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Essais & Simulations n°116

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Quels moyens d’essais pour les composites ?

Dossier

Dossier Essais composites Les filiales MPS/ORATECH sont spécialisées dans le domaine de la mécanique avec un parc machines d’usinage et de métrologie capable de prendre la gestion de projets composites des plus exigeants. Spécialisée en usinage 3 à 5 axes de petites à grandes dimensions et certifié ISO 9001 ainsi qu’EN 9100, le groupe EUROPE TECHNOLOGIES avec la complémentarité de ses filiales permet la fourniture de solutions globales. A l’aide des outils CAO et CFAO à leur disposition, de nombreux ingénieurs et techniciens conçoivent des outillages d’usinage, d’assemblage, de contrôle, de drapage et d’estampage composites ainsi que la programmation de pièces primaires. SONIMAT La soudure des thermoplastiques par ultrasons existe depuis plusieurs décennies et est largement utilisée et maîtrisée dans l’industrie de la plasturgie. Depuis plus de 10 ans Europe technologies à travers sa filiale Sonimat travaille sur des solutions d’assemblage de composites à matrice thermoplastique. Les premiers résultats bien qu’encourageants ont très vite fait apparaitre que le comportement à la sollicitation ultrasonore de ces matériaux était bien différent des polymères non renforcés. Généralités sur la soudure plastique La soudure de deux matériaux thermoplastiques est opérée par une interpénétration moléculaire des deux surfaces en contact à leur température de fusion. Lorsque l’on chauffe la surface du matériau, la stabilité des macromolécules est perturbée, les contorsions ainsi provoquées entrainent un désenchevêtrèrent de ces dernières libérant les extrémités de chaine en surface. (La reptation). Si un contact intime est réalisé entre deux pièces dans cet état, alors un mouillage s’opère entre elle créant les conditions d’une adhésion forte. L’apport d’énergie peut être obtenu par différentes méthodes que l’on peut regrouper en trois familles. La thermique par conduction ou convection. Le Rayonnement telles que les infrarouges, le laser ou encore l’induction. La Friction qui peut être rotative, vibratoire ou ultrasonore. La transmission énergétique par ultrasons est la plus rapide et permet de transférer l’énergie en même temps que la contrainte de liaison des deux faces. Les accélérations transmises au matériau par l’outil ultrasons (Sonotrode) participent également à l’enchevêtrement des molécules entre elles. Soudure des composites à matrice thermoplastique Dans le cas particulier de la soudure des composites à fibres continues et matrice thermoplastique, l’approche est bien particulière. En effet le réseau fibreux ordonné a un impact très particulier sur la diffusion de l’énergie calorifique au sein du composite et donc sur l’efficacité du procédé dans son ensemble. Dans le cadre d’un vaste programme de recherche, Sonimat a pu expérimenter de nombreuses combinaisons - géométrie de pièce / matériaux / paramètres de soudage - , en mesurer les niveaux de performances mécaniques dans le cadre d’essais de caractérisation menés en laboratoire. Et ainsi comprendre les lois de transfert d’énergie dans ces matériaux. Il en a résulté la mise au point d’algorithmes de régulation, qui sont aujourd’hui embarqués sur des moyens de production. Applications industrielles Les besoins sur les matériaux composites dans les industries Aéronau- Soudure carbone tique et automobile notamment sont nombreux. Renforcer des panneaux par la soudure de raidisseurs, renforcer des pièces par l’imbrication de tissus ou pièces métalliques, lier différentes couches entre elles pour constituer une pièce finie etc… La compréhension des phénomènes engendrés et la maîtrise acquise de ce process, permettent d’envisager la réalisation « One Shot » de pièces de grandes dimensions et/ou de géométries complexes. Les avantages tels que la réduction des temps de cycle, la diminution du nombre d’outillage ou le contrôle continu, permette d’aborder des marchés plus grande série y compris pièces de structure. Sonimat s’est forgé une expertise dans l’assemblage des thermoplastiques depuis plus de 20 ans. Cette compétence est articulé autour de différentes technologies qui sont parfois complémentaires pour les applicatifs les plus exigeants. Essais & Simulations • MARS 2014 • PAGE 50

