Brevet FR2865309A1 — publié le 20050722

La présente invention a pour objet une peau perforée pour élément acoustique, un élément acoustique incorporant une telle peau, ainsi que le procédé de fabrication de ladite peau. Par élément acoustique, on entend un élément composé d'un sandwich peau externe/nid d'abeille/peau interne, ladite peau externe étant destinée à être placée côté source du bruit. Dans le domaine de l'aéronautique, par exemple, il 10 est nécessaire de réduire autant que possible le bruit produit par le réacteur dans l'entrée d'air ou le système d'éjection. A cette fin, il a été proposé des éléments acoustiques formés d'un sandwich peau externe/nid d'abeille/peau interne, dans lesquels la peau externe, destinée à être située côté source du bruit, est perforée pour laisser les ondes sonores pénétrer dans le sandwich et y être amorties, la peau interne étant, elle, pleine. Dans le cadre de la présente description, le verbe "perforer", et ses déclinaisons, est utilisé au sens propre de "percer de part en part", comme par poinçonnage, perçage mécanique par foret, érosion, laser, etc., et non au sens de ménager des trous d'une manière quelconque. On connaît des peaux composites, c'est-à-dire constituées de fibres et de résine, perforées à hauteur de 10-15%, un tel taux de perforation épargnant suffisamment de fibres pour que la peau conserve un degré d'intégrité acceptable. On connaît également des peaux métalliques perforées à hauteur de 30-40% sans que le degré d'intégrité devienne inacceptable, suffisamment de matière restant entre les perforations. Les produits composites étant plus légers que les produits métalliques et la question du poids étant toujours un paramètre extrêmement important s'agissant d'aéronautique, il serait souhaitable de pouvoir disposer de peaux composites ayant un taux de perforation semblable à celui qu'il est possible d'atteindre dans le cas de peaux métalliques. Malheureusement, cela n'est pas possible en appliquant simplement la technique connue avec soit une augmentation de la densité des perforations, soit une augmentation de la taille des perforations, soit les deux, car, alors, il ne reste plus suffisamment de fibres non affectées par les perforations et la tenue structurale de la peau n'est plus assurée que par la matrice de résine. Une solution est, non pas de perforer une nappe de fibres pré-imprégnées de résine, une fois la résine polymérisée, mais de ménager des trous en faisant cheminer la nappe, avant polymérisation, entre les pointes d'une "planche de fakir", le retrait des pointes de la planche, après polymérisation, résultant en autant de trous dans la nappe qu'il y avait de pointes. Dans ce cas, les fibres suivent un chemin sinueux autour des trous au lieu d'être coupées par la création des trous, et la peau a une intégrité convenable même avec un fort pourcentage de trous. Cependant, outre qu'elle est difficile à mettre en oeuvre lorsqu'il s'agit de réaliser une peau de forme complexe à double courbure, cette solution n'est pas totalement satisfaisante en ce sens que les trous sont irréguliers avec des amas de résine aux points de divergence/confluence des fibres en amont/aval des trous. Une autre solution consiste à réaliser l'élément acoustique sous la forme d'une cuvette qui constitue la peau interne et sur laquelle se collent le noyau nid d'abeille et la peau externe perforée. La peau interne est alors le seul support des efforts et cette solution est peu efficace sur le plan structural. Il existe donc un besoin non satisfait en une nappe composite fortement perforée mais ayant une intégrité suffisante, besoin qui est d'autant plus pressant qu'une forte perforation permettrait d'adjoindre à la peau une toile métallique (dite "wiremesh") pour que l'atténuation acoustique soit optimale. A cette fin, l'invention apporte une peau perforée pour élément acoustique, constituée d'au moins une nappe de fibres sensiblement rectilignes associées à une résine et dont les perforations définissent un motif répétitif régulier, caractérisée en ce que les perforations affectent au moins 25%, et de préférence 30-40%, de la peau et en ce que, au moins dans une partie majeure de la peau ainsi perforée, des fibres de la ou desdites nappes sont ininterrompues par les perforations. La résine dont il est question peut aussi bien être thermodurcissable que thermoplastique et l'expression "associées à une résine" entend couvrir aussi bien le cas d'une pré-imprégnation des fibres, que la juxtaposition d'un film de résine à une nappe de fibres, ou toute autre technique connue dans l'art. