Brevet FR2693147A1 — publié le 19940107

Procédé et installation pour la réparation de pie ces en matériau composite, notamment de type sandwich L'invention concerne un procédé et une installation pour la réparation de pièces en matériau composite, notamment de type sandwich. Par l'expression "matériau composite", on entend désigner ici un matériau de synthèse constitué essentiellement d'un liant polymérisable à chaud et de fibres d'armature enrobées par ce liant. Le liant est constitué habituellement d'une résine, par exemple de type polyester, époxy ou phénolique, mélangée à un durcisseur propre à catalyser la réaction de polymérisation de la résine, lorsque le mélange est porté à une température supérieure à la température ambiante, par exemple à une température comprise entre 120 et 180 0C. Les fibres, jouant le rôle d'armature, sont généralement des fibres de verre, de polyamide, de carbone, etc, tissées pour former une nappe. Le matériau composite peut être de type monolithique pour former une simple "peau" ou bien de type sandwich pour former deux peaux entre lesquelles est placée une structure intercalaire, par exemple du type nid d'abeille. Les matériaux composites de ce genre trouvent de nombreuses applications, par exemple pour la réalisation de panneaux, de carénages, de radômes d'aéronefs, etc. Pour la réparation d'une pièce en matériau composite de ce genre, on utilise généralement un élément rapporté en matériau polymérisable à chaud que l'on met en place dans une zone à réparer de la pièce et que l'on chauffe ensuite à une température suffisante pour provoquer sa polymérisation et, par conséquent, son assemblage à la pièce à réparer. Pour assurer la polymérisation à chaud de l'élément rapporté et son assemblage à la pièce à réparer, on fait actuellement appel à deux procédés. Le premier procédé consiste à placer la totalité de la pièce ainsi que l'élément rapporté dans un autoclave ou dans une enceinte porté à une température suffisante pour assurer la polymérisation à chaud. Ce premier procédé a pour inconvénient majeur de soumettre des parties saines de la pièce à une température élevée, c'est-àdire à la température nécessaire à la polymérisation de l'élément rapporté. cette température élevée, qui est généralement comprise entre 120 et 180 0c, entraîne un vieillissement accéléré de la pièce, d'où il résulte des délaminages, décollements, formations de criques, etc, et plus généralement une perte des caracteristi- ques mécaniques. Le second procédé consiste à placer un tapis chauffant sur l'élément rapporté préalablement mis en place dans la zone à réparer, pour assurer la polymérisation lorsqu'il s'agit de réparations localisées. Ce second procédé a pour principal inconvénient de créer un différentiel de température important entre la partie chauffée et la partie non chauffée de la pièce à réparer. Cela a pour conséquence de créer des délaminages dans les parties saines de la pièce, notamment dans le cas de pièces réalisées en sandwich. L'invention a essentiellement pour but de surmonter les inconvénients précités afin d'éviter un vieillissement accéléré des parties saines d'une pièce en matériau composite à réparer. c'est encore un but de l'invention de procurer un procédé et une installation permettant d'effectuer des réparations sur des pièces en matériau composite, dans des conditions parfaitement maîtrisées, pour éviter un échauffement des parties saines des pièces à réparer. c'est encore un but de l'invention de procurer un tel procédé et une telle installation destinés tout particulièrement à la réparation de radômes pour les avions de transport civil. L'invention concerne plus particulièrement un procédé de réparation d'une pièce en matériau composite, selon lequel un élément rapporté en matériau polymérisable à chaud est mis en place dans une zone à réparer de la pièce et chauffé à une température suffisante pour provoquer sa polymérisation. