Brevet FR2711744A1 — publié le 19950505

" Procédé d'assemblage de plusieurs panneaux composites, notamment de panneaux sandwichs L'invention concerne un procédé d'assemblage de plusieurs panneaux composites comportant deux faces principales séparées par des chants de façon à obtenir deux faces principales lisses, sans éléments en saillie. Les panneaux composites sont de plus en plus utilisés dans de nombreuses industries parmi lesquelles on peut noter le bâtiment, les constructions navales ou aéronautiques etc.. Dans de nombreux types d'utilisation, il est particulièrement avantageux de mettre en oeuvre des panneaux dits sandwichs qui sont formés par une âme 1 quelconque, notamment en matériau synthétique expansé prise en sandwich entre deux peaux 2 en un matériau composite constitué par un renfort à base de fibres (de verre, de carbone, ...) noyées dans une matrice en une résine organique. De tels panneaux sandwichs sont couramment fabriqués par un procédé d'injection basse pression de résine, en moule fermé étanche mis en oeuvre en atelier spécialisé ; cette technique qui est à ce jour très bien maîtrisée permet de réaliser des panneaux de grandes dimensions (jusqu'à 100 m2). Un tel processus par lequel, après mise en place à sec des éléments du sandwich, on injecte à une pression inférieure à 3 bars absolus un front d'imprégnation maîtrisé par la cadence d'injection et la connaissance du milieu présente de nombreux avantages parmi lesquels on peut noter la possibilité de canaliser les évents en cours d'injection de façon à protéger l'environnement par destruction des effluents, et parallèlement à garantir la sécurité des opérateurs. De tels panneaux sandwichs, une fois fabriqués en atelier spécialisé, doivent souvent être reliés entre-eux. On a déjà proposé, à cet effet, différents processus de raccordement, dont en particulier le raccordement mécanique par boulonnage de plaques métalliques (figure 1) qui présente l'inconvénient de créer des surépaisseurs ponctuelles au niveau des jonctions, ou encore le raccordement par collage ou par surmoulage au niveau des jonctions de bandes de tissu avec une résine identique ou différente de celle constitutive des peaux, mais compatible avec cette dernière (figures 2a et 2b) ; de tels procédés, s'ils s' avèrent supérieurs au raccordement mécanique du point de vue de l'esthétique, ne donnent pas entière satisfaction du point de vue de l'homogénéité des matériaux, et surtout des caractéristiques mécaniques au niveau de la jonction (flexion, traction, compression, dilatation). Pour remédier à ces inconvénients, on a pensé à raccorder plusieurs panneaux sandwichs par injection en moule fermé et par un processus basse pression, de résine dans une bande de liaison préalablement positionnée sur les panneaux à assembler et ayant des caractéristiques similaires, voire identiques, à celles du renfort à base de fibres constitutif des peaux. Une telle technique est particulièrement intéressante vu qu'elle assure une bonne homogénéité et une bonne continuité du panneau après assemblage sur le plan géométrique (épaisseur) et mécanique. Cette technique présente toutefois l'inconvénient majeur de ne pouvoir être mise en oeuvre qu'en atelier spécialisé, et ce, dans des moules fermés, étanches, devant être renforcés et correctement arrimés pour résister aux pressions internes, et nécessitant, pour des pièces de grandes dimensions, des temps de cycle relativement longs pendant lesquels le moule se trouve immobilisé. Or, pour de nombreuses utilisations, l'assemblage doit impérativement être réalisé sur le chantier, ce qui, outre son prix de revient est également de nature à limiter le développement de cette technique. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé d'assemblage de plusieurs panneaux composites et en particulier de panneaux sandwichs dérivé du procédé susmentionné, mais facilement applicable dans la quasi totalité des cas d'utilisation, et notamment partout où la nécessité de mobilité, le manque d'environnement technique et la non spécialisation des lieux sont des entraves potentielles à la diffusion de la technique des matériaux sandwichs en panneaux. A cet effet, l'invention se rapporte à un procédé d'assemblage du type susmentionné caractérisé en ce qu'on procède par étapes successives, panneau après panneau, en utilisant les panneaux une fois positionnés comme surface d'appui pour les éléments de moule. Conformément à l'invention, les panneaux peuvent être positionnés au moyen de gabarits, d'échafaudages ou à la main suivant les dimensions et les précisions d'assemblage souhaitées. Le procédé conforme à l'invention est donc mis en oeuvre par étapes successives, avec un équipement analogue à un moule fermé autoporteur, qui est capable de reconstituer un milieu étanche isolé des contraintes de l'environnement, mais dans lequel les panneaux jouent