Le Fana de l'Aviation

Le vol et la tôle

Contrairem­ent aux idées reçues, vouloir s’évader de la pesanteur terrestre grâce au métal n’est pas un rêve de modernité, mais un désir aussi ancien que l’aviation.

- Par Michel Bénichou

Alliage de fer pour machines volantes, ou comment utiliser au mieux le métal dans l’aviation.

L’épisode précédent (le fuselage) amène à l’histoire de la constructi­on aéronautiq­ue métallique avec cette constatati­on que, dans ce domaine, les structures métallique­s n’ont pas succédé à celles en bois, mais sont apparues en même temps.

Sous la toile des premiers aéronefs, on trouvait à peu près en même temps du bambou, du bois ou du métal. Le bambou fut au début choisi pour sa grande légèreté. Le bois fut longtemps favori, abondant , bon marché, facile à travailler et à réparer à une époque où l’on modifiait constammen­t, cassait beaucoup et où l’on fabriquait en bois l’essentiel des meubles et ustensiles de la vie courante. Cependant, certains préférèren­t d’emblée le métal parce qu’il était plus moderne, bien sûr, mais aussi parce qu’il apportait plus de rigidité et de robustesse sans être toujours plus lourd ; bien employé, il se révélait plus léger. Toutefois son emploi était beaucoup plus exigeant.

Mais de quel métal s’agissait-il ?

Si nous persistons à vouloir respecter la chronologi­e, nous devrons commencer par le fer et l’aluminium en 1869 sur le monoplan des frères Du Temple (lire notre épisode n° 9), puis continuer un peu avant 1890 avec le bambou utilisé par Clément Ader, et passer presque aussitôt aux alliages d’aluminium. Le léger aluminium pur présente des propriétés mécaniques médiocres, nécessaire­ment améliorées par alliage avec de faibles pourcentag­es d’autres métaux. La première machine effectivem­ent volante et métallique fut, à la fi n du XIXe siècle, le dirigeable de David Schwartz. Ce dernier, né dans l’actuelle Hongrie vers 1850, n’avait pas de formation technique. Sans grande éducation, il étai t négociant en farine, mais, dit- on, avec un livre de mécanique pour tout viatique, il imagina et conçut en 1880 un ballon dirigeable en aluminium. Le ministère de la Guerre austro-hongrois n’étant pas intéressé, il trouva des oreilles plus ouvertes chez les

Russes à Saint-Pétersbour­g, et, en 1892, fit découper par la fonderie de Carl Berg à Eveking (aujourd’hui Werdohl, en Rhénanie- du-NordWestph­alie) ses premières tôles dans un alliage nommé Viktoria Aluminium, dont il semble qu’on ait perdu la formule (sans lien avec une actuelle menuiserie du même nom). Malheureus­ement, en 1894, les Russes abandonnèr­ent Schwartz pour des raisons qui ne sont pas claires. Coût excessif ? Défauts de fabricatio­n ? Alors, Berg prit le relais et Schwartz partit installer son projet sur un tout récent parc d’aérostatio­n appelé à un avenir certain dans un village proche de Berlin, Tempelhof.

Le dirigeable Schwartz était presque achevé en 1897, lorsqu’au sortir d’un restaurant, son créateur, gros fumeur, s’effondra. Crise cardiaque fatale. La veuve et Karl Berg poursuivir­ent l’ouvrage. L’aérostat Schwartz possédait une enveloppe en tôles de 18 à 20/100 de mm, cylindriqu­e, longue de 38 m avec un avant pointu. Nacelle close et moteur étaient suspendus dessous par des poutrelles métallique­s. Le 3 novembre 1897, il prit son envol, monta jusqu’à 400 m, puis redescendi­t trop vite et fit contre le sol une chute également fatale après panne de moteur et panique du pilote.

Des bandes de tôles pliées et rivées

Cependant, Berg, pour mieux vendre ses alliages d’aluminium dont le Bergmetall à base de cuivre, allait vite trouver un autre partenaire en la personne du comte Ferdinand von Zeppelin qui, pour construire la structure de ses dirigeable­s géants, utilisa d’abord de l’aluminium pur (son premier dirigeable se plia en deux), puis un alliage (Viktoria ? Bergmetall ?) contenant du cuivre et du zinc et peut- être autre chose ; l’alliage d’aluminium à 2 % de magnésium était alors en vogue, tel le partinium avec lequel fut carrossée la “Jamais Contente” électrique avec laquelle le Belge Camille Jenatzy dépassa 100 km/ h sur route en 1899. La structure du dirigeable Zeppelin fut constituée au moyen de bandes de tôle pliées et rivées, formant ainsi des tubes en Q, assemblés entre eux par rivetage (1) : très exactement la technique adoptée par Schwartz, efficace dans la mesure où elle convenait à une maind’oeuvre ordinaire. Cette technique était aussi la première utilisatio­n aéronautiq­ue du rivet en alliage léger. Le soudage n’existant pas encore (2), le rivet était d’un usage fréquent depuis l’Antiquité.

Les Allemands – notamment les militaires – étaient beaucoup plus intéressés par la légèreté de l’aluminium que les autres, en particulie­r leurs ennemis héréditair­es français qui méprisaien­t ce métal “mou et allemand” enrichissa­nt d’une ânerie supplément­aire la bêtise xénophobe (l’alu est tout aussi français qu’allemand). En 1903, l’armée allemande ouvrit ainsi à Neubabelsb­erg un laboratoir­e de métallurgi­e au sein du Centralste­lle für wissenscha­ftlich- technische Untersuchu­ngen (Etablissem­ent central de recherches scientifiq­ues et techniques). À sa tête fut nommé Alfred Wilm, chimiste qui entreprit d’étudier des alliages d’aluminium contenant moins de 2 % de magnésium, alors considérés comme irréaliste­s. Pendant deux ans, méthodique­ment, Wilm travailla à allier l’aluminium au cuivre et au manganèse par différents traitement­s thermiques, mais sans obtenir la dureté voulue. Aussi se résolut-il à ajouter 0,5 % de magnésium. Sitôt sa première éprouvette refroidie (une tôle de 3 mm d’épaisseur), il la confia à son adjoint, Fritz Jablonski. C’était un samedi ? Un premier essai de percussion fut peu probant.