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, on conduit, de manière contrôlée, les opérations suivantes a) porter par chauffage la pièce à une température limitée, qui est supérieure à la température ambiante, inférieure à la température de polymérisation de l'élément rapporté et insuffi sante pour provoquer un vieillissement accéléré de la pièce ce b) chauffer à sa température de polymérisation l'élément rapporté, préalablement mis en place dans la zone à réparer de la pièce ; et c) refroidir une zone périphérique restreinte de la pièce entourant étroitement la zone à réparer pour maintenir cette zone périphérique à une température proche de la température limitée de la pièce et circonscrire ainsi la température de polymérisation à la zone à réparer. Ainsi, en portant la pièce à une température limitée, par exemple de 60 C, on évite des phénomènes de dilatation différentielle entre la pièce elle-même et l'élément rapporté au titre de la réparation, lequel est chauffé à température de polymérisation, ctest-à-dire à une température généralement comprise entre 120 et 180 c. De plus, la température de polymérisation est circonscrite à la zone à réparer, c'est-à-dire à l'élément rapporté, du fait que la zone périphérique de la pièce, entourant étroitement la zone à réparer, est refroidie dans des conditions contrôlées. On empêche ainsi que la chaleur résultant du chauffage de l'élément rapporté soit transmise à des parties saines de la pièce à réparer, et notamment à la zone périphérique qui entoure immédiatement la zone à réparer. cette zone périphérique est ainsi maintenue à une température proche de la température de la pièce; qui est ramenée à des valeurs raisonnables, par exemple à une valeur maximale de 80 C pour les valeurs de température mentionnées précédemment. Du fait que la température de polymérisation est circonscrite à la zone à réparer, les parties saines de la pièce ne sont pas échauffées et ne peuvent donc subir un vieillissement accéléré, contrairement aux procédés de la technique antérieure. Selon une autre caractéristique du procédé de l'invention, on règle la température limitée de la pièce, la température et la durée de polymérisation de l'élément rapporté, ainsi que la température de la zone restreinte de la pièce. De cette façon, la réparation de la pièce s'effectue dans des conditions parfaitement maîtrisées selon les caractéristiques de la pièce et celles du matériau polymérisable dont est formé l'élément rapporté. Sous un autre aspect, l'invention concerne une installation d'une pièce en matériau composite, qui comprend essentiellement - un conformateur chauffant propre à recevoir la pièce en recouvrant au moins la zone à réparer et à porter la pièce à une température limitée, qui est supérieure à la température ambiante, inférieure à la température de polymérisation de l'élément rapporté et insuffisante pour provoquer un vieillissement accéléré de la pièce - un tapis chauffant de dimensions adaptées à celles de la zone à réparer, propre à être appliqué contre l'élément rapporté préalablement mis en place dans la zone à réparer pour chauffer l'élément rapporté à sa température de polymérisation - un élément de refroidissement propre à recouvrir une zone périphérique restreinte de la pièce entourant étroitement la zone à réparer pour maintenir cette zone périphérique à une température proche de la température limitée de la pièce et circonscrire la température de polymérisation à la zone à réparer ; et - des moyens de régulation thermique couplés au conformateur chauffant, au tapis chauffant et à l'élément de refroidissement. Selon une autre caractéristique de l'invention, le conformateur chauffant possède une forme adaptée à celle de la pièce de manière à recouvrir au moins la zone à réparer. On réalise un tel conformateur (à moins qu'il n'existe pas déjà en raison de réparations antérieures ou répétitives, comme par exemple sur les radômes d'aéronefs) par la technique connue du "moule/contremoule" en prenant une empreinte de la pièce qui couvre au moins la zone à réparer. Ce conformateur est réalisé en matériaux composites et/ou en métal et comprend un réseau chauffant à température réglable, lequel est avantageusement formé par des résistances chauffantes incorporées dans le conformateur. La température du conformateur est limitée avantageusement à une valeur de 60 C, ce qui évite les phénomènes de vieillissement accéléré de la pièce à réparer. En outre, selon une autre caractéristique de l'invention, ce conformateur comprend un revêtement calorifuge destiné à éviter les déperditions d'énergie. Selon une autre caractéristique de l'invention, le tapis chauffant comporte un tapis souple susceptible d'être découpé aux dimensions voulues, c'est-à-dire à celles de la zone à réparer, ainsi qu'un réseau chauffant à température réglable. Ce tapis chauffant est avantageusement réalisé en mélange élastomère/silicone, c'est-à-dire en un matériau résistant à une température de 250 C. Le réseau chauffant du tapis est avantageusement formé d'un réseau de fils résistifs incorporés dans l'épaisseur du tapis ou collés sur une surface de ce dernier. Le chauffage du tapis est assuré