un rôle équivalent à celui d'éléments de moule, ce qui fait que la technique de jonction est plus facile, plus légère et moins contraignante que l'injection basse pression classique. Les bandes de liaison sont constituées par des bandes de tissu (verre, carbone, ..) cousues entre elles pour correspondre à l'épaisseur de la peau des sandwichs qu'on veut relier et avec des dimensions adaptées à la forme de la jonction ; celles-ci doivent bien entendu être préparées lors d'une étape préalable du processus, puis enroulées ou pliées et mises sous emballage plastique sous vide ou sous gaz neutre pour éviter la reprise d'humidité avant d'être déployées et positionnées juste avant l'injection. Pour que le procédé conforme à l'invention soit de nature à donner entière satisfaction, il est impératif, préalablement à l'injection de la résine, de préparer les bords des panneaux à assembler de façon à obtenir des surfaces de liaison propres et lisses et d'usiner la peau au niveau de la jonction avant d'y positionner les bandes de liaison et de les maintenir en place au moyen de tissus adhésifs de même nature. Dans le cas particulier d'une jonction pouvant présenter une surépaisseur, la peau au niveau des panneaux à assembler peut être simplement usinée à plat et un simple surfaçage est suffisant ; dans le cas général où l'on cherche à obtenir deux faces libres, sans surépaisseur ou trace de surmoulage visible, il est nécessaire d'usiner les peaux en biseau ou en gradins au niveau de la jonction. La figure 3a illustre l'exemple de la jonction de deux panneaux avec surépaisseur. La figure 3b illustre l'exemple de la jonction de deux panneaux sans surépaisseur. Selon la figure 3c, une telle jonction exige d'usiner les peaux 2 de chacun des panneaux à assembler, au niveau de la jonction, sur une longueur 1 correspondant à 6 à 10 fois l'épaisseur de la peau. On peut ainsi obtenir, conformément à l'invention, non seulement des jonctions en ligne sans rupture de forme avec continuité des dimensions ou des jonctions en ligne avec réservation d'une jonction future en attente ou le montage d'un renfort du type nervure ou pilier, mais également des jonctions en T, soit en reprise sur un panneau continu (correspondant à l'assemblage de deux panneaux avec angle de 90 figure 4a) soit avec interruption de panneaux (correspondant à l'assemble de trois panneaux, deux à 180 et le troisième à 90 par rapport aux deux autres - figure 4b) ou encore des jonctions en croix sur panneaux continus (figure 5a) ou avec interruption de panneaux (figure 5b). Selon une caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, avant de positionner les bandes de liaison, on interpose entre les bords des panneaux à assembler un ou plusieurs tronçons d'âme de géométrie correspondant à la liaison recherchée. Cette variante de l'invention concerne plus particulièrement deux types d'application. La première de ces applications correspond à des liaisons réalisées en accédant qu'à un seul côté des panneaux à assembler dont les bords et en particulier les peaux ont été usinés en coin de manière correspondante (figure 6). La seconde application correspond à l'obtention d'assemblages angulaires avec des angles pouvant varier essentiellement de 45 à 1800. A titre d'exemple, la figure 7a représente une jonction à 45 tandis que les figures 7b et 7c représentent respectivement des jonctions à 900 et 135 ; un tel type de jonction peut, bien entendu, également correspondre à des jonctions en T ou en croix. La possibilité d'obtenir entre les panneaux à assembler des angles variables à l'infini, notamment en utilisant un outillage à géométrie variable de façon à réaliser des formes de révolution avec de grandes courbures correspond à une caractéristique essentielle de l'invention. On peut, en effet, ainsi réaliser des formes de cylindres, de troncs de cône et de sphères. On peut, en particulier, faire varier l'angle de la jonction à mesure du déplacement de l'outillage en utilisant la flexibilité géométrique des matériaux qui peut être appropriée spécifiquement au but recherché. A titre d'exemple, cette possibilité peut être appliquée à la construction à partir de panneaux sandwichs, de coques de bateau du type à bouchains vifs avec des lignes de bouchains adaptées au dessin de l'architecte naval. Une telle application du procédé conforme à l'invention s'avère particulièrement intéressante vu qu'elle permet de construire une coque de navire sans moule, avec un gabarit en forme de treillis pour maintenir les panneaux en place. Bien entendu, conformément à cette variante de l'invention, les tronçons d'âme ajoutés en cours de procédé peuvent ou non être réalisés dans le même matériau que l'âme des panneaux à assembler. Un exemple de mise en oeuvre de l'invention pouvant s'avérer particulièrement avantageux correspond au choix de tronçons d'âme réalisés en un