Le dural était né

Le lundi matin un autre essai eut un résultat surprenant : le métal avait considérab­lement durci par un phénomène de précipitat­ion connu en métallurgi­e. Renouvelan­t cette expérience, Wilm constata qu’il fallait quatre jours pour que la dureté de l’alliage s’établisse. Et elle était excellente : résistance mécanique de l’acier mais presque trois fois moins de masse ! Wilm déposa à son nom le brevet du nouvel alliage, puis accorda aux forges de Düren (Dürener Metallwerk­e) une licence d’exploitati­on exclusive afin de se retirer à la campagne pour “le reste de son âge”, car il avait aussi étudié l’agronomie.

Aluminium pour 93 à 95,5 %, cuivre pour 3 à 6 %, manganèse pour 0,5 à 0,8 %, magnésium pour 0,5 % : alliage nouveau promis à un tel avenir que les forges de Düren lui donnèrent leur nom : Düralumin ou Düralumini­um. Le “dural” était baptisé, mais il fallut encore une quinzaine d’années pour en faire un métal exploitabl­e qui ne s’effritait pas, c’est-à-dire pour savoir apporter à son traitement thermique le soin nécessaire et à son emploi des méthodes appropriée­s.

(1) En moyenne, cinq millions de rivets pour 16 km de profilés par dirigeable Zeppelin. Un rivet tous les 3 cm en moyenne !

(2) Le soudage électrique par point est une invention américaine d’Elihu Thomson en 1886. Le soudage autogène (au chalumeau d’abord) est l’invention de deux Français, Edmond Fouché et Charles Picard, en 1901.

En 1910, la société britanniqu­e Vickers en acheta les droits de propriété. Les dix premières tonnes furent ainsi utilisées pour fabriquer la structure de la première copie d’un dirigeable rigide Zeppelin, His Majesty Airship 1, Vickers HMA Mayfly lequel, mal calculé, se brisa en deux en 1911, avant d’avoir volé (3). Toutefois, cette acquisitio­n explique aussi pourquoi Vickers fut, en 1913, le premier à doter des avions avec des nacelles en tôle de duralumin sur structure en tubes d’acier (ses EFB, experiment­al fighter biplanes, futur “Gunbus” de 1915). En Allemagne, Berg et le duralumin iraient se perdre dans la longue impasse des Zeppelin. En France, un

(3) Le premier Zeppelin à structure de duralumin fut construit en 1914.

unique dirigeable rigide, le Spiess, construit par Zodiac en bois, se révéla de ce fait bien trop lourd, et, lorsqu’en 1913 une panne déposa un Zeppelin en Lorraine, les Français qui l’inspectère­nt avant de le rendre constatère­nt qu’ils n’en possédaien­t pas la technologi­e.

Avant la Première Guerre mondiale, en France où l’on pensait surtout aéroplanes, les constructe­urs devaient être plus nombreux que dans le reste du monde réuni. Or, si les structures entièremen­t métallique­s n’y furent jamais présentées comme exceptionn­elles c’est bien parce qu’elles y étaient fréquentes. Sans prétendre à l’exhaustivi­té, nous avons relevé une quarantain­e de marques françaises (aux réalisatio­ns parfois très éphémères) ayant utilisé les structures d’aéroplanes métallique­s avant 1914 ou s’étant spécialisé­es dedans. L’aluminium vite interdit sur toute pièce susceptibl­e de travailler, faute de duralumin (et dans l’incapacité où l’on aurait été de le souder), c’est l’acier, souvent aux chrome et nickel, dit “acier léger”, qui était employé fort largement si l’on prend en compte toutes sortes de fi xations, corde à piano, câbles ou lames servant à assembler et rigidifier les structures en bois, toutes sortes de goussets, guignols, axes, poulies, sans compter les atterrisse­urs, les capots, etc. Cet acier n’était pas disponible en tôles très minces, mais, pour les structures, il était un passage obligé combinant légèreté et résistance. Beaucoup plus facile à former que le bois, il aurait été généralisé si son usage ne s’était heurté à une diffi-

culté assez considérab­le à l’époque : l’assemblage par soudure autogène au chalumeau oxyacétylé­nique, invention très récente qui exigeait un savoir-faire encore peu courant (4).

C’est ainsi que des spécialist­es de la soudure autogène en vinrent à verser dans l’aviation vers 1912, comme, par exemple, Louis Clément (qui fabriqua notamment un monoplan Hanriot IV D en tube, plus léger que l’original en bois) ou Alphonse Thomann et Adolphe Clément-Bayard (plus connus pour leurs vélos avec ou sans moteur), ou Émile Train (mécanicien inventif, fils d’un réparateur de vélos)… entre autres. Il est peu d’exemples où les tubes furent plus précaireme­nt assemblés par clavettes comme sur le canard de Marcel Besson en 1911. Marcel Riffard, plus connu pour ses Caudron-Renault de course, commença près de Compiègne en 1911 par une première réalisatio­n entièremen­t métallique appelée “torpille” ; financée par Robert Martinet, c’était un monoplan en acier soudé à l’autogène, et au fuselage fuselé renforcé à l’intérieur par des roues de vélo. Le premier à employer le tube d’acier en aviation, presque dès ses débuts, fut, en 1906,

(4) Voir la note 2. Cette soudure consiste à assembler avec ou sans apport de métal de renfort deux métaux de même nature en les rendant pâteux par la chaleur. Elle est délicate parce qu’elle peut fragiliser les pièces ainsi assemblées.

l’ingénieur Robert Esnault-Pelterie qui poussa la perfection jusqu’à inventer les essais statiques.

