Soutenance mémoire
Appareil et marché
Un hélicoptère est un aéronef dont la sustentation est assurée via une voilure rotative, contrairement aux avions dont la portance est assurée via une voilure fixe. Un hélicoptère peut notamment entrer en vol stationnaire, ainsi qu’atterrir et décoller avec une vitesse horizontale nulle, lui offrant la possibilité d’évoluer au sein de zones impossibles d’accès avec un aéronef à voilure fixe, ou encore à des zones non équipées d’installations aéroportuaires (FAA, 2012). L’hélicoptère est souvent considéré informellement comme étant « The pick-up truck of Aviation », en référence à ses capacités à s’adapter à de nombreux types de missions (Lloyds Asset Services, 2014). En 2012, les principaux constructeurs d’hélicoptères civils en termes de parts de marché étaient Airbus Helicopters (32,1 %), Bell Helicopter Textron (28,8 %), Russian Helicopters (21,6 %), Agusta Westland (7 %) et MD Helicopters (5 %) (Frost & Sullivan, 2012). En 2001, 29 700 unités militaires étaient en service mondialement, majoritairement en Amérique du Nord (33,5 %) et en Europe (21,1 %) (GAMA, 2014). La flotte mondiale d’hélicoptères civils en service en 2014 (moteurs à pistons et turbines confondus) était quant à elle estimée à 29 669 unités (GAMA, 2014). L’Amérique du Nord et l’Europe représentent les deux plus gros marchés, avec respectivement 46,1 % et 18,2 % des appareils civils en service en 2001 (Visiongrain, 2015). Les hélicoptères légers monomoteurs représentaient, en 2012, 58 % du total des hélicoptères civils en service (Frost & Sullivan, 2012). La plupart d’entre eux sont non pressurisés et évoluent majoritairement dans l’espace aérien inférieur, en dessous de 10 000 pieds ASL. Du côté de l’Amérique du Nord, les États-Unis faisaient état, en 2013, de 9 765 hélicoptères civils, dont 6 628 équipés de turbines (GAMA, 2014).
Au Canada et en 2014, la flotte d’hélicoptères, tout type confondu, était estimée être composée de 2 871 unités immatriculées, sur un total de 36 375 aérodynes en 2014 (dont 32 045 avions). Celle-ci représentait ainsi environ 7,9 % du total des aérodynes en service au Canada. (GAMA, 2014). À la fin de l’année 2015, la valeur globale annuelle de l’industrie de l’hélicoptère est estimée atteindre 7,4 milliards de dollars américains (Visiongrain, 2015). Une croissance globale de 3,08 % annuellement est par ailleurs attendue entre 2013 et 2023 (Strategic Defence Intelligence (SDI), 2013). Une mise en service globale de 11 650 appareils civils neufs devrait intervenir au cours des dix prochaines années, pour une valeur totale évaluée à 75 milliards de dollars américains (Ascend Flightglobal Consultancy, 2014). Les marchés nordaméricains et européens semblent à présent saturés; ceux-ci ne devraient pas enregistrer un nombre aussi important d’appareils neufs, comparé aux marchés émergents tels l’Asie Pacifique, le Moyen-Orient ou l’Amérique du Sud (Visiongrain, 2015). La Chine, à elle seule, devrait immatriculer environ 2 000 hélicoptères à l’horizon 2023, conduisant à la formation d’au moins 6 300 pilotes. Comme tout type d’aéronefs, les hélicoptères sont soumis à de nombreuses réglementations nationales et internationales, régissant leur exploitation et opération dans divers contextes. L’Organisation de l’Aviation Civile Internationale (OACI), dont le siège social est situé à Montréal (Québec), est une agence spécialisée de l’ONU responsable de l’élaboration des normes de standardisation du transport aérien international (OACI, 2004). Au niveau national, le Canada s’appuie sur la Réglementation de l’Aviation Civile (RAC), réunissant le règlement de l’air et les ordonnances de la navigation aérienne en une seule publication (Transport Canada, 2014).