matériau souple tel qu'une mousse synthétique souple ou plusieurs couches pouvant glisser les unes sur les autres. Il peut, en effet, être intéressant de pouvoir disposer d'une jonction souple pour permettre un ajustement des différents éléments lors d'un assemblage de grandes dimensions ou de laisser une flexibilité suffisante pour résister à des actions provenant d'éléments extérieurs tels que vent, mouvement de terrain ou ajustement de forme en fonction d'un pilotage mécanique parabole d'antenne géante, rives de canal pour réguler un cours ou coffrage profond pouvant être dilaté après mise en place. Conformément à cette variante de l'invention, il est nécessaire d'associer au tronçon d'âme souple des bandes de liaison combinées à une résine restant souple après polymérisation de façon à obtenir des peaux souples au niveau des jonctions. Il peut être également indispensable de prévoir, en fonction de l'épaisseur du sandwich, une peau de renfort positionnée au niveau de la fibre neutre. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, on positionne un insert au niveau des tronçons d'âme. On peut, en effet, être amené pour des raisons techniques à mettre en place une pièce, par exemple métallique, qui va constituer un renfort ponctuel et approprié pour permettre un accrochage de protection ou de maintien (arrimage de la structure ou d'accessoires) (insert 3 - figure 8). La technique de mise en place de tels inserts qui réclame un indexage précis n'est, en fait, pas différente de la technique traditionnelle de l'injection basse pression dite "RTM" (Resin Transfer Molding). Selon une autre caractéristique de l'invention, après préparation et usinage des bords des panneaux à assembler, on protège les surfaces de jonction ainsi traitées par un film de protection que l'on enlève juste avant le positionnement des bandes de liaison et l'injection de la résine. Il est, en effet, nécessaire de protéger les surfaces préparées des salissures (poussières et corps gras) pour éviter les risques de non-adhérence. Lorsque les caractéristiques des jonctions sont connues à l'avance, il peut être avantageux d'effectuer cette préparation ainsi que l'usinage des bords des panneaux dans les ateliers spécialisés, parallèlement à la fabrication des panneaux. Il est à noter que les panneaux peuvent également être par construction prémoulés à la forme de la jonction et protégés par un tissu de délaminage. Dans certains cas particuliers, il est également avantageux, conformément à l'invention, d'assembler déjà au niveau de l'atelier plusieurs panneaux sandwichs de manière à obtenir des modules pré-assemblés faciles à transporter et à assembler entre-eux directement sur le chantier. On peut, à titre d'exemple, imaginer le cas d'une construction analogue à celle d'un immeuble pour laquelle on réalise préalablement une série de modules en forme de dièdres qui pourront être emboîtés commodément pour le transport avant d'être assemblés entre-eux sur le chantier. De tels modules peuvent également correspondre à un sous-ensemble préfabriqué à la manière dont on construit un navire moderne, ceci pour l'ensemble du navire ou pour une partie comme les superstructures. L'assemblage des différents modules peut réclamer un outillage de positionnement pendant la phase d'assemblage ; toutefois, dans le cas d'un empilage simple, la superposition ou la juxtaposition de modules avec un indexage correct peut être suffisante ce qui simplifie et accélère d'autant le processus d'assemblage. Conformément à l'invention, lorsque les étapes préliminaires de la mise en oeuvre du procédé (préparation des bords des panneaux et des bandes de liaison) ont été effectuées soit en atelier de fabrication, soit sur le site, et que les panneaux à assembler ont été correctement positionnés, il ne reste plus qu'à effectuer la préparation de l'opération d'injection proprement dite. Pour ce, il convient dans un premier temps de préparer le moule par mise en place du démoulant, et le cas échéant, application de gel coat et respect du temps de gel. Il est parallèlement nécessaire de positionner les bandes de liaison ainsi que le cas échéant les tronçons d'âme. Selon une autre caractéristique de l'invention, on fixe alors les éléments de moule sur les panneaux à assembler par dépression ou par des liaisons mécaniques ; dans ce dernier cas, on peut être amené à percer les panneaux sandwichs. Les orifices sont ensuite rebouchés après démoulage à la finition. Il ne reste alors plus qu'à préparer le milieu d'injection (chauffage et séchage) si les conditions d'environnement le réclament puis à préparer la résine en vue de l'injection et à définir le plan d'injection en fonction des paramètres propres à la jonction à réaliser (débit, vitesse d'injection, temps de polymérisation). La phase d'injection proprement dite est alors mise en oeuvre des points de contrôle sur