Depuis 70 ans, les ailes d’avion n’ont cessé de s’allonger et de s’affiner, mais il existe une limite. Au-delà d’un certain allongement, une aile cantilever classique, fixée seulement au fuselage, ne peut plus se soutenir. La solution pourrait être un treillis : une jambe de force diagonale reliant le fuselage à la face inférieure de l’aile, répartissant la charge et permettant de concevoir des ailes bien plus légères et plus aérodynamiques que tout ce qui vole aujourd’hui.
La NASA vient de prendre l’un de ces concepts d’« aile à longeron en treillis » et de le pousser jusqu’à la destruction, recueillant les premières données expérimentales sur la manière dont une version composite représentative de cette structure se déforme réellement.
L’aile de 4,57 mètres
L’élément d’essai, baptisé SWEET-15 (Structural Wing Experiment Evaluating Truss-bracing), est une aile subscale de 4,57 mètres (15 pieds) construite à 18,6 % de l’envergure et de la corde d’un modèle grandeur nature. Il a été fabriqué au centre Langley de la NASA à l’aide du robot ISAAC, l’une des trois seules machines de ce type dans le monde lors de son acquisition en 2014, qui peut déposer des nappes de fibres de carbone le long de trajectoires courbes plutôt que rectilignes. Cette technique de « tow-steering » permet aux ingénieurs de placer la matière exactement là où les charges l’exigent, économisant du poids partout ailleurs.
Selon un article technique de 2025 du chercheur de la NASA Brian H. Mason et de ses collègues, présenté à la conférence AIAA SciTech, le seul tow-steering a réduit le poids du panneau de revêtement supérieur de 6,4 % par rapport à un design à fibres droites.
L’aile a ensuite été expédiée au Flight Loads Laboratory du centre Armstrong de la NASA, en Californie, où des ingénieurs ont passé des mois à la plier progressivement à l’aide d’actionneurs hydrauliques, tandis qu’un système de détection par fibres optiques (FOSS) enregistrait des milliers de mesures de déformation le long de la structure.
127 % de la charge de conception
L’aile a résisté à sa charge limite de conception, la force maximale qu’elle pourrait rencontrer en vol, sans aucun signe de défaillance. L’équipe d’essai a ensuite continué à pousser, bien au-delà de la marge de sécurité. L’aile a finalement cédé à 127 % de la charge limite de conception.
La rupture s’est produite près du bord de fuite et dans la peau supérieure de l’aile. Pour les ingénieurs, savoir exactement où et comment une nouvelle structure se brise est presque aussi précieux que de savoir où elle réussit. Les données alimenteront les modèles informatiques, qui ont précisément prédit le comportement, la première fois qu’une aile composite représentative à longeron en treillis est validée par un véritable essai jusqu’à la rupture.
Pourquoi c’est important
Le concept d’aile à longeron en treillis transsonique (TTBW), que la NASA développe depuis la fin des années 2000, vise une réduction de 8 à 10 % de la consommation de carburant rien que par l’aile, et jusqu’à 30 % lorsqu’il est combiné à des moteurs et des matériaux améliorés. Le démonstrateur X-66A, un MD-90 fortement modifié doté d’ailes à longeron en treillis de 51,8 mètres (170 pieds), a été sélectionné par la NASA pour le programme Sustainable Flight Demonstrator en 2023, bien que Boeing ait indéfiniment suspendu le programme en avril 2025.
Les données de SWEET-15 restent directement applicables quel que soit le sort du X-66. La validation structurelle des joints reliant l’aile à sa jambe de force principale et à sa jambe de force secondaire, les chemins de charge critiques qui font fonctionner le concept à longeron en treillis, fournit des preuves de niveau certification que la conception peut satisfaire aux exigences de sécurité.
Les données soutiennent également l’objectif plus large du Plan d’action pour le climat de l’aviation américaine, qui vise zéro émission nette de gaz à effet de serre d’ici 2050. Si les ailes à longeron en treillis entrent en service sur les avions monocouloirs de nouvelle génération dans les années 2030, elles pourraient réduire la consommation de carburant de millions de tonnes métriques par an dans l’ensemble de la flotte mondiale.
Sources
1. S. Mann, « NASA Pushes New Wing Design to Find Structural Limits », NASA Armstrong Flight Research Center, 17 juillet 2026. https://www.nasa.gov/centers-and-facilities/armstrong/nasa-pushes-new-wing-design-to-find-structural-limits/
2. B.H. Mason, E.K. Anderson, A.M. Cardona, C.V. Jutte, & R.A. Larson, « Structural Sizing of a Tow-Steered Truss-Braced Wing Box Test Article (SWEET-15) », AIAA SciTech 2025. NASA/TM-20240014171.
Traduit par Lydie