Modèle d’affaires industriel, opération et cycle de vie
La chaine logistique de fabrication d’un hélicoptère est un système complexe, incluant de nombreuses étapes de production des différents composants, réparties entre le constructeur et plusieurs parties prenantes internationales (Source confidentielle). Les sous-systèmes sont produits au sein d’usines spécialisées du constructeur ou via des contrats avec de nombreux sous-traitants. La construction de l’appareil est ensuite finalisée dans un complexe d’assemblage spécialisé du constructeur. Contrairement à l’industrie des aéronefs à voilures fixes, qui réalise une part très importante de son chiffre d’affaires avec la vente d’aéronefs, les constructeurs d’hélicoptères tendent à générer une part plus importante de profits à travers la vente de composants destinés à la maintenance (Source confidentielle). Les constructeurs se sont ainsi orientés vers des modèles d’affaires permettant de maintenir en vol les appareils de leurs clients-opérateurs le plus longtemps possible. Les opérateurs d’hélicoptères emploient les hélicoptères pour divers types de missions aéroportées dans de nombreux domaines, à la fois dans le secteur privé et le secteur public. En 2014, un sondage conduit par l’entreprise Honeywell en 2014 auprès de ses clients a permis d’estimer les types d’usage attendus de 275 nouveaux appareils entrants en service d’ici 2018 (Honeywell, 2014).
Ceux-ci concernent notamment le transport privé ou commercial de personnes (31 %), le transport médical d’urgence aéroporté (19 %), l’usage par les forces de police (15 %), l’utilisation par l’industrie pétrolière en mer (9 %), la couverture médiatique ou la télévision (1 %) et d’autres types d’utilisations générales (25 %) (Honeywell, 2014). Ils trouvent également leur place dans de nombreuses applications militaires, notamment le transport de troupes et de matériel, la reconnaissance et le soutien armé aérien (GAMA, 2014). Une enquête conduite par la FAA entre 1998 et 2013 auprès d’opérateurs américains d’hélicoptères civils fait état, pour les 15 années étudiées, d’une moyenne de 220 heures de vol annuelles pour les appareils équipés de moteurs à pistons et de 385 heures de vol annuelles pour les appareils équipés de turbines (GAMA, 2014). Cependant, il n’est pas rare selon les usages qu’un appareil à turbine accumule de grandes quantités d’heures de vol annuellement. Une étude du registre des vols d’un appareil en fin de vie faisait notamment état de 740 heures de vol durant sa dernière année d’exploitation, avec une moyenne annuelle de l’ordre de 630 heures de vol durant 37 ans de service continu (ENV-412, 2014). Certains usages spécifiques, tels que les applications pétrolières en mer, exigent qu’un hélicoptère soit exploité de manière plus intense que pour d’autres types d’applications.
Dans ce dernier cas, celui-ci peut parfois accumuler entre 1 200 et 1 800 heures de vol annuellement (Lloyds Asset Services, 2014). De manière à maintenir un appareil dans une condition de vol satisfaisant aux exigences techniques et réglementaires, et ainsi obtenir l’autorisation de voler, différentes opérations récurrentes de maintenance doivent être effectuées (Transport Canada, 2014; OACI, 2004). Celles-ci sont décrites dans les manuels de maintenance (MM) des constructeurs d’hélicoptères et des motoristes. Ces opérations incluent notamment des inspections et tests planifiés, ainsi que des remplacements anticipés de certains composants, sujets à l’usure ou à une durée de vie limitée. Ces composants sont remplacés progressivement dès lors que leur condition n’est plus jugée satisfaisante, ou après l’atteinte d’une certaine limite d’usage, déterminée par le constructeur. Les occurrences de maintenances (inspections, tests et remplacements) sont déterminées selon une planification spécifique, prenant en compte des facteurs temporels (jour, mois, années) et/ou opérationnels (nombre d’heures de vol, de cycles moteurs ou de RIN2). Certaines opérations de maintenance non planifiées (maintenances spéciales) doivent être effectuées après que l’hélicoptère ait été opéré hors de ses limitations normales de vol, ou selon l’émission d’un bulletin spécial par le constructeur (modification particulière requise par le constructeur, garantissant l’exploitation sécuritaire de l’appareil selon les derniers standards en vigueur).
