CARACTERISTIQUES TECHNOLOGIQUES DES MATERIAUX UTILISES DANS L'AERONAUTIQUE  POUR LA FABRICATION DES AVIONS 777 DE CHEZ  BOEING AUX U.S.A.

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 Chaîne de fabrication aux USA d'avions BOEING 777

INTRODUCTION :

Un matériau est caractérisé par ses différentes propriétés physiques (masse volumiques, résistance mécaniques et thermique, etc.).  Nous verrons par la suite quels critères de ces matériaux sont pris en compte pour la construction d’un avion civile ou militaire.
Chaque matériau est constitué de deux domaines: le domaine élastique et le domaine plastique.
Les matériaux sont souvent soumis à des contraintes différentes suivant les domaines où est utilisé le matériau. Il existe différentes sortes de contraintes mécaniques applicables à un matériau:

  • Les tractions : allongement longitudinal (forces tirant sur les côtés)
  • Compression
  • Cisaillement : glissement des sections
  • Torsion
  • Flexion

Toutes ces contraintes se retrouvent sur les avions en vol, à l’atterrissage et au décollage. Les parties qui sont les plus exposées à ces contraintes sont les ailes.
Les contraintes appliquées à un matériau suivent une loi appelée loi de Hooke. Cette loi précise que, dans le domaine élastique du matériau, les déformations de celui-ci sont proportionnelles aux contraintes appliquées.

 

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Graphe illustrant la loi de Hooke

La contrainte d'un matériau peut être représentée en fonction de l'allongement relatif. Cela nous donne le graphe suivant (c’est une forme générale, ce n'est pas la même pente de déformation pour chaque matériau).
L’équation correspondante est  :

σ = E * ε     (loi de Hooke)

        s : contrainte (unité de pression),         E : module de Young (unité de pression)         e l’allongement relatif (sans dimension).

La partie bleue de la courbe représente l’élasticité d’un matériau considéré, c'est-à-dire que lorsqu’on le déforme jusqu’à un certain point (« Re » sur l’axe des ordonnées du graphe), il revient à sa position initiale.  On appel cette partie le domaine élastique d’un matériau. Lorsqu’on déforme le matériau au-delà de cette limite, il ne revient pas à sa position initiale et prend la forme qu’on lui a donnée. On appel cette partie le domaine plastique (partie rouge de la courbe). Arrivée à une certaine limite (l’extrémité de la courbe), le matériau se casse. Lorsque le module d’Young d’un matériau est très élevé, il est dit rigide.
Quels matériaux, aujourd’hui, présentent les meilleurs caractéristiques pour améliorer les structures des avions de transport civil ou de commerce ?
Dans cette étude, nous allons dans un premier temps voir avec quels matériaux sont réalisées les différentes pièces d’une structure d’un avion civile aujourd’hui, puis nous verrons ensuite deux types de matériaux qui semblent être les plus adéquates pour justement réaliser des pièces d’une structure d’un avion.

MATERIAUX UTILISES DANS LES DIFFERENTES PARTIES DE L'AVION

Pour la construction d’un avion les matériaux utilisés doivent présentés certaines caractéristiques qui sont nécessaires dans la structure d’un avion. Les critères pris en compte pour le choix des matériaux d'un avion sont les suivants:

  • -Une résistance à la fatigue et aux contraintes énoncées précédemment ;
  • - le module d’élasticité 
  • - les gains de masse pour une même quantité de matériaux (et par conséquent, l’amélioration des performances) : recherche de masse volumique peu importante 
  • - la résistance à la corrosion 
  • - la résistance aux basses ou hautes températures :

Ceci dépend de la localisation du matériau dans la structure de l’avion :

  • - le comportement électrique et électromagnétique
  • - l’environnement et les éléments avec lesquels il est assemblé
  • - la facilité de production (création et coût de production le moins élevé possible)

Les alliages de matériaux et les matériaux composites font partie des matériaux qui présentent le plus grand nombre de ces caractéristiques. ( voir: Alliages et matériaux composites )

a. Matériaux des ailes d’un avion

La partie supérieure des ailes d'un avion subit essentiellement des compressions donc les matériaux utilisés pour la partie supérieure sont des alliages d'aluminium résistant à la compression et ayant une bonne stabilité. La partie inférieure des ailes subit, elle, des tractions. Les matériaux choisis sont donc également des alliages d'aluminium qui sont eux plus tolérant à la fatigue et aux dommages que ceux de la partie supérieur. Le reste des ailes est en matériaux composites.
Il existe différents types d'ailes:

  • Les ailes qui sont dites lentes: Elles ont une forme plus ou moins rectangulaire ou trapézoïdale.  Ces ailes ne sont utilisées que pour des avions de particulier
  • Les ailes qui sont dites rapides: Elles ont une forme en flèche. Ces ailes sont utilisées sur tous les avions de transport de l’aviation civile.
  • Les ailes qui sont dites supersonique:Elles ont une forme en delta ou en gothique. Ces ailes sont utilisées essentiellement dans l’aviation militaire, elles permettent d’atteindre des vitesses très élevées.
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Ailes lentes
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Ailes rapides
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Ailes supersoniques

 

b.Matériaux utilisés pour le fuselage d’un avion

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Fuselage

Le fuselage d'un avion est soumis au cours du vol à de multiples et nombreux efforts: Des efforts de flexion (verticale et horizontale), des efforts de torsion, des efforts de résistance à la pressurisation et des efforts localisés (impact à l'atterrissage).
Le fuselage d'un avion est constitué de cadres. Il peut y avoir des cadres forts ou des cadres pliés appelés aussi cadres toilés. Ces cadres sont reliés par des lisses et des pièces de renforts notamment dans les zones ou les efforts sont importants, comme par exemple l'accrochage du train atterrissage.

Sur le fuselage, l'alliage aluminium cuivre a été très longtemps le seul matériau utilisé. Mais les exigences croissantes dans l'aéronautique et le développement de nouveaux composites organiques ont permis de se tourner aussi vers d'autres matériaux améliorant les performances.
Le fuselage contient des parties de structure secondaire, qui ne sont pas utilisées sous des conditions particulièrement contraignantes. Pour ces parties, on essaye surtout de gagner du poids en utilisant des matériaux composites. Le plancher, par exemple, est souvent constitué de matériaux composites avec une structure en nid d'abeilles enveloppé par un revêtement (nous étudierons cette structure par la suite).
De nouveaux alliages existent maintenant présentant une tolérance aux dommages améliorés. Ce sont les alliages d’aluminium et les matériaux composites.( voir: Alliages et matériaux composites )

 

Les Alliages et Matériaux Composites utilisés dans l'aéronautique

LES ALLIAGES D'ALUMINIUM UTILISES DANS L'AERONAUTIQUE

Les alliages qui forment la coque d’un avion sont tous des alliages d’aluminium et ils appartiennent à deux séries d’alliages, la série 2000 et la série 7000 qui sont respectivement des alliages d’aluminium avec du cuivre et du zinc.  Les propriétés de l’aluminium sont certes intéressantes mais au regard de ces seules propriétés, que nous verrons plus tard, on pourrait penser qu’il serait plus avisé d’utiliser des alliages de titane.  Mais il s’avère en fait que le titane reste un métal trop couteux, il faut en effet toujours regarder le rapport qualité/prix.

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Matériaux structurant l'avion
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Répartition des matériaux constituant certains appareils d’Airbus Industries (% en masse)

Nous allons donc d’abord étudier les propriétés de l’aluminium et de ses alliages dans l’aéronautique, puis nous allons voir en quoi le traitement thermique de ces alliages peut fortement influer sur leurs propriétés.

a. Propriétés de l’aluminium et de ces alliages

L'aluminium est très utilisé en général car sa masse volumique est très faible, ce qui présente un grand intérêt en aéronautique. En effet, plus l'avion est léger, moins il consommera de carburant. L'aluminium est aussi très apprécié pour sa bonne résistance à la corrosion qui est dû à la formation au préalable d'une couche d'alumine qui va ensuite empêcher la corrosion d'atteindre l'aluminium. L’un des problèmes majeurs des alliages d’aluminium vient de là, la résistance à la corrosion est en effet diminuée dès lors que l’on réalise des alliages avec des métaux plus électropositifs (comme le cuivre ou le zinc) car cela va détruire la couche d'alumine qui ne va donc plus protéger l'aluminium. L’aluminium est aussi assez facilement malléable ce qui rend la construction des parties un peu plus élaborées de l’avion plus facile.
En dehors des points précédemment cités, l’aluminium a des propriétés assez réduite surtout dans  le cadre de l’aéronautique, un de ses principaux défauts vient notamment du fait que ses propriétés mécaniques sont très faibles. C’est pourquoi on l’utilise quasiment toujours dans des alliages.

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Propriétés des alliages d’aluminium (4 étant la valeur la plus forte)

On va donc utilisé des alliages qui permettront de corriger au mieux les défauts de l’aluminium. Comme le montre le schéma suivant, les alliages contenant du cuivre sont ceux qui ont les meilleures propriétés mécaniques.  Mais ils sont aussi ceux qui du coup ont une résistance à la corrosion très faible.

