Comment fonctionne le Boeing Dreamliner

Le 26 octobre 2011, 240 journalistes, passionnés d'aviation et passagers divers sont montés dans le ciel lors du voyage commercial inaugural du Boeing 787 Dreamliner. L' avion était l'avion tant attendu et très discuté de Boeing, déterminé à révolutionner les vols long-courriers et à reconnecter les passagers avec l'expérience du vol.

Avec sa carrosserie et ses ailes légères en fibre de carbone, un système électrique du 21e siècle, une cabine spacieuse et une conception qui permet à l'avion de consommer 20 % moins de carburant que les autres avions de ligne de taille moyenne, le Dreamliner était un rêve devenu réalité pour Boeing, ses passagers , et les compagnies aériennes qui ont déboursé plus de 200 millions de dollars par avion. Puis, comme un roman de Stephen King, le rêve s'est transformé en cauchemar. Un problème de frein lié à l'ordinateur, des fuites de carburant et d'autres problèmes sont survenus dans l'avion.

Le 7 janvier 2013, un incendie s'est déclaré. La batterie sous le ventre d'un 787 de Japan Airlines a pris feu alors que l'avion était assis sur le tarmac de Boston. L'incendie a déclenché une enquête sur les systèmes du Dreamliner. Quelques jours après l'incendie de Boston, un 787 a effectué un atterrissage d'urgence au Japon après que des passagers ont commencé à sentir de la fumée. La Federal Aviation Administration a immobilisé tous les 787 aux États-Unis (il n'y en avait que six à l'époque) jusqu'à ce que les ingénieurs puissent comprendre ce qui n'allait pas [source : Ahlers ].

Ces problèmes étaient-ils inévitables ? Boeing, soucieux des coûts élevés, a-t-il condamné le Dreamliner avant son premier vol ? Personne ne peut le dire avec certitude. Cependant, bien avant que le premier Dreamliner ne décolle, les responsables de Boeing ont imaginé un moyen d'économiser de l'argent sur la construction. Les fournisseurs de Boeing deviendraient ses partenaires. Les fournisseurs dépenseraient leur propre argent pour produire des sections entières du 787. En retour, chaque entreprise partagerait les revenus générés par la vente de chaque Dreamliner. À l'instar d'un projet d'Erector Set, les principaux fournisseurs ont envoyé chaque portion du Dreamliner à l'usine de Boeing à Everett, dans l'État de Washington, où les ouvriers ont assemblé l'avion en trois jours [source : Stone and Ray ].

Dans quelle mesure cela a-t-il bien fonctionné ? Au moins au début, pas bien, disent les experts. Une pénurie de pièces a retardé le projet, l'amenant à prendre du retard. Au moment où le Dreamliner est entré en service en 2011, le projet avait subi sept retards. En fait, le premier 787 était maintenu avec des attaches temporaires. C'est parce que les attaches permanentes n'étaient nulle part en vue. Les problèmes liés à l'avion étaient longs et variés. Certains experts blâment la dépendance excessive de Boeing vis-à-vis d'autres sociétés pour les retards et les problèmes [source : Stone et Ray ].

Pourtant, le 26 octobre 2011, le Dreamliner a effectué son premier voyage. Quelque 240 personnes sont montées à bord de l'avion, toutes apparemment étonnées et impressionnées par ce qu'elles ont vu. Et malgré les nombreux problèmes du Dreamliner, certaines personnes croient encore que le 787 va révolutionner l'industrie aéronautique.

1. Changements majeurs pour les intérieurs d'avions
2. Un rêve (doublure) est né
3. Boeing Dreamliner : fou de technologie composite
4. Construire le rêve
5. Les passagers savent mieux : concevoir la cabine du Dreamliner
6. Le produit fini

Arches balayées. Fenêtres intérieures 30 % plus grandes que celles de tout autre avion de sa taille. Stores manuels remplacés par un système électronique qui empêche la lumière d'entrer sans obstruer la vue. Ce ne sont là que quelques-unes des caractéristiques du Dreamliner qui ont initialement laissé les passagers en haleine [sources : Stevens ].

