Brevet FR2685250A1 — publié le 19930625

Procédé d'incorporation d'un élément de réchauffage dans une structure en matériau composite. L'invention concerne des structures en matériau composite obtenues par l'assemblage de pièces élémentaires et présentant une grande stabilité dimensionnelle, qui sont utilisées notamment pour réaliser des satellites, et elle se rapporte plus précisément à un procédé pour incorporer dans ces pièces élémentaires les éléments de réchauffage destinés à assurer leur régulation thermique. Dans ce domaine technique que constitue la fabrication de structures de satellites en matériau composite, il est impératif de prévoir une sérieuse régulation thermique des éléments constitutifs de la structure, en les équipant aussi bien de caloducs de refroidissement, que de réchauffeurs judicieusement répartis sur l'ensemble On sait en effet que selon leur position, au soleil ou à l'ombre, les pièces élémentaires sont soumises à des variations très importantes de température pouvant entraîner, malgré le choix de matériaux appropriés, des dilatations qui, même si elles sont minimes, peuvent rendre inopérants les appareils de visée et de transmission du satellite Une solution connue consiste à coller sur les pièces élémentaires de la structure un réchauffeur essentiellement constitué d'une résistance chauffante, par exemple un circuit imprimé rapporté sur une bande en matière plastique Cette technique rejoint une technique connue et utilisée en aéronautique pour assurer le dégivrage du fuselage ou de la voilure d'un aéronef, consistant à mettre en place une structure composite à fibres conductrices de courant sur les zones critiques à dégivrer comme le décrit notamment le FR-A 2 356 336 L'alimentation en courant électrique devant parcourir les fibres est réalisée par la connexion de fils à un cadre métallique rapporté au bord du panneau et maintenu au contact des fibres, ou à un dépôt métallique, réalisé par vaporisation ou par voie électrolytique, aux extrémités du panneau contenant les fibres Outre l'inconvénient d'être de montage et d'agencement complexes, ces dispositifs présentent un défaut majeur en ce qui concerne les contacts électriques nécessaires entre les fibres et les fils d'alimentation du fait de la fragilité des collages de la liaison électrique Par ailleurs, les surépaisseurs qui existent aux endroits des connexions électriques sont préjudiciables au respect du profil aérodynamique de la voilure et constituent une gêne à la mise en place correcte des structures de blindage et de protection des bords d'attaque contre les chocs et l'érosion. On connaît par le FR-A 2 578 377 au nom de la Demanderesse, un dispositif de dégivrage qui évite ces inconvénients, dispositif selon lequel les fibres conductrices sont des fibres de carbone se présentant sous la forme d'au moins un ruban dans lequel les fibres sont orientées longitudinalement, ruban préimprégné de résine et dont au moins une extrémité est assujettie dans un élément tubulaire déformable à mailles métalliques assurant la liaison électrique par contact avec ledit ruban et par soudure ou sertissage avec le fil d'alimentation correspondant. Mais dans le domaine de la réalisation de pièces élémentaires en matériau composite destinées à former la structure porteuse d'un satellite, qui doivent toutes être équipées d'un réchauffeur, l'adjonction sur chacun d'un ruban et d'un élément tubulaire apparaît impossible. On connait aussi, notamment par le FR-A 2 339 314, des papiers chauffants conducteurs qui incorporent des conducteurs parallèles au sens de fabrication du papier, et par le FR-A 2 233 487 ou le FR-A 1 533 941 des vitres chauffantes pour automobile ou des panneaux stratifiés équipés de fils résistants incorporés, mais ces techniques de fabrication s'avèrent bien évidemment inapplicables pour réaliser une structure porteuse de satellite. Pour le moment, l'adjonction d'un réchauffeur à une pièce composite nécessite le nettoyage préalable de ladite pièce et parallèlement la préparation de l'état de surface du réchauffeur, puis le masquage du support recevant le réchauffeur suivi de l'enduction de colle et de l'assemblage des éléments entre eux Enfin après la polymérisation de la colle, il faut assurer le démasquage, et nettoyer les zones de collage avant de fixer les câbles de connexion, par exemple à l'aide de colliers Le collage ainsi réalisé doit être parfait, d'une part pour assurer un contact thermique correct et régulier avec le support, d'autre part pour éviter les risques d'arrachage ou d'accrochage des coins du réchauffeur au cours de ses diverses manipulations, et ne pas non plus laisser de bulles d'air emprisonnées sous le réchauffeur, qui éclateraient dans l'espace t Cette technique de fabrication n'est donc pas exempte d'inconvénients En outre elle requière le passage de chaque pièce élémentaire dans au moins deux ateliers ou zones de fabrication, d'abord pour réaliser la pièce de base selon l'un ou l'autre de procédés connus, par enroulement filamentaire, drappage de bandes etc, puis pour y rajouter l'élément de réchauffage Ces opérations qui ne relèvent pas des mêmes techniques et des mêmes spécialistes s'effectuent donc l'une après l'autre et multiplient par deux le temps de réalisation et les risques de pollution ce qui impose de prendre des précautions contraignantes de propreté. Soucieuse d'éviter ces inconvénients, la Demanderesse s'est donc attachée à la mise au point d'un procédé qui puisse diminuer la durée du cycle de