Lorsque les besoins opérationnels de l’opérateur évoluent et que l’appareil nécessite une reconversion ou une modification pour continuer à les satisfaire, l’opérateur peut décider de reconvertir ou de moderniser sa configuration. Les reconversions d’habitacles (en anglais : refurbishing) ou les modernisations de certains systèmes (moteur, transmission, avionique, etc.) sont courantes au cours de la vie utile d’un appareil. Les nouvelles technologies peuvent notamment être intégrées au fur et à mesure de leur apparition sur des appareils plus anciens, via des procédés de retrofitting (compatibilité d’un matériel nouveau sur un design ancien). Les coûts associés à l’acquisition d’un hélicoptère représentent un investissement important pour un opérateur, amorti sur plusieurs années (Source confidentielle). Les coûts d’opération et de maintenance sont également élevés, notamment en raison de la haute complexité de leurs systèmes. Pour cette raison, le modèle d’affaire de construction et d’opération d’hélicoptères est orienté vers la maximisation de leur vie utile, via la maintenance et la modernisation des systèmes de l’appareil au cours du temps. Les coûts d’exploitation sont, quant à eux, très variables, suivant le type d’appareil, de l’intensité de son utilisation en vol et de la fréquence de ses maintenances.
Aviation, hélicoptères et environnement
À partir des années 1970, le secteur de l’aviation commerciale a connu un essor important, ayant conduit à la production et la mise en service d’un nombre important d’appareils, et, plus tard, à la prise de conscience progressive des effets sur l’environnement de ses activités. L’OACI estima en 2010 que le secteur aéronautique était responsable à hauteur de 12 % des émissions de CO2 imputable aux transports, soit 2 % à 2,5 % de la part globale des émissions de CO2 dans l’atmosphère (OACI, 2010). En 1999, un rapport du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC) conclut que 3,5 % du forçage radiatif anthropique était imputable au secteur de l’aéronautique, et que cette valeur devrait atteindre 5 % en 2050 (GIEC, 1999). En 2005, la part des émissions générales de gaz à effet de serre, imputables aux hélicoptères, représentait approximativement 0,03 % (Arnaud et Grison, 2013). Dans son rapport intitulé « Aviation Environmental and Energy Policy Statement », la Federal Aviation Administration a identifié cinq objectifs principaux en termes de réduction des impacts environnementaux majeurs liés à l’exploitation d’appareils aériens, à savoir, la réduction du bruit, la réduction des émissions de gaz à effet de serre, l’augmentation de l’efficacité énergétique des carburants et biocarburants, la limitation des rejets d’eaux souillées, ainsi que la réduction de la pollution atmosphérique imputable aux activités aériennes (FAA, 2012).
Un appareil de transport aérien génère des impacts environnementaux tout au long de son cycle de vie, de sa production à sa gestion en fin de vie (Airbus, 2015). Cependant, peu d’informations environnementales spécifiques à l’échelle du cycle de vie des appareils existent au sein de l’industrie aéronautique, et, plus particulièrement, afférentes aux hélicoptères (CORINE, 2015). Cependant, une étude conduite par l’université de Stuttgart a déterminé que la phase d’utilisation d’un avion commercial serait responsable à hauteur de 92 % à 98 % des émissions totales de gaz à effet de serre, sur l’ensemble de son cycle de vie (Krieg et al., 2012). Selon la même étude, les différentes opérations de maintenance d’un appareil seraient quant à elles responsables à hauteur de 2 % de ces émissions. Une analyse de cycle de vie conduite en 2010 sur un Airbus A330-200 par l’Institut Supérieur Technique de Lisbonne, a également estimé que la phase d’utilisation compte pour plus de 99,9 % des impacts en termes d’émissions atmosphériques contributrices des changements climatiques. La même étude montre que l’assemblage d’un appareil et ses phases de maintenances compteraient respectivement pour 4,68×10-6 % et 5,91×10-2 % de ces mêmes émissions (de Oliveira Fernandes Lopes, 2010). En 2013, la consommation de Jet Fuel associée à l’exploitation d’hélicoptères à turbines aux États-Unis était de l’ordre de 148.6 millions de gallons américains. Par ailleurs, une consommation annuelle de l’ordre de 256.6 millions de gallons est attendue à l’horizon 2034 sur le territoire américain pour les hélicoptères à turbines (OACI, 2010). En termes d’émissions de gaz à effet de serre, cela représenterait un total de 1 449 milliards de tonnes de CO2 équivalent. Le tableau 1.2 présente les sources d’impacts environnementaux qui ont été identifiées à travers le cycle de vie d’un hélicoptère (FAA, 2012; OACI, 2010, 2013; ENV-412, 2013; GARDN, 2012).