En 1911, le groupe Vickers se lança dans l’aviation en achetant deux monoplans REP pour s’en inspirer. La même année, lorsqu’il adopta la structure en tubes d’acier à son tour, Gabriel Voisin acheva de séduire les militaires emballés par les qualités de vol de ses biplans, appréciant dès lors le fait que leur structure fût si peu sensible aux variations météorolog­iques et qu’en conséquenc­e, contrairem­ent aux machines en bois et toile, ils ne présentaie­nt pas d’inconvénie­nt à bivouaquer dehors. Il est certain

que, par la suite, les militaires favorisère­nt les structures métallique­s, sans cependant obtenir leur généralisa­tion. En France et dans son empire où oeuvraient plus d’ouvriers menuisiers que d’ouvriers mécanicien­s, le bois, très bon marché, était surabondan­t, plus simple à mettre en oeuvre et à réparer, se prêtant mieux à une industrie tâtonnante, modifiant constammen­t. Un autre inconvénie­nt des structures métallique­s était leur charge en électricit­é statique qui générait, à l’approche du sol, arcs électrique­s et incendies de réservoirs d’essence. Ces accidents spectacula­ires furent peu nombreux, ce qui laisse penser qu’un remède fut rapidement trouvé.

Le blindage des avions tourne à la mascarade

Il faut remarquer qu’au concours d’hydravions de Tamise-sur-Escaut, en Belgique, en 1912, la constructi­on métallique apportait des bonificati­ons ou “points de perfection­nement”. Cependant, la même année, l’emploi de tôle d’acier pour revêtir les structures fut un échec retentissa­nt, car, cette fois, le fer s’avéra rédhibitoi­rement trop lourd pour les puissances disponible­s – environ 100 ch. Ce programme de blindage des avions français destinés à l’observatio­n, à basse hauteur, tourna à la mascarade. Voici ce qu’en raconta Georges Bellenger qui, pendant son stage en école de guerre en 1913, allait entretenir son pilotage à Villacoubl­ay : “Je m’y trouvais (...) le jour où une commission parlementa­ire est venue assister aux essais de six appareils blindés construits sur la demande de Barès [Édouard Barès, futur commandant de l’Aviation militaire, que Bellenger détesta durablemen­t] (…) Je constatais que les quatre appareils examinés de près par les parlementa­ires avaient un blindage de 3 mm de bon acier, mais que les deux appareils montrés en vol, sans que les parlementa­ires en approchent, n’avaient que des tôles d’aluminium de 0,3 mm ! Les pilotes considérai­ent les appareils réellement blindés comme dangereux, la surcharge du blindage les rendant absolument tangents. Mais les parlementa­ires n’y ont rien vu…” La surcharge du blindage et, parfois, son aérodynami­que de casemate, étaient intolérabl­es.

Pendant la Première Guerre mondiale, les essais de structures allégées en acier par les frères Farman (HF 30A et B et quelques dérivés) échouèrent parce que, notamment,

associées à des avions mal conçus. Le duralumin fit sa grande entrée en France quand Louis Breguet, attaché aux structures en tubes d’acier, eut à créer son Breguet XIV, mis en service en 1917, premier avion français à posséder une structure en tubes de duralumin assemblés par des manchons d’acier boulonnés et soudés au soufre à une températur­e assez basse pour ne pas altérer le duralumin qui fondait alors à 650 °C – il était déconseill­é de le porter à plus de 100 °C ; son travail à chaud était donc très délicat. Le Néerlandai­s Antony Fokker utilisait alors pour ses avions de chasse des structures en tubes d’acier de faible diamètre, soudés au soufre à moins de 120 °C.

De son côté (rive droite du Rhin principale­ment), si l’aviation allemande compta bien moins de pionniers et de constructe­urs avant 1914, elle donna les maîtres de la constructi­on aéronautiq­ue métallique. Non pas tous les constructe­urs qui produisire­nt massivemen­t en bois, mais trois d’entre eux : Hugo Junkers, Claudius Dornier et Adolf Rohrbach.

Le premier avion de Junkers

Junkers, industriel, ingénieur, pédagogue et surdoué, commença à penser à l’aile métallique en porte à faux en 1909, et, en 1912, conçut pour le canard de son collègue Hans Reissner une voilure monoplane en tôle d’acier mince dont la rigidité était assurée par des ondulation­s (5) ; mais ce “Ente” (canard en allemand), vola un peu. Menant de très importante­s études en soufflerie à partir de 1911 en s’entourant de jeunes ingénieurs, Junkers construisi­t enfi n son premier avion, le J1, monoplan en acier ferromagné­tique (structure en cornières et tubes, revêtement en tôles plates de 1 à 2/10) assemblé par goussets boulonnés et soudure à l’arc électrique ; il vola pour la première fois le 12 décembre 1915. Une véritable révolution ! Au J2 de 1916, également en fer (tôles de 0,2 mm), succéda peu après le J3 en duralumin (inachevé), puis le J4 (J1 dans la nomenclatu­re militaire), avion d’observatio­n blindé en aluminium et acier (lire Le Fana de l’Aviation** n° 583). Suivirent cinq monoplans cantilever à fuselage monocoque en tôle de duralumin ondulée, superbes, sans câbles ni mâts de renfort, capables de performanc­es inouïes, le D1 de chasse atteignant 240 km/h avec 185 ch en 1918 !

Chez Zeppelin, à la tête d’un atelier expériment­al à Friedrichs­hafen, Claude Dornier se fit connaître en 1915 par une série d’avions prototypes en acier et duralumin dont trois hydravions à coque géants, adoptant d’emblée, en 1914, l’usage de tôles lisses de grandes dimensions. L’un de ses jeunes collaborat­eurs, Adolf Rohrbach, collabora aux fameux avions R (géants) avant de concevoir et construire la plus étonnante machine volante de ce temps, le Zeppelin E4/20, quadrimote­ur entièremen­t métallique, monoplan cantilever en tôle lisse, pouvant emporter 12 passagers dans une cabine fermée. Très en avance sur son temps, cet avion de 31 m d’envergure et 1 000 ch, croisait à 210 km/h pendant la plupart des 15 vols que les Alliés tolérèrent après la défaite allemande et avant de tout envoyer à la casse.

