Essais de composants aérospatiaux : types et essais environnementaux

Tous les produits et matériaux que nous utilisons au quotidien doivent subir une série de tests rigoureux pour garantir notre sécurité, mais dans certains secteurs, cela est plus crucial que dans d'autres. L'industrie aérospatiale en fait partie, et ce pour deux raisons.

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Premièrement, parce que les conditions environnementales auxquelles les véhicules et leurs composants sont soumis sont pour le moins extrêmes. Deuxièmement, parce qu'un dysfonctionnement dans ce domaine peut avoir des conséquences très graves.

Dans l'industrie aérospatiale, la sécurité et la fiabilité sont primordiales, et aujourd'hui nous nous concentrons surles essais de composants.

Les essais de composants aérospatiaux sont de nature diverse et concernent tous les composants, principalement électroniques, utilisés dans les engins spatiaux, les satellites et les aéronefs.

Aujourd'hui, nous allons découvrir les principaux tests appliqués aux composants aérospatiaux, en accordant une attention particulière aux tests environnementaux.

Types d'essais pour les composants aérospatiaux

Il existe des dizaines et des dizaines de tests pour les composants aérospatiaux, chacun ayant un objectif spécifique. Cependant, ils peuvent être divisés en trois grandes catégories : les tests environnementaux, les tests d’intégrité structurelle et les tests électriques et fonctionnels.

Examinons-les en détail :

• Essais environnementaux : reproduisent des conditions extrêmes de température, d’humidité et de pression. Par exemple, de cyclage thermique simulent des variations rapides de température afin de tester la dilatation et la contraction des matériaux.
• Tests d'intégrité structurelle : Ces tests vérifient la résistance aux contraintes mécaniques. Par exemple, les essais de charge statique évaluent la capacité d'un composant à résister à des forces supérieures à celles prévues en mission.
• Tests électriques et fonctionnels : Ces tests vérifient le bon fonctionnement des systèmes électroniques. Parmi eux, le test de continuité vérifie l’intégrité des connexions, tandis que le test d’isolation détecte les fuites électriques.

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extrêmes

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Essais de composants aérospatiaux : Environnement

Parmi les tests appliqués aux composants aérospatiaux, les tests environnementaux sont particulièrement importants car les environnements auxquels les véhicules et leurs composants seront confrontés sont extrêmes. 

Ces tests simulent ces conditions, telles que celles qui se produisent lors du lancement, en haute altitude ou dans l'espace.

Parmi les plus importants figure par exemple letest de performance à haute température, destiné à évaluer le comportement des composants à haute température. 

Le test est réalisé à l'aide d'un instrument de laboratoire appelé chambre environnementale. 

La chambre environnementale fait partie de la famille des chambres climatiques, c'est-à-dire des pièces hermétiquement closes dans lesquelles il est possible de modifier et de contrôler la température et l'humidité relative. On appelle chambres environnementales les types de chambres spécialisés dans les tests extrêmes, c'est-à-dire ceux qui atteignent des valeurs très élevées en descente ou en montée.

En effet, parmi les protocoles de test de performance à haute température, il existe des cycles thermiques qui atteignent 150° et qui sont utilisés pour vérifier que la dilatation et la contraction des matériaux composants restent dans des plages acceptables.

Ces tests environnementaux, ainsi que d'autres, sont réglementés par des organismes internationalement reconnus qui élaborent des normes définissant les procédures. 

Parmi les plus courants, on trouve :

• MIL-STD-810: Norme militaire pour les essais environnementaux.
• RTCA DO-160: Norme relative aux conditions environnementales de haute altitude
• ECSS-E-ST-10-03C: Norme européenne pour les essais environnementaux aérospatiaux.

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Les enceintes environnementales FDM sont la solution idéale pour les essais environnementaux de composants aérospatiaux. Conçues pour une précision maximale, elles simulent un large éventail de conditions extrêmes et peuvent être facilement programmées pour des cycles thermiques rapides grâce à notre innovant revoFACE , qui guide l'opérateur à chaque étape du processus.

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Normes de référence

• RTCA DO-160G — Conditions environnementales et procédures d'essai pour les équipements aéroportés
• MIL-STD-810H — Considérations d'ingénierie environnementale pour les composants de défense/aérospatiaux
• ECSS-E-ST-10-03C — Coopération européenne pour la normalisation spatiale — Branche des essais
• NASA-STD-7002B — Exigences relatives aux essais de charge utile
• ISO 15864 — Systèmes spatiaux — Méthodes d'essai générales pour les engins spatiaux
• EASA CS-25 — Spécifications de certification pour les gros avions
• MIL-STD-1540E — Exigences d'essai pour les lanceurs, les étages supérieurs et les véhicules spatiaux

Sources faisant autorité

• ECSS — Coopération européenne pour la normalisation spatiale
• Normes techniques de la NASA
• ESA — Agence spatiale européenne
• EASA — Agence européenne de la sécurité aérienne

Questions fréquentes sur les essais de composants aérospatiaux

Quels sont les tests environnementaux obligatoires pour les composants aérospatiaux ?

Pour avioniques civils : la norme RTCA DO-160G (sections 4 à 26) est requise pour la certification FAA/EASA. Pour les composants militaires : la norme MIL-STD-810H (méthodes 500 à 520 : conditions climatiques ; 521 à 525 : pluie, sable et poussière) est requise. Pour les composants spatiaux : la norme ECSS-E-ST-10-03C (vide thermique, vibrations, choc pyrotechnique, dégazage) est requise. Le niveau de test appliqué dépend de l’altitude de fonctionnement, de la classe de mission et de la criticité du composant.

Quelle est la différence entre la qualification au sol et la qualification en vol ?

La qualification au sol ( QM – Modèle de Qualification) utilise un modèle identique à celui utilisé en vol pour des essais destructifs extrêmes (marge de +25 % par rapport aux spécifications). La qualification en vol (FM – Modèle de Vol) utilise le modèle ayant réellement volé, soumis à des essais de réception réduits (spécifications +10 %). Pour les missions spatiales, un prototype de modèle de vol (PFM) est ajouté, combinant qualification et réception au sein d'un seul élément matériel.

Plages de températures typiques pour les composants avioniques ?

Norme DO-160G : Cabine pressurisée catégorie A1 (-55 °C/+70 °C) , compartiment non pressurisé catégorie B1 (-55 °C/+85 °C) , environnement tempéré catégorie C1 (-55 °C/+55 °C) . Composants de nacelle moteur: jusqu’à +175 °C en fonctionnement, maintien à +225 °C. Composants spatiaux : orbite terrestre basse (LEO) : cycle thermique de -120 °C à +120 °C ; orbite géostationnaire (GEO) : jusqu’à -180 °C à +150 °C.

Test de dégazage : quand est-il obligatoire ?

Toujours obligatoire pour les composants spatiaux (ECSS-Q-ST-70-02C, ASTM E595). Limites : TML ≤ 1,0 % (perte de masse totale), CVCM ≤ 0,1 % (matières volatiles condensables collectées). Les matériaux non conformes libèrent des molécules qui contaminent les systèmes optiques, les capteurs et les panneaux solaires sous vide. Non requis pour l’avionique au sol, mais recommandé pour les composants situés dans des compartiments étanches ou cryogéniques.