dans des conditions de température et de durée déterminées en fonction des conditions de polymérisation de l'élément rapporté. La température maximale du tapis chauffant est avantageusement de 180 C. L'élément de refroidissement faisant partie de l'installation de l'invention comprend un matelas annulaire, de dimensions adaptées à celles de la zone périphérique restreinte, et logeant au moins une canalisation propre à être parcourue par un fluide réfrigérant ou refroidissant. Le refroidissement de cette zone périphérique est effectué dans des conditions contrôlées et évite que, à la périphérie de la réparation, la température de la partie saine de la pièce à réparer s'élève de façon importante par conduction. Le fluide réfrigérant ou refroidissant circulant dans l'élément de refroidissement peut être gazeux ou liquide. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'installation comprend une membrane propre à être appliquée de façon étanche sur la pièce en recouvrant le tapis chauffant et l'élément de refroidissement, ainsi qu'une pompe à vide propre à appliquer une pression réduite dans l'espace délimité par la membrane. cette membrane permet de mettre en dépression l'ensemble et d'assurer l'uniformité du collage de la réparation. Les moyens de régulation thermique de l'installation comprennent des sondes de température associées respectivement au conformateur chauffant, au tapis chauffant et à l'élément de refroidissement. Avantageusement, les moyens de régulation comprennent aussi des moyens pour régler la température du conformateur, la température et la durée de fonctionnement du tapis chauffant, ainsi que la température de l'élément de refroidissement. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue partielle en élévation d'une installation selon l'invention, destinée à la réparation d'un radôme d'aéronef - la figure 2 est une vue partielle en coupe selon la ligne II Il de la figure 1 ; et - la figure 3 est un détail, à échelle agrandie, de l'installation de la figure 2. L'installation représentée aux figures 1 et 2 comprend un châssis 10 muni de quatre roulettes 12 pour son déplacement sur le sol. Sur le châssis 10 est monté un support incliné 14 portant une couronne à billes 16 sur laquelle est monté, de façon amovible, un conformateur 18. Grâce à la couronne à billes 16, le conformateur 18 peut tourner sur lui-même autour d'un axe XX incliné d'un angle A, ici de 45 , par rapport à l'horizontale. Le conformateur 18 a ici la forme d'un paraboloïde de révolution dont l'axe coïncide avec son axe de rotation XX. Le conformateur 18 constitue une sorte de moule propre à recevoir une pièce 20 en matériau composite qui, dans l'exemple, est un radôme d'aéronef. La pièce 20 est immobilisée dans le conformateur 18 par au moins une fixation 21. Le conformateur 18 possède une forme adaptée à celle du radôme 20 et il peut être fabriqué à partir d'une empreinte du radôme, à moins qu'il n'existe déjà en raison de réparations antérieures ou répétitives sur un radôme du même type. Le conformateur 18 est réalisé en matériau composite et/ou en métal et il comprend une paroi 22 dans laquelle sont incorporées des résistances chauffantes 24 alimentées par un câble électrique 26 passant au travers d'un trou 28 du support 14 (figure 2) et raccordé à une centrale de régulation 30. Dans l'épaisseur de la paroi 22 est également logée une sonde de température 32 reliée par un câble électrique 34, qui traverse également le trou 28, à la centrale de régulation 30. Sur la face externe de la paroi 22 est prévu un revêtement calorifuge 36 pour éviter les déperditions d'énergie. Le conformateur 18 est destiné a porter le radôme à une température limitée qui, dans l'exemple, est de 60 C. Le radôme 20 possède une paroi 38 en matériau composite de synthèse par exemple du type sandwich, qui est placée au contact de la surface interne de la paroi 22 du conformateur 18. La paroi 38 du radôme 20 comporte une zone à réparer dans laquelle a été mis en place un élément rapporté 40 (figure 3) formé d'un matériau polymérisable à chaud, compatible avec le matériau dont est formée la paroi 38 du radôme. L'élément rapporté 40 est place au contact de la surface interne de la paroi 22 du conformateur et il comporte un bord périphérique externe 42 venant au contact d'un bord périphérique interne 44 de la zone a reparer. L'installation de l'invention comprend en outre un tapis chauffant 46 de dimensions adaptées à celles de la zone à réparer et donc de l'élément rapporté 40. Le tapis chauffant 46 est formé d'un matériau