Mécanique des composites
Mise en œuvre, procédés
Trois opérations sont indispensables :
- Imprégnation du renfort par le système résineux.
- Mise en forme à la géométrie de la pièce.
- Durcissement du système
- soit par polycondensation et réticulation pour les matrices thermodurcissables,
- soit par simple refroidissement pour les matières thermoplastiques.
Il existe différentes techniques mais la plus utilisée est par moulage.
Limitation : taille des pièce = taille des moules
Les procédés les plus importants sont :
- Moulage au contact : technologie de réalisation de pièces prototypes ou de simulation. Le principe consiste à imprégner manuellement les renforts disposés dans un moule. C’est peu onéreux et des pièces de formes quelconques peuvent être réalisées mais cadence très faible.
- Moulage par projection simultanée : technologie similaire mais les fibres coupées sont projetées au pistolet.
- Injection thermodurcissable BMC (Bulk Molding Compound ou préimprégné en vrac). Procédé discontinu haute pression (100 bars). Alimentation et dosage du Compound, Injection-pression, maintien et polymérisation, puis éjection. Les avantages sont : réalisation de grande série, faible coût matière, peu de finition, temps de cycle. Les limites sont : le taux et la longueur des renforts et les propriétés mécaniques du composite obtenu.
- Compression thermodurcissable SMC (Sheet Molding Compound ou préimprégnés en feuilles. Le principe consiste à déposer des feuilles de préimprégnés dans un contre moule chauffé, de comprimer le matériau avec un moule chauffé, polymérisation puis éjection de la pièce. Avantages : coût matière, propriétés mécaniques et thermiques. Les limites sont l’aspect, le dimensionnement des presses et la finition.
- Pultrusion : Utilisation pour les composites hautes performances industrielles. Le principe est : tirage, mise en forme et polymérisation de fibres continues imprégnées. Les avantages sont la production en continue, possibilité de réaliser des sections très complexes, et d’avoir un taux de renfort élevé. Les limites sont la lenteur du procédé, uniquement des profilés droits à section constante.
- Enroulement filamentaire (ou bobinage) : technologie pour les HP. Le principe consiste en un enroulement sous tension sur un mandrin tournant autour de son axe de fibres continues préalablement imprégnées d’un liant. Les avantages sont la disposition optimale des renforts, les très bonnes propriétés mécaniques, possibilité de réaliser des pièces de grandes dimensions avec des surfaces internes lisses. Les limites sont que formes uniquement convexes et investissements importants.
Il existe d’autres procédés : drapage en autoclave, centrifugation, stratification en continu, thermoformage sous vide, estampage…
Contrôle des structures composites
Radiographie X (méthode directe)
- Méthode frontale : non destructive, contrôle de répartition des fibres, parasites inclusions. On ne voit pas le délaminage.
- Méthode transversale : destructive, rhéologie des écoulements dans l’empreinte de l’outillage.
- Visualisation de l’endommagement : observation fine : substance absorbante diffusée dans le matériau.
Tetrabromoéthane 
Iodure de Zinc en solution eau/alcool isopropylique
Très fort coefficient d’étalement microfissure mais pas délaminage.
Deux photos sous deux angles différents vision en relief : distinguer chaque pli.
Thermographie infrarouge (indirecte) :
Permet d’obtenir une cartographie thermique du composite. Les échauffements locaux sont reliés à la densité d’endommagement. Méthode plus qualitative que quantitative.
Exemple d’utilisation : suivi d’endommagement en essai de fatigue, de rupture progressive autour d’un trou, influence de la séquence d’empilement.
Emission acoustique (indirecte) :
Rupture (fibre, matrice, interfaces) ondes de contraintes, bruit Capteurs (50-500kHz).
Méthode pour le suivi d’endommagement en cours d’essai.
Problèmes : interprétation ?
Comptage : nombre de signaux > seuil
- Couplage distance du signal-capteur
- Amplitude du signal/nature de la rupture
- Effet Kaiser - Rapport Felicity.
Méthode de contrôle pour béton (barrage)
Méthode d’essai.
Echographie ultrasonore (indirecte) :
Principe : interaction Matière - Onde sonore.
Par contact : 
Par immersion : 
Propriétés : détecte les délaminages, porosités, les défauts perpendiculaires au faisceau ultrasonore.
Paramètres : vitesse de l’onde, atténuation, phase, spectre.
Application courante : aéronautique et spatial.
Holographie - Moiré :
Principe : La présence d’un défaut ou d’un délaminage entraîne une large déformation de la surface du matériau. Ces deux méthodes sont des méthodes optiques avec lesquelles sont visualisées le déplacement, espacement de franges, d’interférences.
Fractographie :
Analyse des surfaces de rupture à postériori (M.E.B.)
Expertise (méthodes très courantes pour les métaux). Pour les composites : pas très net, du à la diversité des constituants, anisotropie, taux de fibre…
Beaucoup plus difficile.
Il existe beaucoup d’autres méthodes : courant de Foucault, potentiométrie, tomographie X…
Nadia Bahlouli, ULP - IPST - IMFS