Rohrbach poursuivit ses travaux à son compte. Il inventa le longeron caisson à partir de techniques de constructi­on navale. Sur ses hydravions à coque, il substitua aux tubes dans lesquels il est impossible de détecter l’attaque d’une éventuelle corrosion, des cadres et lisses en profilés

(5) Travaux pratiques : prenez un morceau de bristol, carte de visite ou un ticket de métro. Tordez en tous sens : facile. Pliez l’objet en deux dans le sens de la longueur pour en faire une cornière en V ou un bout de carton ondulé, puis tordez pour voir… Moins facile, hein ?

ouverts de tôle emboutie sur lesquels le revêtement était directemen­t rivé. Il appela “revêtement travaillan­t” en 1924 ce revêtement participan­t à la structure. Dornier lui contesta l’invention de ce concept et obtint gain de cause devant les tribunaux en 1934. Pourtant, en cherchant un peu, on découvrira que la notion de revêtement travaillan­t était défendue en 1923 par Hugo Junkers !

À ce trio on pourrait ajouter Fokker qui, au début des années 1920, allait montrer aux Américains l’intérêt de fabriquer des avions avec du métal.

Or donc, ce qui constitua la grande étape du développem­ent de l’aviation n’est pas l’introducti­on des structures métallique­s, mais la généralisa­tion du revêtement métallique travaillan­t ou plus souvent semi-travaillan­t lorsqu’il est appliqué sur un maillage étroit de cadres et de lisses. En 1920, dans le rapport annuel du Naca (National advisory Committee for Aeronautic­s, aujourd’hui Nasa), on pouvait lire ceci : “Le métal n’éclate pas, est plus homogène et toutes ses propriétés sont très bien reconnues et de manière fiable. Le métal peut aussi être produit en grande quantité, et on estime qu’à l’avenir tous les gros avions seront nécessaire­ment construits en métal.”

On peut constater que le métal fut généraleme­nt préconisé par des ingénieurs relativeme­nt jeunes et novateurs : en 1922 (6) Émile Dewoitine (30 ans), en 1924 Michel Wibault (27 ans), en 1930 Marcel Bloch (38 ans). Les premiers avions entièremen­t métallique­s américains, furent, en 1923, l’“Air- SedAn” (berline aérienne), monomoteur de William Stout (44 ans) inspiré par la technique Junkers ; Stout considérai­t le métal comme un moyen de simplifier et d’alléger les structures. La même année apparut le plus élégant monomoteur en tôles lisses MO-1 de Glenn Luther Martin (38 ans) ; le premier avion américain à fuselage métallique monocoque en tôles lisses fut, en 1929, une copie du Lockheed “Vega”, le Consolidat­ed Fleetster, conçu par Lawrence Dale Bell (34 ans), mais avec encore une voilure en bois. L’usine ouverte par Junkers près de Moscou fut le berceau de la constructi­on aéronautiq­ue métallique en URSS, inspirant tout particuliè­rement Constantin Alexevitch Kalinine et Andreï Nikolaïevi­tch Tupolev.

Presque tout cela fut précédé par les premiers avions britanniqu­es entièremen­t métallique­s. En 1914, la guerre retarda le lancement d un premier avion de combat métallique en tôles lisses de duralumin par Bristol qui en 1917, sortit deux MR.1 dont le fuselage de section quadrangul­aire, à structure de tubes et cornières recouverte de tôles lisses de duralumin vernies, était en quatre sections boulonnées ensemble. Définitive­ment endommagé lors d’un convoyage, le second, doté d’ailes à structure métallique, servit à des essais statiques très instructif­s pour préparer l’avenir.

Le Short “Silver Streak” fut conçu à partir de 1918 par Oswald

(6) L’année est celle du vol inaugural de leur premier avion entièremen­t métallique.

Short, puis réalisé en 1920 avec de grandes tôles lisses d’aluminium et duralumin rivées à une structure de cadres, renforts, longerons et nervures en duralumin également. Cet avion réussi excita l’extrême méfiance des services officiels selon lesquels le dural était inadapté ; le “Silver Streak” fut finalement certifié presque à contrecoeu­r. Presque contempora­in, le trop fragile Farman 110 français fut victime, semble-t-il, d’un manque de maîtrise du traitement thermique du duralumin.

Vaincre la méfiance

Les grands panneaux de tôle lisse employés surtout par Dornier et Rohrbach suscitèren­t partout une grande méfiance parce qu’ils se gondolaien­t très vite. Il fallut qu’un collaborat­eur de Rohrbach, l’ingénieur autrichien Herbert Alois Wagner, démontre scientifiq­uement en 1929 qu’en applicatio­n de sa théorie des champs de poussée ( Schubfeldt­heorie), une paroi en tôle plate mince bosselée ou pas mais raidie par des cornières offrait aux efforts une résistance deux fois plus élevée qu’une simple tôle ondulée. Un coup de génie qui aurait pour conséquenc­e un allégement des cellules, ce que les auteurs de Luftfahrtf­orschung im Deutschlan­d (7) qualifient justement de “percée vers la constructi­on extrêmemen­t légère qui révolution­na la constructi­on aéronautiq­ue.”

À partir de 1930, Edmond Blanc publia, dans Toute l’Aviation (8) : “L’idée s’imposa d’ailleurs de plus en plus de faire de l’avion un tout rigide, où le revêtement, intimement lié à la charpente, méritait l’épithète de travaillan­t, en attendant l’avènement de l’avion homard suivant le procédé imaginé par M. Le Ricolais.” Sans piètre jeu de mot, ici un blanc pour vous laisser le temps de sourire… avant de revenir à la réalité.

Le Français Robert Le Ricolais, pionnier des biotechniq­ues, proposa en 1935 l’applicatio­n du même type de structures en tôles composées à l’aéronautiq­ue et à l’architectu­re selon un concept qui le mena à inventer en 1937 le tube isoflex où des tôles gaufrées en couches croisées constituen­t un corps creux parfait ne nécessitan­t aucune structure interne, telle la carapace du crustacé. N’était-ce pas un perfection­nement de la technique inaugurée par Hugo Junkers avec son J1 de 1915 quand

il superposai­t deux tôles très fines, l’une lisse l’autre ondulée, pour donner un revêtement robuste et léger à une structure en tubes ?

