Brevet FR2772520A1 — publié le 19990618

Le secteur technique de la présente invention est celui des matériaux composites structuraux absorbant les ondes radar. On utilise actuellement sur le champ de bataille de nombreuses menaces mettant en oeuvre la détection et/ou le guidage par ondes radar. Ce sont les radars de terrain portés par un véhicule ou par un fantassin, les radars aéroportés sur hélicoptères, les auto-directeurs de missiles notamment à ondes millimétriques pour munitions dites intelligentes. Vis-à-vis de ce type de détection, le char de bataille moderne et tous les véhicules blindés de reconnaissance doivent être rendus les plus discrets possible. Une des solutions envisageables pour réduire les possibilités de détecter un char de bataille consiste à utiliser des matériaux de recouvrement ou de structure de coffres aptes à atténuer de manière importante la réflexion de l'onde radar incidente. Une difficulté réside dans la conception d'un matériau composite ayant des propriétés d'absorption radar dans les bandes de fréquences utilisées actuellement sur le champ de bataille et qui sont situées à 8- 18 GHz, à 35 GHz et à 94 GHz. On ne connait pas actuellement des matériaux composites aptes à offrir une telle performance. Le but de la présente invention est de fournir un matériau composite structural apte à absorber le rayonnement radar incident. L'invention a donc pour objet un matériau composite structural apte à absorber les ondes radar de fréquences 8 à 18 GHz, 35 GHz et 94 GHz, ce matériau étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois couches de matériaux diélectriques non magnétiques obtenues à partir d'un empilement de plis imprégnés: - une couche externe faiblement réflectrice et à faibles pertes ayant une permittivité diélectrique réelle de l'ordre 3, pour favoriser la pénétration des ondes radar incidentes, - une couche intermédiaire ayant une permittivité diélectrique réelle de l'ordre de 5, - et une couche interne chargée de particules électriquement conductrices et ayant une permittivité diélectrique réelle importante de l'ordre de 15 à 20. Selon un exemple de réalisation, les plis imprégnés sont des fibres de verre ou de Nylon associées à des résines époxy. D'une manière générale, le matériau composite peut présenter une épaisseur de l'ordre de 4 à 10 mm. A titre d'exemple, la couche externe présente une épaisseur de l'ordre de 1,5 à 4 mm, la couche intermédiaire une épaisseur de l'ordre de 0,5 à 2,5 mm et la couche interne une épaisseur de l'ordre de 1,5 à 3,5 mm. Selon un autre exemple de réalisation, le matériau composite présente une épaisseur totale de l'ordre de 6,75 mm, les couches externe, intermédiaire et interne ayant les épaisseurs respectives de 2,75 mm, 1,5 mm et 2,5 mm. D'une manière générale, les particules électriquement conductrices sont des grains de carbone ayant un diamètre inférieur à 0, 1 mm avec une proportion inférieure à 10 % en masse. L'invention concerne également une utilisation de ce matériau pour la fabrication de parois pour véhicules blindés dotés d'une résistance mécanique résistant de l'ordre de procurant une atténuation des ondes radar inférieures à 10 dB. En variante, un tel matériau composite peut être également utilisé pour la réalisation de coffres de servitude ou de protection pour des véhicules blindés. Le matériau composite selon l'invention offre l'avantage de remplacer tous les composites utilisés sur les véhicules blindés aux endroits o un besoin de réduction de la réflectivité radar est nécessaire. En plus des performances d'absorption radar, il possède toutes les caractéristiques de tenue mécanique des composites habituels mis en oeuvre sur les véhicules blindés. Ainsi, le matériau selon l'invention peut être utilisé notamment pour fabriquer des coffres de lot de bord, le double-toit et toutes les doubles parois composites destinées à l'isolation thermique et à l'évacuation des flux de chaleur, par exemple à l'arrière près de l'échappement. Enfin, le matériau composite selon l'invention est obtenu sans modification du procédé de fabrication actuel des composites structuraux existants. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture du complément de description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple en relation avec des dessins sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe montrant la disposition des couches du matériau composite selon l'invention, et - les figures 2 à 4 sont des courbes illustrant la performance d'atténuation des ondes radar de ce matériau composite dans les trois bandes de fréquences précitées. Le concept de l'invention repose sur l'adaptation d'une structure multicouche permettant par le jeu des résonances internes des différentes couches d'obtenir une absorption importante sur plusieurs bandes de fréquences. On a donc trouvé qu'un matériau à trois couches offrait un compromis satisfaisant pour obtenir les performances d'absorption radar et les performances mécaniques. Ainsi, un coffre de servitude fabriqué avec le matériau selon