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, au moins certaines des fibres d'au moins une nappe sont sensiblement parallèles les unes aux autres et orientées de telle sorte qu'elles suivent une série de couloirs parallèles exempts de perforations et, mieux, la peau comprend au moins deux nappes, dans chacune desquelles au moins certaines fibres sont sensiblement parallèles les unes aux autres, lesdites fibres parallèles de l'une des nappes étant orientées de telle sorte qu'elles suivent une première série de couloirs parallèles exempts de perforations et les fibres parallèles de l'autre nappe étant orientées de telle sorte qu'elles suivent une seconde série de couloirs parallèles exempts de perforations, la première série de couloirs étant sécante à la seconde série de couloirs. Les deux nappes en question peuvent être indépendantes ou constituer, par exemple, les fils de chaîne et de trame d'un tissu. Le motif répétitif régulier de perforation peut être quelconque, mais il s'agira le plus souvent d'un motif en triangles équilatéraux ou d'un motif en rectangles, et plus spécifiquement en carrés. Dans le cas d'un motif en triangles équilatéraux, la peau comprend au moins une série de trois nappes, dans chacune desquelles au moins certaines fibres sont sensiblement parallèles les unes aux autres, chaque nappe ayant ses fibres parallèles orientées parallèlement à l'un des côtés du triangle équilatéral. Dans le cas d'un motif en rectangles, la peau comprend au moins une série de quatre nappes, dans chacune desquelles au moins certaines fibres sont sensiblement parallèles les unes aux autres, deux des nappes ayant leurs fibres parallèles orientées parallèlement à chacune des paires de côtés du rectangle et les deux autres nappes ayant leurs fibres parallèles orientées parallèlement à chacune des diagonales du rectangle. Dans une forme d'exécution possible, au moins deux desdites nappes appartiennent à un tissu comportant des fibres selon une première direction et des fibres selon une seconde direction sécante à la première, ledit tissu étant orienté de telle sorte qu'au moins certaines fibres selon la première direction et au moins certaines fibres selon la seconde direction suivent des couloirs exempts de perforations. Par nappes de fibres quasi-unidirectionnelles, on entend des fibres qui sont en très grande majorité (90-98%) unidirectionnelles. Il s'agira par exemple de fibres de carbone renforcées par 2% de fibres de verre orientées perpendiculairement aux fibres de carbone. Les fibres peuvent être de nature quelconque pour autant qu'elles soient capables de résister aux conditions d'utilisation, par exemple, des fibres de carbone, des fibres de verre ou des fibres de Kevlar. La résine, quant à elle, sera choisie notamment en fonction de la température à laquelle sera soumis l'élément acoustique en service. Ainsi, un élément acoustique équipant une sortie de gaz sera exposé à des températures nettement plus élevées qu'un élément équipant une entrée d'air. Selon le cas, on pourra utiliser une résine époxy ou une résine bismaléimide (BMI), par exemple. Comme indiqué plus haut, l'invention concerne également un élément acoustique incorporant la peau décrite ci-dessus et un procédé de fabrication de ladite peau. S'agissant de l'élément acoustique, il est formé, comme indiqué plus haut, d'un sandwich peau externe/nid d'abeille/peau interne et ladite peau externe est constituée par la peau selon l'invention. De préférence, ladite peau externe est solidarisée, sur sa face opposée au nid d'abeille, à un tissu métallique poreux de 1 à 2/10 mm d'épaisseur et ayant une résistance à la traversée des gaz comprise entre 20 et 40 Pa. s/m (rayls). Ce tissu métallique est constitué par des fils métalliques fins, en général en acier