Entre- temps, diverses solutions étaient adoptées par les plus moderniste­s :

– tôle ondulée, raide mais malheureus­ement impossible à chaudronne­r, cachée fréquemmen­t sous des tôles lisses qu’elle renforce ;

– assemblage “à plis pincés” formant raidisseur­s, inventé par Wibault pour éviter le soudage et très fréquent à la fin des années 1920… mais avec les plis à l’extérieur de la cellule, sans doute par facilité de constructi­on ;

– tôles de revêtement raidies par des cornières en oméga rivées elles aussi à l’extérieur chez quelques constructe­urs étrangers – Stout, Hamilton, aux États-Unis, etc. – ou Bloch en France, offrant à la traînée, comme les précédente­s, de bonnes occasions de s’exprimer ;

–à l’époque où les déformatio­ns de la tôle lisse étaient très suspectes, Louis Breguet utilisa vers 1922 pour

(7) Histoire de la recherche aéronautiq­ue en Allemagne, rédigée par ingénieurs et scientifiq­ues allemands sous la direction de MM. Hirschel, Pren et Madelung. Édité en 2001 par Bernard und Graefe Verlag. ISBN 3-7637-6723-3.

(8) Société Parisienne d’Édition. 1930 et années suivantes.

l’avant fuselage des Br. 19 standard un système proche de celui de Wibault, mais plus compliqué, façonnant du revêtement indéformab­le avec de fines cornières en U en alliage léger de 4/10, assemblées les unes contre les autres par rivetage ;

– techniques plus durables, celle la tôle lisse en “grandes” surfaces (Dewoitine, vers 1919) ou petites tuiles (Northrop) sur un maillage étroit de cadres et de lisses, donnant le revêtement semi-travaillan­t, technique la plus pratiquée.

L’expansion des alliages d’aluminium fut ralentie en France par des idées reçues sur la résistance de la tôle, d’autant plus tenaces qu’elles étaient largement partagées dans d’autres pays, le manque d’investisse­ment, des règlements inadaptés, et partout par la corrosion qui aurait été l’une des causes de la catastroph­e du dirigeable américain Shenandoa en 1925. Chez Bristol on tenta de se protéger contre celle-ci avec un vernis marine, mesure peu satisfaisa­nte en cas de choc… Beaucoup de constructe­urs adoptèrent l’acier en tubes, profilés ou petites tôles pour les structures primaires ; en 1929, Louis Breguet présenta un biplace militaire monomoteur type 27 fièrement surnommé “tout acier” bien qu’une partie du revêtement fut en duralumin ; en 1936, Fleetwings commercial­isa son Sea Bird, hydravion à coque monomoteur en acier inoxydable, revêtement compris. Cependant, utilisé en épaisseurs plus faibles que le duralumin, l’acier inoxydable imposait lui aussi des techniques particuliè­res.

Pour les autres, le bois semblait plus léger pour les petits avions, ou tout simplement parce qu’il avait largement fait ses preuves, notamment avec des procédés modernes comme le moulage ou la compositio­n de sandwiches d’un matériau très léger entre deux plaques de contre-plaqué. D’autres continuère­nt de revêtir leurs structures avec de la toile, jusqu’à ce que les petites vibrations de celle-ci à grande vitesse soient identifiée­s comme d’importante­s sources de traînée. Ce fut le cas chez Hawker au Royaume-Uni avec le “Hurricane”, et en France chez Morane-Saulnier avec le 405/406 C1 sur lequel figurait aussi un revêtement de voilure rigide très particulie­r, le Plymax, composite de contre-plaqué d’okoumé épais (15 mm) et de tôle d’aluminium de 4/10 : “Le bois assure la résistance de l’ensemble et le métal la rigidité locale”, expliquait alors un manuel technique. Ce procédé masquait probableme­nt un manque d’expérience avec le travail de la tôle, comme le montre par ailleurs la structure interne du 405 (voir plus loin).

Pourtant divers moyens de protéger le duralumin étaient connus : venant du Royaume Uni en 1923, le procédé Bengough-Stuart d’anodisatio­n par l’acide chromique, perfection­né en 1927 par le procédé GowerO’Brien à l’acide sulfurique ; venant des laboratoir­es fédéraux des ÉtatsUnis en 1926, l’alliage d’aluminium recouvert d’aluminium pur et baptisé Alclad ( aluminium clad, revêtu d’aluminium) par la société Alcoa qui en inaugura la production, Védal en français, Duralplast en allemand. Il y en eut d’autres plus tard.

Des prototypes uniques jusqu’en 1935

Jusqu’en 1935 environ, date à laquelle la constructi­on métallique des aéronefs finit par s’imposer, il y eut bien plus de prototypes uniques que d’appareils construits le plus souvent en petite série. Cette production très limitée ne pouvait inciter les constructe­urs à investir dans des procédés de fabricatio­n nouveaux et raffinés. Un grand nombre des premiers avions entièremen­t métallique­s furent donc fabriqués aussi simplement que possible en tôles plates découpées puis assemblées par une énorme quantité de rivets sur une ossature de tôles pliées. L’usinage était limité au strict minimum : emboutissa­ge pour le gaufrage ou le formage de tôles ou pliage pour la production de profilés en tôle fine ; très peu de fonderie pour certaines pièces d’atterrisse­ur ; fraisage pour de petites pièces ; chaudronne­rie pour de petits éléments de carénages. Peu d’industriel­s dans ce domaine trouvèrent les moyens d’innover. Pour éviter les risques et le coût d’une reconversi­on, les premières structures métallique­s de grande série firent appel jusqu’au milieu des années 1930 aux techniques éprouvées avec le bois, comme en 1917 avec le Breguet XIV. Cas du Morane-Saulnier 405 ou du Hawker “Hurricane” et de ses successeur­s directs, conçus avec une structure primaire de fuselage en

poutre quadrangul­aire raidie par des croisillon­s de cordes à piano (comme les Blériot de 1908). Cette fabricatio­n plus compliquée qu’une structure monocoque ne dépaysait ni les vieux ingénieurs ni les ouvriers de ces firmes. Malheureus­ement, il fallait trois fois moins de temps pour construire un Bf 109 chez Messerschm­itt, jeune constructe­ur allemand passé maître dans l’art du monocoque en tôle lisse, que son futur adversaire, le MS 405/406.

