1. ©JCMoreau/CreativeCenter

2. ©VinceStreano/CreativeCenter/Safran

3. SAFRAN PRÊT POUR L’AVION PLUS ÉLECTRIQUE
AXE MAJEUR
POUR L’AÉRONAUTIQUE
DU FUTUR
Motoriste et équipementier leader dans le paysage aéronautique mondial,
Safran mobilise depuis plusieurs années ses ingénieurs et chercheurs sur une
nouvelle approche de la chaîne énergétique embarquée à bord des aéronefs.
Avec les 130 ingénieurs et techniciens de sa nouvelle entité Safran Power,
250 millions d’euros investis dans les programmes de recherche et technologie
SPEC et AMPERES, et le banc d’essai structurant Copper Bird®
, le Groupe accélère
la mise au point de solutions électriques couvrant l’ensemble des besoins
en énergie d’un appareil (hors propulsion). Par la diversité de ses expertises,
Safran est en mesure de fédérer l’effort de tous les acteurs de la filière,
laboratoires et autres équipementiers.
L’enjeu ? Préparer la prochaine rupture technologique majeure du secteur
aéronautique et donner naissance à une chaîne énergétique embarquée
100% électrique, assurant aux futures générations d’avions civils et militaires
des performances optimisées, une fiabilité accrue, un moindre impact
environnemental, ainsi que des coûts de production et de maintenance
significativement réduits.

4. AUJOURD’HUI
UNE CHAÎNE ÉNERGÉTIQUE
MULTIFORME
Comme tout véhicule, un avion a besoin d’énergie auxiliaire
pour fonctionner – à l’image d’une batterie de voiture activant
essuie-glace, plafonnier, vitres électriques, etc. Ainsi, en
complément de l’énergie principale fournie par les moteurs
pour assurer la propulsion, de nombreuses fonctions de l’avion
exigent une alimentation spécifique pour garantir la sécurité
et le confort du vol. A l’heure actuelle, ces réseaux auxiliaires
sont de 4 sortes :
mécanique : pompe à carburant, déshuilage ;
hydraulique : trains d’atterrissage, freins, commandes
de vol, inverseurs de poussée ;
pneumatique : démarrage du moteur, dégivrage des
ailes et nacelles, pressurisation et conditionnement de
la cabine ;
électrique : électronique et informatique de navigation
(avionique), systèmes cabine (lumières, cuisine,
équipements IFE pour le divertissement des passagers…),
pompes, etc.
L’architecture de ces différents circuits a relativement peu
évolué pendant la seconde moitié du XXe
siècle, lorsque les
commandes de vol mécaniques (actionnées par des tringles
et des câbles et réclamant une force physique incompatible
avec la taille croissante des appareils) ont été remplacées par
des systèmes hydrauliques. Le principal saut technologique
fut introduit en 1984 par Airbus, dont l’A320 devint le premier
avion commercial à proposer des commandes électriques,
avec un calculateur contrôlant les actionneurs de gouvernes.
Une approche analogue fut également développée par Boeing
à partir du programme 777.

5. Au début des années 2000, des réflexions ont émergé sur
la façon d’optimiser cette architecture et suscité un regain
d’intérêt en faveur des systèmes électriques. L’Airbus A380 a
ainsi supprimé l’un des trois circuits hydrauliques traditionnels
– remplacé par des circuits 100% électriques dédiés à la
redondance des commandes de vol - et adopté un actionneur
électrique d’inverseur de poussée (une innovation signée
Safran, avec un produit Hispano-Suiza conçu pour les nacelles
Aircelle).
En cours d’achèvement, le programme Boeing 787 suit la
même tendance. S’il conserve des inverseurs de poussée
traditionnels, des systèmes électriques sont en revanche
introduits en remplacement du circuit pneumatique et au
niveau des freins. Autre innovation Safran, ces premiers freins
électriques civils sont conçus par Messier-Bugatti et actionnés
par un calculateur Safran Power/Hispano-Suiza.
LA PRÉSENCE DE L’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
DANS CINQ GRANDES FONCTIONS
Un premier virage
vers le “plus” électrique
Frein Messier-Bugatti à commande électrique.
Consommateur d’énergie
Présence d’énergie
électrique
Forte Moyenne Faible
Piloter l’appareil
et conduire la mission
Avionique, visualisation
cockpit, systèmes de
commandes de vol et
de navigation
Gérer la configuration
Activation trains atterrissage,
freins, anti-givrage, etc.
Gérer la production d’énergie
Gestion des moteurs et générateurs,
alimentation carburant
Assurer le confort
des passagers
Des services (lumières,
cuisine, divertissement
à bord - IFE, etc)
Pressuriser et conditionner
Ventilation cabine, systèmes
de pressurisation en vol
©Jean-ChristopheMoreau/CreativeCenter/Safran