Les alliages que l’on utilise en aéronautique étant les alliages de la seconde et de la dernière ligne, qui sont respectivement appelés 2024 et 7075. Lorsque l’on utilise du cuivre dans un alliage celui-ci va augmenter les propriétés mécaniques et la dureté de l’ensemble. Mais il va aussi faire fortement baisser la résistance à l’usure.

b. Traitement thermique des alliages

Les propriétés des alliages précédemment cités peuvent être fortement modifiées par la préparation de ceux-ci. On peut ainsi améliorer la limite d’élasticité ou la résistance à la corosion de l’alliage. En fait le traitement thermique va permettre de modifier la taille du précipité.

Plus ce dernier sera petit (deProjet Aéronautique l’ordre du nanomètre), plus la limite d’élasticité sera grande.

Plusieurs exemple de précipité d’alliage Al/Cu

Ainsi, le premier échantillon de ces trois alliages a de meilleures propriétés élastiques que les deux autres qui ont des précipités beaucoup plus grands.
Afin d’augmenter la dureté de l’alliage, on doit jouer sur la taille du précipité.  En effet, le phénomène de dislocation peut être dût à deux actions différentes dont la force va dépendre de la taille du précipité. Ces deux actions sont le cisaillement et le contournement. On voit ici que lors de la préparation de l’alliage on va chercher à s’approcher de l’optimum et donc du pic de dureté. Le cisaillement n’apparait que lorsque la ligne de dislocation peut glisser de manière continue de la matrice dans les précipités et quand les précipités sont de très petites tailles. L’action de contournement apparaît lorsque les précipités sont un peu plus grand.

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Force des actions de contournement et de cisaillement en fonction de la taille du précipité

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Action de cisaillement

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Action de contournement

La préparation de ces alliages est une suite de procédés différents. Le schéma suivant montre bien quels sont les procédés utilisés (reffroidissement subit, …). La trempe consiste à refroidir brutalement la solution, cela va permettre d’empêcher le décomposition de la solution solide avec la formation d’équilibre grossier.  La trempe permet aussi de piéger les lacunes stables à haute température (les lacunes sont des défauts du cristal dû à l'absence d'un atome à un endroit où il aurait dût être).

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Séquence de traitements thermiques

 

LES MATERIAUX COMPOSITES UTILISES DANS L'AERONAUTIQUE

Un matériau composite est un assemblage constitué au minimum de deux matériaux qui ne fusionnent pas mais qui ont une forte capacité d’adhésion. Ils sont assemblés en une structure particulière qui lui donne ses caractéristiques. Donc bien évidemment il existe plusieurs structures de matériaux composites. Le fait d’utiliser des matériaux composites permet d’améliorer la qualité de la matière dans  des domaines tels que l’aéronautique.

Dans l’aéronautique, on utilise plusieurs types de composites pour la structure d’un avion et non un même matériau composite pour toutes les différentes parties qui constituent un avion.  En effet, du fait que ceux-ci soient un assemblage de plusieurs matériaux, on peut créer toutes sortent de matériaux différents qui peuvent être utilisés dans des applications bien différentes. Dans notre cas, en aéronautique, plusieurs types de matériaux composites sont utilisés, car aucun ne peut présenter toutes les caractéristiques nécessaires à la réalisation de la structure entière d’un avion. Le développement de tels matériaux a débuté en 1975 pour servir dans l’aviation militaire, mais s’est peu à peu étendu dans l’aviation civile aujourd’hui.  Néanmoins ce ne sont que les débuts de ces matériaux dans le monde de l’aviation civile, ils ne sont donc pas utilisés pour toute une structure.

Nous allons tout d’abord voir les caractéristiques des matériaux composites qui sont utilisés dans l’aviation civile, puis nous verrons ensuite quelques exemples de structures d’avion utilisant des matériaux composites.

a. Structures des matériaux composites utilisés dans l’aéronautique

En général les matériaux composites présentent certains avantages par rapport aux autres matériaux.  Ils présentent une rigidité plus élevée, d’excellentes caractéristiques mécaniques, et d’excellentes résistances à la fatigue et à la corrosion. Un autre avantage des matériaux composites est qu’ils ne favorisent pas la propagation des dommages lors de choc par exemple.  Ce type de matériaux apporte aussi une grande souplesse au niveau de la conception. Néanmoins ces matériaux présentent certains inconvénients :

  • résistance limitée aux chocs 
  • mauvaise conductivité électrique
  • tenue limitée aux températures élevées 
  • sensibilité au vieillissement en milieux humide

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Exemple d’une structure de matériaux composites à matrice organique :

Il existe essentiellement deux structures de matériaux composites. Les matériaux composites à fibres de renforcement et les matériaux composites à matrices organiques. Les matériaux composites à fibres de renforcement sont des matériaux auxquels ont été ajoutés des fibres pour les rendre plus résistants.  Il existe différents types de fibre de renforcement : les fibres de verre, de carbone et des fibres organiques.

Nous allons maintenant étudier  une comparaison de la masse de pièces existantes dans la structure d’un avion.  D’un coté la pièce réalisée en matériaux métalliques et d’un autre côté la même pièce réalisée à partir de matériaux composites.

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Ceci représente la position de la pièce dans la structure de l’avion
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Différences de composition et économie de poids engendrées

On voit bien que la pièce étant réalisée à l’aide de matériaux composites présente  une masse inférieure à celle de la pièce en matériaux métalliques classiques.  Ce gain de masse peut aller de 20% à 30%, ce qui n’est pas négligeable. Les matériaux composites sont donc un bon moyen de réduire considérablement la masse totale d’un avion.

b.Quelques exemples

Nous allons maintenant analyser quelques structures d’avion réalisées avec des matériaux composites et les comparer avec les structures sans matériaux composites.  Nous allons donc étudier les structures de certains Boeing et de l’Airbus A380.

    • Boeing 767 :
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Les ailerons intrados et extrados, les volets, la gouverne de direction et les élevons sont en composite carbone/époxy
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Pièces contenant des composites Kevlar/carbone :
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Le Kevlar est lui utilisé pour des éléments de tailles moins importantes en raison de son coût qui est nettement supérieur aux autres composites
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Pièces contenant des composites fibres de verre/époxy : 
    • Boeing 777 :

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Les ailerons intrados et extrados, les volets, la gouverne de direction et les élevons sont en composite carbone/époxy

Le Boeing 777 est un avion qui présente une structure détenant un grand nombre de pièces en matériaux composites. Il en présente plus que le Boeing 767. Ceci montre une réelle progression du développement des matériaux composites durant les années 80. - Date du premier vol du Boeing 777 : 12 juin 1994 - Date du premier vol du Boeing 767 : 26 septembre 1981

    • Boeing 787 :

A la base de ce projet, cet avion ne devait être réalisé qu’avec des matériaux composites. Néanmoins le constructeur a bien vu qu’il n’était pas encore possible de réaliser un tel projet car les matériaux composites ne sont pas encore tout à fait au stade de développement suffisant pour réaliser ce genre de projets. Il reste encore des inconvénients et des imperfections qui font qu’il est impossible de réaliser une structure entièrement en composites.

    • Airbus A380 :

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Comme on peut le voir avec le tableau ci-contre, les matériaux composites ont été introduit petit à petit dans la structure des avions de Airbus.
Airbus est arrivé aujourd’hui à introduire un grand nombre de pièces en matériaux composites dans l’A380, et pas seulement des pièces secondaires.  En effet, quelques pièces dites primaire (ayant un rôle plus important que les secondaires) dans la structure de l’A380 sont également  réalisées en matériaux composites.


Quelques exemples avec ces images ci-dessous :

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CONCLUSION :

Les matériaux les plus utilisés dans la structure d’un avion de nos jours sont donc les alliages d’aluminium et les matériaux composites car ce sont des matériaux qui remplissent le plus de critères de choix d’un matériau. Les composites commencent à prendre une place de plus en plus importante dans la structure d’un avion, néanmoins ils sont toujours en cours de développement, ce qui permet aux alliages d’aluminium d’être encore très utilisés.  Les matériaux composites devraient donc, par la suite, être plus utilisés dans la structure que les alliages d’aluminium. Les matériaux composites se présentent donc comme l’avenir d’une structure idéale pour un avion de transport civile ou de transport de marchandises.