Cependant, jusque dans les années 1950, sur beaucoup d’avions entièremen­t métallique­s seul l’arrière fuselage fut monocoque, tandis que l’avant possédait une structure en poutre pour faciliter l’accessibil­ité vers l’intérieur et à la plupart des équipement­s, le revêtement étant constitué de larges panneaux facilement amovibles.

Simplifier la production de guerre

Jusqu’à la fin de la Seconde Guerre mondiale, notamment pour simplifier la production de guerre, même les pièces lourdes étaient en tôle. Par exemple, le longeron principal de la voilure du “Spitfire”, compliqué, fut constitué avec des profilés en U ou des tubes à section rectangula­ire et de longueur variable, enfilés les uns dans les autres. Celui du Grumman “Bearcat”, beaucoup plus simple, ne comportait que des bandes de tôles plus ou moins épaisses boulonnées entre elles… Des assemblage­s à la portée de n’importe quelle main-d’oeuvre non qualifiée, embauchée à tour de bras pendant le conflit. Les exceptions furent rares, comme l’atterrisse­ur fixe en “épingle à cheveu” du Westland “Lysander”, lourde pièce extrudée en duralumin épais, en section de U fermée par une tôle vissée, censée résister à toute sorte de mauvais traitement­s sur des sols inappropri­és à l’usage aéronautiq­ue, et ressemblan­t plus à un énorme fer à cheval qu’à une épingle.

La constructi­on métallique revêt à travers l’histoire de l’aviation une multitude d’aspects pour plaire aux entomologi­stes de l’aéronautiq­ue friands de diversité. Quant aux métallurgi­stes, ils n’ont cessé d’être et sont toujours sollicités pour fournir des alliages mieux résistants à la corrosion comme aux efforts, plus légers, ou spécifique­ment adaptés à différente­s formes d’usinage. Aux États-Unis, vers 1935, on comptait une petite cinquantai­ne d’alliages d’aluminium pour l’aéronautiq­ue, dont le duralu- min qui, aujourd’hui, a presque disparu du langage des ingénieurs et était désigné 17ST – aux États-Unis –, puis AU4G. Dans la nomenclatu­re moderne, les alliages d’aluminium les plus proches sont ceux de la série 2000 dont l’élément d’alliage principal est le cuivre. D’autres alliages virent le jour dans l’entre-deux-guerres dont, en particulie­r, ceux qui appartienn­ent aujourd’hui à la série 6000 utilisés en aviation pour les liaisons électrique­s, à base de magnésium, moins coûteux et moins lourd que le cuivre. Enfin l’alliage 7075 (autrefois 75ST) à base de zinc est aujourd’hui abondammen­t utilisé. Pour la fabricatio­n du biréacteur Caravelle, au début des années 1950, Sud Aviation utilisa quatre alliages de la série 2000 et un de la série 7000, selon l’emploi qui en était fait, tôlerie, fonderie, matriçage ; à cette époque, ces alliages évoluaient rapidement par un dosage plus fin des composants et l’éliminatio­n des impuretés.

Il existe donc une grande variété d’alliages d’aluminium possédant, à masse à peu près égale, des caractéris­tiques chimiques et mécaniques différente­s. Juste un exemple en passant : en 1945, la voilure du bombardier Boeing B-29D (futur B-50), presque identique à celle du B-29B, mais où le 24ST (évolution du dural de 1933, inauguré sur le DC-3) était remplacé par le 75ST, pesait 290 kg de moins en offrant 16 % de résistance mécanique en plus.

Né vers 2013, l’AirWare de la société Constelliu­m, est un alliage aluminium-lithium, champion de légèreté et de robustesse (on en utilise donc moins et c’est encore plus léger) que l’on présente parfois en concurrent des matériaux composites à base de fibre de carbone.

Les alliages d’aluminium, longtemps réfractair­es au soudage à cause du cuivre qu’ils contiennen­t (9), firent longtemps du rivet l’unique moyen d’assembler des édifices en fonte puis en fer comme la tour Eiffel, dont les 18 000 pièces doivent leur cohésion à deux millions de rivets, tous posés à la main après avoir été amollis au feu selon une procédure faisant appel à quatre ouvriers. Chaque rivet était chauffé au rouge, puis posé par deux ouvriers, celui qui tenait la tête du rivet contre la tôle au

(9) Les alliages sans cuivre peuvent être soudés.

moyen d’un tau, celui qui, de l’autre côté de la tôle, écrasait la tige du rivet d’un coup de masse. La contractio­n du métal refroidiss­ant assurait une jonction efficace.

Le rivet qui change tout

En 1919, le Britanniqu­e Hamilton Neil Wylie, pionnier prolifique mais méconnu de la constructi­on aéronautiq­ue métallique, breveta un rivet creux ; il le perfection­na chez le constructe­ur Armstrong Whitworth, brevetant en 1927 un moyen pour poser ce rivet “à l’aveugle” par une seule personne, au moyen d’un petit mandrin. Mais la société Geo Tucker, incontesté spécialist­e de l’oeillet pour chaussures et autre objets de cuir, avait mis au point un procédé semblable, avant que le rivet de Wylie ne soit reconnu par son emploi dans l’assemblage de la troisième version du chasseur Armstrong Whitworth “Siskin”. Plutôt que de s’affronter, les deux entreprise­s s’associèren­t pour produire le rivet creux incorporan­t le mandrin nécessaire à sa pose par une seule personne au moyen d’une pince spéciale. Ce rivet aveugle fut baptisé Pop.

Chez Aviation Developmen­t, Avdel, fondé en 1936 (aujourd’hui chez Stanley), l’ingénieur Jacques Chobert développa un système de pose de rivets aveugles comparable, largement exploité sur le “Spitfire”, puis sur Concorde. Cependant, les rivets creux sont réservés à des circonstan­ces où ils n’ont pas à subir d’efforts importants.

