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Composites multifonctionnels


Les matériaux composites sont employés principalement pour leurs avantages structuraux : légèreté, rigidité, résistance. Leur nature même, qui offre aux concepteurs une grande liberté dans le choix et la disposition des constituants, est propice à l’ajout de fonctions.

Composites Manufacturing Magazine détaille les deux fonctions les plus prometteuses.

Composites auto‐cicatrisants

Les premières recherches sur les composites auto‐cicatrisants utilisaient des microcapsules qui s’ouvraient et libéraient de la résine lorsqu’une fissure les traversait. La résine libérée polymérisait et consolidait la zone endommagée. Cependant, les capacités de réparation sont alors limitées au fluide contenu dans la capsule.

Des travaux plus récents cherchent à imiter le réseau vasculaire du corps humain, qui transporte à la demande le fluide réparateur jusqu’à la zone blessée. Un matériau plastique est inclus dans la résine thermodurcissable du composite. Après polymérisation, le matériau est chauffé pour sublimer le plastique, qui laisse la place à un réseau de canaux. Cette technique permet de réparer des zones plus grandes que les capsules, à plusieurs reprises.

Le réseau de canaux ainsi créé pourrait aussi être utilisé pour d’autres fonctions : faire circuler un liquide de refroidissement, ou un colorant qui rendrait visible une dégradation en débouchant sur la surface extérieure de la pièce.

Composites conducteurs

Si l’auto-réparabilité est encore dans les laboratoires de recherche, plusieurs industriels se sont emparés d’une autre fonction : la conductivité électrique.

La société Conductive Composites a mis au point un procédé de dépôt de nickel en phase vapeur sur des mèches carbone ou aramide. Le dépôt de nickel augmente légèrement la fragilité et la densité des fibres. En contrepartie, celles‐ci peuvent être utilisées pour réaliser des cages de Faraday légères, ou des boîtiers blindés contre les interférences électromagnétiques. L’application des fibres métallisées aux antennes est à l’étude.

L’entreprise Technical Fibre Products (TFP) est spécialisée dans les voiles et mats intissés fonctionnels : conduction électrique, blindage aux ondes électromagnétiques ou résistance au feu. Cette dernière fonction est cruciale pour l’application des composites structuraux au secteur du bâtiment. Un des produits de TFP est un matériau intumescent qui gonfle lorsqu’il est exposé à plus de 190°C, fournissant une barrière qui isole de la chaleur le reste de la structure composite. TFP cherche à rendre ce produit conducteur, pour pouvoir activer l’intumescence par un signal électrique, avant l’arrivée du feu.

Quant aux nanotubes de carbone utilisés par la start‐up N12 Technologies pour renforcer la cohésion entre les plis des stratifiés, ils sont aussi conducteurs électriques et thermiques. Les applications incluent le blindage et le dégivrage.

Concevoir et fabriquer des composites multifonctionnels

A l’échelle d’une pièce ou d’un sous‐ensemble, l’ajout d’une fonction s’obtient au détriment des autres performances, au minimum la masse, le coût, et souvent la tenue mécanique. Le bilan doit être effectué au niveau du système, sur l’ensemble de son cycle de vie. Par exemple, une structure capable de s’auto-réparer n’a plus besoin d’être surdimensionnée ; une paroi composite conductrice permet d’économiser le blindage aux ondes électromagnétiques des équipements qu’elle protège.

Enfin, pour que leur usage se généralise, les composites multifonctionnels devront s’insérer aussi discrètement que possible dans les procédés de fabrication existants.

Un secteur pilote pour les composites multifonctionnels : les drones

Composites World traite également le sujet des composites multifonctionnels, sous l’angle de leur application aux drones. Dans ce secteur, les contraintes de masse et de volume incitent à limiter le nombre d’équipements et à déporter des fonctions vers les structures (fuselage et voilure). Les drones étant moins complexes que les avions par exemple, il est relativement facile d’identifier le compromis optimum vis‐à‐vis d’un critère unique, comme le temps de vol.

Les fonctions étudiées sont l’auto-réparabilité, l’adaptation des formes aérodynamiques aux conditions de vol – en association avec des matériaux à mémoire de forme – et la gestion de l’énergie.

 

Sources :

Multifunctional Composites, Mary Lou Jay, Manufacturing Magazine, 2 novembre 2015

Multifunctional Composites : past, present and future, Ginger Gardiner, Composites World, 1er novembre 2015

Crédit photo : N12 Technologies


A propos de Magalie Castaing

Après 10 ans d’ingénierie mécanique dans le secteur de la défense, j’ai créé une entreprise de développement web : Kasutan. Le Journal du composite est l’intersection de mes différents métiers : ingénierie, langues et internet.