Une coiffe composite pour entrer dans la cour des lanceurs

Depuis plus de trente ans, Mecano ID développe des équipements mécaniques et thermiques pour satellites, avec une montée progressive vers l’intégration complète de sous-systèmes et la fabrication de pièces composites. « Nous avons progressivement élargi notre périmètre, de la conception à la production de pièces composites », explique Adrien Mir, directeur général. Cette évolution s’appuie notamment sur des capacités internes d’essais mécaniques et thermiques, permettant de qualifier des équipements dans des environnements représentatifs du spatial.

L’ouverture vers les structures de lanceurs s’inscrit dans une dynamique plus récente. Une sollicitation dans le cadre du programme Thémis de l’ESA agit comme révélateur d’un manque dans la chaîne d’approvisionnement européenne sur ces structures. Mecano ID identifie alors une opportunité sur des éléments structuraux critiques, en particulier les interfaces lanceur et les structures de grande dimension. L’entreprise engage des travaux de R&D ciblés et parvient à se positionner face à des acteurs historiques. « Nous avons proposé une approche plus flexible, en adéquation avec les nouveaux équilibres du marché », souligne Adrien Mir.

Le projet COCOMO (COiffe COmposite pour Mini et micrO-lanceur), soutenu par France 2030, s’inscrit dans cette stratégie. Il vise le développement d’une coiffe adaptée aux micro- et mini-lanceurs européens, dans un contexte de forte croissance du marché des petits satellites. Mecano ID franchit ici un cap en passant du rôle de fournisseur de sous-systèmes à celui de concepteur de structures primaires de lanceurs. Le démonstrateur C-Micro, d’environ 3 m de hauteur pour 1,8 m de diamètre, matérialise cette montée en maturité industrielle. « Nous ciblons l’ensemble du segment des micro- et mini-lanceurs. En Europe, les lanceurs institutionnels sont Ariane et Vega, mais de nombreux acteurs privés émergent, comme MaiaSpace, Sirius, Latitude ou HyPrSpace en France, ainsi qu’Isar Aerospace et RFA en Allemagne, ou encore PLD Space en Espagne. Ce sont les acteurs les plus avancés sur ce segment, et vers eux que notre démonstrateur est susceptible de se positionner », précise Adrien Mir.

Dans ce nouveau paradigme, la contrainte principale n’est plus uniquement la performance structurelle, mais le coût. « Nous avons des objectifs de masse à atteindre, mais pas nécessairement de réduction, dans la mesure où nous estimons être déjà à l’état de l’art. En revanche, il est attendu une réduction des coûts de l’ordre d’un facteur deux à trois », explique-t-il. Cette évolution traduit un basculement du secteur vers des logiques industrielles inspirées du New Space, où cadence et compétitivité deviennent déterminantes. « Une fois que le produit répond aux exigences techniques, la question se déplace vers la capacité à produire en cadence », ajoute Adrien Mir, dans un contexte de forte augmentation attendue du nombre de lancements.

Vers une industrialisation maîtrisée

Le projet COCOMO repose sur une architecture de coiffe en deux demi-coquilles, intégrant une structure majoritairement monolithique en carbone (CFRP), complétée par des zones sandwich localisées et des bords tombés intégrés. L’ensemble est conçu pour répondre aux contraintes aérodynamiques, vibro-acoustiques et thermiques du lancement, tout en optimisant le ratio masse/performance.

La fabrication s’appuie sur des procédés d’Automated Fiber Placement (AFP), mis en œuvre par l’institut de recherche Compositadour, partenaire de longue date de Mecano ID. « Nous collaborons avec Mecano ID depuis une dizaine d’années sur des projets de R&D visant à étudier différents procédés de fabrication, notamment les composites à matrice thermoplastique et les technologies de drapage automatisé », explique Francis Sedeilhan, directeur de Compositadour. Cette collaboration s’inscrit dans la continuité de projets antérieurs, comme Bamco, autour de matériaux biosourcés.

Lorsque Mecano ID s’oriente vers des structures de plus grande dimension, le recours à Compositadour s’impose naturellement. « L’entreprise était initialement spécialisée dans la conception et la fabrication de pièces de plus petite dimension pour le spatial. Lorsqu’elle a identifié des opportunités sur des structures de lanceurs, elle s’est rapprochée de nous afin d’évaluer notre capacité à accompagner ce changement d’échelle », poursuit-il. L’institut apporte une expérience de plus de quinze ans dans la fabrication automatisée de pièces composites de grande taille, acquise notamment dans l’aéronautique et le spatial.

La collaboration repose sur une logique de co-ingénierie étroite. Mecano ID conserve la responsabilité de la conception et du dimensionnement, tandis que Compositadour intervient sur l’optimisation des procédés. « Il s’agit d’une approche de type design to manufacturing, voire design to cost, impliquant de nombreux échanges avec les équipes de calcul et de conception afin d’intégrer les contraintes de fabrication dès les premières phases du développement », précise Francis Sedeilhan. L’objectif est d’optimiser le compromis entre performance structurelle et coût de production.

Le drapage est réalisé à partir de préimprégnés carbone hors autoclave, dans une logique de réduction des cycles et des coûts. « Il est essentiel de faire des choix pertinents en matière de matériaux et de procédés afin de réduire significativement les coûts tout en maintenant un niveau de performance élevé », souligne Francis Sedeilhan. L’utilisation de machines AFP de nouvelle génération, telles que la Coriolis C1.2, permet d’atteindre des taux de dépôt élevés et de réduire significativement les temps de fabrication par rapport à des procédés manuels, en particulier sur des pièces de grande dimension.

La géométrie de la coiffe introduit des contraintes spécifiques, notamment au niveau de la pointe avant, où le drapage nécessite des déformations importantes des fibres (steering). « Les machines AFP robotisées offrent aujourd’hui la flexibilité nécessaire pour traiter ces géométries complexes », précise-t-il. L’un des points remarquables du démonstrateur réside dans l’intégration complète de la structure en AFP, incluant la pointe avant et les bords tombés, malgré des transitions géométriques complexes.

La machine Coriolis C1.2 intègre également un système d’inspection automatisé (AIS), permettant un contrôle en ligne de la qualité du drapage. Ce dispositif réduit les opérations de contrôle manuel, traditionnellement longues, et contribue à la diminution des coûts de production. Il ouvre également la voie à une exploitation avancée des données. « L’objectif est de tendre vers un passeport numérique complet de la pièce, en croisant les données de drapage, de contrôle et de conception », indique Francis Sedeilhan. Des travaux sont en cours pour exploiter ces données à l’aide d’algorithmes, afin de détecter des dérives de procédé et améliorer la maîtrise statistique.

Après fabrication, la structure est transférée chez Mecano ID pour l’intégration des systèmes mécaniques, notamment le système de séparation horizontal (HSS). Une maquette à échelle réduite a déjà permis de valider certains choix de cinématique. Un essai de séparation à échelle représentative constitue la prochaine étape vers la qualification.

L’industrialisation de ces structures reste un enjeu central. Mecano ID prévoit l’ouverture d’une usine de 8 000 m² à l’horizon 2029, intégrant l’ensemble de la chaîne de valeur. « Nous souhaitons maîtriser l’ensemble du processus, de la matière première au produit fini », affirme Adrien Mir. En parallèle, l’entreprise explore ainsi des approches d’éco-conception, incluant l’analyse du cycle de vie et l’étude de matériaux biosourcés.

Photos : Mecano ID/ Compositadour