Le Dreamliner était en effet un rêve, ou du moins Boeing et les compagnies aériennes espéraient qu'il le serait. Les personnes soucieuses du design qui sont montées à bord de ce premier vol en 2011 ont probablement été étonnées par l'éclairage. Boeing a fait ses adieux au fluorescent et bonjour à l'éclairage LED . Les LED, avec 128 combinaisons de couleurs, donnaient à l'intérieur l'impression et la sensation que les passagers flottaient dans le ciel parmi les nuages. Les lumières pourraient même simuler le jour de l'aube au crépuscule. Avec de longs vols à l'esprit, Boeing a déclaré que l'éclairage aiderait à dire aux voyageurs qu'il était temps de dormir. Ces premiers aviateurs ont également probablement pris dans les bacs à bagages, qui peuvent accueillir jusqu'à quatre sacs à roulettes. Positionnés en biais, les bacs laissent plus d'espace au-dessus de la tête des passagers et sont destinés à donner l'impression que la cabine est plus grande.

Enfin, il y avait les sièges. Le Dreamliner peut donner l'illusion de plus d'espace, mais si vous voyagez en classe économique, il sera probablement encore à l'étroit. Sur la base des commandes de configuration prévues des compagnies aériennes , l'espacement des sièges en classe économique est désormais de 31 à 32 pouces (79 à 81 centimètres) et la largeur des sièges sera inférieure à 19 pouces (48 centimètres) [sources: Flynn , USA Today ]. En d'autres termes, pas très différent de l'économie standard, mais Boeing n'est pas nécessairement à blâmer. Dans leurs choix de configuration, les compagnies aériennes sont les décideurs ultimes quant à l'espace dont disposera chaque passager une fois assis. Il est probable que si vous voyagez en classe économique, vous continuerez à vous cogner les coudes et les genoux tout au long du vol.

Le partenaire de lancement de Boeing, All Nippon Airways (ANA), a choisi un siège économique de style coque, qui glisse vers l'avant au lieu de s'articuler vers l'arrière. Cela signifie que lorsque vous vous allongez, cela ne gêne pas le précieux espace pour les jambes du passager derrière vous. La compagnie aérienne a également conçu des sièges inclinables en lits pour sa classe affaires. Tous les passagers du Dreamliner d'ANA auront également accès à des ports USB et à des prises électriques pour recharger leur téléphone portable ou utiliser leur ordinateur.

Le Dreamliner est en fait né d'une adaptation. À la fin des années 1990, alors que les ventes des populaires 767 et 777 de taille moyenne s'effondraient, Boeing testa les eaux du marché et introduisit un projet appelé le Sonic Cruiser. Conçu avec la vitesse à l'esprit, le Sonic Cruiser promettait de transporter les passagers d'un endroit à un autre 15% plus rapidement dans un avion moderne entièrement repensé. Le 11 septembre 2001, cependant, a changé tout cela. Lorsque les prix du carburant ont grimpé en flèche, les compagnies aériennes étaient intéressées par l'efficacité, pas par la vitesse énergivore. Ainsi, en 2002, Boeing a changé son plan de match. La société a annulé le projet Sonic Cruiser et a lancé un plan alternatif. En janvier 2003, le 7E7, baptisé par la suite 787 Dreamliner, voit le jour.

Le soi-disant "premier nouvel avion du 21e siècle" a immédiatement fait sensation. De l'abandon de l'aluminium et de l'acier traditionnels pour la plupart des matériaux composites au carbone dans sa construction à la recherche intensive axée sur les passagers pour réviser l'intérieur de l'avion, le Dreamliner n'était pas simplement un autre avion pour Boeing. La société a également fait tourner les têtes dans l'industrie en explorant un modèle commercial de fabrication plutôt non conventionnel que nous avons abordé dans l'introduction (et que nous reviendrons plus tard).

Les compagnies aériennes ont rapidement réagi à la vision de Boeing. Construit pour l'efficacité, le Dreamliner promettait de réduire considérablement les coûts dans un marché où il était de plus en plus difficile d'opérer. De plus, l'intérieur des avions 787 conserverait les caractéristiques de conception sexy destinées au Sonic Cruiser. En conséquence, les commandes du Dreamliner ont atteint des chiffres record - près de 700 ventes de 47 clients ont été enregistrées avant même la construction du premier avion d'essai [source : Kingsley-Jones ].

Avec une vision bien ancrée et la compagnie japonaise All Nippon Airways (ANA) à bord comme partenaire de lancement, Boeing a entrepris de faire du Dreamliner une réalité. Au cœur de cette vision se trouvaient les matériaux en fibres composites.

