Des recherches menées à l’Université Concordia pourraient contribuer à accroître la durabilité des moteurs d’avion
Les turbines à gaz, dont sont notamment dotés les avions de passagers, fonctionnent au quotidien dans des conditions extrêmes. En effet, ces moteurs atteignent régulièrement des températures bien supérieures à 800 °C, ce qui présente des défis en matière de durabilité et d’efficacité à long terme.
Andre Mayer, chercheur postdoctoral au Département de génie chimique et des matériaux de l’Université Concordia, expose une façon de solutionner ce problème dans une étude récemment publiée dans la revue Communications Materials.
Dans le cadre de son doctorat effectué au Centre de recherche en projection thermique et ingénierie de surface de l’Université Concordia, sous la direction de Pantcho Stoyanov, Andre Mayer a exploré un nouveau type de revêtement qui permet d’améliorer la performance des moteurs dans des conditions de chaleur intense. Cette recherche a également bénéficié du soutien de Fadhel Ettouil, qui a apporté son aide technique en mettant à disposition du matériel spécialisé au Centre.
Le chercheur indique avoir commencé par étudier le processus – généralement considéré comme nuisible – de formation d’oxydes comme la rouille sur les pièces des moteurs.
« Ces oxydes jouent en fait un rôle important lorsque les composants fonctionnent dans des conditions extrêmes comme des températures élevées, explique-t-il. Ils forment une couche protectrice qui empêche les surfaces métalliques d’adhérer les unes aux autres lorsque le moteur est en marche. »
Il cite un exemple célèbre tiré de la mission Galileo de la NASA, où l’absence d’oxydes a contribué au grippage des composants mécaniques dans le rigoureux environnement de l’espace.
Dans le cadre de ses recherches sur la formation des oxydes dans les turbines à gaz, l’équipe a cherché à reproduire, dans des conditions contrôlées, le processus de formation de certains oxydes bénéfiques.
« Nous avons mis au point des revêtements à base d’oxydes de cobalt et de chrome qui reproduisent les propriétés chimiques des couches d’oxyde qui se forment naturellement pour constituer une sorte de glaçure. Ces couches protectrices n’apparaissent normalement que dans des conditions de fonctionnement très précises et sur certains composants du moteur. »
« En appliquant dès le départ un revêtement ayant une composition chimique semblable à celle des couches naturelles, nous pouvons offrir une protection comparable même lorsque ces conditions ne sont jamais réunies, poursuit Andre Mayer. Bien que nos nouveaux revêtements aient à peu près l’épaisseur d’un cheveu, ils peuvent transformer complètement les propriétés de la surface. »
En plus d’améliorer la résistance à l’usure et de réduire le frottement dans des conditions simulant le fonctionnement d’un moteur, ce nouveau revêtement est capable d’autoréparer les fissures causées par la dilatation du métal soumis à une chaleur extrême. Lorsque le nouveau revêtement s’est refroidi après utilisation, l’équipe a constaté que les fissures s’étaient refermées d’elles-mêmes et avaient disparu, préservant ainsi l’intégrité de la surface.
Selon Andre Mayer, cette innovation promet de prolonger la durée de vie des moteurs et de réduire la fréquence de l’entretien. La composition du revêtement permet également de régler d’autres problèmes liés aux matériaux couramment utilisés dans la fabrication des moteurs, notamment la hausse des coûts et les difficultés d’approvisionnement.
Cette technologie fait actuellement l’objet d’une demande de brevet, tandis que l’équipe de recherche explore les possibilités de mettre à profit cette découverte dans des applications futures, y compris dans des domaines autres que l’aviation.
« Nous sommes enthousiasmés par le vaste potentiel de ces travaux, déclare Pantcho Stoyanov. Bien qu’il ait été inspiré par les défis liés aux moteurs aérospatiaux, ce même concept pourrait être appliqué à de nombreux domaines de l’ingénierie où les composants sont soumis à des conditions extrêmes. »
Les chercheurs du Centre de recherche en projection thermique et ingénierie de surface de Concordia s’emploient à mettre au point d’autres technologies de revêtement semblables à celle-ci afin de répondre à la demande de l’industrie en matière d’amélioration de la résistance et de la durabilité. Le centre est codirigé par Pantcho Stoyanov et Christian Moreau, titulaire de la chaire de recherche du Canada en ingénierie de surface et projection thermique.
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