Process expertise in turbine manufacturing

< Retour à Magazine No. 01-2026

aerospace

Savoir-faire dans la construction de turbines

Au Aerospace & Turbine Competence Center (ATCC) de Rorschacherberg, Starrag développe, teste et optimise des processus d'usinage complexes. Depuis peu, l'usine fabrique notamment des carters pour des turbines à gaz mobiles – une commande de Siemens Energy Indianapolis, aux États-Unis. Pour Starrag, il s'agit essentiellement d'un projet de R&D.

Depuis plusieurs décennies déjà, Starrag accumule, à son siège social de Rorschacherberg, un savoir-faire dans la construction de turbines. Un savoir-faire dont tirent parti les secteurs de l'aéronautique et de l'énergie à l'échelle mondiale. En effet, les constructeurs de machines suisses sont avant tout des fournisseurs de solutions de fabrication. Klaus Struebel, directeur commercial Asie-Pacifique chez Starrag et expert en turbines, explique : « La plupart des clients ne se contentent pas de nos machines haut de gamme. Ils les achètent dans le cadre de processus opérationnels et efficaces – souvent intégrés à des systèmes de production complets. Cela nécessite un savoir-faire technique toujours à la pointe. »

Starrag remporte notamment ces contrats dans le cadre de commandes de prototypes et de petites séries, qui permettent par exemple aux clients de faire face aux pics de production. Une commande en cours de fabrication à l’ATTC provient de Siemens Energy Indianapolis. Starrag se charge, pour le compte de l’entreprise américaine, de l’usinage complet des carters destinés aux turbines à gaz SGT-A05 et KB7X, qui ne sont fabriquées qu’en séries limitées.

Apprentissage par la pratique

Selon Dr. Markus Ess, responsable du développement et de la technologie au sein de la division HPS de Starrag, cette commande s’inscrit dans un contexte particulier : « Nous ne sommes en réalité pas un sous-traitant, même si nous avons déjà de l’expérience dans la fabrication de carters. Cependant, comme le contrat conclu avec Siemens couvre l’ensemble de la chaîne de production, de la pièce brute jusqu’aux éléments de carter prêts à être assemblés, nous y avons vu l’occasion d’élargir et d’améliorer notre savoirfaire technique. En effet, nos clients font de plus en plus souvent appel à cette expertise approfondie. »

Pour Siemens Energy aussi, il est clair que Starrag n’est pas un fournisseur classique. Cette demande est née plutôt d’une situation d’urgence. En effet, cette production en petites séries n’était plus viable économiquement pour l’ancien fournisseur, et aucun autre prestataire disposant des compétences et des équipements nécessaires n’a pu être trouvé. Starrag, en revanche, peut utiliser son ATCC de Rorschacherberg pour la majeure partie des travaux, car celui-ci offre les meilleures conditions pour l’usinage des carters. D’une superficie d’environ 2 000 m2, le centre est équipé des tout derniers centres d’usinage Starrag à quatre et à cinq axes. De plus, des spécialistes des applications et des développeurs expérimentés sont présents sur place. « D’un point de vue économique, c’est un avantage de ne pas avoir à investir dans de nouvelles machines pour le contrat Siemens », explique Markus Ess. « Pour les carters Siemens, nous utilisons les machines STC de type STC 1250MT et STC 800MT disponibles à l’ATTC, adaptées au fraisage et au tournage, en fonction de la taille des carters et des exigences. »

Fabrication de carters pour Siemens – Que faut-il faire ?

Les turbines à gaz se composent généralement de plusieurs étages : l’entrée d’air (éventuellement équipée d’un surpresseur), le compresseur (le plus souvent à plusieurs étages), la chambre de combustion, la turbine proprement dite – qui transforme l’énergie thermique des gaz chauds en énergie mécanique ou électrique – et la sortie. C’est également le cas de la Siemens SGT-A05, dont l’enveloppe nécessite six éléments de carter différents. Pour la nouvelle génération KB7X, un carter supplémentaire est ajouté. Chacun de ces carters à symétrie de rotation doit répondre à des exigences différentes et présente des dimensions et une géométrie variées. Les matériaux varient également en fonction des températures ambiantes. On utilise du titane dans la zone froide et de l’Inconel dans la zone chaude (jusqu’à 2 000 °C). Le contrat prévoit que Starrag produise les éléments de carter pour turbines à gaz, livrés aux États-Unis sous forme de kits.

