Brevet FR2832511A1 — publié le 20030523

Système et méthode de fabrication d'éléments légers à état de surface polissable jusqu'à la qualité optique de haute précision. 1 a-Champ de l'invention : Cette invention concerne la conception et la fabrication d'éléments légers à partir d'une structure hybride associant des matériaux durs traditionnels en couche mince polissable à un support massif en matériaux composites légers et rigides. Celle-ci peut être appliquée aussi bien à des composants optiques et hertziens qu'à des surfaces architecturales ou mécaniques et peut convenir à un environnement tant terrestre que spatial. 1 b-L'état de l'art antérieur : Optique : Les miroirs massifs en verre ou céramique sont lourds et difficiles à réaliser. Les matériaux traditionnels stables thermiquement sont coûteux et la réalisation des supports mécaniques éliminant leur mise en contrainte localisée est complexe. Les techniques d'allègement, tel que le fraisage de la face arrière des miroirs, sont complexes et coûteuses. Radio : Les paraboles de grande dimension actuelles sont le plus souvent réalisées en structures sandwich ou métalliques de type tôle cintrée sur treillis sensible à la corrosion et ayant une prise au vent importante. Le poids de l'ensemble pouvant atteindre des valeurs considérables (300t pour un diamètre de 32m). Celles-ci requièrent un état de surface poussé, associé à une bonne stabilité dimensionnelle. Mécanique : Les surfaces de guidage des machines sont de préférence réalisées à l'aide de pièces massives en métal usiné qui transmettent les vibrations et génèrent des résonances qui limitent la précision des usinages. Le système proposé le remplace par des Semelles ou règles de guidage en matériau dur et mince fixé sur une poutre composite de faible masse ayant de surcroît une bonne stabilité thermique et absorbant les vibrations. Architecture : Les revêtements de façade vitrés sont actuellement réalisés à l'aide de panneaux de verre épais maintenus au dessus d'une isolation par des cadres métalliques. Ceux-ci sont lourds et dangereux en cas de chute ou d'incendie. Leur remplacement par la structure composite proposée permet la réalisation de glaces légères de grandes dimensions ainsi que d'éléments de façade vitrés légers et soutenus sur toute leur surface évitant ainsi la chute de morceaux lourds et tranchants. Ces matériaux composites ont également de bonnes propriétés en matière d'isolation thermique et phonique. Imagerie aérospatiale Les miroirs actuels sont massifs et allégés par usinage de la face arrière. C'est une technologie complexe et coûteuse. Les miroirs composites proposés permettraient un gain de poids important. 1 c - Description détaillée : Cette description décrit le principe de l'invention et de sa mise en oeuvre et ne se limite en aucun cas aux exemples ci-dessous. La présente invention est caractérisée en ce qu'un matériau dur, dense ou non, en couche mince, pouvant être amené à un état de surface de haute précision, est supporté par un substrat rigide de faible densité dont les caractéristiques élevées en compression permettent le travail de la couche mince de surface comme si elle avait l'inertie correspondante à une pièce massive ; en particulier des opérations d'usinage et de polissage. Exemples : 1-Miroir sphérique ou parabolique pour télescope : Le miroir est constitué d'un ménisque thermoformé en verre mince (quelques mm) supporté par un substrat composite en mousse de résine expansée ou syntactique. Un tel miroir est très léger et rigide. La couche de verre mince qui constitue la couche optique réfléchissante peut être polie comme s'il s'agissait d'un miroir en verre massif grâce à la rigidité et la résistance à la compression du support. Le support en résine est coulé au dos du miroir de façon à assurer une bonne liaison mécanique et est éventuellement renforcé par des éléments en carbone ou fibre de verre ou kevlar pour augmenter sa rigidité en flexion pour les grands diamètres. Un tel miroir n'a pas besoin de cellule de suspension puisque la couche Optique en verre soutenue sur toute sa surface ne subit pas de contrainte Mécanique. La fixation du bloc miroir composite peut être simplement effectuée en intégrant des inserts dans le support en résine sans transmettre de contrainte dans la couche optique. Exemples : 2-Panneaux architecturaux : Ces panneaux sont constitués d'une plaque de verre mince collée sur une plaque de résine expansée ou syntactique comportant des inserts de fixation mécanique. Cette technique est aussi applicable à d'autres revêtements minéraux de type marbre ou granite en plaques minces (quelques mm). La rigidité étant donnée par le support composite une couche de verre mince est suffisante (quelques mm seulement) puisque les fonctions revêtement et supportage sont dissociées et assurées par des éléments séparés : verre pour le revêtement et résine pour le support. La résine est insensible à l'humidité et fixe le verre sur toute sa surface. 2-Schémas : 1/5-Principe général 2/5-Système hybride verre ou céramique et support composite 3/5-Système composite intégral 4/5-Panneaux architecturaux 5/5-Eléments de guidage mécaniques 3-Revendications : 1-Procédé permettant la réalisation de surfaces dures en couches minces caractérisées en ce que les surfaces sont supportées par un substrat massif de faible densité ayant une forte résistance à la compression et à la flexion de façon à permettre l'usinage et le polissage de la couche mince de surface pour obtenir une qualité optique de haute précision nécessitée par les applications astronomiques ou radio professionnelles. 2-Selon la revendication 1 procédé caractérisé en ce que le substrat est un substrat rigide de faible densité du type résine expansée ou syntactique coulé ou collé au dos de la surface de façon à assurer une bonne liaison mécanique. 3-Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que pour une surface de grande dimension, le support est renforcé par des éléments en carbone ou fibre de verre ou kevlar pour augmenter sa rigidité en flexion. 4-Procédé selon les revendications 2 et 3 caractérisé en ce que le support comporte des inserts de fixation mécanique 5-Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la surface réalisée est un miroir sphérique ou asphérique très léger et rigide pour télescope. 6-Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la surface réalisée est un panneau de revêtement architectural isolant rigide et léger à surface de verre. 7-Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la surface réalisée est une glace réfléchissante mince et légère de grande dimension supportée par un substrat léger et rigide décrit dans la revendication 2.