le moule permettent de vérifier les hypothèses d'injection et conserver une certaine latitude de correction en cours d'action. Le succès de l'injection est une question de savoir faire. Il peut être apprécié, d'une part, en mesurant le taux et la dimension des bulles et, d'autre part, en mesurant la teneur en renfort par rapport à la quantité de liant (résine) ou taux de verre. La suite du procédé est effectuée de manière habituelle par des opérations de démoulage (débridage des fixations de moule et décollement du moule par injection d'air comprimé) et de déplacement des différents éléments de l'installation correspondante pour réaliser l'assemblage suivant. Lorsque toutes les phases d'injection sont réalisées, il y a lieu de réaliser la finition qui consiste à enlever le dépassement de tissu ou de résine et à boucher les irrégularités. Compte tenu de ce qui précède, il est clair que le procédé conforme à l'invention permet d'obtenir par une injection discontinue un résultat identique à celui d'une jonction continue, ce qui permet, avec la mise en oeuvre de plusieurs jeux de moules, d'alterner les phases d'injection, de préparation et de démoulage sans gêne entre les opérateurs. Bien entendu, pour que le procédé puisse être mis en oeuvre dans des conditions satisfaisantes, il est nécessaire de concevoir les moules (dimensions et rigidité) pour qu'ils soient aisément manipulables et de garantir leur étanchéité au niveau du pincement des bandes de liaison. Compte tenu de l'actuelle développement des panneaux sandwichs, le procédé d'assemblage conforme à l'invention peut trouver de nombreuses applications, notamment dans le domaine des pièces de grandes dimensions où le gain de poids et la facilité de mise en oeuvre, tout en conservant une homogénéité de matériaux, sont des arguments techniques et économiques essentiels. A titre d'exemple non limitatif, on peut mentionner les applications suivantes - Construction navale coques et ponts de navires. - Construction de bâtiments en surface ou en souterrain. - Bâtiments civils ou militaires. - Structure support telle que pylônes d'éolienne ou de châteaux d'eau ou charpentes. - Poutres. - Coffrage d'ouvrage d'art. - Galeries souterraines. - Planchers de grandes dimensions. - Conteneurs de transport. - Abris spécifiques de protection contre le feu, le rayonnement et le bruit. - Gaines de ventilation ou de conditionnement d'air. REVENDICATIONS 10)Procédé d'assemblage de plusieurs panneaux composites comportant deux faces principales séparées par des chants de façon à obtenir deux faces principales lisses et, en particulier, procédé d'assemblage de panneaux sandwichs formés par une âme prise en sandwich entre deux peaux en un matériau composite constitué par un renfort à base de fibres noyées dans une matrice en une résine organique, procédé par lequel on injecte, en moule fermé et par un processus basse pression, de la résine dans une bande de liaison préalablement positionnée sur les panneaux à assembler et ayant des caractéristiques essentiellement similaires à celles du renfort à base de fibres constitutif des peaux, procédé caractérisé en ce qu on procède par étapes successives, panneau après panneau, en utilisant les panneaux une fois positionnés comme surface d'appui pour les éléments de moule. 2")Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, préalablement à l'injection de la résine, on prépare les bords des panneaux à assembler de façon à obtenir des surfaces de liaison propres et lisses et on usine la peau au niveau de la jonction avant d'y positionner les bandes de liaison et de les maintenir en place au moyen de tissus adhésifs de même nature. 3")Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on usine la peau au niveau de la jonction en biseau ou en gradins de façon à permettre d'obtenir une jonction sans surépaisseur. 4")Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, avant de positionner les bandes de liaison, on interpose entre les bords des panneaux à assembler un ou plusieurs tronçons d'âme ayant une géométrie correspondant à la liaison recherchée. 50)Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les tronçons d'âme sont réalisés en un matériau souple tel qu'une mousse synthétique souple ou plusieurs couches pouvant glisser les unes sur les autres. 6")Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l'on positionne un insert au niveau des tronçons d'âme. 7")Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que, après préparation et usinage des bords des panneaux à assembler, on protège les surfaces de jonction ainsi traitées par un film de protection que l'on enlève juste avant le positionnement des bandes de liaison et l'injection de la résine. 80)Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'on fixe les éléments de moule sur les panneaux à assembler par dépression ou par des liaisons mécaniques.