Brevet FR2498519A1 — publié le 19820730

La présente invention concerne la réalisation d'un miroir léger du type comportant l'association d'un substrat allégé avec au moins une plaque en matériau optique polissable, le substrat étant constitué par un ou plusieurs tubes creux. On connaît déjà des structures de ce genre dans lesquelles les tubes creux sont réalisés en verre ou matériau analogue. Les allègements accessibles par cette méthode sont limités, notamment dans le cas des grands miroirs, par la nécessité de conserver au substrat un module de cisaillement suffisamment élevé. La présente invention permet de réaliser des miroirs dont le module de cisaillement peut à densité constante être ajusté dans un certain intervalle de valeurs. On peut obtenir des allègements importants sous volume réduit, avec une résistance et une rigidité à la compression très élevées et un module de cisaillement approprié. Selon l'invention, un tube est réalisé à l'aide d'un matériau composite comprenant des fibres à haut module de rigidité noyées dans une substance d'imprégnation, l'angle que fait la direction générale des fibres avec l'axe du tube étant déterminé de manière à obtenir pour le substrat le module de cisaillement et la rigidité désirés. Ainsi, les fibres peuvent être orientées parallèlement ou perpendiculairement à l'axe du tube , elles peuvent aussi être orientées dans une direction faisant un angle + e avec l'axe du tube, celui-ci comportant un empilement de plis unidirectionnels faisant alterner les orientations+ e et - e. De préférence l'empilement est du type symétrique équilibré :(+ e, - e)nj s, où n prend des valeurs positives entières et où s désigne l'opération de symétrie. Ainsi pour n = 1, les orientations successives utilisées sont : + e, - e, - e, + e. Des blocs de mousse de verre peuvent être disposés à l'intérieur d'un tube, ce qui permet de diminuer l'épaisseur des parois de ce tube. Un miroir selon l'invention peut comporter une pluralité de tubes assemblés les uns aux autres. Les tubes peuvent présenter une section circulaire et être assemblés jointifs suivant les noeuds d'un réseau hexagonal ; ils peuvent encore présenter une section hexagonale et être assemblés jointifs pour former une configuration en nid d'abeille. L'orientation e des fibres des tubes d'un même miroir peut être identique pour tous les tubes. On peut également prévoir que cette orientation est variable d'un tube à l'autre en fonction des besoins mécaniques. Dans un mode de réalisation de l'invention, le substrat est fretté par un tube dont les fibres sont orientées perpendiculairement à l'axe du miroir. En général, un miroir comporte deux plaques de verre polissable disposées de part et d'autre du substrat allégé ; le matériau composite peut être constitué de fibres de carbone et d'une résine époxy. On peut également utiliser d'autres fibres à haut module de rigidité (fibres de KEVLAR, bore etc.) La description qui va suivre fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 sera une vue schématique d'un miroir léger réalisé selon l'invention. La figure 2 est une vue schématique en coupe, prise selon la ligne Il - Il de la figure 1, montrant un exemple d'assemblage des tubes creux. La figure 3 est une vue schématique illustrant le procédé de réalisation d'un tube creux selon l'invention. La figure 4 est une vue schématique partielle, illustrant un autre exemple d'assemblage des tubes creux. La figure 5 est une vue schématique d'un substrat allégé illustrant un autre mode de réalisation de l'invention. En regard des figures 1 et 2 on peut voir un miroir comportant deux plaques de verre polissable 1 et 2 situées de part et d'autre d'un substrat formé d'un assemblage de tubes creux 3 d'axes sensiblement perpendiculaires aux plaques 1 et 2. Dans cet exemple de réalisation les tubes 3 présentent une section circulaire et sont assemblés jointifs suivant les noeuds d'un réseau hexagonal compact. Les tubes sont assemblés par collage le long des génératrices de contact. De part et d'autre de cette structure, on vient rapporter les deux plaques 1 et 2 par collage. Il convient de mettre l'intérieur des tubes en communication avec l'ambiance, de manière à éviter, au moment d'une mise sous vide ou d'un étuvage, de contraindre les plaques 1 et 2 ou de nuire à la qualité de l'accrochage. A cet effet la plaque arrière 2, peut être percée de trous de faible diamètre convenablement disposés. On peut également, avant réalisation de l'assemblage des tubes, percer chaque tube en des endroits appropriés. Les tubes 3 sont réalisés en matériau composite comportant des fibres à haut module de rigidité et une substance d'imprégnation, par exemple composite fibre de carbone/résine époxy. La fibre de carbone étant essentiellement orthotrope on a intérêt à la disposer de telle sorte que la rigidité en compression soit maximum avec le module de cisaillement désiré. Chaque tube est constitué par un empilement de plis unidirectionnels orientés d'un angle e par rapport à l'axe du tube. Pour de faibles modules de cisaillement (environ 100 hbars) cet angle e peut généralement être nul, la résistance à la compression étant maximum. De tels tubes, en carbone pultrudé, peuvent être fabriqués sans problème ; l'imprégnation des fibres dans la matrice époxy et l'étirage de l'ensemble suivant un profil tubulaire peut