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Essais & Simulations n°116

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Quels moyens d’essais pour les composites ?

Dossier

Dossier Essais composites le vieillissement (Paris) et la fatigue (Angers). Ainsi l’ENSAM peut répondre à des problèmatiques complexes en réunissant ses forces. Cette volonté de structuration évolue encore aujourd’hui puisque certaines thématiques fortes comme les matériaux composites et les polymères vont être organisées en Réseaux Nationaux de Connaissances. Thématiques développées au Campus d’Angers Les matériaux composites sont de plus en plus présents dans les structures industrielles et se développent fortement vers les pièces de structures y compris primaires. L’aéronautique est très en pointe dans le domaine et le transport terrestre s’y intéresse de près compte tenu des normes environnementales à venir. Il faut donc alléger les pièces industrielles et les matériaux composites sont de très bons candidats pour ce défi. La région Pays de la Loire est particulièrement présente dans ce secteur avec : i) des industriels de première importance : Airbus, Daher, STX, ii) des instituts renommés : l’IRT Jules Verne, le Technocampus, le CEM- CAT et iii) nombres d’académiques dont l’ENSAM. Plus localement Angers est reconnu pour ses compétences dans le végétal ce qui n’est pas neutre dans le choix des thématiques de l’équipe. Autant que possible les matériaux seront biosourcés (lin, chanvre, matrices issues de la biomasse). Plusieurs études (thèses, post-docs) ont déjà été menées par des membres du groupe « composites ». Les défis actuels sont donc surtout orientés vers des matériaux recyclables (matrices thermoplastiques) associés à des procédés rapides pour être compatibles avec le secteur automobile. Il faut par contre vérifier qu’ils présentent une durabilité compatible avec les exigences du secteur. Le Campus d’Angers abrite un seul laboratoire (LAMPA) dont une des trois équipe (PMD) à pour thématique principale l’étude des couplages entre les procédés et la durabilité. Le groupe composite s’est donc développé dans ce contexte en s’appuyant sur les sujets suivants : Etude sur l’emboutissage de tissus : Le choix de ce procédé a été dicté par le fait qu’il n’est pas ou peu étudié en région Pays de la Loire que cela soit à l’IRT Jules Verne, au Technocampus ou au CEMCAT. Par ailleurs cette technique a fait l’objet d’un premier développement au Campus d’Angers par le biais du projet « Défi composites ». Un dispositif astucieux conçu et réalisé en interne permet de chauffer (activation du poudrage thermoplastique) et refroidir le tissu très rapidement. Ce moyen est ensuite couplé à un système d’injection de résine (RTM). Etude de la durabilité de pièces composites Utilisant les compétences des chercheurs de l’équipe PMD plutôt spécialisés dans le domaine de la fatigue des métaux et alliages les pièces embouties seront ensuite étudiées en quasi-statique, fatigue et impact afin de pouvoir reproduire un profil de vie réaliste. La tolérance aux dommages pourra alors être établie. Cette thématique pourra par ailleurs être menée sur des pièces non embouties. Par contre, il est important de pouvoir aller vers l’étude de pièces. Cela se justifie aussi bien en raison de la nature des matériaux composites (matériaux dans l’éprouvette souvent différent de celui dans la pièce finale) que de l’intérêt industriel que cela revêt. Des collaborations avec d’autres Campus sont envisageables et le développement d’une plateforme d’essais est en cours à Angers. Développement de l’approche mécano-fiabiliste Sur le plan de la modélisation l’objectif est de considérer la variabilité des données du problème afin de proposer des probabilités de défaillance. Cette approche déjà bien implantée dans des secteurs industriels à risque (nucléaire, aéronautique, …) se retrouve aussi dans l’automobile d’où l’intérêt d’être aussi présent sur ce sujet afin de pouvoir proposer des études complètes. Certains membres de l’équipe PMD possède des compétences reconnues dans ce domaine que cela soit de la mécanique probabiliste des matériaux à la fiabilité des structures. Moyens Arts et Métiers ParisTech forme des ingénieurs technologues. En conséquence l’école possède de nombreux équipements de pointes qui sont mis à disposition des chercheurs ou sont propres au laboratoire. Il est également possible de développer des équipements complexes en interne grâce aux compétences techniques du personnel et des ateliers. Machines d’emboutissage de tissus: plusieurs dispositifs sont disponibles et permettent la réalisation de formes types (coin, equerre, …). Machines de fatigue : plusieurs machines sont disponibles dont une permet un chargement multiaxial (traction/compression – torsion et pression interne). Ses capacités ont été développées au départ pour les métaux mais elle est parfaitement adaptée à des structures composites tubulaires. Machines d’impact : une tour de chute et des barres de Hopkinson instrumentées sont disponibles au laboratoire. Dispositif d’expertise de la matière : microscopies optiques, électronique à balayage, rayons-X, … Essais & Simulations • MARS 2014 • PAGE 46