6. Depuis les débuts de l’aéronautique, l’avion s’est fait de
plus en plus électrique à chaque génération. L’électricité
s’est peu à peu imposée, d’abord à des puissances faibles,
jusqu’à proposer des solutions efficaces dans chacune des
cinq grandes fonctions d’un avion : pilotage et conduite de
la mission, gestion de la configuration de l’appareil, gestion
de la production d’énergie, confort et services en cabine,
pressurisation et conditionnement.
7maisons
d’une puissance
de 20-25 kW
Un avion a une puissance
installée électrique de 150 kW
Demain,
à 100% électrique
Aujourd’hui,
à 15% électrique
Ce qui équivaut à
Un avion aura une puissance installée
électrique de 1 000 kWi
50maisons
d’une puissance
de 20-25 kW
Ce qui équivaut à
DEMAIN
UN RÉSEAU RATIONALISÉ
AUTOUR DE L’ÉLECTRICITÉ
EVOLUTION DE LA PUISSANCE ÉLECTRIQUE
D’UN AVION
Compte tenu de l’état de l’art, des progrès de la recherche et
de l’expérience acquise lors des programmes les plus récents
(Airbus A380 et A400M, Boeing B787…), il est désormais permis
d’envisager pour les prochaines générations d’avions une
chaîne de l’énergie embarquée radicalement transformée, et
principalement axée autour des systèmes électriques. Cette
rupture technologique majeure consistera à substituer aux
circuits multimodaux actuels (mécaniques, hydrauliques et
pneumatiques) des circuits électriques gouvernant l’ensemble
des fonctions de l’appareil, au sol comme en vol.
Dans un avion court-moyen courrier “tout électrique”, la
chaîne de l’énergie électrique embarquée représentera 8 à
10% de sa valeur.
Une rupture technologique
majeure

7. ©Jean-ChristopheMoreau/CreativeCenter/Safran

8. ©ThierryMamberti/Safran

9. Comparée à l’architecture actuelle, les avantages d’une
chaîne énergétique 100% électrique sont potentiellement
très importants pour l’ensemble de la filière aéronautique
et son économie. Tout d’abord, à performance équivalente,
les systèmes électriques et électroniques sont réputés plus
fiables que les complexes mécanismes hydrauliques ou
pneumatiques.
Ensuite, la coexistence de circuits hétérogènes imposent
aujourd’hui un cloisonnement et une multiplication des
équipements embarqués. Avec un unique vecteur d’énergie
– électrique, en l’occurrence - on peut envisager une
mutualisation et une meilleure répartition des différents
systèmes. Par exemple, plusieurs applications jusqu’à présent
totalement séparées pourraient à terme se partager une
même électronique ou un même calculateur. Il résultera de
cette rationalisation des gains de poids significatifs, synonymes
pour l’opérateur de l’avion d’économies de carburant et/ou
d’augmentation de la charge utile.
L’ENJEU
METTRE AU POINT UN AVION
À ÉNERGIE OPTIMISÉE
De même, les perspectives ouvertes par les réseaux électriques
« intelligents » rendent possible une optimisation globale de la
consommation d’énergie, avec une allocation plus précise des
ressources limitée au « juste besoin » et moins de déperdition.
Ceci aboutira à une réduction nette des besoins énergétiques
des réseaux auxiliaires. Comme l’essentiel de cette énergie
est prélevée sur les moteurs principaux, cela permettrait de
réduire la consommation de carburant nécessaire à générer
cette énergie dite non propulsive – ouvrant là encore la voie à
un meilleur rendement et à des économies de carburant.
Enfin, les systèmes électriques présentent un avantage
certain en termes de maintenance et de réparation. Outre
une robustesse intrinsèque qui confère à ces équipements une
longue durée de vie « sous l’aile », leur dépose se révèle en
général plus simple et plus rapide que celle d’un équipement
hydraulique ou pneumatique nécessitant souvent – pour
traiter une seule pièce – d’intervenir sur une part importante
du réseau (mise sous pression, vidange…). Cette propriété
des systèmes électriques est donc également susceptible de
générer une réduction des coûts d’entretien pour l’opérateur,
ainsi qu’une hausse de la disponibilité opérationnelle de
son avion.
Vers une réduction sensible
des coûts d’exploitation
©FrédéricLert/Safran