BIBLIOGRAPHIE :

      Matériaux composites (auteur : Claude Bathias et coll., édition : DUNOD, 2005)

 

      http://www.volez.net/aerodynamique-technique/organes-avion-leger/sollicitations-cellule.html

 

      http://www.presentation.enseeg.inpg.fr/aero/nouveaux.html

 

      Durcissement par précipitation des alliages d’aluminium, de B.Dubost et de P.Sainfort

 

      Aluminium et alliages d’aluminium, document PDF venant du lycée Raymond Loewy

 

      Thèse : Comportement électrochimique d’alliages modèles binaires Al/Cu, de J.Idrac

 

      http://cla.vidal.free.fr/alumi.htm

 

      http://www.techniques-ingenieur.fr

Le Boeing 777

Boeing 777
Un Boeing 777-219ER d'Air New Zealand
Un Boeing 777-219ER d'Air New Zealand

Rôle Avion de ligne
Constructeur Drapeau : États-Unis Boeing
Équipage 2, 3 ou 4 pilotes selon le temps de vol (hors personnel commercial)
Premier vol 12 juin 1994
Mise en service 7 juin 1995
Retrait Toujours en service
Premier client United Airlines
Client principal Emirates
Coût unitaire
  • 261 500 000 $1 (777-200ER)
  • 296 000 000 $1 (777-200LR)
  • 320 200 000 $1 (777-300ER)
  • 300 500 000 $1 (777 cargo)
Commandes 1 4732 (octobre 2013)
Livraisons 1 1472
Variantes
  • 777-200
  • 777-200ER
  • 777-300
  • 777-300ER
  • 777-200LR
  • 777F (cargo)
Dimensions

dimensions boeing 777

 
Longueur 63,7 - 73,9 m
Envergure 60,9 - 64,8 m
Hauteur 18,5 - 18,6 m
Aire alaire 541,5 m²
Masse et capacité d'emport
À vide 143 t
Max. au décollage 297 - 351 t
Kérosène 777-300ER : 181 280 L
Passagers 301 - 550
Fret 14 - 24 t
Motorisation
Moteurs 2 turboréacteurs General Electric GE90-94B/115B
Poussée unitaire 425 - 512 kN
Puissance unitaire Plus de 100 000 kW
(136 000 ch)
Poussée totale 850 - 1024 kN
Puissance totale Plus de 200 000 kW
(272 000 ch)
Performances
Vitesse de croisière maximale km/h (Mach 0,89)
Autonomie 14316 - 17450 km
Altitude de croisière 10 700 m m
Rapport poussée/poids 2.9 kN par tonne (300-ER)

Le Boeing 777 ou B777, souvent surnommé triple sept dans le milieu aérien, est un avion de ligne gros-porteur, long-courrier et biréacteur construit par la société Boeing. Entré en service en 1995, il est le plus grand biréacteur au monde, avec une capacité de 300 à 550 passagers et une distance franchissable variant de 9 695 à 17 370 km selon les modèles. Il est reconnaissable par le grand diamètre de ses turboréacteurs GE90, ses six roues sur chaque train d'atterrissage principal et son fuselage de section circulaire se terminant en forme de lame.

Face à la montée en puissance de la concurrence durant les années 1980, Boeing innova pour développer cet appareil en établissant un partenariat avec huit grandes compagnies aériennes et en concevant intégralement l'avion par ordinateur. L'avionneur introduisit à cette occasion des techniques de pointe : une voilure supercritique, des commandes de vol électriques, et un pilotage assisté par ordinateur. Boeing compléta ainsi sa gamme en offrant une capacité intermédiaire entre le 767 et le 747, ce qui permettait le remplacement de modèles antérieurs de gros-porteurs.

Fin 2012, 1 025 appareils avaient été livrés, faisant de cet avion un succès commercial pour son constructeur. En 2013, il devient le gros-porteur le plus vendu dans l'histoire de l'aviation.

Historique

Nouvelle génération d'appareils

Au début des années 1970, le Boeing 747, le McDonnell Douglas DC-10 et le Lockheed L-1011 TriStar devinrent la première génération d'avions de ligne gros-porteurs de l'histoire de l'aviation moderne à entrer en service3. En 1978, Boeing dévoila trois nouveaux projets : le biréacteur 757 pour remplacer le 727 vieillissant, le biréacteur 767 pour concurrencer l'Airbus A300 et le triréacteur Boeing 777 pour rivaliser avec le DC-10 et le L-10114,5,6. Les appareils de taille moyenne 757 et 767 connurent un vif succès auprès des compagnies aériennes dès leur entrée sur le marché en raison, entre autres, de la modification d'un règlement de l'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI) datant des années 1980 : l'Extended-range Twin-engine Operation Performance Standards (ETOPS) qui régule la circulation transocéanique des avions biréacteurs commerciaux7. Ce règlement autorise les biréacteurs à choisir une route les éloignant d'au maximum trois heures de leurs aéroports de déroutement d'urgence8. En vertu des règles de l'ETOPS, les compagnies aériennes purent exploiter le B767 sur de longues routes aériennes transocéaniques dont le trafic ne justifiait pas de plus gros avions7. Boeing abandonna alors son projet de 777 triréacteur sur la base d'études de marché qui favorisaient les modèles 757 et 7679. L'avionneur se retrouva ainsi avec un segment vide dans sa gamme, en termes de capacité et de distance franchissable, entre le 767-300ER et le 747-40010.

À la fin des années 1980, les modèles DC-10 et L-1011 approchaient de leur fin de service. Trois constructeurs restaient en lice pour leur remplacement11 ; McDonnell Douglas travaillait sur le MD-11, une version allongée et améliorée du DC-1011, tandis qu'Airbus développait ses A330 et A34011. En 1986, Boeing dévoila des propositions d'une version agrandie du B767, nommée alors 767-X12. Le projet initial comprenait un fuselage plus long que le 767 existant, ainsi que des ailes plus grandes12 dotées de winglets13. Des plans ultérieurs prévoyaient d'agrandir la section du fuselage mais conservaient le cockpit du 767 existant, ainsi que le nez et d'autres éléments12.

Le projet du 767-X ne suscita que peu d'enthousiasme auprès des compagnies aériennes qui demandaient une section de fuselage plus large, des aménagements intérieurs entièrement configurables, un avion efficace tant en moyen-courrier qu'en très long courrier, et un coût d'exploitation inférieur aux B767 existants8. Les exigences des compagnies aériennes pour des avions toujours plus gros engendrèrent une concurrence accrue entre les constructeurs aéronautiques11. En 1988, Boeing réalisa que la seule réponse possible était un tout nouveau modèle14. La société opta pour un biréacteur étant donné le succès passé de cette configuration et les évolutions en cours des certifications ETOPS qui allaient autoriser dès la sortie de l'appareil son survol des océans. Elles allaient rendre plus coûteuses en carburant et en maintenance des configurations tri et quadriréacteurs conçues autour des certifications précédentes, telles l'Airbus 34015. Le 8 décembre 1989, elle commença à soumettre des propositions aux compagnies aériennes pour acquérir le 77712. Alors que Boeing était resté jusque là sur des conceptions traditionnelles16, Airbus avait misé sur les techniques de pointe. Boeing perdait ainsi des parts de marché et décida donc d'adopter ces techniques mais aussi de modifier fondamentalement ses méthodes de conception et de fabrication.

Conception

La phase de conception du nouveau biréacteur de Boeing fut différente de celles des modèles antérieurs. En effet, pour la première fois, huit compagnies aériennes majeures — All Nippon Airways, American Airlines, British Airways, Cathay Pacific, Delta Air Lines, Japan Airlines, Qantas et United Airlines — participèrent à la conception de l'avion de ligne17, méthode choisie par l'avionneur pour répondre au mieux aux demandes de ses clients et rattraper son retard sur cette gamme16. Ce fut une première dans l'histoire de la construction d'avions civils qui jusqu'alors étaient conçus en ne prenant que très peu en compte les remarques des clients5. Ces huit compagnies furent nommées au sein de Boeing, le groupe « working togethernote 1 »17. Lors de la première réunion du groupe en janvier 1990, un questionnaire de 23 pages fut distribué pour recueillir les spécifications souhaitées du nouveau modèle8. En mars 1990, Boeing s'était mis d'accord avec elles sur un avion de section de la cabine proche de celle du 747, une capacité maximale de 325 passagers, un aménagement intérieur flexible, une planche de bord tout écran, des commandes de vol électriques, et un coût du siège×kilomètre inférieur de 10 % à l'A330 et au MD-118.

Le 14 octobre 1990, United Airlines devint le client de lancement du 777, commandant 34 appareils équipés de moteurs Pratt & Whitney, d'une valeur de 11 000 000 000 $ américains et posant des options pour 34 autres avions18,19. La phase de conception coïncidait avec le programme de remplacement des DC-10 vieillissants d'United Airlines20. La compagnie spécifia que le 777 devait être capable de voler sur trois lignes de son réseau : Chicago-Hawaï, Chicago-Europe et Denver-Hawaï, un vol direct à partir d'un aéroport en altitude, dans un milieu connaissant de fortes températures20. United considérait que la certification ETOPS21 était une priorité compte tenu de ses dessertes vers Hawaï18. En janvier 1993, des équipes de développeurs et de créateurs d'United Airlines et d'autres compagnies aériennes se réunirent avec les concepteurs de Boeing à l'usine d'Everett22. Les 240 équipes de créateurs comptaient chacune jusqu'à 40 membres. Elles abordèrent alors 1 500 questions de conception sur les différents composants de l'avion23. Le diamètre du fuselage fut augmenté sur demande de Cathay Pacific et le modèle de base allongé pour satisfaire All Nippon Airways ; British Airways demanda que des tests de l'appareil (tels que des tests moteurs) soient intégrés et réclama un aménagement intérieur flexible8 ainsi qu'une masse maximale plus élevée pour le modèle de base du 77724.