inoxydable pour éviter des phénomènes de corrosion "galvanique". Le tissage d'un tel tissu métallique est très serré et peut déboucher sur une toile ou, plus souvent, sur un reps. S'agissant du procédé, il comprend, préalablement à l'étape de perforation, une étape de dépôt desdites nappes sur une forme à des fins de conformation, est caractérisé en ce que: pour le dépôt, on dispose selon une première direction, au moins une nappe de 25 fibres unidirectionnelles ou quasi-unidirectionnelles associées à une résine, et selon une deuxième direction sécante à la première, au moins une deuxième nappe de fibres unidirectionnelles ou quasi- unidirectionnelles associées à une résine, et pour la perforation, on applique un motif d'une géométrie telle et d'une orientation telle par rapport auxdites première et deuxième directions qu'au moins certaines fibres des première et deuxième nappes demeurent ininterrompues. S'il s'agit de fabriquer une peau ayant un motif de perforations en triangle équilatéral, pour le dépôt, on dispose selon une première direction, 00, au moins une première nappe de fibres unidirectionnelles ou quasi-unidirectionnelles associées à une résine, selon une deuxième direction, à +60 par rapport à 5 la première direction, au moins une deuxième nappe de fibres unidirectionnelles ou quasi-unidirectionnelles associées à une résine, selon une troisième direction, à -60 par rapport à la première direction, au moins une troisième nappe de fibres unidirectionnelles ou quasi-unidirectionnelles associées à une résine, et pour la perforation, on applique un motif en triangles équilatéraux orienté de telle sorte que la première direction correspond à celle d'un côté d'un triangle équilatéral du motif. S'il s'agit de fabriquer une peau ayant un motif de perforations en rectangle, selon une première variante pour le dépôt, on dispose selon une première direction, 0 , au moins une 20 première nappe de fibres unidirectionnelles ou quasi-unidirectionnelles associées à une résine, selon une deuxième direction, à +90 par rapport à la première direction, au moins une deuxième nappe de fibres unidirectionnelles ou quasi-unidirectionnelles associées à une résine, et selon une troisième et une quatrième directions suivant, respectivement, chacune des diagonales d'un rectangle du futur motif de perforation, au moins une troisième et une quatrième nappes de fibres unidirectionnelles ou quasi-unidirectionnelles associées à une résine, et pour la perforation, on applique un motif en rectangles orientés de telle sorte que les troisième et quatrième directions correspondent à celles des diagonales d'un rectangle du motif. Un cas particulier de rectangle est bien évidemment le carré. Dans ce cas, les troisième et quatrième directions seront respectivement à +45 et- 45 par rapport à la première direction Selon une seconde variante applicable au cas du motif en carrés pour le dépôt, on dispose selon une première direction, au moins une couche tissu associé à une résine et comportant des fils de chaîne et des fils de trame sensiblement perpendiculaires les uns aux autres, la direction desdits fils de chaîne étant prise comme première direction; et selon une deuxième direction, à 45 par rapport à la première direction, au moins une couche de tissu associé à une résine et comportant des fils de chaîne et des fils de trame sensiblement perpendiculaires les uns aux autres, la direction desdits fils de chaîne ou de trame étant prise comme deuxième direction; et pour la perforation, on applique un motif en carrés orientés de telle sorte que la première direction correspond à celle d'une diagonale d'un carré du motif. Dans tous les cas, lors du dépôt, on prend soin d'orienter au moins certaines des fibres qui resteront ininterrompues après perforation dans une direction correspondant à une direction de contrainte maximale de l'élément, une fois en service. Bien entendu, le dépôt sur des formes non planes fait que les fibres n'ont pas une orientation constante et il y a lieu, en conséquence, de programmer convenablement la machine de perforation pour que l'opération tienne en permanence compte des changements d'orientation des fibres. