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R&D Ambition : résister aux conditions les plus difficiles

L'AERONAUTIQUE, L'AUTOMOBILE ET LE NAUTISME TIRENT INCONTESTABLEMENT LA R&D SUR LES COMPOSITES DANS LE BUT D'OPTIMISER LES MATERIAUX ET LES PROCEDES.
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L'aéronautique, l'automobile et le nautisme sont les secteurs qui investissement le plus dans la R&D sur les matériaux composites. Ces marchés ont chacun leurs motivations. L'aéronautique étudie ces matériaux pour des applications sous forme de grandes pièces jusque là réservées aux alliages métalliques légers. Dans l'automobile, les recherches visent l'amélioration des cycles de production et de l'état de surface des pièces. Tandis que le nautisme, qui a depuis longtemps recours à ces matériaux, tend à optimiser les caractéristiques des pièces par des procédés qui n'ont pas forcément besoin d'être très rapides.

L'aéronautique est certainement le secteur qui étudie le plus intensivement le potentiel des composites. La raison est claire: l'allègement autorisé par ces matériaux permet d'envisager des économies considérables de carburant. Latécoère illustre parfaitement cette tendance de fond. Le fabricant toulousain d'aérostructures a lancé en mars 2006 deux programmes sur l'allègement grâce aux composites.

D'un durée de trois ans et d'un budget de cinq millions d'euros, le projet Comdor vise à produire des portes en composite d'un seul tenant avec un maximum d'intégration de fonctions. Ce projet est mené dans le cadre du pôle de compétitivité à vocation mondiale « Aéronautique, espace et systèmes embarqués ».

Le second projet, pas encore baptisé, est largement aussi ambitieux puisqu'il vise la production de sous-ensembles complets de fuselage en carbone. Les recherches sur l'allègement grâce aux composites concernent aussi les autres avionneurs. Un vaste partenariat est par ailleurs en cours entre Boeing et l'université de Stanford (Palo Alto, Californie) sur cette thématique. L'utilisation de bandes de préimprégnés multicouches (constitués d'épaisseurs d'orientation de fibres de O, +45 et -45 °) est l'une des voies envisagées.

Chez Airbus, un programme est mené jusqu'à mi-2007 sur l'apport des nanomatériaux. Ce projet dénommé Intas étudie l'intérêt de nanotubes de carbone pour renforcer les propriétés mécaniques de structures en composite (permettant in fine de les alléger) mais aussi leurs propriétés électriques. A noter aussi qu'Airbus participe au projet Elico (porté par l'Ecoles des Mines d'Albi-Carmaux) sur l'élaboration de pièces structurales en composites par polymérisation en autoclave. L'objectif vise à piloter « intelligemment les autoclaves en tenant compte des grandes variations de forme et de géométrie des pièces et des inertie thermiques variables des outillages.

Toujours en aéronautique, d'autres recherches visent à améliorer le comportement mécanique des pièces composites. En effet, l'une de leurs limites par rapport aux métaux est leur très faible aptitude à la déformation. D'où l'intérêt des travaux menés au Cetim-Cermat (à Mulhouse), sur un composite capable d'autoréguler sa déformation. Son principe de fonctionnement est breveté.

«Il s'agit d'un profil aérodynamique dont l'âme est constituée de fibres de verre, d'aramide et de carbone pour plus de légèreté et de performances », explique Fabrice Laurent, responsable du pôle matériaux au Cetim-Cermat. Une couche active permet une déformation du bord de fuite et autorise la modification de l'aérodynamisme du profil. Grâce à un système d'asservissement incluent commande et capteurs, le profil adapte sa forme en fonction des conditions d'utilisation, comme la vitesse de vol ou de rotation. Outre l'application sous forme de bord de fuite, ce concept pourrait aussi convenir aux pales d'éoliennes, aux aubes de turbines, aux systèmes de verrouillage ou encore aux ailerons de F1.

L'automobile étudie aussi les composites avec l'objectif d'optimiser les délais de fabrication et la qualité des pièces. Par exemple, le département « technologie des polymères et composites » de l'Ecole des Mines de Douai a notamment collaboré avec Menzolit sur l'amélioration de l'état de surface des BMC. L'application visée, les dômes réflecteurs de phares automobiles, est en effet exigeante à cet égard. A l'Institut Fraunhofer ICT (Pfinztal, Allemagne), un procédé RTM a été conçu pour la production de pièces en polyamide 6 renforcé de fibres de carbone pour des applications de structure pour l'automobile.

Ces travaux sont réalisés avec Porsche sur de futures pièces devant résister au crash. La durée de polymérisation est comprise entre deux et cinq  minutes selon la taille de la pièce. D'autres travaux menés à l'Institut portent sur la technique SMC. Les chercheurs proposent une méthode continue où le dosage du polymère, l'intégration des fibres et le moulage par compression sont réalisés sur une ligne continue. Par rapport au SMC classique, les temps de cycles sont fortement réduits. Selon ses promoteurs, ce procédé donne accès à des pièces de classe A.

Des recherches sont aussi menées dans les domaines de la marine et du nautisme, où les composites présentent comme avantages la légèreté et la résistance à la corrosion. Des recherches sont en cours à l'Ensieta (Ecole nationale supérieure des ingénieurs des études et techniques d'armement) et l'Ecole des Mines de Saint-Etienne sur le comportement de structures en polyester/fibres de verre assemblées par la technique de re-stratification. Les chercheurs étudient en fait le point critique de cette technique. A savoir, la sensibilité du composite au stress mécanique pouvant conduire à la délamination et donc à la destruction pure et simple de la structure.

Enfin, dans le domaine du nautisme plus spécifiquement, l'Ecole des Mines de Douai a notamment collaboré avec Chomarat sur l'amélioration de l'architecture de renforts textiles pour optimiser l'écoulement de la résine.

Michel Le Toullec

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