Le B777 fut le premier avion commercial à avoir été complètement conçu sur ordinateur25,18,26 grâce au logiciel de conception assistée par ordinateur (CAO) CATIA de Dassault Systèmes27. Ce logiciel permet de concevoir des pièces en trois dimensions et de les assembler virtuellement. On peut ainsi s'assurer du bon ajustement des milliers de pièces de l'appareil, détecter les risques d'interférences entre les composants et donc réduire le nombre et le coût des modifications28. Boeing développa son propre système de visualisation haute-performance, FlyThru, renommé plus tard IVT pour Integrated Visualizaion Tool (outil de visualisation intégré). Ce logiciel sert à l'échange des plans de conception pour des projets à grande échelle, à produire des illustrations et d'autres données hors du champ de l'ingénierie29,note 2. Au départ Boeing n'était pas convaincu des capacités de CATIA et construisit une maquette du nez de l'avion afin de vérifier les résultats obtenus par CAO. Les résultats furent concluants et les autres maquettages furent annulés30.

Production et essais

Boeing choisit d'utiliser l'usine d'Everett dans l'État de Washington, lieu de production du 747, comme site de l'assemblage final du 77731 et d'internationaliser la sous-traitance32 pour partager les risques industriels du 777. La production fut organisée à l'échelle mondiale et atteignit un niveau qui ne fut dépassé que par le Boeing 78733. Pour sa sous-traitance hors États-Unis, Boeing fit notamment appel à Mitsubishi Heavy Industries et Kawasaki Heavy Industries pour les panneaux du fuselage34, Fuji Heavy Industries pour les parties centrales des ailes34, Hawker de Havilland pour les gouvernes de profondeur et Government Aircraft Factories pour les dérives35. Un accord entre Boeing et la Japan Aircraft Development Corporation, représentant les investisseurs japonais de l'aérospatiale, conclut à un partage des risques à une hauteur de 20 % pour l'ensemble du développement32. Au lancement du 777-200, Boeing donna aux compagnies aériennes le choix entre trois options de propulsion36. Les motoristes General Electric, Pratt & Whitney et Rolls-Royce plc37 se mirent d'accord pour développer des réacteurs de poussée supérieure à 340 kN pour propulser ce qui devait être le plus grand biréacteur de l'époque37.

Vue panoramique d'un avion vue de côté sortant d'un hangar
Un Boeing 777-200LR d'Air India devant l'usine Boeing à Everett.

Boeing adapta sa chaîne de production à son projet, et doubla la taille de son usine à Everett pour un coût d'environ 1,5 milliard de dollars18, celle-ci accueillant deux nouvelles lignes de montage20. De nouvelles méthodes de production furent développées. Ce fut par exemple le cas avec une machine capable de faire pivoter les sous-ensembles du fuselage de 180°, permettant aux ouvriers d'accéder facilement aux parties hautes de l'appareil27. L'assemblage du premier avion commença le 4 janvier 199338. Dès le début de la production, Boeing avait enregistré 118 commandes et 95 option pour son futur appareil, émises par 10 compagnies aériennes39. L'investissement total de Boeing dans le programme était alors estimé à 4 milliards de dollars et celui des autres fournisseurs à 2 milliards de dollars40.

Le 9 avril 1994, le premier 777, immatriculé WA001, sortit de l'usine Boeing. Quinze cérémonies furent organisées ce jour-là pour accueillir les 100 000 invités41. Le premier vol eut lieu le 12 juin 199442, sous la responsabilité du pilote d'essai John E. Cashman43. Il marqua le début de 11 mois de tests en vol et au sol, les plus intenses menés par Boeing jusqu'alors44. Neuf appareils équipés de moteurs General Electric, Pratt & Whitney et Rolls-Royce42 furent testés dans différentes conditions climatiques, depuis les chaleurs du désert de la base d'Edwards en Californie45 jusqu'aux froids polaires de l'aéroport international de Fairbanks en Alaska46. Pour satisfaire aux règlements ETOPS, huit vols de 180 minutes sur un seul moteur furent effectués47. Le premier aéronef construit fut utilisé par Boeing d'une part pour la campagne de contrôles non destructifs de 1994 à 1996 et d'autre part pour recueillir des données pour la conception du 777-200ER et du 777-30048. Les essais en vol furent probants et le 777 obtint simultanément la certification de navigabilité de la part de la Federal Aviation Administration (FAA) et de la Joint Aviation Authorities (JAA), le 19 avril 199542.

Entrée en service

avion au décollage, vue latérale
Le premier Boeing 777-200 en service, au sein de la flotte de United Airlines sous le nom de vol N777UA.

Boeing livra le premier 777 à United Airlines le 15 mai 199549,50. La FAA attribua l'autorisation ETOPS-180 pour l'appareil motorisé avec des Pratt & Whitney PW4000 le 30 mai 1995, faisant du 777 le premier avion de ligne à bénéficier de l'autorisation ETOPS-180 dès son entrée en service51. L'accroissement de l'autorisation ETOPS portée à 207 minutes fut obtenue par le 777 le mois d'octobre suivant. Cette extension de facto sans débat de la part de la FAA souleva des interrogations de la part de syndicats de pilotes et d'Airbus52. Le premier vol commercial du 777 eut lieu le 7 juin 1995, de l'aéroport de Londres Heathrow à l'aéroport international de Washington-Dulles53.

Le 12 novembre 1995, Boeing livra son premier modèle équipé de moteurs General Electric GE90-77B à British Airways54 qui mit l'appareil en service cinq jours plus tard55. La première mise en service fut perturbée par des problèmes d'usure de paliers dans le réducteur mécanique, qui obligèrent la compagnie à retirer ses 777 des vols transatlantiques en 199755. British Airways remit ses appareils en service plus tard cette même année45, et General Electric annonça des améliorations sur ces moteurs45.

Le premier 777 équipé de moteurs Rolls-Royce Trent 877 fut livré à Thai Airways International le 31 mars 199654, achevant l'introduction des trois moteurs différents conçus pour l'avion de ligne56. Les trois motorisations différentes de l'avion obtinrent la certification ETOPS-180 dès leurs entrées en service57. En juin 1997, Boeing comptait 323 commandes de 777 de la part de 25 compagnies aériennes, dont des clients satisfaits qui avaient déjà reçu des 777 et qui en désiraient plus42. Les premières données d'exploitation et de performances sur les vols long-courriers furent satisfaisantes, ce qui entraîna des commandes supplémentaires58. En 1998, les chiffres de l'ingénierie de fiabilité indiquèrent que 99,96 % des décollages du 777 eurent lieu sans retard lié à des problèmes techniques59 avec l'ensemble des 777 accumulant 900 000 heures de vol59.

Premières variantes

Vue en contre-plongée d'un avion en vol
Un Boeing 777-200ER de Malaysia Airlines.

Après son modèle de base, Boeing développa une variante du 777-200 avec une masse totale en charge augmentée, une autonomie prolongée et une charge utile plus importante60. Air France pousse au développment de ce modèle à très long rayon d'action intermédiaire entre les Boeing 767 et 747 pour desservir sans escale Singapour ou Jakarta de préférence aux Airbus A340-500/600 malgré les pressions politiques françaises61. Initialement dénommé 777-200IGW62, le 777-200ER vola pour la première fois le 7 octobre 199663, reçut les certifications de la FAA et de la JAA le 17 janvier 1997 et entra pour la première fois en service le 9 février 1997 au sein de la flotte de British Airways64. Offrant de meilleures performances sur les vols longs-courriers, cette version du 777 devint la plus commandée dès le début des années 200060. Le 2 avril 1997, un Boeing 777-200ER Super Ranger de Malaysia Airlines parcourut le grand cercle sans escale, reliant l'aéroport de Boeing (Seattle) à Kuala Lumpur, soit une distance de 20 044 km en 21 heures et 23 minutes59, ce qui constituait un record pour un avion de ligne.

À la suite de la mise sur le marché de cette première variante, le constructeur conçut une version allongée du 777. Le 16 octobre 1997, le 777-300 fit son premier vol63. Avec une longueur de 73,9 m, le 777-300 devint alors le plus long avion de ligne jamais construit (jusqu'à l'A340-600) ; sa capacité globale est 20 % supérieure au modèle standard du 777-20065. Le 777-300 reçut les certifications simultanément de la FAA et de la JAA le 4 mai 199866 et entra en service le 27 mai 1998 chez Cathay Pacific63,67.

Au début de son programme, Boeing avait envisagé de construire des variantes à ultra-longue autonomie68. Les premiers plans se concentraient sur un 777-100X69, qui aurait été une version plus courte du 777-200, de masse inférieure et à l'autonomie augmentée69, comparable au 747SP70. Cependant, le 100X aurait transporté moins de passagers que le 777-200 alors qu'il aurait eu des coûts d'exploitation similaires, générant un coût par siège supérieur69,70. À la fin des années 1990, les plans s'orientèrent de plus en plus vers une variante à plus grande autonomie d'un modèle existant69. Un moteur de poussée plus élevée, de l'ordre de 440 kN, étant nécessaire, Boeing sollicita les motoristes ; General Electric offrit de développer le moteur GE90-115B36 alors que Rolls-Royce proposa le moteur Trent 810471. En 1999, Boeing annonça un accord d'exclusivité avec General Electric pour que le 777 soit équipé de moteurs GE9036, écartant les propositions concurrentes, notamment de Rolls-Royce36.