être réalisé en continu selon les techniques connues. Avant de réaliser l'assemblage des tubes par collage, il convient de dégraisser les tubes, par exemple par une opération d'abrasion. Pour des modules de cisaillement plus élevés, (plus de 200 hbars), on doit en général donner à l'angle e une valeur non nulle. Le procédé de fabrication des tubes est illustré par la figure 3. On utilise par exemple des feuilles préimprégnées mises à dimension. Sur un mandrin métallique cylindrique de section circulaire 5, et suivant l'angle d'enroulement e désiré, on réalise un empilement de plis 6 unidirectionnels qui doit être, de préférence, symétrique et équilibré. Le caractère symétrique et équilibré qui suppose des arrangements du type t(+ e, - e) n) s est recherché dans le souci de minimiser les contraintes résiduelles induites au cours du refroidissement par les couplages flexion - torsion ;en effet la polymé risation ultérieure est effectuée à chaud. Avantageusement, cette polymérisa#ion est realisée selon la méthode de "moulage au sac" : la polymérisation thermique de la pièce s'effectue dans un sac étanche pompé en continu et soumis à une surpression extérieure d'environ 7 bars. Ceci permet en particulier d'éliminer les bulles de gaz éventuellement incluses dans le volume du composite. Le mandrin métallique 5 peut avoir une section circulaire (comme le montre la figure 3) mais d'autres formes sont possibles également, notamment triangulaires, carrés, hexagonales. A l'intérieur des tubes 3, des blocs 7 de mousse de verre peuvent être disposés entre les deux plaques 1 et 2, ce qui permet d'associer les avantages respectifs de la mousse de verre avec ceux des matériaux composites. La figure 4 illustre un exemple de réalisation dans lequel les tubes 3 en matériau composite ont une section hexagonale et sont assemblés par collage en nid d'abeille. Comme précédemment, des blocs 7 de mousse de verre sont disposés à l'intérieur des tubes. La figure 5 illustre une variante de réalisation de l'invention. Le substrat allégé qui peut par exemple être constitué par un bloc 70 de section circulaire en mousse de verre est fretté par un tube 30 creux en matériau composite, dont les fibres sont orientées perpendiculairement à l'axe du miroir. Les fibres, qui travaillent sensiblement en extension pure empêchent une dilatation importante du matériau interne (mousse de verre en l'occurence). L'invention peut s'appliquer notamment à la réalisation de miroirs légers utilisables en particulier dans les lunettes de tir, les réflecteurs laser, les systèmes de balayage infrarouge etc. REVENDICATIONS 10 Procédé de réalisation d'un miroir léger du type comportant l'association d'un substrat allégé avec au moins une plaque en matériau polissable, le substrat étant constitué par au moins un tube creux, caractérisé en ce que le tube est réalisé à l'aide d'un matériau composite comprenant des fibres à haut module de rigidité noyées dans une substance d'imprégnation, et que l'angle que fait la direction générale des fibres avec l'axe du tube est déterminé de manière à obtenir pour le substrat le module de cisaillement et la rigidité désirés. 20 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres d'un tube sont toutes orientées parallèlement à l'axe du tube. 30 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres d'un tube sont toutes orientées perpendiculairement à l'axe du tube. 40 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres d'un tube sont orientées dans une direction faisant un angle + e avec l'axe du tube, celui-ci comportant un empilement de plis unidirectionnels faisant alterner les orientations + e et - e. 50 Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les plis successifs sont empilés de manière à obtenir les orientations successives {(+ e, - e)nJ s. 60 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des blocs de mousse de verre sont disposés à l'intérieur d'un tube. 70 Miroir léger du type comportant l'association d'un substrat allégé avec au moins une plaque en matériau polissable, le substrat étant constitué par au moins un tube, caractérisé en ce qu'il est réalisé conformément au procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 80 Miroir selon la revendication 7 caractérisé en ce que le substrat comporte une pluralité de tubes creux assemblés les uns aux autres. 90 Miroir selon la revendication 8, caractérisé en ce que les tubes présentent une section circulaire et sont assemblés jointifs suivant les noeuds d'un réseau hexagonal. 100 Miroir selon la revendication 8, caractérisé en ce que les tubes présentent une section hexagonale et sont assemblés jointifs de manière à former une configuration en nid d'abeille. 110 Miroir selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'orientation e des fibres est variable d'un tube à l'autre. 120 Miroir selon la revendication 7, caractérisé en ce que le substrat est fretté par un tube dont les fibres sont orientées perpendiculairement à l'axe du miroir. 130 Miroir selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisé en ce que le matériau composite utilisé est constitué de fibres de carbone et d'une substance d'imprégnation en résine époxy. 145 Miroir selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte deux plaques en matériau polissable disposées de part et d'autre du substrat allégé.