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est un schéma représentant, en coupe agrandie, un élément acoustique auquel s'applique 35 l'invention; - la figure 2 est un schéma montrant les orientations des fibres dans le cas d'un motif de perforation en triangle équilatéral, et - la figure 3 est un schéma montrant les orientations 5 des fibres dans le cas d'un motif de perforation en rectangle. Comme il ressort de la figure 1, l'élément acoustique comporte une peau externe perforée 1, une couche nid d'abeille 2 et une peau interne non perforée 3. La peau 1 est perforée de telle sorte que, compte tenu des perforations bouchées par la réunion de ladite peau avec le nid d'abeille, il y ait en moyenne trois perforations par alvéole du nid d'abeille. Une toile métallique 4, tel qu'un reps, de 1 à 2/10 mm d'épaisseur est collée à la peau perforée 1 pour augmenter l'effet d'amortissement acoustique. Si l'on en vient à la figure 2, on voit une disposition de perforations P1, P2 et P3 en triangle équilatéral a,b,c (ou de perforations P1, P3, P4 en triangle équilatéral a,c,d). Les perforations peuvent avoir, par exemple, un diamètre de 1,55 mm et les côtés du triangle avoir une longueur de 2,53 mm. On comprend que, pour une telle densité de perforation, des fibres distribuées de manière aléatoire seraient inévitablement coupées pour la plupart et qu'il en résulterait une intégrité insuffisante de la peau. Pour éviter qu'il en soit ainsi, l'invention prévoit de respecter une relation particulière entre l'orientation des fibres et la géométrie du motif répétitif de perforation. Ainsi, comme on le voit, une première nappe N1 de fibres unidirectionnelles est disposée de telle sorte que ses fibres, telles que F1, soient parallèles au côté a,b du triangle, une seconde nappe N2 de fibres unidirectionnelles est disposée de telle sorte que ses fibres F2 soient parallèles au côté b,c du triangle, et une troisième nappe N3 de fibres unidirectionnelles est disposée de telle sorte que ses fibres F3 soient parallèles au côté a,c du triangle. Naturellement, la réalisation des perforations P1, P2 et P3 coupera des fibres dans les nappes N1, N2 et N3, mais il demeurera des couloirs Cl, C2 et C3, de largeur z, de fibres épargnées par cette opération et les fibres ainsi ininterrompues assureront une intégrité suffisante à la peau perforée. La figure 3 montre une disposition de perforations P5, P6, P7 et P8 en rectangle e,f,g,h, les directions X-X' et YY' correspondant à celles des diagonales dudit rectangle. Pour ne pas surcharger la figure, il n'a été représenté, pour illustrer les nappes, que les couloirs de fibres ininterrompues correspondants. Comme on le voit, une première nappe N4 de fibres unidirectionnelles est disposée de telle sorte que ses fibres soient parallèles aux côtés e,f et h,g du rectangle, une seconde nappe N5 de fibres unidirectionnelles est disposée de telle sorte que ses fibres soient parallèles aux côtés e,h et f,g du rectangle, une troisième nappe N6 de fibres unidirectionnelles est disposée de telle sorte que ses fibres soient parallèles à la diagonale e,g (= Y,Y') et une quatrième nappe N7 de fibres unidirectionnelles est disposée de telle sorte que ses fibres soient parallèles à la diagonale f,h (= X,X'). Là encore, la réalisation des perforations P5-P8 coupera des fibres dans les nappes N4- N7, mais il demeurera des couloirs C4-C7 de fibres épargnées par cette opération et les fibres ainsi ininterrompues assureront une intégrité suffisante à la peau perforée. On comprend que les fibres de la nappe N4 et celles de la nappe N5 pourraient appartenir à un tissu dont elles constitueraient respectivement la chaîne et la trame. Dans une première variante d'exécution, les nappes de fibres N4-N7 sont indépendantes les unes des autres. Dans une seconde variante, les fibres de deux nappes perpendiculaires, telles que N4 et N5, ou N6 et N7, peuvent en fait être, d'une part, les fils de trame et, d'autre part, les fils de chaîne d'un tissu. Dans la description qui précède, on s'est référé à l'usage de trois nappes de fibres à propos du motif en triangles équilatéraux et à quatre nappes de fibres à propos du motif en rectangles, mais la peau peut