Dossier Essais composites Recherche IRT Jules Verne : un levier pour la ré-industrialisation de la France En se positionnant sur les technologies avancées de production, l’Institut de Recherche Technologique Jules Verne améliore la compétitivité de filières industrielles majeures par des ruptures technologiques permettant d'affronter une concurrence mondiale exacerbée, et il contribue aussi à la naissance d’une industrie du futur, plus propre, plus sûre et plus attractive. Il est né en mars 2012 dans le cadre de l’appel à projet « Institut de recherche technologique » du Programme d’Investissement d’Avenir. L’IRT Jules Verne invente l’usine du futur L’IRT Jules Verne repose sur un collectif d’acteurs industriels et académiques engagé à long terme pour améliorer la compétitivité de l’industrie française. Il est positionné sur l’advanced manufacturing, domaine transversal clé, qui permet la production de produits de haute technologie, génère des techniques innovantes en production et créé les conditions pour inventer de nouveaux procédés et de nouvelles technologies pour la production de demain. Il s’adresse à 4 secteurs industriels clés - l’aéronautique, le naval, l’énergie, les transports terrestres - en s’appuyant sur une approche technologique mutualisée et sur la fertilisation entre les filières. Positionné sur la construction de briques technologiques génériques, il constitue le maillon entre la recherche académique et la recherche industrielle concurrentielle. Un centre de recherche industriel mutualisé La recherche de l’IRT Jules Verne se focalise sur des thèmes partagés entre acteurs industriels, appelant des débouchés sur les marchés à court et moyen termes. Cette approche mutualisée se traduit par une vision prospective collective, traduite dans une feuille de route stratégique et technologique co-construite, mise en œuvre via une organisation en mode projet et utilisant des moyens communs. Le cœur d’activité de l’IRT Jules Verne porte sur l’élaboration de briques technologiques génériques et multifilières sur les TRL intermédiaires (4 à 6 en privilégiant une approche globale mettant l’accent sur l’ensemble du cycle de production. Il ambitionne de devenir le centre français de recherche technologique de référence sur le manufacturing et de contribuer à la naissance d’une industrie du futur, plus propre, plus sûre et plus attractive. Ses 3 axes clés de recherche sont : • Conception intégrée produit/process • Procédés innovants • Systèmes de production flexibles et intelligents Cette recherche est pilotée et financée par l'IRT Jules Verne grâce aux contributions de ses membres industriels (apport de 50% avec de fléchage sur des projets) abondées par le programme d’Investissement d’Avenir. L’IRT détient la propriété intellectuelle des résultats. La valorisation des technologies se fait globalement dans une stratégie de fertilisation croisée entre filières industrielles. Les prises de décision d’exploitation sont prises par l’IRT en étroite collaboration avec ses membres en fonction de leurs enjeux stratégiques industriels. Dans la continuité du travail entamé par le Pôle EMC2, les PME sont une cible privilégiée de la valorisation et du transfert de technologies. Des plateformes technologiques au service des projets L’Institut de Recherche Technologique Jules Verne est implanté à Bouguenais, au sud de Nantes, à proximité immédiate des grandes infrastructures (périphérique, tramway, aéroport). L’objectif est de constituer un campus d’innovation, de recherche et de formation de haut niveau, visible et attractif, véritable vitrine des technologies avancées de production au plan national et international. Il rassemblera, sur un même site, activités de recherche, formation initiale et continue, transfert de technologies, accueil des entreprises, soit un ensemble d’environ 70 000 m2, ainsi que tous les services nécessaires. Les trois axes thématiques de recherche de l’IRT seront mis en œuvre sur des plateformes de recherche technologique et équipements situés à Bouguenais, ainsi que, pour des volets spécifiques, sur les sites secondaires de St-Nazaire et le Mans. Il s’appuie d’ores et déjà sur Technocampus Composites, dédié à la mise en œuvre des matériaux composites. La construction d’une plateforme tournée vers les matériaux métalliques et les filières navales et énergie, Technocampus Océan, vient tout juste d’être lancée. « Technocampus Océan sera l’une des plateformes majeures de l’IRT Jules Verne. Elle nous donnera les moyens de relever de nouveaux défis technologiques liés à l’usage des matériaux, notamment métalliques, comme par exemple développer de nouvelles méthodes d’assemblages et de transformation de pièces de grandes dimensions ou expérimenter la performance, la durabilité et la tenue de ces matériaux en conditions extrêmes. Elle nous permettra aussi de contribuer fortement au développement de la filière EMR, mais aussi de répondre aux enjeux de compétitivité de la filière navale via par exemple la conception de technologies de simulations numériques dédiées. Par ailleurs, la présence sur la plateforme d’une partie de nos membres industriels et académiques contribuera à une mise en réseau encore plus fine de nos équipes, et stimulera sans aucun doute l’émergence de nombreux projets », indique Stéphane Cassereau, Directeur Général de l’IRT. Un premier démonstrateur industriel opérationnel Essais & Simulations • MARS 2014 • PAGE 51

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