage : En plus des goupilles fendues, d'autres méthodes de verrouillage comprennent :
Fil frein : Doit être installé avec une légère tension (sans mou). La direction du fil doit être telle que toute tendance au desserrage de la fixation augmente la tension dans le fil, empêchant ainsi la rotation. La réutilisation n'est pas autorisée.
Rondelles frein : Utilisées dans les applications moins critiques.
Couple de serrage
Objectif : Les clés dynamométriques sont utilisées pour appliquer une précharge spécifique à une fixation. Cette précharge est essentielle à l'intégrité de l'assemblage. Un serrage excessif peut endommager la fixation ou le matériau, tandis qu'un serrage insuffisant peut entraîner un desserrage sous l'effet des vibrations.
Rallonges de clé dynamométrique : Lors de l'utilisation d'une rallonge (embout en fourche) à 90 degrés (perpendiculaire) au manche de la clé, la longueur effective du bras de levier reste inchangée, de sorte que la lecture du couple est précise. Ce n'est que lorsque la rallonge est alignée avec le manche (rallonge axiale) que la longueur change, nécessitant un recalcul.
Câbles et poulies
Câbles de commande : Utilisés dans les systèmes de commandes de vol. Ils sont fabriqués en acier au carbone ou en acier résistant à la corrosion.
Inspection : Les câbles doivent être inspectés pour détecter les fils cassés, la corrosion et l'usure.
Fils cassés : La règle générale est que si des fils cassés sont trouvés dans un seul toron (la longueur d'une hélice complète des fils extérieurs), le câble doit être remplacé. Le manuel d'entretien de l'aéronef (AMM) peut fournir des limites admissibles spécifiques (par exemple, un nombre maximal de fils cassés par longueur de toron). Si les limites sont respectées, le défaut doit être consigné pour surveillance.
Corrosion : Pour les câbles en acier au carbone, le remplacement est requis si le diamètre est réduit de plus de 10 % en raison de la corrosion ou de l'usure.
Poulies : Les câbles passent sur des poulies pour changer de direction. Les roulements de poulies ont des limites d'usure spécifiées dans l'AMM. Si les limites sont respectées et que la poulie fonctionne en douceur, elle peut rester en service.Joints d'étanchéité et Flexibles
Joints d'étanchéité : Utilisés pour empêcher les fuites de fluides ou de gaz.
Joints toriques (O-Rings) : Utilisés pour des applications statiques ou dynamiques à faible vitesse.
Joints à lèvre en U (U-Cup Seals) : Spécialement conçus pour des applications dynamiques telles que les tiges de piston en mouvement alternatif. La lèvre appuie contre la tige, assurant une étanchéité qui fonctionne dans les deux sens.
Joints plats (Gaskets) : Utilisés pour les joints statiques entre surfaces planes.
Flexibles : Utilisés pour transporter des fluides dans les systèmes où une flexibilité est requise.
Durée de conservation : Les flexibles ont une durée de conservation limitée à compter de la date de fabrication. L'installation au-delà de la durée de conservation n'est pas autorisée, sauf si le fabricant accorde une prolongation.
Inspection : Une gaine extérieure usée par frottement qui expose la tresse métallique compromet l'intégrité du flexible et peut entraîner une défaillance. Le rubanage ou l'installation d'une gaine de protection n'est pas une réparation approuvée, sauf spécification contraire dans la MME (AMM). Le remplacement est requis.
2.3 Corrosion (Module 6.4)
La corrosion est la détérioration d'un matériau due à une réaction chimique ou électrochimique avec son environnement. Elle constitue une menace majeure pour l'intégrité structurelle des aéronefs.
Formes de corrosion :
Corrosion superficielle : Se manifeste par un rugosité générale, des piqûres ou un dépôt poudreux. Sur l'aluminium, il s'agit d'une poudre blanche (oxyde/hydroxyde d'aluminium). Sur l'acier, il s'agit de rouille rouge (oxyde de fer).
Corrosion par piqûres : Attaque localisée qui crée de petits trous ou piqûres dans la surface. Elle peut être difficile à détecter et peut réduire considérablement la résistance.
Corrosion galvanique : Se produit lorsque deux métaux dissemblables sont en contact en présence d'un électrolyte. Le métal le plus actif se corrode de manière préférentielle.
Corrosion intergranulaire : Attaque le long des joints de grains d'un métal. Elle peut se produire sans signes visibles en surface et peut gravement affaiblir le matériau.
Corrosion exfoliante : Une forme de corrosion intergranulaire qui se produit dans les alliages d'aluminium extrudés ou laminés, provoquant la séparation et l'écaillement des couches.
Fissuration par corrosion sous contrainte : Fissuration qui se produit en raison de l'action combinée d'une contrainte de traction et d'un environnement corrosif.
Corrosion filiforme : Une forme de corrosion qui se produit sous un revêtement protecteur, apparaissant comme un réseau de fins filaments.
Contrôle de la corrosion :
Prévention : Des revêtements protecteurs (peinture, placage, anodisation) et des composés inhibiteurs de corrosion (CIC) sont utilisés pour prévenir la corrosion.