l'invention peut être piétiné par un homme équipé de son paquetage, d'une masse de l'ordre de 100 kg, sans induire des cassures ou une déformation permanente, ce qui représente une résistance à une pression de l'ordre de 1 tonne par cm2. Sur la figure 1, le matériau composite structural 1 est appliqué sur un support 2 constitué par la paroi d'un véhicule blindé (non représenté). La couche externe 3 est constituée par un matériau diélectrique non magnétique faiblement réflecteur des ondes radar, à faible perte diélectrique et doué d'une permittivité diélectrique réelle de l'ordre de 3. Cette couche doit favoriser la pénétration de l'onde radar dans la structure par adaptation d'impédance. Une telle couche peut être constituée par des fibres de Nylon et d'une résine époxy, par exemple. La couche intermédiaire 4 est constituée par un matériau diélectrique non magnétique dont les pertes diélectriques sont plus importantes que celles de la couche externe 3, avec une permittivité diélectrique réelle de l'ordre de 5. La couche interne 5 est constituée par un matériau diélectrique non magnétique chargé de particules de carbone ayant une conductivité électrique importante, et conférant à ce matériau une absorption des ondes électromagnétiques plus importante que celles des deux premières couches. La permittivité diélectrique réelle de cette couche est plus importante, de l'ordre de 15 à 20. Il est à noter qu'aucune de ces trois couches en elle-même n'est suffisamment absorbante pour donner à elle- seule et quelle que soit son épaisseur les performances d'absorption radar recherchées. Le matériau 1 est complété de manière connue par une couche métallique 6 constituée par un film d'aluminium de l'ordre de 0,1 mm d'épaisseur, par exemple. Les couches 4 et 5 sont des composites fabriqués à base de résine époxy et de tissu de fibres de verre E. Il faut noter que le procédé d'obtention de ces trois couches est tout à fait classique et ne nécessite aucune adaptation du procédé classique de fabrication des matériaux composites structuraux. Le matériau 1 selon l'invention peut avoir une épaisseur de l'ordre de 4 à 10 mm, avantageusement 6,75 mm environ. Les couches externe 3, intermédiaire 4 et interne 5 peuvent avoir respectivement une épaisseur de l'ordre de 1,5 à 4 mm, 0,5 à 2,5 mm et 1,5 à 3,5 mm. Avantageusement, ces trois couches ont des épaisseurs respectives de 2, 75 mm, 1,5 mm et 2,5 mm. Sur les figures 2 à 4, on a représenté graphiquement la variation du coefficient de réflexion en fonction de la fréquence. On constate que pour les trois bandes 8 à 18 GHz, 35 GHz et 94 GHz, on obtient une atténuation en réflexion supérieure à 13 dB. Cette performance d'atténuation est tout à fait satisfaisante dans le domaine d'utilisation visé. REVENDICATIONS 1. Matériau composite structural (1) apte à absorber des ondes radar de fréquences 8 à 18 GHz, 35 GHz et 94 GHz, caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois5 couches (3,4,5) de matériaux diélectriques non magnétiques obtenues à partir d'un empilement de plis imprégnés: - une couche externe (3) faiblement réflectrice et à faibles pertes ayant une permittivité diélectrique réelle de l'ordre de 3, pour favoriser la pénétration des ondes radar incidentes, - une couche intermédiaire (4) ayant une permittivité diélectrique réelle de l'ordre de 5, et - une couche interne (5) chargée de particules électriquement conductrices et ayant une permittivité diélectrique réelle importante de l'ordre de 15 à 20. 2. Matériau composite structural selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plis imprégnés sont des fibres de verre ou de Nylon qui sont associées à des résines époxy.20 3. Matériau composite structural selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il présente une épaisseur de l'ordre de 4 à 10 mm. 4. Matériau composite structural selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche externe (3) présente une épaisseur de l'ordre de 1,5 à 4 mm, la couche intermédiaire (4) une épaisseur de l'ordre de 0,5 à 2,5 mm, et la couche interne (5) une épaisseur de l'ordre de 1,5 à 3,5 mm. 5. Matériau composite structural selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il présente une épaisseur de l'ordre de 6,75 mm, les couches externe (3), intermédiaire (4) et interne (5) ayant des épaisseurs respectives de 2,75 mm, 1,5 mm et 2,5 mm. 6. Matériau composite structural selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules électriquement conductrices sont des grains de carbone, ayant un diamètre inférieur à 0,1 mm, avec une proportion inférieure à 10 % en masse. 7. Utilisation du matériau composite tel que défini par l'une quelconque des revendications précédentes à la fabrication de parois pour véhicules blindés, dotées d'une résistance mécanique résistant à une pression de l'ordre de 1 tonne/cm2 et procurant une atténuation en réflexion des ondes radar supérieure à 10 dB. 8. Utilisation selon la revendication 7 pour la réalisation de coffres de servitude ou de protection pour des véhicules blindés.