La Classe E : un jeu de noms

Le Dreamliner était initialement surnommé le 7E7. Il y avait des spéculations selon lesquelles le «E» signifiait «efficacité» ou «respectueux de l'environnement», mais Boeing dit qu'il ne signifiait rien de plus que «huit». L'avion est officiellement devenu le Dreamliner à la suite d'un concours de dénomination public en ligne en 2003, au cours duquel environ 500 000 votes ont été exprimés. Parmi les autres noms de la liste restreinte figuraient l'eLiner, le Global Cruiser et le Stratoclimber.

Les avions sont traditionnellement construits en utilisant principalement de l'aluminium et de l' acier , avec des matériaux composites limités à de plus petites parties de leur structure. Boeing, cependant, a choisi d'augmenter l'utilisation de matériaux composites, en éliminant 1 500 tôles d'aluminium et 40 000 à 50 000 attaches - rien que du fuselage de l'avion [source : Boeing ].

Les composites sont des matériaux composés de plusieurs éléments. Par exemple, une piñata est fabriquée à partir d'un composite de papier et de pâte. Le Dreamliner utilise des composites appelés plastiques renforcés de carbone ( CRFP ). Vous pouvez considérer ces fibres de carbone comme du "papier", et ces fibres sont intégrées dans une matrice plastique ("pâte"), telle qu'une résine époxy.

Fabriquer des composites de carbone est beaucoup plus compliqué que de tremper du papier dans de la pâte, mais cela suit le même principe général. Le processus commence par générer des fibres de carbone fabriquées à partir d'un autre polymère, appelé polyacrylonitrile ( PAN). Le traitement du PAN en une série d'étapes compliquées de chauffage et d'étirement purifie les atomes de carbone, qui se réorganisent d'échelle en structures annulaires et prennent la forme de longues feuilles de ruban. L'emballage des rubans crée des fibres de carbone. Après un traitement ultérieur, les fibres sont utilisées pour renforcer une matrice plastique, qui est dans un état épais et gluant. Le composite résultant peut ensuite être moulé avant qu'un autre processus de chauffage ne le durcisse en un matériau ultrarésistant. En fait, les CRFP sont si solides que, à un quart de la densité de l'acier, ils sont deux à trois fois plus résistants que l'acier [source : Flight International ]. Non seulement cela, ils sont super légers par rapport au métal.

Les CRFP existent depuis plus de 40 ans. Ils ont été largement utilisés pour remplacer l'aluminium ou l'acier dans les manches de golf, les cannes à pêche, les équipements médicaux et les pièces de machines, ou pour réparer les ponts. Même certains vélos de course sont fabriqués à partir de CRFP.

L'utilisation de composites dans le Dreamliner n'est pas révolutionnaire, mais la mesure dans laquelle ils sont utilisés l'est. Jusqu'à 50% de l'avion est en matériau composite en poids, contre, disons, 12% dans le Boeing 777 [source: Boeing ]. En fait, le Dreamliner est le premier avion dont l'aile et le fuselage sont construits à partir de matériaux composites. Et, comme nous le verrons ensuite, la fabrication d'une section de fuselage monobloc en matériaux composites n'est pas un jeu d'enfant ; cependant, en remplaçant autant de métal par des composites, l'avion est non seulement beaucoup plus léger mais aussi plus aérodynamique. Des caractéristiques, telles que des ailes en flèche, qui ne sont pas possibles avec du métal, pourraient être intégrées à l'avion en raison de la malléabilité accrue des composites.

De plus, les composites se corrodent moins et sont plus robustes que le métal, ce qui réduit l'entretien de l'avion. Cependant, les composites ont une conductivité thermique et électrique inférieure à celle des métaux. Cela signifiait que Boeing devait développer des approches entièrement différentes pour gérer les systèmes électriques et thermiques de l'avion afin de faire face aux courts-circuits et autres.

Un avantage supplémentaire d'une structure de fuselage composite plus solide est qu'une pressurisation plus élevée dans la cabine passagers est possible. Cela facilite le contrôle de l'humidité, de la ventilation et de la température. Nous verrons plus tard comment Boeing a exploité cette fonctionnalité lors de la conception de l'intérieur du Dreamliner, mais examinons d'abord ce que l'industrie aéronautique considère comme l'exploit le plus révolutionnaire de Boeing : la construction de l'avion.

Le Dreamliner est-il sûr ?

