La métamorphose du monoplace Cap 20 en biplace en tandem.

Pour transformer le Cap 20L (léger) qu’il avait construit dans les années 1990, en un biplace de voltige en tandem allégé, Stéphane Costantini a, notamment, conçu une nouvelle aile dont il a soumis le longeron carbone à des essais statiques menés jusqu’à la rupture du longeron carbone. Une étonnante démarche industrielle transposée à la construction amateur.

Pour alléger son Cap 20L d’origine, mais aussi gagner en sécurité, Stéphane Costantini s’est attaqué à ce qu’un avion de voltige a de plus précieux : son longeron. Pour ce faire, il est parti d’une étude de l’ingénieur aéronautique Jean-Marie Klinka, datant de novembre 1988, sur le longeron composite bois-carbone. Mais le constructeur amateur nantais ne s’est pas contenté de fabriquer un longeron bois-carbone sur le modèle imaginé par Klinka, il l’a optimisé. Un exercice osé…

Dans un longeron bois carbone, les semelles en carbone remplacent une partie des semelles en bois. Du fait des propriétés mécaniques supérieures du carbone, cet assemblage offre une plus grande résistance des sections intrados et extrados de la poutre-longeron. Une partie des semelles de bois doit toutefois être conservée afin de rajouter de la surface de collage entre les semelles et les âmes, la partie verticale en bois du coffrage du longeron. Sans ces semelles horizontales, il ne serait pas possible de garantir un collage efficace entre les plis de carbone et les âmes, les feuilles de carbone étant trop fines. C’est la solution habituelle dite « mono-caisson ».

Stéphane Costantini a opté pour une solution « multi-caisson » en supprimant les semelles en bois. Afin de retrouver des surfaces de collage suffisantes entre les âmes et les semelles, il a multiplié les âmes.

Au final, il a remplacé deux âmes de 5 mm d’épaisseur par plusieurs âmes de 1,6 mm. Il a ajouté des baguettes de bois en croisillon en contreplaqué pour éviter le flambage des âmes, c’est-à-dire leur fléchissement et leur déformation dans une direction perpendiculaire à l’axe de compression, autrement dit pour éviter une flexion.

«Dans la partie centrale qui est la plus chargée, les sept semelles réparties horizontalement travaillent identiquement. Un éventuel défaut de matière d’une semelle présente donc moins d’importance.», explique Stéphane Costantini. « Dans une conception ou les semelles sont superposées verticalement, la semelle supérieure plus chargée que les autres devient critique si elle possède un défaut interne au mauvais endroit. »

La solution multi-caisson retenue par le constructeur permet aussi de maximiser la distance entre les centres des semelles et d’éviter au niveau de l’emplanture de faire travailler à faible taux des fibres rapprochées de la fibre neutre. Elle offre également l’avantage de multiplier considérablement les surfaces de collages entre âmes et semelles. « Dans cette conception multi caissons la surface de collage est environ 5 fois supérieure à celle d’un longeron conventionnel. », précise-t-il. Ne pouvant le démontrer par le calcul, il a proposé à la DGAC de réaliser des essais statiques afin de déterminer la plage de rupture.

Disposant des gabarits lui ayant servi à réaliser son premier longeron, il a décidé dans produire une deuxième pour réaliser ses essais de rupture. Pendant 20 ans, le constructeur amateur a été directeur technique dans une PME qui réalisait des machines spéciales. Il a fabriqué son propre banc d’essais statiques.

« Les essais statiques ont permis de valider tous les calculs et la résistance du longeron », affirme Stéphane Costantini. Le longeron bois-carbone a cassé à 15 g. « Mon objectif était de valider l’avion à 8 g. Avec un coefficient de 2, cela laisse une grande marche. Cela permet de voltiger l’esprit tranquille ! ».

La rupture a été analysée. « Il est apparu qu’elle s’est produite au niveau du carbone. Le montage, les collages et les âmes ont résisté ». Avant d’atteindre le point de rupture, le constructeur a multiplié les essais pour voir la déformation du longeron. « C’était hyper instructif. Le longeron carbone est un vrai élastique ».

Au-delà de cet essai de rupture spécifique, en procédant ainsi Stéphane Costantini a pu confronter ses calculs à la réalité. Il sait désormais que cette méthode est la bonne s’il est amené à calculer un nouveau longeron. Pour l’heure, il est occupé à terminer la construction de son avion, le Magic 200, qu’il espère faire voler l’été 2021.

Le Magic 200 sera la version biplace en tandem du Magic, le monoplace qu’il a construit au début des années 1990 sur une base de monoplace de voltige Cap 20 léger de Mudry. Après avoir volé 200 heures avec, il l’a démonté, il y a une quinzaine d’années, pour en faire un biplace. « L’idée était de l’alléger et de mettre une voilure plus performante. » La masse à vide visée est de 450 kg avec un moteur Lycoming IO360 de 200 cv.

Le passage de mono à biplace s’est fait sans rallonger le fuselage, en reculant la place pilote. Il a été nécessaire de changer un cadre du fuselage. « C’est la seule modification structurelle. Elle doit être validée par le calcul ». La verrière a été redessinée. Le Magic 200 n’a aujourd’hui plus qu’une lointaine filiation avec le Cap 20L. « C’est un prototype de voltige » résume Stéphane Costantini qui reconnaît que son avion « est un biplace un peu intime. L’idée est de pouvoir faire de la compétition en biplace et de pouvoir faire découvrir la machine à d’autres pilotes. Ce n’est pas un avion école ». C’est surtout le remarquable exercice de style d’un constructeur amateur averti.

Gil Roy