comporter davantage de nappes. Ainsi, dans une forme d'exécution préférée de perforations à motif en triangles équilatéraux, la peau comportera six plis orientés à 0 /+60 /-60 /-60 /+600/0 . En outre, comme indiqué plus haut, l'invention concerne la réalisation de peaux perforées dans lesquelles les perforations définissent un motif répétitif régulier. Les motifs qui ont été spécifiquement décrits et/ou illustrés ne sont que des exemples non limitatifs. Il pourrait tout aussi bien s'agir, par exemple, de motifs hexagonaux, octogonaux, etc. REVENDICATIONS 1. Peau perforée pour élément acoustique, constituée d'au moins une nappe (Nl-N3; N4-N7) de fibres sensiblement rectilignes associées à une résine et dont les perforations définissent un motif répétitif régulier (a,b,c; e,f,g,h), caractérisée en ce que les perforations (Pl-P3; P5-P8) affectent au moins 25% de la peau et en ce que, au moins dans une partie majeure de la peau ainsi perforée, des fibres (Cl-C3; C4-C7) de la ou desdites nappes (Nl-N3; N4-N7) sont ininterrompues par les perforations (Pl-P3; P5-P8). 2. Peau selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est perforée à 30-40% 3. Peau selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'au moins certaines des fibres d'au moins une nappe (Nl-N3; N4-N7) sont sensiblement parallèles les unes aux autres et orientées de telle sorte qu'elles suivent une série de couloirs (Cl ou C2 ou C3; C4 ou C5 ou C6 ou C7) parallèles exempts de perforations. 4. Peau selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux nappes, dans chacune desquelles au moins certaines fibres sont sensiblement parallèles les unes aux autres, lesdites fibres parallèles de l'une des nappes étant orientées de telle sorte qu'elles suivent une première série de couloirs (Cl; C4) parallèles exempts de perforations et les fibres parallèles de l'autre nappe étant orientées de telle sorte qu'elles suivent une seconde série de couloirs (C2 ou C3; C5 ou C6 ou C7) parallèles exempts de perforations, la première série de couloirs (Cl; C4) étant sécante à la seconde série de couloirs (C2 ou C3; C5 ou C6 ou C7). 5. Peau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans laquelle le motif répétitif régulier est un triangle équilatéral (a,b,c), caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une série de trois nappes (Nl-N3), dans chacune desquelles au moins certaines fibres sont sensiblement parallèles les unes aux autres, chaque nappe ayant ses fibres parallèles orientées parallèlement à l'un des côtés (a-b, b-c, c-a) du triangle équilatéral. 6. Peau selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le motif répétitif régulier est un rectangle (e,f,g,h,), caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une série de quatre nappes (N4-N7), dans chacune desquelles au moins certaines fibres sont sensiblement parallèles les unes aux autres, deux des nappes (N4,N5) ayant leurs fibres parallèles orientées parallèlement à chacune des paires de côtés (e-f et g-h, e-h et f-g) du rectangle et les deux autres nappes (N6, N7) ayant leurs fibres parallèles orientées parallèlement à chacune des diagonales (e-g, f-h) du rectangle. 7. Peau selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la ou lesdites nappes sont des nappes de fibres unidirectionnelles ou quasi-unidirectionnelles. 8. Peau selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'au moins deux desdites nappes (N4,N5) appartiennent à un tissu comportant des fibres selon une première direction et des fibres selon une seconde direction sécante à la première, ledit tissu étant orienté de telle sorte qu'au moins certaines fibres selon la première direction et au moins certaines fibres selon la seconde direction suivent des couloirs (C4, C5) exempts de perforations. 