Variantes avec une autonomie prolongée

vue de face en gros plan d'un réacteur à l'arrêt
Un moteur GE90 monté sur un 777-300ER avec un ingénieur de Boeing pour montrer la taille du réacteur. Un seul moteur GE90 est capable de propulser un Boeing 747 en vol de croisière72.

Le 29 février 2000, Boeing se lança dans la conception d'une nouvelle évolution de son biréacteur73, initialement appelée 777-X68 et commença ses consultations auprès des compagnies aériennes60. Le développement de versions à autonomie prolongée fut ralenti par une baisse de la demande qui dura jusqu'au début des années 200063. Première version à naître du programme sur la demande, le 777-300ER sur l'insistance d'Air France61. Il fut lancé avec dix appareils commandés par Air France74 ainsi que d'autres engagements60. Le 24 février 2003, le 300ER opéra son premier vol et la FAA et l'AESA (agence européenne de la sécurité aérienne, successeur de la JAA) certifièrent le modèle le 16 mars 200475. La première livraison à Air France eut lieu le 29 avril 200463. Le 300ER, qui combine la capacité de transport du 777-300 et l'autonomie du 200ER, devint le modèle du 777 le plus vendu à la fin des années 200076. Une des raisons de ce succès vint de la nécessité pour les compagnies aériennes de remplacer leurs quadriréacteurs par des biréacteurs aux coûts d'exploitation plus bas77.

La seconde version longue-autonomie à être développée, le 777-200LR, sortit le 15 février 2005 et opéra son premier vol le 8 mars 200563. Le 200LR fut certifié par la FAA et l'AESA le 2 février 200678 et la première livraison à Pakistan International Airlines eut lieu le 26 février 200679. Le 10 novembre 2005, le 200LR établit un nouveau record du plus long vol sans escale d'un avion de ligne en volant 21 602 km de Hong Kong à Londres80. Le vol dura 22 heures et 44 minutes, surpassant l'autonomie prévue lors de la conception, et fut enregistré dans le livre Guinness des records80,81.

La version cargo, nommée 777F, sortit le 23 mai 200882. Le vol inaugural du 777F, qui combine la conception structurelle et les caractéristiques moteurs du 200LR83 ainsi que les réservoirs de carburant du 300ER84, eut lieu le 14 juillet 200885. Les certifications de la FAA et l'AESA pour la version cargo furent reçues le 6 février 200986 et la toute première livraison, à la compagnie Air France, eut lieu le 19 février 200987,88.

Variantes ultérieures

Alors qu'au début de sa carrière, le 777 était le second avion de ligne le plus rentable pour Boeing derrière le 74789, il est passé au premier rang en 201290. En 2000, les ventes représentaient environ 400 millions de dollars américains des bénéfices avant impôt de Boeing, soit 50 millions de plus que le 74789. En 2004, le modèle représentait la majeure partie du chiffre d'affaires «gros-porteurs» de la division Boeing Commercial Airplanes91. En 2007, les commandes pour les modèles de seconde génération du 777 approchaient les 350 aéronefs92 et en novembre de la même année, le carnet de commandes était plein jusqu'à 201277. Avec 356 appareils, il était évalué à 95 milliards de dollars en 200893. En 2010, Boeing révéla ses intentions d'augmenter sa capacité à produire des 777, passant de 5 appareils par mois à 7 au milieu de l'année 2011, puis de porter sa production à 8,3 avions par mois au début de l'année 201394. L'assemblage complet d'un 777-300ER nécessite 49 jours95.

Avion au décollage avec une forte incidence
Un Boeing 777-300ER de All Nippon Airways au décollage.

À la fin des années 2000, le 777 subissait la concurrence d'Airbus avec son projet d'A350 XWB, ainsi qu'une concurrence interne des variantes du 78792, deux avions de ligne qui promettaient d'importantes économies de carburant. Par conséquent, le 777-300ER fit l'objet d'une série d'améliorations des performances aérodynamiques et motrices pour réduire la traînée et la masse96. En 2010, la nouvelle version embarqua un complément de 2 300 kg de carburant, équivalent à l'emport de 20 à 25 passagers supplémentaires. La puissance de ses moteurs GE90-115B1 fut augmentée de 1 à 2,5 % autorisant une masse maximale au décollage supérieure dans les aéroports d'altitude96. Des changements supplémentaires dans la conception sont prévus pour fin 2012. Parmi ceux qui sont évoquées, on note l'accroissement de l'envergure96, l'usage de matériaux composites pour les ailes, un nouveau groupe propulseur et un fuselage allongé96,97,98.

En septembre 2011, Boeing et General Electric dévoilèrent plus de détails sur deux nouvelles versions du 777, provisoirement nommées 777-8X et 777-9X99. Ces projets présentent une envergure augmentée de 64,8 m à 71,3 m84,99.

Le projet du 9X présente une réduction de la masse brute, passant de 352 000 kg actuellement à 344 000 kg100. Son fuselage est étendu de 2,62 m par rapport au 300ER, pour atteindre une longueur de 76,5 m et pouvant transporter 405 passagers100,101. Ces nouvelles variantes devraient entrer en service courant 2019102. General Electric a annoncé un projet de moteur légèrement plus petit surnommé le GE9X, pour motoriser un éventuel Boeing 777-9X. Le réacteur comporterait le même diamètre de soufflante que le GE90-115B (325 cm), mais la poussée serait portée à 443 kN pour le 9X contre 390 kN pour le 8X103,104,105. Rolls-Royce et Pratt & Whitney ont également proposé des moteurs pour propulser les nouveaux modèles du 777, dont le concept RB3025, basé sur le Trent 1000 et le Trent XWB et une adaptation du PW1000G pour produire une poussée de 440 kN99.

D'après ses annonces, la firme de Seattle étudie également un projet d'avion ultra-long-courrier, nommé 777-8LX, pour remplacer le 777-200LR, qui partagerait les capacités d'emport en carburant et la masse brute du 9X. Sa distance franchissable est annoncée à 17 560 km en légère augmentation par rapport aux 17 400 km du 200LR100. Ce projet présente une longueur de fuselage identique pour le 8LX et le 8X : 69,5 m99.

En novembre 2011, Boeing commença à assembler son 1000e 777, un modèle 300ER pour Emirates95. L'appareil fut achevé en mars 2012106. Les Boeing 787 et 777 possédant de nombreuses similarités, la FAA affecta une qualification de type commune au 787 et au 777 fin 2011, autorisant les pilotes qualifiés sur l'un des deux modèles à piloter les deux appareils107. Selon les rapports industriels, l'avion pourrait être remplacé un projet Boeing Yellowstone et qui s'inspirerait des technologies du 78792.

Conception

Emplanture des ailes et éléments voisins à l’atterrissage.
Les réacteurs, les becs de sécurité, les volets et le train d'atterrissage sortis d'un Boeing 777-200ER d'American Airlines.

Le nombre important de techniques de pointe introduites dans la conception du 777, pour tenter d'égaler son concurrent européen Airbus, firent de cet avion un saut technologique important dans l'offre de l'avionneur. Parmi ces nouveautés, l'introduction dans la gamme Boeing d'une voilure supercritique conditionna nombre de solutions techniques. Ainsi, les commandes de vol électriques entièrement numériques108 firent leur apparition ainsi qu'une avionique entièrement configurable par logiciel, un écran LCD affichant les informations de bord109 et, pour la première fois sur un avion de ligne, l'utilisation de la fibre optique pour le réseau d'avionique110. Boeing s'inspira de son projet annulé du jet régional, le 7J7111 qui utilisait des versions similaires aux techniques choisies pour le 777111. En 2003, Boeing proposa l'option de l'electronic flight bag qui transmet des informations aux pilotes dans le cockpit112.

Commandes de vol électriques

En concevant son 777, son tout premier avion commercial équipé de commandes de vol électriques, Boeing décida de conserver les manches108 plutôt que de les remplacer par des minimanches (colonnes de contrôle), utilisés dans de nombreux appareils à commandes de vol électriques, dont ceux d'Airbus108. Équipé de palonniers et gouvernes traditionnels, la présentation du cockpit est simplifiée et conserve des similitudes avec les anciens modèles de Boeing113. Le système de commandes de vol électriques est doublé d'une protection du domaine de vol108 qui filtre les commandes du pilote au travers de l'ordinateur de bord, afin de réduire les risques de décrochage et de limiter les manœuvres trop brusques108. Le système peut être coupé par le commandant de bord si celui-ci le juge nécessaire108.

Cellule et systèmes

train d’atterrissage principal bâbord
Les six roues du train d'atterrissage d'un Boeing 777-300.