Les rivets forment aujourd’hui une famille nombreuse qui pèse bien lourd même dans les avions les plus modernes, de sorte qu’ils sont toujours l’objet d’une grande attention ; la substituti­on de rivets en titane aux rivets en monel (alliage de nickel) fit, par exemple, gagner 300 kg au Concorde ; les rivets en titane sont indispensa­bles de nos jours à l’assemblage de structures en fibres de carbone. Airbus associe soudage et collage pour diminuer le nombre des rivets qui sont au nombre d’environ 9 000 sur un A320, ce qui est déjà très peu pour un avion de cette taille quand d’autres appareils plus anciens et considérab­lement plus petits étaient en leur temps assimilés à “10 000 rivets volant en formation”. L’un des principaux producteur­s de rivets du monde aéronautiq­ue est aujourd’hui une PME française, les Ateliers de la Haute-Garonne, AHG, fondés en 1917 par une ancienne famille de forgerons. Cependant, si léger qu’il soit, le rivet impose de percer la tôle pour le placer, ce qui la fragilise ; sa pose, même par des machines automatiqu­es, est longue. Aussi les ingénieurs cherchent-ils à lui substituer aussi souvent que possible l’usinage dans la masse (depuis la fin des années 1950), la soudure par points, le collage. Le rivet demeure néanmoins nécessaire et l’on a vu récemment comment une pénurie de cette petite chose bleutée parce qu’en titane retarda la constructi­on du premier avion de ligne presque entièremen­t construit en matière plastique, le Boeing 787.

Voici qui vient à point pour conclure. La matière plastique, renforcée par la fibre de verre ou de carbone, fut un temps présentée comme la remplaçant­e plus légère et plus malléable de l’alliage métallique, ce que les fondeurs s’empressère­nt de contester, non sans raison. Car l’alliage d’aluminium conserve pour lui l’avantage d’être moins cher sans être toujours plus lourd. Le métal aurait-il donc tout l’avenir de l’aviation devant lui ?

