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Essais & Simulations n°116

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Quels moyens d’essais pour les composites ?

L’interview Interview

L’interview Interview Les Pays de la Loire, le terreau français de l’industrie des matériaux composites Directeur du laboratoire MACSI (composante du Département Cosys – IFSTTAR), Monssef Drissi-Habti revient sur les compétences de son laboratoire nantais mais aussi sur un savoir-faire unique en France dans le domaine des matériaux composites. >> Monssef Drissi Habti Directeur du laboratoire MACSI (Département Composants et Systèmes (COSYS) – IFSTTAR) Essais & Simulations Quelle place occupe, selon vous, la France et plus particulièrement la région des Pays de la Loire dans le développement des matériaux composites ? Monssef Drissi-Habti Il existe en France un environnement très favorable au développement des matériaux composites. Il s’agit aujourd’hui d’un véritable défi national qui fait des matériaux composites une priorité et un axe stratégique de croissance. Concernant les Pays de la Loire, on peut sans rougir dire qu’il s’agit d’une terre qui a connu une montée spectaculaire des composites ces dernières années avec notamment Airbus pour l’aéronautique mais aussi le naval, l’énergie et les transports terrestres. À cela s’ajoute la présence du Pôle EMC2 qui fait en sorte que les nombreux projets lancés aux niveaux national et européen se concrétisent en mettant en scène les acteurs de l’innovation des composites sur le territoire. A cet égard, il convient de se féliciter du choix politique et stratégique de mise en place des pôles de compétitivité pour leurs rôles essentiels de gestation de projets. Enfin, l’IRT Jules Vernes se présente comme le parachèvement de toutes ces années de recherche en dotant à la région des structures concrètes de création de valeur ajoutée mais également de maind’œuvre qualifiée. Sur quels types de matériaux travaille-t-on, ici, en Pays de la Loire ? C’est un peu complexe. Pour bien comprendre, il faut remonter dans le temps : Airbus s’est imposé depuis plusieurs années comme un chef de file dans l’innovation sur les composites. C’est important de noter tout d’abord qu’industriellement, les fibres de renforcement sont au cœur de l’industrie composite. Celles aux très hautes performances (céramiques et graphie, en particulier) ne sont fabriquées à l’échelle industrielle qu’au Japon et de ce fait, ce pays s’est installé depuis de nombreuses années dans une position très confortable pour les applications aérospatiales des matériaux composites. Le Japon se distingue également par plusieurs de ses entreprises (Mitsubishi Chemical, Toray …) qui fabriquent plusieurs types de fibre de carbone pour différents températures d’applications industrielles. D’autres types de fibres de synthèse existent (verre, Kevlar, polymère …) ainsi que des fibres naturelles (lin, chanvre …) et leur industrialisation est par contre disséminée sur plusieurs régions du monde (Europe, Etats-Unis et Asie). En Région Pays de La Loire, les applications industrielles relèvent de 4 axes de développement industriel, à savoir l’aéronautique, le naval, l’énergie et les transports terrestres. Les recherches ont pour finalité la mise en place de façon automatisée et très fiable de pièces de grandes dimensions. La recherche est donc déclinée en un panel de domaines de réflexion complémentaire allant du procédé de fabrication en laboratoire jusqu’au transfert de technologie vers des industries, en passant par les caractérisations chimiques, physico-chimiques, thermiques, mécaniques, modélisations analogiques et numériques, robotisation … Il convient de préciser que les procédés de fabrication en Région PDL sont essentiellement des industries de transformation fondées sur des fibres de renforcement (synthétiques ou naturelles) et des résines de synthèse et/ ou biosourcées. Pourquoi ces matériaux en particulier ? Pour beaucoup de raisons, la plus grande résistance à la corrosion et le meilleur rapport rigidité/masse en comparaison aux aciers, la possibilité de fabriquer et mettre en forme en une seule étape … Il est également possible de les recycler et d’en récupérer les fibres de renfort quand ceci est technologiquement challengeant. Les matériaux composites sont très intéressants pour l’aéronautique pour les pièces de fuselage de la partie centrale des appareils. Mais ces matériaux intéressent aussi beaucoup le secteur du naval, du ferroviaire, qu’il s’agisse des trains à grande vitesse, des métros et des tramways, sans oublier le secteur automobile, l’éolien et l’hydrolien, les sports (Tennis, Golf, Formule 1 …) et les applications pour des produits destinés au grand public (électroménager, en particulier). Désormais, après plusieurs années de recherche, des efforts considérables ont été réalisés pour l’industrialisation des procédés, la répétabilité des performances et le zéro défaut. Essais & Simulations • MARS 2014 • PAGE 42