Les ailes du 777 se distinguent des appareils antérieurs de l’avionneur par leur profil supercritique en flèche de 31,6 ° optimisées pour une vitesse de croisière de mach 0,83 (portée à mach 0,84 après des essais en vol)114, voilure dont Dassault Aviation a été le premier utilisateur en 1960115. Les ailes ont une épaisseur relative accrue ainsi qu'une plus grande envergure, ce qui permet d'augmenter à la fois la charge utile et l'autonomie, de meilleures performances lors du décollage et une altitude de croisière plus élevée42. L'emploi d'ailes repliables était envisagé lors du lancement de l'avion pour permettre aux compagnies aériennes d'utiliser pour le B777 des installations aéroportuaires conçues pour des appareils plus petits. Aucune compagnie ne choisit cette option116. Les ailes servent aussi de réservoir de kérosène pouvant embarquer jusqu'à 181 300 l de carburant pour les modèles de plus grande autonomie84 et permettant au 777-200LR de franchir des distances d'ultra-longues telles qu'une ligne trans-polaire comme Toronto-Hong-Kong117.

La cellule du 777 exploite des matériaux composites qui représentent 9 % de sa masse118 ; ils sont notamment employés pour le plancher de la cabine et la dérive. Le fuselage est principalement de section circulaire119 et se rétrécit à l'arrière en forme de lame dont l'extrémité bâbord abrite l'échappement du groupe auxiliaire de puissance120. L'empattement du Boeing 777 est augmenté. Son train d'atterrissage utilise les plus grands pneus jamais utilisés sur un avion commercial121. Les trains d’atterrissages sont fait de trois boggies de deux roues, dont chacune peut supporter 26 980 kg, surpassant d'autres gros-porteurs tels que le 747-400122. L'aéronef possède trois systèmes hydrauliques redondants dont un seul permet l'atterrissage123. Une éolienne de secours — une petite hélice rétractable qui peut fournir de l'électricité aux instruments indispensables en cas de panne des moteurs — est également montée sur le carénage aérodynamique de l'emplanture124.

Intérieur

Classe économique d'un Boeing 777-300ER d'Etihad Airways en configuration neuf sièges côte à côte et deux couloirs.

L'intérieur du 777, Boeing Signature Interior (« Intérieur stylé Boeing »), comporte des panneaux incurvés, des coffres à bagages volumineux au-dessus des sièges et un éclairage indirect55. La configuration des sièges peut aller de six sièges de front en première classe jusqu'à dix en classe économique125. Avec des dimensions de 380 mm sur 250 mm, les hublots du 777 étaient les plus grands existants sur des avions de ligne jusqu'à la commercialisation du 787126. La cabine est équipée de « zones flexibles » donnant accès aux différents réseaux - eau, électricité, air sous pression - ce qui permet aux compagnies aériennes de changer rapidement l'emplacement des sièges, des équipements de cuisine et des toilettes, lors de modifications de configuration de la cabine125. Plusieurs avions furent équipés d'intérieurs VIP pour des usages privés127. Les ingénieurs de Boeing conçurent un nouveau gond hydraulique pour que les sièges des toilettes se referment lentement128.

En 2003, Boeing propose en option des cabines de repos pour l'équipage129. Situées au-dessus de la cabine principale à laquelle elles sont reliées par des escaliers, la cabine de repos avant comporte deux sièges et deux couchettes, alors que la cabine de repos arrière présente plusieurs couchettes129. Le style Boeing a depuis été adapté sur d'autres gros-porteurs et petits-porteurs de Boeing tels que le 737NG, le 747-400, le 757-300 et plus récemment sur les modèles du 767, dont le 767-400ER130,131. Le 747-8 et le 767-400ER ont également adopté les hublots plus larges et plus arrondis du 777.

Le 7 juillet 2011, la société Boeing laissa entendre qu'elle avait l'intention de remplacer le Style Boeing du 777 par un nouvel aménagement similaire à celui du 787, pour homogénéiser les cabines de ses appareils ; un programme nommé « common cabin experience »132.

Variantes

Vue en contre plongée de l'avion mettant en évidence la flèche de la voilure
Vue de la voilure d'un Boeing 777-200ER en vol.

Boeing utilisa deux caractéristiques, la longueur du fuselage et la distance franchissable de ses aéronefs, pour définir les modèles du 77710. La longueur du fuselage conditionne le nombre de passagers et le volume de cargo transportable. Le 777-200 et ses dérivés possèdent les dimensions de base. Le 777 fut ensuite étendu avec le 777-300 en 1998. Trois marchés sont visés selon la distance franchissable :

  • le marché A : jusqu'à 7 800 km133 ;
  • le marché B : 12 200 km133 ;
  • le marché C : 14 400 km134.

Pour désigner une version précise, Boeing et les compagnies aériennes font un mélange entre le modèle (777) et la désignation de la version (-200 ou -300) dans une forme mixte (« 772 » ou « 773 » par exemple)135. Les systèmes de désignation des avions de l'organisation de l'aviation civile internationale ajoutent une lettre (« B772 » ou « B773 » par exemple)136. En fonction de la capacité de l'appareil, la désignation peut comporter ou non l'identification de l'autonomie (« 773ER » pour 777-300ER par exemple137, « 773B »138, « 77W »139 ou encore « B77W »136). Ces notations peuvent être trouvées dans les manuels d'utilisation des aéronefs ou dans les horaires des compagnies aériennes.

 

777-200

Vue en légère plongée d'un avion en vol de croisière
Un Boeing 777-200 dans la livrée originelle. À noter les insignes de queue des premiers clients sous les fenêtres, sous l'inscription « Boeing 777 ».

Le 777-200 est le modèle initial du marché A. Le premier fut livré à United Airlines le 15 mai 199563. Avec une distance franchissable maximale de 9 695 km140, le 777-200 fut principalement destiné à des vols intérieurs au sein des États-Unis10. Boeing a livré 88 777-200 à neuf clients différents. En juillet 2011, 68 Boeing 777-200 étaient en service au sein de compagnies aériennes141. L'avion concurrent d'Airbus est l'A330-300142.

 

777-200ER

Le 777-200ER (« ER » pour Extended Range, autonomie prolongée), la version du marché B du 777-200, fut initialement connu sous le terme de 777-200IGW pour sa masse brute augmentée62. Le 777-200ER comporte une plus grande capacité de kérosène transportable et une masse maximale au décollage (MTOW) augmentée, comparativement au 777-200140. Destiné à opérer sur des lignes aériennes transatlantiques10, le 777-200ER possède une distance franchissable maximale de 14 300 km140. Détenteur du record de la plus grande distance parcourue sans atterrissage, le 777-200ER détient également le record de la plus longue distance parcourue durant un vol de déroutementnote 3 (177 minutes avec un seul moteur) avec un appareil de United Airlines transportant 255 passagers le 17 mars 2003 au-dessus de l'océan Pacifique143,144.

Le premier 777-200ER fut livré à British Airways le 6 février 199763. Singapore Airlines, un des plus gros clients de Boeing pour ce modèle2, a commandé plus de la moitié des 777-200ER produits avec une poussée de moteurs réduite (déclassés) pour des usages sur des vols moyen-courriers145,146. Les moteurs déclassés (donc avec une MTOW réduite) réduisent le prix d'achat d'un aéronef et les redevances d'atterrissage et, de plus, peuvent être reclassés à une pleine poussée pour des vols long-courriers145. Jusqu'en juin 2012, le 777-200ER a été livré à 33 clients différents, soit 4172 appareils livrés. C'est donc la version du 777 la plus produite jusqu'à ce jour60. Cependant, le nombre de commandes du nouveau 777-300ER dépasse le nombre de 200ER produits2. En juillet 2011, 428 exemplaires du 200ER étaient en service au sein de compagnies aériennes141. L'avion concurrent d'Airbus était l'A340-300147, désormais remplacé par l'A350-900 XWB.

 

777-300

avion de trois quart à l’atterrissage
Un Boeing 777-300 d'Emirates atterrissant à l'aéroport de Londres Heathrow avec la livrée coupe du monde 2006 FIFA en 2005.

Le 777-300 étendu a été conçu pour le marché A, pour remplacer les 747-100 et 747-200148. Ce 777 étendu a une capacité de passagers et une autonomie équivalentes aux anciens 747, mais réduit les coûts de fonctionnements en abaissant d'un tiers la consommation en carburant et réduisant de 40 % les coûts de maintenance65. Le 777-300 est plus long de 10,1 m que le 777-200, ce qui lui permet de transporter jusqu'à 550 passagers en configuration haute-densité (une seule classe)65, une configuration adoptée pour les lignes aériennes japonaises très fréquentées149. En raison de sa longueur, le 777-300 est équipé de caméras pour les manœuvres au sol, pour aider le pilote lors du roulage, et pour éviter les tailstrikes150. La distance franchissable maximale est de 11 140 km. Elle permet au 777-300 de voler sur des lignes aériennes importantes précédemment opérées par des 74765.

Le premier 777-300 fut remis à Cathay Pacific le 21 mai 199863,67. Huit clients différents reçurent 60 777-3002 et tous étaient encore en service en juillet 2011141. Cependant, après l'introduction du 777-300ER en 2004, Boeing ne reçut plus aucune commande pour le 777-3002.