Après 20 mois d'essais en vol, le Dreamliner a été certifié par la Federal Aviation Administration (FAA) des États-Unis. En raison de la construction composite de l'avion, trois membres du Congrès américain ont demandé au Government Accountability Office (GAO) américain de revoir la certification. Le rapport du GAO ne prévoyait pas de risques de sécurité extraordinaires - les composites ont été largement étudiés dans le domaine de l'aviation après tout, mais pas dans la mesure où le Dreamliner les intègre. La plupart des préoccupations en matière de sécurité se concentrent sur les informations limitées sur la structure composite des aéronefs, la nécessité de normes pour les réparations et la formation et la sensibilisation des équipes de maintenance. En 2013, avec l'échouement du Dreamliner aux États-Unis et au Japon, les problèmes de batterie sont devenus le centre des discussions sur la sécurité.

La mise à l'échelle et la construction de grandes structures composites sont garanties de poser des problèmes, mais Boeing a également pris la tactique sans précédent de décider d'utiliser plus de 50 sous-traitants pour externaliser la production [sources : Deckstein , Bloomberg ]. Même les ailes et l'énorme fuselage de l'avion ne seraient pas construits en interne. Cette décision représentait une déviation radicale des stratégies de fabrication de l'industrie. Cela a également entraîné des maux de tête majeurs, car les problèmes d'externalisation ont entraîné un nombre important de retards de production.

Boeing prévoyait que les composants arriveraient à son usine de Seattle, où l'assemblage final du nouveau jet ne prendrait que trois jours [source : Deckstein ]. Cependant, les choses ne se sont pas déroulées exactement comme prévu. Des sous-traitants débordés aux produits inacceptables qui ne respectaient pas les normes de Boeing lors des tests, étape après étape ont été manquées à mesure que les retards de production augmentaient. Finalement, Boeing a dû intervenir et assumer certaines des responsabilités de ses sous-traitants pour remettre la construction du Dreamliner sur les rails.

La fabrication de composites à grande échelle était également un énorme défi technique. Il n'avait jamais été fait auparavant. La construction des sections du fuselage ou de la carrosserie de l'avion impliquait de faire tourner des fibres de carbone renforcées autour d'un moule en tonneau, qui était ensuite cuit. Cela peut sembler simple, mais si vous y réfléchissez, c'est un cauchemar logistique pour une industrie qui fabrique généralement des pièces pas plus grandes qu'un vélo [source : Smock ]. Pour ce faire, les fibres de carbone, qui ressemblent à de larges bandes de ruban tissé de manière lâche, ont dû être trempées dans des polymères, qui ont une consistance épaisse semblable à du miel. Ensuite, vous devez les enrouler autour d'un moule d'environ 19 pieds (5,8 mètres) de diamètre et 22 pieds (6,7 mètres) de hauteur [source : Bloomberg]. Évidemment, ce n'est pas une tâche à faire à la main.

Further, for large components, multiple composite layers are required in order to assure structural integrity. At face value that seems like nothing more than repeating a process one or two times, but layering composites raises the likelihood that bubbles will occur during the baking process. Although bubbles on a paper-mache piñata may amount to nothing more than aesthetics, for a fuselage they're unacceptable. Bubbles weaken the material, which can crack and undermine the integrity of the fuselage.

To overcome large-scale carbon fiber processing and taping over complex geometric shapes, new tooling essentially had to be developed and manufactured. In the end, machine tool producers rose to the challenge. Thanks to their innovative manufacturing solutions, the Dreamliner became a reality.

While the composite industry was redefining how planes are built, Boeing was intent on redefining the Dreamliner's interior, too. Step inside next.

The history of aircraft cabin design can be described as staid at best. Following the presumption that airlines know best what passengers wanted and needed, manufacturers traditionally relied on airline guidance for cabin design. Boeing, however, had a vision for the Dreamliner. Although economics put the ill-fated Sonic Cruiser project to bed, the company was intent on retaining the modern, innovative design concepts for its successor. It decided to continue its passenger-focused design research to develop the Dreamliner's interior.

In 2002, Boeing opened the Passenger Experience Research Center (PERC) adjacent to the Boeing Tour Center in Everett, Wash. At PERC, the company performed qualitative studies that tapped passengers' brains to figure out their wants, needs and desires. To do this, Boeing used a proprietary method, dubbed Archetype Discovery, to extract key psychological and emotional components regarding air travel common in all passengers. Although the details of the methodology are a tightly guarded secret, Archetype Discovery uses specific questions and techniques to tap into unarticulated wants and needs by exploring each participant's early experiences with flight. Boeing used what it learned in order to evoke the fascination with flying passengers felt during their early experiences [source: Emery ].