L’interview Quelles sont les activités de votre laboratoire ? Le Laboratoire MACSI (Matériaux, Assemblages, Composites pour des Structures Instrumentées) propose aux partenaires industriels et académiques de développer des partenariats public-privé sur les matériaux composites de structure intégrant des capteurs pour suivre en continu l’état structural des pièces. On développe des modélisations analytique et numérique de la durabilité du matériau, appelé matériau composite intelligent. Ces études sont menées dans des environnements d’essais divers, aux températures hautes et basses. Ces recherches ont été particulièrement mises en évidence par la mise en place par l’IFSTTAR du Projet FUI national DECID2 et sa réalisation avec l’aide de partenaires académiques et privés (ETPO, DFC, IDIL, IXFIBER, CETIM, SYNERVIA, Le GeM de l’Université de Nantes et le Larmaur de l’Université de Nantes). Il s’agit de deux plateformes de démonstration de 20m x 3,5m installées sur les sites d’IFST- TAR Centre de Nantes et du Technocampus EMC2. Fort de cette expérience sur cette thématique devenue importante et fortement soutenue par le Pôle EMC2, l’IFSTTAR a créé avec l’aide du LIMATB de l’Université de Lorient, le LARMAUR de l’Université de Rennes1, l’ENSAM-Angers le Groupement d’Intérêt Scientifique (GIS) DU- Rabilité des Structures en matériaux composites Intelligents (DURSI) qui constitue une force de frappe de 15 ingénieurs et chercheurs. Afin de démontrer la pertinence industrielle des matériaux composites intelligents, Alstom et Europe Technologies viennent de monter avec le GIS DURSI le Projet EVEREST qui réalisera une pâle d’éolienne en matériaux composites renforcés par fibres continues et nanotubes de carbone, dotée de capteurs de santé structurale intégrés à cœur. Quels sont les besoins des industriels en la matière ? Les industriels expriment des besoins variables liés généralement aux mutations des matériaux métalliques vers les composites, aux procédés de fabrication, à la durabilité et plus récemment au développement durable et à l’utilisation des biomatériaux et enfin au recyclage. Il est donc essentiel d’avoir déjà une idée de la durabilité acceptable et de l’utilisation précise des matériaux, ainsi que des moyens d’en optimiser les usages en regards des préoccupations liées au développement durable. C’est pourquoi nous allions la culture des matériaux composites aux essais en fatigue et de fluage afin de prévoir au mieux la durabilité des matériaux pour des utilisations bien spécifiques. Nos moyens et les importants travaux qui ont été réalisés durant quarante ans dans le domaine nous permettent aujourd’hui d’adopter une approche de simulation des matériaux certes probabiliste mais fiable ; on n’avance plus vers l’inconnu mais dans un tunnel éclairé. Ceci est largement catalysé par la force de frappe complémentaire en moyens humains et matériels fourni par le GIS DURSI. Quelles opérations d’essais leur proposez-vous ? Grâce aux partenaires du GIS DUR- SI, nous pouvons travailler sur des procédés d’élaboration, des essais de caractérisations de tous genres, des essais statiques et de fatigue pour étudier le développement de l’endommagement des matériaux composites et des capteurs intégrés ainsi que des essais de fluage. Nous avons aussi la possibilité de pratiquer des essais de micro-indentation instrumentés pour décrire l’état de surface et définir sa dureté. Nous sommes également capables de suivre les mesures de signaux des capteurs en fibre optique et des signaux électriques de très faibles amplitudes provenant de capteurs nano-composites conducteurs. Les modélisations analytiques et numériques multi-échelles que nous développons ont pour but de décrire de façon précise les matériaux étudiés afin d’en sortir des données exploitables par les industriels. Comment ont évolué vos moyens d’essais ? De manière spectaculaire. Nous avons acquis de nombreux moyens d’essais nous permettant par exemple de procéder à la régulation automatique de nos machines ou encore d’acquérir des moyens de suivi de déformation. La grande évolution technique réside avant tout dans les progrès informatiques et l’automatisation des opérations, à l’exemple des essais de fatigue qui, il y a vingt ans, nécessitaient encore de prendre des données pour les vérifier à la main. Aujourd’hui, tout est automatisé. Quelle place occupe la simulation numérique dans vos opérations d’essais ? La science des matériaux est, par nature, empirique. Nous devons donc utiliser la simulation uniquement lorsque l’on en a besoin. Il en est de même pour les essais. L’erreur à ne pas commettre est en effet de croire que la simulation va nous révéler une application pour un matériau donné. Car lorsqu’un procédé contient un défaut, la simulation n’y peut rien. En revanche, pour des questions de précision, la simulation est un outil formidable car elle peut prévoir toutes les possibilités des matériaux choisis avant de faire une validation par l’essai. L’idée est de toujours adopter une approche duale. Par ailleurs, à l’échelle des nanotechnologies, pour des essais sur les nano-composites par exemple, nous sommes obligés de faire appel à la simulation, tout comme dans certaines applications à la demande, sur des éoliennes off-shore notamment. Propos recueillis par Olivier Guillon Essais & Simulations • MARS 2014 • PAGE 43

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