Bien que le 777-300 n'eut pas de rival direct chez Airbus, l'avionneur répondait aux appels d'offres avec l'A340-600151.

Alors que Boeing ne fait plus évoluer le 777-300, Airbus a cependant décidé de proposer l'A350-1000SR XWB, une variante de l'A350 avec une masse maximale au décollage réduite et une distance franchissable limitée à 11 000 km.

 

777-200LR

avion à atterrissage
Le tout premier 777-200LR, en service au sein de la flotte de Pakistan International Airlines.

Le 777-200LR (« LR » pour Longer Range, plus grande autonomie), un modèle du 777 du marché C, est devenu l'avion de ligne doté de la plus grande autonomie au monde lors de son entrée en service en 2006152,153. Boeing surnomma ce modèle le Worldliner soulignant sa capacité à relier deux aéroports presque n'importe où sur le globe154 bien qu'il soit toujours soumis à des restrictions ETOPS155. Il détient le record de la distance parcourue par un avion de ligne la plus longue sans escale156 et a une autonomie maximale de 17 370 km81. Le 777-200LR était prévu principalement pour opérer sur des vols ultra long-courriers comme Los Angeles-Singapour68.

Développé en parallèle du 777-300ER, le 200LR possède une masse maximale au décollage accrue et trois réservoirs de carburant optionnels situés dans la soute arrière152. Il possède également de nouvelles caractéristiques telles que des saumons d'ailes inclinés. En outre, son train atterrissage a été repensé et sa structure renforcée152. Comme le 300ER et le 777F, le 200LR est équipé de saumons d'aile prolongés de 3,90 m152. Il est propulsé par des turboréacteurs GE90-110B1 ou GE90-115B84. Le premier 777-200LR construit fut livré à Pakistan International Airlines le 26 février 200679,157. En juin 2012, neuf clients différents opéraient 54 200LR et 3 sont en commande2. En juillet 2011, les compagnies aériennes opéraient 48 de ces avions141. Le plus proche concurrent d'Airbus était l'A340-500HGW152, désormais remplacé par le futur A350-900ER XWB.

 

777-300ER

avion à l’atterrissage, vu de côté
Un 777-300ER d'Air Canada à l'atterrissage, tous volets déployés.
Gros plan d'un moteur d'un B777-300ER d'Air France

Le 777-300ER (« ER » pour Extended Range, autonomie prolongée) est la version du marché B du 777-300. Il comporte des saumons d'ailes inclinés et encore prolongés, un nouveau train d'atterrissage principal, un train avant renforcé et des réservoirs de carburant supplémentaires158,159. Le fuselage, les ailes, l'empennage et les fixations des moteurs ont également été renforcés84. Le turboréacteur standard GE90-115B est le moteur d'avion le plus puissant au monde, avec une poussée maximale de 513 kN158. L'autonomie maximale est de 7 930 milles marins (14 690 km)160, autonomie rendue possible grâce à une MTOW (masse maximale au décollage) plus importante et donc un volume de carburant transportable plus important151. Le 300ER peut voler approximativement 34 % plus loin que la version classique du 777-300, à pleine charge, en version passager ou cargo84. À la suite des tests en vol, la disposition des moteurs et des ailes ainsi que la masse ont été modifiées, ce qui permet au 300ER de consommer 1,4 % de carburant en moins76,161.

Le premier 777-300ER a été livré à Air France le 29 avril 200463,162. Le 300ER est la version du 777 qui s'est le mieux vendue, dépassant le 200ER en 20102, et depuis son lancement, le 300ER est le moteur des ventes du 777, dépassant même le rival A34092. Utilisant seulement deux moteurs, le 300ER présente des coûts d'exploitation de 8 à 9 % inférieurs à l'A340-600, ce qui ne le rend pas forcément plus rentable, et même 20 % de moins que le 747-40077. Plusieurs compagnies aériennes ont acquis le 300ER en remplacement du 747-400, en raison de l'évolution à la hausse du prix du carburant77. Jusqu'à juin 2012, 345 appareils ont été livrés à 24 clients différents et 267 sont en commande2. Il y avait 281 777-300ER en service en juillet 2011141. Le concurrent direct du 300ER chez Airbus était l'A340-600HGW, désormais remplacé par l'A350-1000 XWB92.

 

777X

Officialisé fin 2013, le programme 777X comprend deux versions dérivées des B777 actuels : le B777-8X (350 passagers dans une configuration triclasse avec une autonomie de 17 200 km soit 9 200 miles nautiques) et le B777-9X (400 pour une autonomie de 15 185 km soit 8 200 miles nautiques)61. Encore plus performant que le 777-300ER, le premier concurrence l'A350-1000 de 350 sièges alors le 777-9X est à ce moment sans concurrent direct, tout en étant une menace pour les quadriréacteurs Boeing 747-8 (467 sièges) et Airbus A38061. Emirates Airlines dévoile une commande record de 150 777X au salon de Dubaï 201361.

La compagnie aérienne Philippine Airlines s’est déclarée intéressée par le futur Boeing 777X, passant commande de dix appareils163. Lufthansa devient le client de lancement avec une commande portant sur 34 exemplaires164.

Airbus étudierait un rival pour le 777-9X sous le forme d'une version encore allongée de l'A350 XWB, plus grande que l'A350-1000 et plus grande également que le 777-9X165.

 

777 cargo

avion à l'atterrissage, sur le point toucher terre.
Le premier 777 cargo, destiné à Air France, durant un test en vol.

Le 777 cargo (777F, « F » pour Freighter, cargo) est une version tout-cargo du biréacteur 777 et partage certaines caractéristiques avec le 200LR, comme la cellule, les moteurs166 et le volume de carburant transportable84. Avec une charge utile maximale de 103 000 kg84, la capacité en fret est similaire au 777-200 cargo, qui a une charge utile maximale de 110 000 kg77. L'autonomie du cargo est de 4 900 milles marins (9 070 km) avec la charge utile maximale84. L'autonomie peut être prolongée si moins de fret est transporté167. Comme Boeing promettait des coûts d'exploitation inférieurs aux cargos existants77, les compagnies aériennes destinèrent le 777F au remplacement des anciens cargos tels que le 747-200F et le MD-11F83,168.

Le premier 777 cargo a été livré à Air France le 19 février 200987. En juin 2012, 61 cargos avaient été livrés à onze clients différents et 66 étaient en commande2.

Dans les années 2000, Boeing commença à étudier la possibilité de transformer les 777-200ER et 777-200 en avions cargos, sous le nom de 777 BCF (pour Boeing Converted Freighter, cargo Boeing converti)169. L'entreprise eut des discussions avec plusieurs de ses clients, dont FedEx Express, UPS Airlines et GE Capital Aviation Services, afin de lancer les appels d'offres pour le 777 BCF170.

 

777 ravitailleur (KC-777)

Le KC-777 est une version du 777 sous forme d'avion ravitailleur. En septembre 2006, Boeing annonça publiquement qu'il construirait le KC-777 si la United States Air Force avait besoin d'un plus grand ravitailleur que le KC-767. Le 777 ravitailleur serait capable de transporter plus de fret et de personnel171,172,173. En avril 2007, il abandonna ce projet et proposa à la place une version avancée de son KC-767 pour répondre à l'appel d'offre KC-X de l'USAF174.

 

Opérateurs

avion au décollage, vue de trois quart arrière
Un Boeing 777-200 de Japan Airlines lors du décollage.

En 2011, les clients qui avaient reçu le plus de Boeing 777 étaient l'ILFC, Emirates, United Airlines, Air France et Singapore Airlines. En juillet 2011, Emirates était la compagnie aérienne opérant le plus de Boeing 777, avec 120 appareils au sein de sa flotte141. La compagnie dubaïote est la seule à avoir commandé tous les modèles du 777175, dont les modèles 777-200, 777-200ER, 777-300, 777-300ER et 777F. Le 1000e 777 à sortir de la ligne de production de Boeing, un 777-300ER, et devant être le 102e 777 d'Emirates, a été dévoilé à l'usine d'Everett lors d'une cérémonie en mars 2012106.

Un total de 924 avions (toutes versions comprises) était en service en juillet 2011, au sein des compagnies Emirates (120 appareils), United (74), Air France (64), Singapore Airlines (58), British Airways (52), All Nippon Airways (51), American Airlines (49), Japan Airlines (46), Cathay Pacific (38), Korean Air (29), et d'autres ayant un nombre moins élevé de 777141.

Commandes et livraisons jusqu'au 31 décembre 20132,176,177
TypeCommandesLivraisons
TotalPas encore livrésTotal2013201220112010200920082007200620052004200320022001200019991998199719961995
777-200 88   88             1   3 2 1   3 9 3 10 11 32 13
777-200ER 422   422 4 3   3 4 3 19 23 13 22 29 41 55 42 63 50 48    
777-200LR 59 3 56 1 1 6 9 16 11 10 2                      
777-300 60   60               1 4 2 9 6 3 4 17 14      
777-300ER 721 269 452 79 60 52 40 52 47 53 39 20 10                  
777F 128 42 86 14 19 15 22 16                            
777X 66 66                                        
Total 1 544 380 1164 98 83 73 74 88 61 83 65 40 36 39 47 61 55 83 74 59 32 13

Incidents et accidents

Cristaux obstruant une grille en tamis fin
Réplication en laboratoire des cristaux de glace colmatant l'échangeur de chaleur de kérosène sur un moteur Rolls-Royce Trent 800, à la suite du rapport du NTSB sur les incidents du BA38 et du DL18178.