10. Si le concept d’avion « plus » électrique est aujourd’hui arrivé
à maturité, de nombreuses contraintes technologiques doivent
encore être levées avant de pouvoir intégrer cette nouvelle
chaîne énergétique à bord d’un appareil commercial.
Les questions en suspens touchent notamment à la mise
à disposition d’une puissance électrique suffisante pour
alimenter la totalité des systèmes, à la gestion des équipements
consommateurs de l’énergie électrique, ou bien encore à
l’intégration harmonieuse de l’ensemble des équipements au
sein d’un réseau électrique unifié.
LES MOYENS
SAFRAN, MOTEUR DE
LA RÉVOLUTION ÉLECTRIQUE
©GillesCollignon/Safran

11. 2
1
4
3
L’alimentation spécifique
propre à chaque système utilisateur
C’est l’équivalent
dans une maison des
équipements électriques
(électroménager,
radiateurs…)
La distribution
primaire (réseau global de l’énergie) et
secondaire (distribution par fonction)
C’est l’équivalent d’un centre
de distribution EDF (primaire)
et du tableau électrique d’une
maison (secondaire)
Le générateur principal,
intégré au moteur producteur
de l’énergie électrique
C’est l’équivalent
d’un alternateur d’une
centrale électrique
Le câblage, qui assure la connexion
entre les différents éléments du système
C’est l’équivalent des lignes
haute et basse tension EDF
et du câblage électrique
d’une habitation
Sur l’ensemble de ces problématiques, Safran est en première
ligne pour relever le défi. Le Groupe possède en effet des
savoir-faire et une vision globale de la chaîne énergétique
- comme motoriste (Snecma), expert de la transmission de
puissance et des systèmes électriques (Hispano-Suiza), câblier
(Labinal), mais aussi fournisseur d’équipements directement
concernés par l’électrification (Aircelle, Messier-Bugatti,
Messier-Dowty, Sagem…).
Fort de cette position unique, Safran s’est engagé à partir
de 2005 dans un ambitieux programme de recherche et
développement autour de l’avion « plus » électrique. Le
Groupe mobilise pour cela une centaine d’ingénieurs, y
consacre chaque année plusieurs dizaines de millions d’euros
en investissements, organise et entretient de fructueux
échanges avec l’ensemble des acteurs concernés par le sujet :
avionneurs, équipementiers et laboratoires de recherche.
Une position privilégiée
L’EXPERTISE DE SAFRAN AU SERVICE
DE L’AVION TOUT ÉLECTRIQUE

12. LE DISPOSITIF
MOBILISER ET COORDONNER
LES EXPERTISES
Les avionneurs ont leur « Iron Bird » - le banc d’essai et
d’intégration de tous les systèmes et sous-systèmes dédiés
à un type avion, qui permet de tester leur comportement
dans toutes les phases de vol. Hispano-Suiza abrite son
équivalent dédié au « cuivre », c’est-à-dire à l’intégration des
systèmes électriques : le « Copper Bird®
». Il a été développé
et financé en 2002 dans le cadre du programme européen
« Power Optimised Aircraft » (POA). Outil exceptionnel,
ce banc modulaire a été retenu en 2008 comme plate-
forme d’essais des réseaux électriques avion utilisée dans le
cadre du programme européen Clean Sky. Il joue à ce titre
un rôle central dans la mise au point et la validation par
Safran et ses partenaires des futures architectures de l’avion
« plus » électrique.
Copper Bird®
: un outil structurant
conçu avec l’appui de l’Union européenne
Copper Bird®
chez Hispano-Suiza.
©Hispano-Suiza
Passé légendaire
Hispano-Suiza ou
l’excellence technologique
La marque légendaire Hispano-Suiza, fondée sur des valeurs
d’excellence et d’innovation, a conservé sa force au fil des
époques. Depuis sa création il y a plus de 100 ans, les
productions d’Hispano-Suiza – voitures de luxe jusqu’en
1936, moteurs et équipements aéronautiques
depuis 1914 – se sont toujours naturellement
imposées par leurs technologies d’avant-garde
et une exigence extrême de qualité. Fidèle à
son passé, Hispano-Suiza continue à jouer
au sein de Safran un rôle décisif comme
développeur de nouvelles technologies.
© Hispano-Suiza

