Applications du titane dans l'industrie aérospatiale

1. Rapport résistance/poids exceptionnel (haute résistance, faible densité) : Le titane a une densité d'environ 4,5 g/cm³, ce qui ne représente que 60 % de celle de l'acier, mais sa résistance est comparable à celle de nombreux aciers à haute résistance. Cela signifie que, pour les mêmes exigences de résistance et de rigidité, l'utilisation d'alliages de titane peut réduire considérablement le poids par rapport à l'acier.La réduction de poids est un thème permanent dans l'aérospatiale ; chaque kilogramme économisé se traduit par une efficacité énergétique substantielle, une plus grande autonomie ou une capacité de charge utile accrue.

2. Excellente résistance à la corrosion : Une couche d'oxyde dense et stable (TiO₂) se forme à la surface du titane, ce qui lui confère une résistance极高的 à l'atmosphère, à l'eau de mer et aux produits chimiques courants dans l'aérospatiale (comme le liquide hydraulique et le liquide de dégivrage). Sa résistance à la corrosion est bien supérieure à celle de l'acier inoxydable. Cela améliore considérablement la durée de vie et la fiabilité des composants, tout en réduisant les coûts de maintenance.

3. Bonnes performances à haute température : Les alliages de titane conventionnels (comme le Ti-6Al-4V) peuvent fonctionner de manière stable à long terme à 400-500 °C, tandis que certains alliages de titane spécialisés à haute température (comme les composés intermétalliques Ti-Al) peuvent résister à des températures allant jusqu'à 600 °C et plus. Cela le rend idéal pour les composants de la section chaude des moteurs d'avion.

4. Compatibilité avec les matériaux composites : Le titane a un potentiel de corrosion électrochimique similaire aux composites polymères renforcés de fibres de carbone (PRFC). Lorsque les deux sont en contact, ils ne subissent pas de corrosion galvanique sévère. Par conséquent, le titane est souvent utilisé pour les fixations, les supports et les jonctions connectés aux composants composites.

Le moteur est le « cœur » d'un avion et le composant qui utilise le plus d'alliages de titane (environ 25 % à 40 % du poids total du moteur).

Aubes de soufflante : Les aubes de soufflante avant des moteurs turbosoufflantes modernes à forte poussée (comme le LEAP, GEnx) utilisent couramment des alliages de titane. Elles nécessitent une résistance extrêmement élevée pour résister aux forces centrifuges énormes et aux impacts potentiels d'objets étrangers.

Disques et aubes de compresseur : Les disques, les aubes et les carters des étages basse pression du compresseur utilisent largement des alliages de titane. Ces composants fonctionnent dans des environnements à haute température et à haute pression, exigeant des matériaux à haute résistance, résistance à la fatigue et résistance au fluage.

Nacelles et entretoises de moteur : Ces composants structurels utilisent également des quantités importantes d'alliage de titane pour la réduction de poids.

Dans la cellule de l'avion, les alliages de titane sont utilisés pour les structures critiques supportant les charges, en particulier dans les zones où les alliages d'aluminium traditionnels ne peuvent pas répondre aux exigences.

Composants du train d'atterrissage : Le train d'atterrissage doit résister aux forces d'impact immenses lors de l'atterrissage et aux charges statiques, ce qui en fait l'un des composants les plus chargés d'un avion. Des alliages de titane à haute résistance (comme le Ti-10V-2Fe-3Al) sont utilisés pour fabriquer des poutres, des entretoises et des biellettes critiques du train d'atterrissage.

Jonctions d'ailes et de fuselage : Les composants critiques supportant les charges, comme le caisson central de voilure reliant les ailes au fuselage, les rails de volets et les longerons de quille, utilisent souvent des pièces forgées en alliage de titane à haute résistance en raison des charges concentrées.

Fixations : Les rivets, boulons, vis et autres fixations en alliage de titane sont largement utilisés car ils sont solides, légers et résistants à la corrosion.

Systèmes hydrauliques et canalisations : En raison de l'excellente résistance à la corrosion du titane, il est souvent utilisé pour fabriquer des systèmes de canalisations hydrauliques complexes, garantissant une fiabilité à long terme.

Dans le secteur spatial, les avantages de la réduction de poids sont encore plus importants (directement liés à la capacité de lancement), ainsi que la nécessité de résister à des environnements thermiques extrêmes et au vide spatial.

Moteurs-fusées : Les composants des moteurs-fusées à ergols liquides, tels que les réservoirs de propergol, les turbopompes et les injecteurs, utilisent des alliages de titane pour résister à la corrosion de l'oxygène/hydrogène liquide cryogénique et aux pressions élevées.

Récipients sous pression : Les bouteilles de gaz en alliage de titane utilisées pour stocker des gaz à haute pression (comme l'hélium) et des propergols sont légères, ont une résistance élevée à la pression et offrent une bonne fiabilité.

Structures de satellites : Les supports de satellites, les cadres de connexion, les barillets de miroir de caméra et autres composants structurels utilisent des alliages de titane pour répondre aux exigences strictes en matière de stabilité structurelle, de conception légère et de rigidité élevée dans l'environnement spatial.

Engins spatiaux habités : Les engins spatiaux habités comme le Shenzhou et le Soyouz utilisent largement des alliages de titane dans les structures portantes de leurs modules de retour.