Jusqu'en mars 2014, le 777 a été impliqué dans neuf incidents aériens179, dont quatre accidents qui causèrent une destruction de l'appareil ou une mise hors d'usage180 et deux détournements181.

  • Le 17 janvier 2008, un 777-200ER, équipé de réacteurs Rolls-Royce Trent 895, effectuant le vol 38, de Pékin à Londres, s'écrasa lors de l'atterrissage 300 m avant la piste 27L de l'aéroport d'Heathrow et glissa sur le seuil de piste. 47 passagers furent blessés mais aucun décès ne fut à déplorer. L'impact endommagea le train d'atterrissage, l'emplanture des ailes et les moteurs. L'avion ne fut pas remis en service et fut radié de la flotte de la compagnie britannique184,185. À la suite des investigations, le rapport mit en cause les cristaux de glace qui avaient colmaté l'échangeur de chaleur de kérosène (FOHE) sur un des moteurs178. Les enquêteurs appelèrent en 2009 à repenser le composant défectueux du Trent 800186. Les nouveaux échangeurs de chaleur de carburant furent installés sur les 777 de British Airways courant octobre 2009187.
Article détaillé : Vol 38 British Airways.
  • En février et novembre 2008 deux autres incidents mineurs de perte de poussée sur des moteurs Trent 895 furent signalés188,189. Les enquêteurs du conseil national de la sécurité des transports (NTSB) américain conclurent que, de la même façon que sur le vol 38 de British Airways, de la glace avait obstrué l'échangeur de chaleur. Ce dernier fut donc encore une fois remplacé par un nouveau modèle178.
  • Le 29 juillet 2011. Un Boeing 777-200ER d'EgyptAir enregistré sous le nom SU-GBP subit un incendie dans le cockpit lors de son stationnement à l'une des portes de l'aéroport international du Caire, en Égypte190. L'avion fut évacué avec succès, sans provoquer de blessures190 et les pompiers de l'aéroport réussirent à éteindre les flammes rapidement191. L'avion fut endommagé par la chaleur et de la fumée et il fut radié de la flotte190,191. Les enquêteurs conclurent à une défaillance électrique du système d'approvisionnement du cockpit en oxygène190.
Article détaillé : Vol 214 Asiana Airlines.
  • Le 8 mars 2014, un Boeing 777-200ER de la compagnie Malaysia Airlines, effectuant le vol MH370 entre Kuala Lumpur et Pékin, disparaît au-dessus du golfe de Thaïlande, entre la Malaisie et le Viêt Nam, avec 239 personnes à bord 194. Il a disparu des écrans radars à une altitude de 35 000 pieds vers 1h20 heure locale (17h20 heure française, 7 mars) soit 40 minutes après son décollage. La compagnie a été informée à 2h40 heure locale par les services du contrôle aérien, ce qui explique que cette heure a initialement été indiquée comme heure de la disparition 195.
Article détaillé : Vol 370 Malaysia Airlines.

Caractéristiques

Concurrent des Airbus A340, A330, A380 et du futur A350, le Boeing 777 compte parmi les avions de ligne ayant la plus grande capacité d'accueil de passagers avec 550 places pour les modèles B777-300ER en version monoclasse. Cette configuration le place en 2012 en troisième position des plus grandes capacités en passagers, derrière l'A380 et le Boeing 747.

Caractéristique par modèle84,196,197,198
Avion777-200777-200ER777-200LR777 cargo777-300777-300ER
Places dans le cockpit Quatre
Nombre typique
de sièges
301 (3 classes)
400 (2 classes)
440 (maximum)
N/A
(cargo)
365 (3 classes)
451 (2 classes)
550 (maximum)
Longueur 63,7 m 73,9 m
Envergure 60,9 m 64,8 m 60,9 m 64,8 m
Angle de flèche 31,64 °
Hauteur de la queue 18,5 m 18,6 m 18,5 m
Largeur de la cabine 5,87 m
Largeur du fuselage 6,20 m
Capacité cargo maximum 162 m3
32 conteneurs LD3
653 m3
37 palettes
216 m3
44 conteneurs LD3
Masse à vide 134 800 kg 138 100 kg 145 150 kg 144 400 kg 160 500 kg 167 800 kg
Masse maximale à l'atterrissage 201 840 kg 213 180 kg 223 168 kg 260 816 kg 237 680 kg 251 290 kg
Masse maximale au décollage
(MTOW)
247 200 kg 297 550 kg 347 500 kg 347 800 kg 299 370 kg 351 500 kg
Vitesse de croisière typique Mach 0.84, à une altitude de croisière de 35 000 pieds (11 000 m)
Vitesse de croisière maximale Mach 0.89, à une altitude de croisière de 35 000 pieds (11 000 m)
Autonomie maximale 9 700 km 14 310 km 17 370 km 9 070 km 11 120` km 14 690 km
Distance nécessaire
au décollage
au MTOW
ISA+15 MSL
2 530 m 3 570 m 2 970 m 2 990 m 3 380 m 3 200 m
Volume maximal de
kérosène transportable
117 348 l 171 176 l 181 283 l 181 283 l 171 176 l 181 283 l
Plafond maximal 13 140 m
Moteurs PW 4077
RR 877
GE90-77B
PW 4090
RR 895
GE90-94B
GE90-110B1
GE90-115B1
PW 4098
RR 892
GE90-92B/GE90-94B
GE90-115B1
Poussée des moteurs (X2) PW: 342 kN
RR: 338 kN
GE: 342 kN
PW: 400 kN
RR: 415 kN
GE: 417 kN
GE −110B: 490 kN
GE −115B: 514 kN
PW: 436 kN
RR: 415 kN
GE: 409 kN/418 kN
GE: 514 kN
Versions du Boeing 777
Code OACI136Modèles
B772 777-200/200ER
B77L 777-200LR/777F
B773 777-300
B77W 777-300ER

Records

ailes du boeing 777

Le Boeing 777 est, en date de janvier 2013, détenteur du record mondial de distance parcourue par un avion de ligne sans escale.

Depuis le salon de Dubaï 2013, l'avion dépasse le Boeing 747 et devient le gros-porteur le plus vendu de l'histoire de l'aviation (1789 prises de commandes en novembre 2013 contre 1530 ventes pour le jumbo)61.

Un Boeing 777-200 LR Worldliner décolla le mercredi 9 novembre 2005 de l'aéroport de Hong Kong à 22 h 30, heure locale (14 h 30 UTC) pour atterrir à celui d'Heathrow le jeudi 10 novembre 2005 à 13 h 13 GMT, en empruntant une route par l'est et non par l'ouest. Embarquant 35 passagers, l'avion fit un vol sans escale de 21 601 km, parcourus en 22 h 42199.

Le 19 mai 2005, un 777-200ER commandé par Air Austral, immatriculé F-OMAY et baptisé « Caribou », motorisé par 2 réacteurs Pratt & Whitney PW4090 effectua la liaison entre Seattle, aéroport Boeing-Comté de King et Saint-Denis de La Réunion en 19 heures et 40 minutes sans escale, soit 17 024 km à vol d'oiseau. Cependant, le commandant de bord n'ayant pas reçu l'autorisation de survoler l'Iran et, par sécurité, ne pouvant pas se trouver à plus de 180 minutes de vol d'un terrain d'aviation (certification ETOPS -180), il dut établir un plan de vol faisant passer l'avion au-dessus de la France. Il emporta à son bord un total de 43 personnes, dont la majorité étaient des membres du personnel et des collaborateurs de la compagnie. Cette liaison exceptionnelle avait pour objectif de livrer le troisième 777-200ER à la compagnie aérienne, mais également de prouver l'important rayon d'action de cet appareil200,201.

Les précédents records étaient détenus respectivement par un B777-200ER, un Airbus A340-200 et Boeing 747-400. Le premier relia en 1997 Seattle et Kuala Lumpur (20 044 km), le second en 1993 joignit le Bourget et Auckland (Nouvelle-Zélande) (19 000 km)202 dépassant le record établi par le 747 en 1989 : Londres - Sydney 17 000 km.

Le Worldliner est équipé de réservoirs supplémentaires qui lui permettent de desservir sans escale des routes telles que New York-Singapour ou Los Angeles-Dubaï, selon Boeing. Le premier exemplaire du 777-200LR Worldliner fut livré en 2006 à la compagnie Pakistan International Airlines.

Motorisation

  • 777-200 - GE90-77B, PW4077, Trent 877
  • 777-200ER - GE90-94B, PW4090, Trent 895
  • 777-200F - GE90-110B1L
  • 777-200LR - GE90-110B1
  • 777-300 - GE90-94B, PW4098, Trent 892
  • 777-300ER - GE90-115B

Galerie