Dossier Essais composites Projets en cours Afin d’illustrer ces propos voici quelques exemples de projets en cours : • SOLLICITERN (financement FUI, 2 thèses). Projet en partenariat avec l’entreprise Hydrovide consistant à développer une citerne en matériaux composites. Les campus de Bordeaux et Lille seront sollicités. Une thèse portera sur l’optimisation du procédé d’enroulement filamentaire et une deuxième sur la durabilité des matériaux conçus dans le cadre de ce projet. Ces deux thèses sont portées par le campus d’Angers. • MATIERE (Projet Région, 1 thèse en coencadrement avec le LAUM et l’ESTACA), Ce projet implique de nombreux partenaires régionaux. Il est porté par l’INRA. L’objectif est développer une composite du type sandwich en biomatériaux pour répondre à des exigences environnementales. Le campus d’Angers aura en charge le comportement en fatigue des poutres sandwich. • EVEREST (Projet IRT Jules Verne, 1 thèse en cotutelle). Ce projet est en collaboration avec l’IFFSTAR, Aslthom, … Le projet se propose de développer un démonstrateur à base de matériaux aux très hautes performances du type composites à matrices polymères doublement renforcés par fibres continues et nanotubes de carbone (CNTs) intelligents. En effet, les nanotubes de carbone serviront autant pour renforcer mécaniquement que pour le contrôle de santé structurale. • Emboutissage de tissus (thèse agglomération de la ville d’Angers. Ce projet consiste à étudier l’influence du procédé (emboutissage) sur la tenue mécanique de pièces en matériaux composites. L’aspect biocomposite sera particulièrement regardé. Le campus d’Angers a développé de bonnes compétences dans l’emboutissage de tissus et le comportement en fatigue des matériaux. Une collaboration est en cours avec Polytech Orléans sur ce sujet. • FGV (ID4CAR, BPI France, 1 postdoc). Ce projet porté par Labbé (groupe GRUAU) regroupe plusieurs partenaires et l’objectif est de proposer de nouvelles solutions matériaux pour les panneaux des fourgons grand volume. Les propriétés mécaniques devront être validées d’où l’implication de l’ENSAM dans ce dossier. Focus entreprise Europe Technologies et les composites Europe technologies place l’innovation au cœur de sa stratégie. Ses compétences en Ingénierie, technologies et services permettent à ses trois départements de relever les défis industriels dans de nombreux secteurs parmi les plus exigeants. La forte implication Aéronautique de chacune des filiales du groupe a permis dès le début des années 2000 d’opérer un virage composites par la création d’un département spécifique. Membre du pôle EMC² et de l’IRT Jules Verne, la société n’a de cesse de développer ses savoir-faire au service des procédés d’avenir. Le groupe emploie aujourd’hui 250 personnes et réalise un chiffre d’affaires annuel de 40 millions d’euros. Implanté depuis 2004 à Carquefou et disposant de 4 sites de production en France, cette concentration d’ingénieurs et de techniciens consacre 10 à 15% de son chiffre d’affaires à l’innovation et à la R&D et ne cesse de s’étendre à l’international avec une filiale aux Etats-Unis et de nombreux partenariats et agents (Japon, Inde, Russie, Brésil, etc.) L’essentiel des clients d’Europe Technologies sont présents dans les domaines de l’aérien (Airbus, SNEC- MA), de la défense (DCNS) et du naval (STX, GTT) mais aussi dans l’automobile, l’agroalimentaire, le secteur médical et le sport. C’est donc à la demande de grands donneurs d’ordre comme Airbus, que le groupe décide de développer ce département composite. Sous l’impulsion du secteur aéronautique, le groupe connaît ainsi un véritable tournant à l’aube des années 2000. L’idée sous-jacente d’augmenter les performances des avions en réduisant leurs poids pousse les indus- Essais & Simulations • MARS 2014 • PAGE 47

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