13. Définition
Électronique de puissance
Électronique qui formate l’énergie électrique du réseau
d’alimentation de bord pour piloter les différents éléments
électro-mécaniques (moteurs, pompes, actionneurs…).
Complémentaire du programme SPEC dont il utilise les
composants technologiques, le programme AMPERES a
pour but d’élaborer et de développer les architectures et
les systèmes qui seront proposés aux avionneurs pour les
prochaines générations d’avions plus électriques. Dans le cadre
de ce programme, piloté par le groupe Safran et qui mobilise
la quasi totalité des sociétés du Groupe, plusieurs projets
sont en cours de développement : e-LS (trains d’atterrissage
et freinage électrique), e-GNT (taxiage électrique au sol ou
Green Taxiing™), e-MPG (groupe auxiliaire de puissance),
e-PWR (génération, distribution et transfert de l’énergie
électrique), e-WING (actionneur électrique de commandes de
vol) et e-PPS (architecture moteur et nacelle électrique).
Le programme AMPERES : de la technologie à l’architecture
Créée au sein d’Hispano-Suiza le 1er
janvier 2009, Safran
Power vise à faire du groupe Safran le leader des technologies
de l’avion « plus » électrique. Cette entité a pour mission de
coordonner de façon transversale les projets dans ce domaine,
et agit pour ce faire comme un centre de compétences en
électronique de puissance et systèmes électriques au service
des autres sociétés du Groupe.
Safran Power : un centre de compétences dédié
Piloté par Hispano-Suiza, ce pôle de recherche en électronique
de puissance fédère autour de l’avion « plus » électrique
l’activité de 23 laboratoires et universités parmi les plus en
pointe sur le sujet, et organise les synergies entre 11 sociétés
du groupe Safran (Messier-Bugatti, Messier-Dowty, Labinal,
Snecma, Sagem, Tubomeca…).
Un pôle de recherche de pointe :
Safran Power Electronics Center
(SPEC)
Centre de recherche CPES (Center for Power Electronics Systems),
Virginie, États-Unis.
©CPES

14. CONCRÈTEMENT
LES PREMIÈRES RÉALISATIONS
“MADE IN” SAFRAN
Sur le chemin de l’avion « plus » électrique, plusieurs avancées majeures peuvent déjà être mises au crédit d’Hispano-Suiza,
en lien avec les autres sociétés du groupe Safran :
Premier système au monde d’actionnement électrique pour inverseurs de poussée, ETRAS a été conçu par Hispano-Suiza pour
équiper les nacelles Aircelle des moteurs GP7200 et Trent 900 de l’Airbus A380. Produit en série, il totalisait fin 2010 plus de
400 000 heures de fonctionnement sur 40 appareils en service.
Safran Power fournit le calculateur EBAC contrôlant le système de freinage électrique mis au
point par Messier-Bugatti pour le tout nouveau Boeing 787. Il s’agit là aussi d’une première
mondiale sur un avion civil.
Electrical Thrust Reverser Actuation System (ETRAS)
Electrical Braking Actuation
Controller (EBAC)
©BrunoRaoux
©BrunoRaoux

15. Cet équipement électro-hydraulique développé par Messier-Bugatti assure l’ouverture et la
fermeture des trappes de trains d’atterrissage sur l’Airbus A400M en mode secours. Dans le
cadre de ce projet, Hispano-Suiza fournit la chaîne d’entraînement électrique de l’EBMA,
constituée d’un contrôleur EMCU (« Electric Motor Control Unit ») et d’un motoréducteur
GBA (« Gear Box Assembly »).
Cet actionneur électrique d’aileron développé par Sagem a été
testé en vol avec succès début janvier sur un A320. Ces essais
en vol réussis concrétisent plus de trois années de recherches
des centres de R&T de Sagem et permet d’envisager à terme
de remplacer l’activation hydraulique des commandes de vol
par un système électrique.
Electrical Back-up
Mechanical Actuator (EBMA)
Electrical Mechanical
Actuator (EMA)
A mi-chemin de
la puissance requise…
Illustration des défis technologiques auxquels s’attèlent les
équipes du groupe Safran : la mise à disposition d’une
puissance suffisante pour l’alimentation de l’ensemble des
équipements au sein d’une architecture 100% électrique
d’un avion moyen courrier type A320. On estime qu’une telle
configuration réclame environ 1 mW. Or, à l’heure actuelle,
par exemple, les deux réacteurs d’un A320 délivrent chacun
75 kW au réseau électrique. Les recherches en cours visent à
extraire de chaque moteur, via la transmission de puissance
(une spécialité d’Hispano-Suiza) plus de 300 kW :
en puisant également 300 kW au niveau du groupe auxiliaire,
on arriverait à la puissance requise !
Mais, défi supplémentaire, pour être pertinentes, les
électroniques de puissance qui alimentent les charges
doivent fortement améliorer leur rapport poids/puissance.
Sur les avions actuellement en circulation, à chaque kW
correspond 1 kg d’équipement électrique. Les solutions
testées en laboratoire proposent désormais 3 à 4 kW par
kilogramme d’équipements. L’objectif est de parvenir
à un rapport de 8 : ne reste plus que la moitié du chemin
à parcourir !
©BrunoRaoux©DanielLinares/Sagem
©Sagem