Un mélange de très petites quantités et d’une grande diversité

En 2025, dix lots doivent être livrés. « Nous avons convenu avec Siemens de deux livraisons de cinq lots chacune », explique Klaus Struebel. « Cela signifie pour nous que nous fabriquons chacun des sept carters différents en lots de 5, ce qui nous permet de limiter les coûts liés au réglage des machines et au traitement thermique. » Il n’en reste pas moins qu’une planification minutieuse de la production est nécessaire, qui tienne compte non seulement de l’affectation des machines, mais aussi des processus complémentaires. « Dans ce cas précis, nous sommes non seulement chargés des opérations de tournage, de fraisage et de perçage, mais également des travaux supplémentaires d’électroérosion et de soudage, des traitements thermiques ainsi que des processus de mesure et de contrôle », explique Markus Ess, responsable technologique. « C’est précisément cette connaissance des chaînes de processus que nous acquérons ici qui nous est très précieuse. »

Temps de préparation court

Pour réaliser le développement technologique, nous n’avons disposé que de six mois. Ce n’est pas excessif, compte tenu de la multitude de carters, qui présentent des exigences très différentes. Cela commence par les matériaux difficiles à usiner et se poursuit par un accès limité à certaines caractéristiques, telles que les alésages. Pour pouvoir positionner avec précision des pièces rapportées telles que des aubes, il faut respecter des tolérances très strictes. Il existe en outre des surfaces qui exigent une grande qualité de finition. Outre les opérations d’usinage réalisées sur les machines Starrag, des travaux complémentaires doivent être effectués. Ainsi, des essais de pression sont nécessaires pour le perçage de trous profonds. Les travaux de soudage et d’électroérosion, les traitements thermiques et les procédés de durcissement, ainsi que le revêtement Cerakote, sont confiés à des partenaires externes certifiés. Il en va de même pour le procédé de contrôle requis, à savoir l’inspection par pénétration au fluor (FPI). Markus Ess souligne que « bon nombre de ces opérations sont des processus intermédiaires qui se déroulent en dehors de notre contrôle direct et interrompent le processus interne. Mais nos collaborateurs expérimentés ont réussi à mettre en place une chaîne de processus efficace et à mener à bien cette commande à la satisfaction de notre client. » Klaus Struebel ajoute : « Notre client étant basé aux États-Unis, nous avons mis au point un système de gestion de projet complexe, comprenant des réunions hebdomadaires en ligne au cours desquelles nous discutons et contrôlons l’avancement des travaux, car Siemens voulait savoir précisément comment avançaient les travaux et si nous étions dans les temps. »

Chacun de ces carters à symétrie de rotation doit répondre à des exigences différentes et présente des dimensions et une géométrie variées.

Coûts ponctuels critiques

Le développement technologique était également soumis à des impératifs économiques. Après tout, Starrag ne souhaitait pas se contenter d’acquérir un savoir-faire. Les coûts ponctuels constituaient donc un facteur important, parmi lesquels figurait le dispositif de serrage. Stanislav Stankevich, ingénieur d’application senior, explique : « Au départ, nous avions prévu quatre dispositifs différents, mais cela aurait rendu le projet non rentable. C’est pourquoi nous avons mis au point un concept de serrage innovant et modulaire : un dispositif combiné qui nous permet de serrer les sept types de carters à l’aide d’un seul dispositif. » À cet effet, une matrice indiquant les positions de serrage pour chaque carter est imprimée sur la palette. Ce sont toujours les mêmes rainures, mais différents éléments de serrage verticaux standard qui sont utilisés. Cela permet à un opérateur expérimenté de reconfigurer le dispositif assez rapidement. D’autres développements internes ont été nécessaires pour garantir l’efficacité du processus d’usinage. Stanislav Stankevich, qui possède une grande expertise dans le domaine des carters, s’est chargé de la mise au point du processus et des outils, ainsi que de l’optimisation du dispositif. Il explique : « Afin de pouvoir percer et fraiser même dans les zones difficiles d’accès, nos spécialistes ont mis au point des têtes angulaires ultra-minces qui, grâce à une interface spéciale, offrent une rigidité particulièrement élevée et sont adaptées à l’usinage lourd. » Les fraises en carbure, développées et affûtées en interne, contribuent à optimiser les performances d’usinage, et d’autres outils, tels que les forets pour trous profonds et les fraises coniques pour usinage arrière, sont également issus du laboratoire d’idées de Starrag.

À la fin du processus de fabrication, chaque pièce est marquée d’un numéro de série conformément aux prescriptions. On procède au montage de boulons, de goupilles, de coulisseaux et de composants fournis par des sous-traitants. Le lot est ensuite placé dans un emballage réutilisable, celui-même dans lequel les ébauches ont été livrées. Ce lot de carters est ensuite expédié chez Siemens aux États-Unis, où la turbine est assemblée et testée.