Boeing also asked passengers to participate in idealized design sessions. Potential fliers were invited to create an ideal aircraft interior from scratch, within viable technology and operational constraints. Those arched ceilings that are a hallmark of the Dreamliner's interior? They can be attributed to what Boeing learned from those sessions. The company found that passengers idealized the use of modulated space, reminiscent of the architecture found in churches. Low-ceilinged vestibules that transition into open, spacious interiors evoke a welcoming, inviting experience [source: Emery ].

Finally, thanks to that superstrong fuselage, Boeing had more options regarding cabin pressure , ventilation and humidity -- why not directly test these conditions on potential passengers? The company teamed with universities to conduct studies to identify how passenger comfort and well-being could be optimized. For instance, such studies revealed that passengers experienced fewer headaches and less motion sickness and muscular discomfort at a cabin pressure equivalent to flying at 6,000 feet (1,829 meters) than they did at 8,000 feet (2,438 meters), which is the standard level of pressurization used on comparable size aircraft [source: Emery ]. Boeing adjusted cabin features so passengers will feel the ill effects of long-haul flights less. This means fewer headaches, dry noses and eye irritations.

It took nearly a decade to perform this research, but that isn't abnormal for an industry where product inception to market typically takes 10 years [source: Barratt ]. Boeing broke new ground with its research, however, as no plane manufacturer has ever devoted so much attention to the passenger experience before.

In the end, the Dreamliner arrived three years later than anticipated. Was it worth the wait? Let's see what the plane can do and how it will affect the future of air travel.

The first of two Dreamliner variants, the 787-8, was delivered to Boeing's launch partner, All Nippon Airways, on Sept. 27, 2011. The 787-8, which weighs 35 percent less than the Boeing 777-200LR, can hold around 240 passengers and is the first midsize twin aisle aircraft that will be able to fly 7,650-8,200 nautical miles (14,200-15,000 kilometers) in one go [source: Boeing].

The 787-9, which will be rolled out in 2014, will have a longer fuselage. It will be able to carry 250-290 passengers for a jaunt of 8,000-8,500 nautical miles (14,800-15,750 kilometers). General Electric and Rolls-Royce manufacture engines for the Dreamliners, and both use advanced technologies that increase fuel efficiency and decrease noise. Thanks to the lighter weight, improved aerodynamics and engines of the Dreamliners, they will burn 20 percent less fuel than any other existing similar sized aircraft [source: Boeing]. How much are we talking? Well, a flight from Los Angles to Narita, Japan, will cost airlines approximately $12,600 less in fuel on the Dreamliner when compared to the Boeing 777 [source: Hennigan].

All Nippon Airways initially planned to use the 787-8 on regular flights to Beijing, Frankfurt and Hong Kong starting in November 2011. Although Boeing's production and delivery woes caused some cancellations in orders, Boeing still had more than 800 orders from 53 customers worldwide for the Dreamliner in 2011, which costs around $202 million each. Before the battery woes, the company had hoped to be churning out 10 per month by 2013 [source: Hepher].

Airlines will be able to customize cabin interiors more extensively than before with individualized color schemes and branding. The 787-8 is available in three different configurations:

The Dreamliner operated mostly from Eurasia initially -- ANA, Japan Airlines and Air India had a total of 117 planes on order to be delivered in 2011 between them. United Airlines became the first carrier in North America to put the plane into flight; it had a total of six, as of January 2013. As more Dreamliners are delivered, new long-range routes will connect cities that until now have not had nonstop flights. For instance, once the Dreamliner is added to its fleet, United Continental Holdings plans to add nonstop service between Auckland, New Zealand, and Houston, Texas, representing United's first direct flight to New Zealand from North America [source: PR Newswire].

Due to its efficiency, the Dreamliner promises to make more nonstop, long-haul flights possible for travelers. Will that passenger-friendly interior make them more bearable? Time will tell. One thing is for sure: Composite technology and lithium ion batteries promise to play a big role in aircraft construction in the future.

Competition on the Horizon

Bien que le Dreamliner soit le premier de sa catégorie, Boeing ne sera pas longtemps le seul constructeur à fournir au marché des avions de taille moyenne efficaces. Airbus prévoit de déployer l'A350 pour les passagers en 2014. Construit avec 53 % de matériaux composites en poids, l'avion sera de taille similaire et pourra parcourir 8 100 milles marins (15 000 kilomètres)[source : Kingsley-Jones] . Airbus avait également prévu d'utiliser des batteries lithium-ion mais a déclaré avoir un plan de secours si nécessaire, suite aux problèmes de batterie de Boeing.

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