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 ÉTAT DES CONNAISSANCES
1.1 L’industrie de l’hélicoptère
1.1.1 Appareil et marché
1.1.2 Modèle d’affaire industriel, opération et cycle de vie
1.1.3 Aviation, hélicoptères et environnement
1.2 Les chaines logistiques inverses dans l’industrie
1.2.1 Définition et applications industrielles
1.2.2 Potentiel technique, économique et environnemental
1.2.3 Remise à neuf et mise à niveau en aéronautique
1.3 Mesure de la performance et outils applicables
1.3.1 Concept d’éco-efficience
1.3.2 Mesure de la performance économique
1.3.3 Mesure de la performance environnementale
CHAPITRE 2 MÉTHODOLOGIE
2.1 Définition structurelle du système à l’étude
2.1.1 Cadre fonctionnel
2.1.2 Découpage et définition des processus
2.1.3 Agencement des processus
2.2 Évaluation de l’éco-efficience
2.2.1 Performance des processus
2.2.2 Performance des cycles d’exploitation
2.3 Étude de cas : mise à niveau d’un hélicoptère
2.3.1 Scénarios considérés
2.3.2 Acquisition des données accessibles
CHAPITRE 3 RÉSULTATS ET ANALYSE
3.1 Méthode développée
3.1.1 Bilan des données des appareils et des processus
3.1.2 Bilan de la méthode d’évaluation
3.2 Résultats de l’étude de cas
3.2.1 Paramètres spécifiques
3.2.2 Données appareils et considération en fin de vie
3.2.3 Performances des processus d’assemblage et de mise à niveau
3.2.4 Performance des cycles d’exploitation
CHAPITRE 4 DISCUSSION
4.1 Cas de la mise à niveau d’hélicoptères
4.1.1 La mise à niveau : alternative éco-efficiente à la fin de vie ?
4.1.2 Scénarios et hypothèses initiales considérés
4.1.3 Potentiel en tant que modèle d’affaire
4.1.4 Recommandations
4.2 Méthodologie développée
4.2.1 Potentiel pour l’industrie et la recherche
4.2.2 Perspectives de développements futurs
4.2.3 Potentiel d’application à d’autres industries
CONCLUSION
ANNEXE I IDENTIFICATION DES ENTITÉS FONCTIONNELLES ET DES FLUX À L’ÉCHELLE DU SYSTÈME
ANNEXE II FEUILLE DE COLLECTE D’INFORMATION SUR L’APPAREIL DU PROJET ENV-412 (ÉTUDE DE LA FIN DE VIE)
ANNEXE III MESURE DE LA COMPOSITION DES MATÉRIAUX PAR SPECTROMÉTRIE DE FLUORESCENCE X
ANNEXE IV CONSOMMABLES IDENTIFIÉS ET CONSIDÉRÉS DANS L’ÉTUDE DE CAS
ANNEXE V MATÉRIAUX ET ÉLÉMENTS DE FIXATION CONSIDÉRÉS DANS L’ÉTUDE DE CAS
ANNEXE VI DONNÉES GÉNÉRÉES POUR LES PROCESSUS D’INSPECTIONS ANTICIPÉS DANS LE CADRE DE L’ÉTUDE DE CAS
ANNEXE VII DONNÉES BRUTES GÉNÉRÉES (CYCLES D’EXPLOITATION)
ANNEXE VIII STRUCTURE DU MODÈLE LOGICIEL IMPLÉMENTÉ POUR L’ÉTUDE DE CAS
LISTE DE RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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