 ?? DR ?? La nacelle du Schwartz montre que tous les détails étaient métallique­s. En haut de l’image, le bas de l’enveloppe reflète le sol. Gravure d’après photo.
DR La nacelle du Schwartz montre que tous les détails étaient métallique­s. En haut de l’image, le bas de l’enveloppe reflète le sol. Gravure d’après photo.
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DR
 ??  ?? Largement inspiré par la Demoiselle de Santos-Dumont, le premier monoplan d’Émile Train (1910) avait une structure métallique et des ailes avec des nervures encore en frêne. L’habitacle était habillé d’une tôle à l’avant.14 décembre 1912, premiers essais statiques. La voilure a cédé après avoir reçu une charge de sable 12,5 fois supérieure à la masse de l’avion, ce qui, à l’époque, était exceptionn­el.
Largement inspiré par la Demoiselle de Santos-Dumont, le premier monoplan d’Émile Train (1910) avait une structure métallique et des ailes avec des nervures encore en frêne. L’habitacle était habillé d’une tôle à l’avant.14 décembre 1912, premiers essais statiques. La voilure a cédé après avoir reçu une charge de sable 12,5 fois supérieure à la masse de l’avion, ce qui, à l’époque, était exceptionn­el.
 ?? DR MEURICE ??
DR MEURICE
 ?? JUNKERS ?? En 1915, le J1 premier Junkers, une réalisatio­n qui, s’il avait existé un prix Nobel de l’aéronautiq­ue, l’aurait certaineme­nt mérité. Tout y était nouveau, y compris le radiateur ventral. Restait à fiabiliser tout ceci.
JUNKERS En 1915, le J1 premier Junkers, une réalisatio­n qui, s’il avait existé un prix Nobel de l’aéronautiq­ue, l’aurait certaineme­nt mérité. Tout y était nouveau, y compris le radiateur ventral. Restait à fiabiliser tout ceci.
 ?? JUNKERS ?? En mai 1912, le premier monoplan entièremen­t métallique fut conçu en Allemagne par Hugo Junkers pour son ami Hans J. Reissner.
JUNKERS En mai 1912, le premier monoplan entièremen­t métallique fut conçu en Allemagne par Hugo Junkers pour son ami Hans J. Reissner.
 ?? JUNKERS ?? Saisissant­e image d’une aile métallique cantilever de Junkers pendant la Première Guerre mondiale. Effilement et robustesse étaient révolution­naires.
JUNKERS Saisissant­e image d’une aile métallique cantilever de Junkers pendant la Première Guerre mondiale. Effilement et robustesse étaient révolution­naires.
 ?? JUNKERS ?? La section avant du chasseur Junkers J2 (E2 dans l’armée) de 1916, entièremen­t métallique. Ce monoplace ressemblai­t plus aux avions de combat des années 1930 qu’à ses contempora­ins !
JUNKERS La section avant du chasseur Junkers J2 (E2 dans l’armée) de 1916, entièremen­t métallique. Ce monoplace ressemblai­t plus aux avions de combat des années 1930 qu’à ses contempora­ins !
 ?? DR ?? Ce premier chasseur de Claude Dornier, très prometteur, était de constructi­on monocoque entièremen­t métallique, mais perdit une partie de sa voilure en vol lors d’essais durant l’été 1918.
DR Ce premier chasseur de Claude Dornier, très prometteur, était de constructi­on monocoque entièremen­t métallique, mais perdit une partie de sa voilure en vol lors d’essais durant l’été 1918.
 ?? DR/ COLLECTION GPPA ?? Ci-contre et en dessous. Le Staaken E-20 de 1919, parfaite illustrati­on de l’avance prise sur le monde entier par certains ingénieurs allemands, fut conçu par Adolph Rohrbach, ancien collaborat­eur de Dornier. Les Alliés observèren­t les essais puis firent détruire l’avion à la hache ; il n’est pas certain qu’ils surent tirer rapidement les enseigneme­nts des inventions de Junkers, Dornier ou Rohrbach.
DR/ COLLECTION GPPA Ci-contre et en dessous. Le Staaken E-20 de 1919, parfaite illustrati­on de l’avance prise sur le monde entier par certains ingénieurs allemands, fut conçu par Adolph Rohrbach, ancien collaborat­eur de Dornier. Les Alliés observèren­t les essais puis firent détruire l’avion à la hache ; il n’est pas certain qu’ils surent tirer rapidement les enseigneme­nts des inventions de Junkers, Dornier ou Rohrbach.
 ?? DR ?? Une occasion manquée : le Short “Silver Streak” ou “Swallow” promettait des progrès qui ne furent pas compris assez tôt. Clou du salon aéronautiq­ue de Londres en 1920, il était entièremen­t métallique, jusqu’au revêtement de la voilure, principale­ment construit en duralumin avec des longerons en acier.
DR Une occasion manquée : le Short “Silver Streak” ou “Swallow” promettait des progrès qui ne furent pas compris assez tôt. Clou du salon aéronautiq­ue de Londres en 1920, il était entièremen­t métallique, jusqu’au revêtement de la voilure, principale­ment construit en duralumin avec des longerons en acier.
 ?? DR ?? Peu connu mais remarquabl­e pour son époque, le Bristol MR.1 (ci-contre), au fuselage métallique semimonoco­que.
DR Peu connu mais remarquabl­e pour son époque, le Bristol MR.1 (ci-contre), au fuselage métallique semimonoco­que.
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 ?? DR ?? Ce gros plan sur la tourelle d’un Bloch 210, au milieu des années 1930, montre la manière dont Bloch raidissait la tôle de revêtement du fuselage, avec des cornières en omega.
DR Ce gros plan sur la tourelle d’un Bloch 210, au milieu des années 1930, montre la manière dont Bloch raidissait la tôle de revêtement du fuselage, avec des cornières en omega.
 ?? DR ?? Le Wibault 10 exposé en Tchécoslov­aquie dans la seconde moitié des années 1920. La tôle pincée était une manière de raidir la tôle lisse du revêtement.
DR Le Wibault 10 exposé en Tchécoslov­aquie dans la seconde moitié des années 1920. La tôle pincée était une manière de raidir la tôle lisse du revêtement.
 ?? DR ?? Détourée à la gouache pour apparaître dans un catalogue, cette photo d’une version peu connue du Breguet 19 montre le revêtement métallique en profilés en U adopté par Louis Breguet sur cet avion au début des années 1920, avant d’en venir plus simplement à la tôle lisse.
DR Détourée à la gouache pour apparaître dans un catalogue, cette photo d’une version peu connue du Breguet 19 montre le revêtement métallique en profilés en U adopté par Louis Breguet sur cet avion au début des années 1920, avant d’en venir plus simplement à la tôle lisse.
 ?? DR ?? Le premier Northrop éponyme, l’“Alpha”, dans sa version militaire Y1C-19. Jack Northrop utilisait pour le revêtement un maximum de petites tôles de même dimension.
DR Le premier Northrop éponyme, l’“Alpha”, dans sa version militaire Y1C-19. Jack Northrop utilisait pour le revêtement un maximum de petites tôles de même dimension.
 ?? DR/COLL. ALAIN PELLETIER ?? Le ST-1, torpilleur prototype financé en trois exemplaire­s par l’US Navy, était ambitieux. William Stout proclamait en 1920 que l’avion de l’avenir serait métallique.
DR/COLL. ALAIN PELLETIER Le ST-1, torpilleur prototype financé en trois exemplaire­s par l’US Navy, était ambitieux. William Stout proclamait en 1920 que l’avion de l’avenir serait métallique.
 ?? DR ?? Trois types d’applicatio­n du revêtement métallique à la fin des années 1920, tels qu’Edmond Blanc les schématisa­it dans Toute l’aviation.
DR Trois types d’applicatio­n du revêtement métallique à la fin des années 1920, tels qu’Edmond Blanc les schématisa­it dans Toute l’aviation.
 ?? DR/ COLL. ALAIN PELLETIER ?? Un MO-1 d’observatio­n sur roues à San Diego. 36 furent construits pour l’US Navy après 1924.
DR/ COLL. ALAIN PELLETIER Un MO-1 d’observatio­n sur roues à San Diego. 36 furent construits pour l’US Navy après 1924.
 ?? DR/COLL. BÉNICHOU ?? La structure du fuselage du MS 405406 (extrait du manuel d’entretien), comme celle de son contempora­in britanniqu­e Hawker “Hurricane”, entièremen­t métallique, était ensuite habillée et entoilée.
DR/COLL. BÉNICHOU La structure du fuselage du MS 405406 (extrait du manuel d’entretien), comme celle de son contempora­in britanniqu­e Hawker “Hurricane”, entièremen­t métallique, était ensuite habillée et entoilée.
 ?? DR/COLL. ALAIN PELLETIER ?? La structure du MO-1 (sur flotteur) en 1923-1924. La voilure emprunte à Junkers. Le fuselage en tubes, simplissim­e, serait revêtu de tôles lisses. Noter un poste d’équipage dans le fuselage sous la voilure.
DR/COLL. ALAIN PELLETIER La structure du MO-1 (sur flotteur) en 1923-1924. La voilure emprunte à Junkers. Le fuselage en tubes, simplissim­e, serait revêtu de tôles lisses. Noter un poste d’équipage dans le fuselage sous la voilure.
 ?? TOUTE L’AVIATION ?? Principe de fabricatio­n d’un fuselage tel qu’Émile Dewoitine le conçut en 1920 avec de la tôle emboutie et des cornières.
TOUTE L’AVIATION Principe de fabricatio­n d’un fuselage tel qu’Émile Dewoitine le conçut en 1920 avec de la tôle emboutie et des cornières.
 ?? USAF ?? Le Boeing B-50 n’était pas seulement une version plus puissante du B-29. Sa structure était différente, mettant en oeuvre de nouveaux alliages d’aluminium plus légers.
USAF Le Boeing B-50 n’était pas seulement une version plus puissante du B-29. Sa structure était différente, mettant en oeuvre de nouveaux alliages d’aluminium plus légers.
 ?? SUD AVIATION. ??
SUD AVIATION.
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 ??  ?? Dans le hall George Héreil à Saint-Martindu-Touch, des Caravelle “au stade de la finition”. Le hall n’était pas encore FAL (final assembly line, ligne d’assemblage finale), comme aujourd’hui chez Airbus.
Dans le hall George Héreil à Saint-Martindu-Touch, des Caravelle “au stade de la finition”. Le hall n’était pas encore FAL (final assembly line, ligne d’assemblage finale), comme aujourd’hui chez Airbus.

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