9. Elément acoustique formé d'un sandwich peau externe(l)/nid d'abeille (2)/peau interne (3), ladite peau externe étant destinée à être placée côté source du bruit, caractérisée en ce que ladite peau externe (1) est une peau selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10. Elément acoustique selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite peau externe (1) est solidarisée, sur sa face opposée au nid d'abeille (2), à un tissu métallique (4) poreux de 1 à 2/10 mm d'épaisseur et ayant une résistance à la traversée des gaz comprise entre 20 et 40 Pa.s/m. 11. Procédé de fabrication d'une peau selon la revendication 4, qui comprend, préalablement à l'étape de perforation, une étape de dépôt desdites nappes sur une forme à des fins de conformation, caractérisé en ce que: pour le dépôt, on dispose selon une première direction, au moins une nappe (N1; N4) de fibres unidirectionnelles ou quasiunidirectionnelles associées à une résine, et selon une deuxième direction sécante à la première, au moins une deuxième nappe (N2 ou N3; N5 ou N6 ou N7) de fibres unidirectionnelles ou quasi-unidirectionnelles associées à une résine, et pour la perforation, on applique un motif d'une géométrie telle et d'une orientation telle par rapport auxdites première et deuxième directions qu'au moins certaines fibres [Cl et (C2 ou C3) ; C4 et (C5 ou C6 ou C7)] des première et deuxième nappes demeurent ininterrompues. 12. Procédé de fabrication selon la revendication 11 20 d'une peau selon la revendication 5, caractérisé en ce que: pour le dépôt, on dispose selon une première direction, 00, au moins une première nappe (Ni) de fibres unidirectionnelles ou quasi-unidirectionnelles associées à une résine, selon une deuxième direction, à +60 par rapport à la première direction, au moins une deuxième nappe (N2) de fibres unidirectionnelles ou quasi-unidirectionnelles associées à une résine, et selon une troisième direction, à -60 par rapport à 30 la première direction, au moins une troisième nappe (N3) de fibres unidirectionnelles ou quasi-unidirectionnelles associées à une résine, et pour la perforation, on applique un motif en triangles équilatéraux (a,b,c) orientés de telle sorte que 35 la première direction correspond à celle d'un côté (a-b) d'un triangle équilatéral du motif. 13. Procédé de fabrication selon la revendication 11 d'une peau selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il consiste: pour le dépôt, on dispose selon une première direction, 00, au moins une première nappe (N4) de fibres unidirectionnelles ou quasi-unidirectionnelles associées à une résine, selon une deuxième direction, à +90 par rapport à la première direction, au moins une deuxième nappe (N5) de fibres unidirectionnelles ou quasi-unidirectionnelles associées à une résine, selon une troisième et une quatrième directions (X-X', Y,Y') suivant, respectivement, chacune des diagonales d'un rectangle du futur motif de perforation, au moins une troisième et une quatrième nappes (N6, N7) de fibres unidirectionnelles ou quasi-unidirectionnelles associées à une résine, et pour la perforation, on applique un motif en rectangles (e, f,g,h), orientés de telle sorte que les troisième et quatrième directions (X-X', Y,Y') correspondent à celles des diagonales (e-g, f-h) d'un rectangle du motif. 14. Procédé de fabrication selon la revendication 11 d'une peau selon la revendication 6 dans le cas où le motif en rectangles est un motif en carrés, caractérisé en ce qu'il consiste: pour le dépôt, on dispose selon une première direction, au moins une couche tissu associé à une résine et comportant des fils de chaîne et des fils de trame sensiblement perpendiculaires les uns aux autres, la direction desdits fils de chaîne étant prise comme première direction; et selon une deuxième direction, à 45 par rapport à la première direction, au moins une couche de tissu associé à une résine et comportant des fils de chaîne et des fils de trame sensiblement perpendiculaires les uns aux autres, la direction desdits fils de chaîne ou de trame étant prise comme deuxième direction; et pour la perforation, on applique un motif en carrés orientés de telle sorte que la première direction correspond à celle d'une diagonale d'un carré du motif. 15. Procédé de fabrication d'une peau selon l'une quelconque des 'revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il consiste, lors du dépôt, à orienter au moins certaines des fibres qui resteront ininterrompues après perforation (C1-C3; C4-C7) dans une direction correspondant à une direction de contrainte maximale de l'élément, une fois en service.