réalisation du produit ainsi que le coût de fabrication, tout en augmentant la fiabilité du produit, et en permettant de surcroît une certaine souplesse dans la logique de conception du contrôle thermique du satellite, grâce à une standardisation des éléments de réchauffage utilisables, et à une plus grande flexibilité dans la réalisation des puissances demandées. Un objet principal de la présente invention consiste donc en un procédé d'incorporation d'un élément de réchauffage dans une structure en matériau composite formée d'un assemblage de pièces élémentaires réalisées chacune par drappage de bandes composites puis équipées d'au moins un réchauffeur, procédé qui consiste à déposer sur une pièce élémentaire, sur la dernière bande de matériau composite avant son drappage sur un mandrin, au moins un ruban plastique sur lequel a été préalablement rapporté un circuit imprimé formant la résistance du réchauffeur de telle sorte que ledit ruban se trouve au moulage à l'extérieur de la pièce élémentaire et s'intègre dans la dernière bande sans former de proéminence. Selon une caractéristique préférentielle de l'invention on dépose sur une pièce élémentaire, sur la dernière bande, une pluralité de réchauffeurs répartis en quinconce pour couvrir toute la surface périphérique de la pièce finie Les câbles d'alimentation électrique sont soudés aux rubans réchauffeurs des pièces élémentaires finies. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre d'une forme de réalisation faisant référence aux dessins annexés qui représentent: Figure 1 une vue schématique en perspective du drappage de bandes sur un mandrin. Figure 2 une vue en élévation d'une pièce élémentaire équipée. On a représenté à la figure 1 un mandrin 6 sur lequel sont drappées successivement des bandes 2 préfabriquées en matériau composite, les bandes successives se chevauchant longitudinalement On voit sur la figure une avant dernière bande 2 a et la dernière bande 2 b avant leur enroulement sur les empilages de bandes réalisés sur le mandrin Chaque bande est imprégnée de résine formant le liant. Le procédé consiste à déposer sur la dernière bande 2 b, un réchauffeur 3 qui se présente sous la forme d'un ruban plastique sur lequel a été préalablement rapporté le circuit imprimé formant la résistance chauffante du réchauffeur Le réchauffeur 3 visible en pointillé sur la figure se trouve ainsi placé Quand on termine le drappage de la dernière bande, le ruban réchauffeur se trouve alors à l'extérieur de la pièce composite sur laquelle il est maintenu grâce à l'enduction de résine formant liant. L'opération suivante consiste à refermer les deux coquilles du moule 4 Lors de cette phase proprement dite de moulage, le ruban réchauffeur s'est intégré dans la dernière couche de la bande 2, sans former de proéminence. On peut comme on le voit à la figure 2 disposer sur la même pièce élémentaire, une pluralité de rubans réchauffeur 3, par exemple en les disposant en quinconce, de telle sorte que sur la pièce finie, toute la surface périphérique soit régulièrement garnie d'un réchauffeur. Sur ces rubans des pièces élémentaires finies, des câbles d'alimentation électrique 5 sont soudés en fonction des besoins. On prévoit un empotage à la colle des câbles soudés sur l'élément composite afin d'assurer la tenue mécanique des câbles Ainsi tout effort appliqué sur le câble n'endommagera pas la tenue du réchauffeur sur l'élément composite Les câbles sont avantageusement fixés sur les éléments composite par des colliers. Chaque élément de la structure est réchauffé ainsi en quelques minutes sans détérioration avec un pas de puissance de l'ordre par exemple de 0, 25 à 0,5 W Il y a un excellent joint thermique entre le réchauffeur et l'élément puisque le réchauffeur est noyé dans sa dernière couche. L'invention ne se limite pas au domaine technique précédemment décrit et pourrait s'appliquer dans tous les secteurs d'activité nécessitant une régulation thermique d'éléments composites obtenus par moulage, et travaillant dans un environnement particulier notamment froid ou très froid. REVENDICATIONS 1 Procédé d'incorporation d'un élément de réchauffage dans une structure en matériau composite formée d'un assempblage de pièces élémentaires réalisées chacune par drappage de bandes composites puis équipées d'au moins un réchauffeur caractérisé en ce qu'il consiste à déposer sur une pièce élémentaire sur la dernière bande 2 b de matériau composite avant son drappage sur un mandrin 6, au moins un ruban plastique sur lequel a été préalablement rapporté un circuit imprimé formant la résistance du réchauffeur 3 de telle sorte que ledit ruban se trouve au moulage à l'extérieur de la pièce élémentaire et s'intègre dans la dernière bande sans former de proéminence. 2 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on dépose sur une pièce élémentaire, sur la dernière bande, une pluralité de réchauffeurs 3 répartis en quinconce pour couvrir toute la surface périphérique de la pièce finie. -3 Procédé selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que des câbles d'alimentation électrique 5 sont soudés aux rubans réchauffeurs 3 des pièces élémentaires finies. 4 Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'on effectue un empotage à la colle des câbles soudés sur l'élément composite. Pièce élémentaire en matériau composite, obtenue par drappage de bandes et munie d'au moins un réchauffeur caractérisée en ce qu'elle est réalisée par le procédé d'incorporation selon les revendications 1 à 4.