16. L’HORIZON
PASSER À LA VITESSE SUPÉRIEURE
AVEC LES AVIONNEURSLes technologies arrivent à maturité. Les outils de
développement fonctionnent. L’ensemble de la filière est
mobilisée. Prochaine étape ? L’intégration de cette nouvelle
approche de la chaîne énergétique dans les programmes
des avionneurs. Trop innovant pour être adapté aux évolutions
des types d’avions existants (comme le prochain A320neo),
ce concept devrait entrer dans les spécifications des futures
générations de jets commerciaux attendus d’ici quelques
années, notamment, chez les deux leaders mondiaux Airbus
et Boeing. Rendez-vous, donc, à l’horizon 2020 pour un avion
encore « plus » électrique !
©Moodboard/GraphicObsession

17. A380
Cuisines
Pompes
Petits actionneurs
Avionique
B787
Cuisines
Pompes
Petits actionneurs
Avionique
Vers l'avion
électrique
Technologies
électriques
disponibles
pour l’ensemble
des systèmes
Architectures
énergie optimisées
Avion
« classique »
Cuisines
Pompes
Petits actionneurs
Avionique
Électrique PneumatiqueHydraulique Mécanique
2005
2010
2015
2000
2020
Préparationtechnologies
CuisinesInverseur de poussée
CuisinesAnti-givrage nacelle
CuisinesContrôles moteur
CuisinesPompe carburant
moteur
Anti-givrage aile
Démarrage moteur
Pressurisation cabine
Anti-givrage aile
Démarrage moteur
Pressurisation cabine
Anti-givrage aile
Démarrage moteur
Pressurisation cabine
Commandes de vol
Trains atterrissage
Freins
Commandes de vol
Trains atterrissage
Freins
Commandes de vol
Trains atterrissage
Freins
Inverseur de poussée
Anti-givrage nacelle
Contrôles moteur
Pompe carburant
moteur
Inverseur de poussée
Anti-givrage nacelle
Contrôles moteur
Pompe carburant
moteur
TECHNOLOGIES AVION
TECHNOLOGIES MOTEUR / NACELLE
L’ÉVOLUTION DES ARCHITECTURES D’AVION
La révolution du Green Taxiing™
Safran développe le Green Taxiing™ qui permettra le déplacement au sol de l’avion sans la propulsion des moteurs principaux.
Grâce à des moteurs électriques placés dans les roues des trains d’atterrissage principaux, l’avion pourra avancer (et même reculer !)
sur les pistes. Ce qui représentera jusqu’à 5 % de réduction de la consommation de carburant et des émissions polluantes d’un avion
court-moyen courrier, soit 65 000 tonnes de CO2 évitées par an à l’aéroport de Paris Charles de Gaulle par exemple.

18. ©GillesCollignon/Safran

19. A propos de Safran
Safran est un groupe international de haute technologie,
équipementier de premier rang dans les domaines Aérospatial
(propulsion, équipements), Défense et Sécurité. Implanté sur
tous les continents, le Groupe emploie plus de 54 000 personnes
pour un chiffre d’affaires de 10,8 milliards d’euros en 2010.
Composé de nombreuses sociétés, le groupe Safran occupe,
seul ou en partenariat, des positions de premier plan mondial
ou européen sur ses marchés. Pour répondre à l’évolution des
marchés, le Groupe s’engage dans des programmes de recherche
et développement qui ont représenté en 2010 un investissement
de 1,2 milliard d’euros. Safran est une société cotée sur NYSE
Euronext Paris et fait partie de l’indice CAC Large 60.
www.safran-group.com
Contact Relations Presse :
Catherine Malek
Mob.: +33 (0)6 47 88 03 17
Tél. : +33 (0)1 40 60 80 28
catherine.malek@safran.fr
www.safran-group.comVoir la vidéo

20. Safran
2, boulevard du Général Martial Valin
75724 Paris Cedex 15