Inspection : Des inspections régulières sont essentielles pour détecter la corrosion à un stade précoce.
Élimination : La corrosion est éliminée par meulage doux ou ponçage, conformément à la SRM. Après le meulage doux, il est essentiel d'effectuer un essai non destructif (généralement par ressuage) pour confirmer que tous les produits de corrosion et toute fissure associée ont été éliminés.
Réparation : Si l'épaisseur restante est inférieure à l'épaisseur minimale admissible, la structure doit être réparée ou remplacée.
3. Formules, Réglementations et Procédures Importantes- **Réglementations :**
Part-66 (Règlement (UE) n° 1321/2014, Annexe III) : Le règlement qui régit la certification du personnel de maintenance. Ce module (Module 6) fait partie des exigences de connaissances de base.
Part-145 (Règlement (UE) n° 1321/2014, Annexe II) : Le règlement qui régit l’agrément des organismes de maintenance. Il exige que toute maintenance soit effectuée à l’aide de données approuvées (par exemple, AMM, SRM, SB) et que les défauts soient gérés conformément au MEL/CDL.
Part-21 : Le règlement qui régit la certification des aéronefs et des produits aéronautiques. Il est pertinent lorsqu’une modification ou une réparation nécessite une approbation de conception.
Procédures :
Gestion des défauts : En maintenance en ligne, un défaut peut être différé s’il est couvert par la Liste Minimale d’Équipements (MEL) ou la Liste des Déviations de Configuration (CDL) et si les procédures associées sont suivies. Si un défaut n’est pas dans les limites, l’aéronef doit être cloué au sol.
Données approuvées : Toutes les actions de maintenance, y compris les réparations et les remplacements, doivent être effectuées conformément aux données approuvées du constructeur de l’aéronef (AMM, SRM, IPC) ou de l’autorité de conception.
Durée de vie en stock : Les composants tels que les tuyaux et les joints ont une durée de vie en stock limitée. Ils ne doivent pas être installés s’ils ont dépassé leur durée de vie en stock.
Protection des composants : Les capuchons et bouchons de protection sur les composants doivent rester en place jusqu’au moment du raccordement afin d’éviter toute contamination.
4. Relations Courantes Entre les Concepts
Propriétés des matériaux et application : Le choix du matériau est directement lié à ses propriétés. Par exemple, les alliages d’aluminium sont utilisés pour leur rapport résistance/poids élevé, l’acier pour sa résistance et sa dureté élevées, et le titane pour ses performances à haute température et sa résistance à la corrosion.
Corrosion et protection : La sensibilité d’un matériau à la corrosion détermine le type de finition protectrice requise. Par exemple, les boulons en acier sont cadmiés et les revêtements en aluminium sont peints ou anodisés.
Type de fixation et application : Le type de fixation utilisé est lié à l’application. Les rivets pleins sont utilisés pour les joints permanents, les boulons pour les joints démontables et les Hi-Loks pour les applications à haute résistance avec un accès limité.
Limites de dommages et navigabilité : La SRM définit les limites de dommages admissibles pour diverses structures. Si les dommages sont dans ces limites, l’aéronef peut être remis en service, mais le défaut doit être enregistré. Si les dommages dépassent les limites, une réparation ou un remplacement est requis.
Inspection et END : Le type de défaut recherché détermine la méthode d’END utilisée. Par exemple, l’inspection par particules magnétiques est utilisée pour les fissures de surface dans l’acier ferromagnétique, tandis que les ultrasons sont utilisés pour le délaminage dans les composites.
5. Points Typiques d’Examen à Retenir- **Identification et propriétés des matériaux :** Être capable d'identifier les matériaux courants (par exemple, 2024-T3, 7075-T6, acier 4130) et leurs applications typiques.
Types de corrosion et prévention : Comprendre les différentes formes de corrosion, leur apparence, et les méthodes utilisées pour les prévenir et les éliminer.
Identification et installation des fixations : Connaître les différents types de fixations, leurs marquages, et les procédures correctes d'installation, y compris le couple de serrage et le verrouillage.
Essais non destructifs (END) : Comprendre quelle méthode d'END est la plus appropriée pour détecter des défauts spécifiques dans des matériaux spécifiques.
Données et procédures approuvées : Souligner l'importance d'utiliser des données approuvées (AMM, SRM) et de suivre les pratiques de maintenance standard.
Gestion des défauts : Comprendre les procédures de traitement des défauts, y compris l'utilisation du MEL/CDL et les exigences d'enregistrement et de rapport.
Précautions de sécurité : Être conscient des risques de sécurité spécifiques, tels que l'inflammabilité des produits de corrosion du magnésium et les dangers de la manipulation du fluide hydraulique à base d'esters phosphoriques.
Durée de vie et stockage : Connaître les exigences de stockage et de manipulation des matériaux tels que les pneus, les tuyaux et les joints.
Chapitre 5Module 5 : Techniques numériques / Systèmes d'instruments électroniquesChapitre 7Module 7A : Pratiques de maintenance
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