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Essais & Simulations n°116

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Quels moyens d’essais pour les composites ?

Dossier

Dossier Essais composites de très faibles fractions massiques de nanotubes de carbone abaissait significativement la viscoélasticité des matrices polymères thermodurcissables. La possibilité de doublement renforcer les polymères thermodurcissables (par nanotubes et fibres continues en carbone) est donc entre-ouverte avec des propriétés de résistance à la fatigue améliorées comparativement à des matrices renforcées uniquement par fibres continues. Ainsi, des matrices polymères thermodurcissables mono (renforcées par fibres de carbone continues) et bi-renforcés (renforcées par fibres continues et nanotubes de carbone) élaborées sous des conditions identiques ont été testées en fatigue en flexion 3 points. Les résultats ont clairement montré que pour un nombre donné de cycles, la raideur résiduelle est significativement plus élevée pour le composite bi-renforcé (Figure 7). Quantitativement, les matériaux composites doublement renforcés sont de 20% plus résistants à la fatigue que leurs homologues renforcés uniquement par fibres continues en carbone et ceci constitue une avancée technologique très importante dans la mesure où ces matériaux ouvrent la voie à un large éventail d’applications industrielles de pointe, en particulier dans l’aéronautique et les énergies marines renouvelables. Parallèlement, ces matériaux doublement renforcés possèdent la capacité in-situ de suivi du contrôle de santé à travers l’utilisation des propriétés piézo-résistives des nanotubes de carbone. LANCEMENT DU GIS DURSI (2013) Les différentes avancées obtenues sur les matériaux composites intelligents, en plus du soutien précieux du Pôle EMC2 à l’échelle nationale et de certains partenaires internationaux (NIST, Université de Columbia, Federal Highway Administration, Université de Rutgers aux Etats-Unis) et le partenariat entre l’IFSTTAR, le LARMAUR (Université de Rennes 1), LIMATB (Université de Lorient), l’ENSAM-Angers a permis le montage d’un Groupement d’Intérêt Scientifique (GIS) dédié à la DURabilité des Structures en matériaux composites Intelligents (DURSI). Notons qu’au plan mondial, le domaine des matériaux composites intelligents sur lequel porte le GIS DURSI est jugé stratégique par les États-Unis, l’Allemagne et le Japon. Par ailleurs, les applications sous-tendues par ce GIS s’intègrent aux orientations relatives à la production d’énergie éolienne, aux transports (dont le domaine du ferroviaire) et viendra renforcer la visibilité nationale dans le domaine des matériaux de structures aux très hautes performances. Le GIS DURSI souhaite créer une articulation forte avec le monde industriel et produira également des recherches fondamentales. Il possède une capacité de 150 chercheurs et ingénieurs qui pourraient être mobilisée en cas de projets de recherche de grande envergure. Les industriels membres fondateurs des IRT Jules Verne et Railenium, spécialisés dans les procédés de fabrication ou utilisateurs de matériaux de structures, constituent autant de clients ou de fournisseurs pour le GIS DURSI. Ce qui renforcera la structuration nationale de la recherche et de l’innovation sur les matériaux à travers la consolidation de partenariats naissants de type public-privé. LANCEMENT DU PROJET EVEREST Un des premiers projets du GIS DUR- SI est EVEREST, financé à hauteur de 1,5M€, par l’IRT Jules Verne, ALSTOM et Europe Technologies. Ce 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 à travers des capteurs à base de matériaux nanorenforcés conducteurs. L’objectif du Projet Everest est triple. Il s’agit d’abord d’améliorer les propriétés mécaniques des structures de larges dimensions fabriquées en matériaux composites par adjonction de nanotubes de carbone, de doter ces structures de larges dimensions de solutions robustes et fiables de monitoring en temps réel intégrant des capteurs (en fibres optiques, ultrasoniques ou encore à base de nano-composites) insérés à cœur et/ou collés, en vue d’une maintenance prédictive optimisée et enfin de contribuer à la fertilisation technologique croisée inter-filières par le développement de technologies SHM transposables à d’autres filières industrielles. Monssef Drissi-Habti, PRES LUNAM, IFSTTAR, CS4 Route de Bouaye, 443444 Bouguenais Essais & Simulations • MARS 2014 • PAGE 58

Dossier Essais composites Technologies R&D d’ALSTOM dans le domaine des composites pour les EMR Le groupe Alstom est un des leaders mondiaux de la production d’énergie, très impliqué dans les énergies renouvelables. Les différentes énergies dans lesquelles Alstom est actif en sont toutes à des stades de maturité technologique et industrielle différents. Trois technologies clefs sont à prendre en considération : l’hydroélectrique, l’éolien offshore, ainsi que l’hydrolien. La filière industrielle française de l’éolien offshore s’est engagée dans une voie positive, puisque grâce à l’appel d’offres qui avait été lancé par le gouvernement précédent, Alstom participe avec le consortium EDF-EN à l’élaboration de 3 parcs éoliens en mer, pour un total de 240 éoliennes avec de la création d’emplois à la clef. Alstom érigera quatre usines sur le territoire français, deux à Saint-Nazaire pour construire la nacelle et l’alternateur (cœur névralgique de la turbine), deux à Cherbourg pour construire les pales et les mâts. Une vraie dynamique s’est installée avec les filières industrielles existantes en Pays de Loire (Figure 1). D’autres filières d’énergies marines, renouvelables notamment l’éolien flottant et l’hydrolien sont également en développement avancé. Il s’agit de produire de l’énergie dans un environnement marin intrinsèquement hostile. Les technologies dont il est question relèvent de grands enjeux industriels. La robustesse des sous-systèmes (pâles) et la rationalisation des activités d’opérations et maintenance (très coûteux en milieu marin) sont très importants. Dans ce contexte, le développement de matériaux composites intelligents et capteurs innovants à meilleure intégrité. Ce sont des étapes inhérentes et inéluctables à la rationalisation et la stabilisation des activités d’opérations et maintenance. Par ailleurs, le groupe Alstom s’appuie sur un développement récent en Pays De Loire d’un démonstrateur échelle 1 d’Haliade 150 (Figure 2), éolienne de 6 MW de puissance et de 150m de diamètre installé en mars 2012. Ce démonstrateur a été la première pierre de développement technologique et une première étape de validation technique des défis technologiques de l’éolien offshore, avec la concomitance de ressources tests et validation autant sur la partie fonctionnelle du traitement du signal, que les matériaux intelligents. Un 2ème prototype a été installé en mer fin 2013. Un centre d’ingénierie en Pays de Loire (+170 ingénieurs à horizon 2017 Projet Le Carnet – dont un département opérations et maintenance) regrouperont toutes les compétences techniques, industrielles, et exécution projets offshore. Un plan industriel d’envergure a été lancé en France avec 2 usines à Montoir De Bretagne (nacelles et générateurs), près de Nantes et 2 usines à Cherbourg (pâles et mâts). Le développement par ALSTOM WIND d’une turbine innovante dédiée à l’éolien en mer repose sur ses 30 années d’expérience dans l’éolien, ses liens avec ALSTOM GRID (postes électriques dans l’éolien en mer) et ses divers partenariats avec les entreprises et instituts de recherches (Garrad Hassan, DNV, MIT, ECN le centre de re- Essais & Simulations • MARS 2014 • PAGE 59

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