souple, par exemple en mélange élastomère/silicone résistant à une température de 250 C. Le tapis chauffant 46 incorpore un réseau de fils résistifs 48 qui sont raccordés à la centrale de régulation 30 par l'intermédiaire d'un câble électrique 50. En outre, le tapis chauffant 46 comporte une sonde de refroidissement 52 qui est raccordée à la centrale de régulation 30 par l'intermédiaire d'un câble électrique 54. Le tapis chauffant 46 permet de porter l'élément rapporté 40 à une température réglable, généralement comprise entre 120 et 180 c, pour permettre sa polymérisation. L'installation de l'invention comprend en outre un élément de refroidissement 56 propre à recouvrir une zone périphérique restreinte 58 du radôme 50 qui entoure étroitement la zone à réparer. Dans l'exemple, la zone périphérique 58 a une configuration généralement annulaire et elle est limitée intérieurement par le bord interne 44 du radôme 20. L'élément de refroidissement 56 est un matelas adapté aux dimensions de la zone à réparer et il comporte des canalisations internes 60 pour la circulation d'un fluide réfrigérant ou refroidissant, liquide ou gazeux. Les canalisations 60 sont raccordées par des conduites 62 à la centrale de régulation 30. L'élément de refroidissement 56 comprend en outre une sonde de température 64 raccordée à la centrale 30 par un câble électrique 66. La centrale de régulation 30 permet de régler la température de la zone 58 pour la limiter à des valeurs raisonnables, par exemple 80 0c au maximum. L'installation comprend en outre une membrane 68 propre à être appliquée de façon étanche sur le radôme en recouvrant le tapis chauffant 46 et l'élément de refroidissement 56. L'étanchéité entre la membrane 68 et le radôme 20 est assurée par un boudin d'étanchéité périphérique 70. La membrane 68 est reliée à une pompe à vide 72 par l'intermédiaire d'un conduit 74, ce qui permet d'appliquer une pression réduite dans l'espace délimité par la membrane 68. L'installation de l'invention fonctionne de la façon suivante. Après mise en place du radôme 20 dans le conformateur chauffant 18, on place l'élément rapporté 40 dans la zone à réparer. On installe ensuite le tapis chauffant 46, préalablement réalisé aux dimensions de la zone à réparer ; et on le raccorde à la centrale de régulation 30. On installe également la sonde de température 52 que l'on raccorde aussi à la centrale 30. cette dernière est réglée sur la température et la durée de polymérisation souhaitées. Autour de la zone à réparer, on installe l'élément de refroidissement 56 que l'on relie à la centrale 30 par les conduites 62. On installe également, dans la zone périphérique 58, la sonde de température 64 que l'on raccorde à la centrale de régulation 30. cette centrale pilote la circulation du fluide de refroidissement et elle est réglée de manière que la température de la zone périphérique restreinte 58 soit très inférieure à la température de polymérisation, tout en étant à peine supérieure à la température du conformateur chauffant 18, laquelle est limitée à environ 60 C dans l'exemple considéré. On place ensuite la membrane 68 et l'on met en dépression l'ensemble. Après contrôle de l'installation, on vérifie les températures affichées et on met en fonctionnement : la pompe à vide 72, le réseau chauffant du conformateur 18, le tapis chauffant 46, l'élément de refroidissement 56 ainsi qu'un enregistreur de température 76 qui est couplé à la centrale de régulation 30. Le radôme 20 est ainsi porté à une température limitée à environ 60 C, ce qui homogénéise les phénomènes de dilatation entre l'ensemble du radôme à réparer et l'élément rapporté 40, tout en diminuant l'écart entre la température du radôme et la tempéra ture de polymérisation de l'élément rapporté 40 placé dans la zone à réparer. L'élément de refroidissement 56 circonscrit la température de polymérisation à l'élément rapporté 40 dans la zone à réparer. De ce fait, les parties saines du radôme ne sont pas soumises à des températures élevées et le matériau composite dont est formé le radôme ne subit pas de phénomènes de vieillissement accéléré. On effectue alors une réparation qui laisse la pièce dans son cycle normal de vieillissement, ce qui est très important notamment en maintenance aéronautique. Bien entendu, l'invention est susceptible de nombreuses variantes et n'est pas limitée à la réparation d'un radôme d'aéronef. Dans chaque cas, le conformateur est adapté à la forme de la pièce à réparer. De même, la réparation peut être faite au moyen d'un ou de plusieurs éléments