Renforcement de préformes pour applications composites épaisses de forme complexe. – COMP3DRE

Les applications visées dans le cadre de ce programme sont dans le domaine de l’aéronautique, secteur pour lequel la tendance à concevoir des pièces plus légères, à rigidités maîtrisées grâce à l’apport des matériaux composites, s’est élargie des pièces de structures primaires aux pièces de structures secondaires et ce afin d’augmenter les gains en masse. Cependant cette utilisation accrue des matériaux composites doit être associée à une maîtrise des procédés de fabrications. Pour les structures aéronautiques primaires les matériaux les plus utilisés sont des stratifiés (drappés en
forme) dont les propriétés mécaniques sont caractérisées par de bonnes rigidités dans le plan mais de faibles propriétés hors-plan. Cette utilisation massive de stratifiés se justifie car les efforts sont majoritairement membranaires. Par contre la demande pour des pièces de formes complexes et épaisses est en constante augmentation. Or lors des phases de mise en œuvre, les nombreuses études recensent les défauts, étudiés expérimentalement ou numériquement : le cisaillement intra-pli qui génère des plis, le glissement inter-plis, la dé-cohésion de renforts, la génération de boucles et associée aux mécanismes d’imprégnation, les problématiques de flux transverse de résine sous les effets de la pression, mais
également de dé-consolidation des stratifiés lors de la montée en température, en thermoplastique. Ce projet se focalise sur ces applications multicouches, thermodurcissables ou thermoplastiques avec des solutions de renforcement par piquage entre les différents plis de préformes et ce afin de minimiser ces défauts lors des procédés d’élaboration. La présence de renforts dans l’épaisseur est traitée dans la littérature mais quant à son influence sur le comportement mécanique des composites élaborés à partir de ces préformes 3D, les potentialités pour minimiser les défauts lors des procédés d’élaboration des composites sont assez peu décrites. Les solutions innovantes de renforts entre les couches et développées dans ce programme s’appuient sur les technologies de piquage. Relativement à la couture utilisée pour les NCF, ce procédé ne nécessite un accès qu’à une des faces de l’empilement, par ailleurs il est industrialisable par le biais de tête de piquage automatisée. Ce programme couple des approches expérimentales et de simulations numériques et à pour finalité d'élaborer des démonstrateurs. Ce projet dédié aux matériaux composites renforcés par piquage et à la maitrise de leurs procédés d’élaboration, il s’inscrit par conséquent dans l’axe « Matériaux et Procédé », sur l’orientation « Conception de Matériaux Nouveaux » et s’appuie sur un financement de type Projet de Recherche Collaboratif avec des Entreprises (PRCE). Pour répondre à ce défi, ce projet regroupe 3 PME françaises complémentaires sur la chaîne de valeur des composites. Pour les fibres et renforts, Schappe Techniques, mais également en hybridant les technologies textiles, RT2I, pour concevoir des produits se différenciant de ceux du marché ou en fabricant et certifiant des matériaux composites thermodurcissables pour des applications spécifiques (spatiales, nucléaires), MECANO-ID. La société ESI, complète ce partenariat industriel pour les tâches de simulations des procédés de fabrication. Ce consortium industriel est associé à trois laboratoires académiques, le GEMTEX (EA n°2461 ENSAIT) pour le renforcement par piquage des préformes, le LAMCOS (UMR 5259 INSA Lyon-CNRS) pour son expertise sur le comportement et la modélisation des renforts pour la simulation des procédés et TPCIM (Mines de Douai, Armines) pour les travaux relatifs à l’influence du renforcement sur l’imprégnation de résine. En se concentrant sur la maîtrise des procédés de fabrications (qui représente 60% de la chaine de valeur du marché des matériaux composites), pour ses développements expérimentaux et numériques à finalités industrielles, ce projet s’inscrit dans le Défi « Stimuler le renouveau industriel ».