rapportés. Revendications 1. Procédé de réparation d'une pièce en matériau composite, dans lequel un élément rapporté (40) en matériau polymérisable à chaud est mis en place dans une zone à réparer de la pièce (20) et chauffé à une température suffisante pour provoquer sa polymérisation, caractérisé en ce que l'on conduit de manière contrôlée les opérations suivantes a) porter par chauffage la pièce (20) à une température limitée, qui est supérieure à la température ambiante, inférieure à la température de polymérisation de élément rapporté (40) et insuffisante pour provoquer un vieillissement accéléré de la pièce b) chauffer à sa température de polymérisation l'élément rapporté (40), préalablement mis en place dans la zone à réparer de la pièce (20) ; et c) refroidir une zone périphérique restreinte (58) de la pièce (20) pour maintenir cette zone restreinte à une température proche de la température limitée de la pièce (20) et circonscrire ainsi la température de polymérisation à la zone à réparer. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on règle la température limitée de la pièce (20), la température et la durée de polymérisation de l'élément rapporté (40) et la température de la zone restreinte (58) de la pièce (20). 3. Installation de réparation d'une pièce en matériau composite, comprenant des moyens pour mettre en place un élément rapporté (40) en matériau polymérisable à chaud dans une zone à réparer de la pièce (20) et des moyens pour chauffer l'élément rapporté (40) à une température suffisante pour provoquer la polymérisation, caractérisée en ce qu'elle comprend - un conformateur chauffant (18) propre à recevoir la pièce (20) en recouvrant au moins la zone à réparer et à porter la pièce à une température limitée, qui est supérieure à la température ambiante, inférieure à la température de polymérisation de l'élément rapporté (40) et insuffisante pour provoquer un vieillissement accéléré de la pièce - un tapis chauffant (46) de dimensions adaptées à celles de la zone à réparer, propre à être appliqué contre l'élément rapporté (40) préalablement mis en place dans la zone à réparer pour chauffer l'élément rapporté (40) à sa température de polymérisation - un élément de refroidissement (56) propre à recouvrir une zone périphérique restreinte (58) de la pièce (20) entourant étroitement la zone à réparer pour maintenir cette zone restreinte à une température proche de la température limitée de la pièce et circonscrire la température de polymérisation à la zone à réparer ; et - des moyens de régulation thermique (30) couplés au conformateur chauffant (18), au tapis chauffant (46) et à l'élément de refroidissement (56). 4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que le conformateur chauffant (18) possède une forme adaptée à celle de la pièce (20) pour recouvrir au moins la zone à réparer. 5. Installation selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que le conformateur chauffant (18) comprend un réseau chauffant (24) à température réglable et un revêtement calorifuge (36). 6. Installation selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que le tapis chauffant (46) comporte un tapis souple susceptible d'être découpé aux dimensions voulues et un réseau chauffant (48) à température réglable. 7. Installation selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que l'élément de refroidissement (56) comprend un matelas annulaire de dimensions adaptées à celles de la zone périphérique restreinte (58), logeant au moins une canalisation (60) propre à être parcourue par un fluide réfrigérant ou refroidissant. 8. Installation selon l'une des revendications 3 à 7, caractérisé en ce qu'elle comprend une membrane (68) propre à être appliquée de façon étanche sur la pièce (20) en recouvrant le tapis chauffant (46) et l'élément de refroidissement (56), ainsi qu'une pompe à vide (72) propre à appliquer une pression réduite dans l'espace délimité par la membrane. 9. Installation selon l'une des revendications 3 à 8, caractérisée en ce que les moyens de régulation thermique comprennent des sondes de température (32, 52, 64) associées respectivement au conformateur chauffant (18), au tapis chauffant (46) et à l'élément de refroidissement (56). 10. Installation selon l'une des revendications 3 à 9, caractérisée en ce que les moyens de régulation thermique comprennent des moyens (30) pour régler la température du conformateur chauffant (18), la température et la durée de fonctionnement du tapis chauffant (46) et la température de l'élément de refroidissement (56).