Brevet FR2985680A1 — publié le 20130719

PROCEDE DE REPARATION D'UN TROU REALISE DANS UN PANNEAU EN MATERIAU COMPOSITE La présente invention est relative à un procédé de réparation d'un trou réalisé dans un panneau en matériau composite. bans un aéronef, différents panneaux sont réalisés en matériau composite. Un tel panneau 10, comme illustré en figure 1, comprend différentes couches 5 (12,14), notamment composées de fibres de renfort noyées dans une matrice telle une résine. Les différentes couches (12,14) sont disposées sensiblement parallèlement à un plan de stratification 5 correspondant sensiblement au plan du panneau. Aussi, pour différentes raisons, il peut être nécessaire de réaliser un trou 16 au 10 travers du panneau, le long d'un axe transversal A sensiblement perpendiculaire au plan de stratification 5. Ce trou 16 sert par exemple à relier le panneau 10 aux éléments de structure de l'aéronef, tels des poutres, par l'intermédiaire d'un élément de fixation, tel une vis ou un rivet. 15 Ou, ce trou 16 peut être utilisé pour la fixation ou le passage de l'équipement de l'aéronef, tels des câbles ou divers conduits. Lors de la réalisation du trou 16, par exemple par perçage, le matériau composite peut subir des dégradations structurelles tendant à le fragiliser. Ces dégradations sont par exemple causées par un outil présentant des surfaces 20 de coupe usées, par un mauvais guidage de l'outil lors de l'opération de perçage, ou par les vibrations de l'outil. Comme illustré en figure 1, ces dégradations structurelles se traduisent souvent par un phénomène de délaminage du matériau composite, c'est-à-dire par l'apparition d'un défaut de cohésion du matériau composite. Plus en détails, au niveau de la paroi 18 du trou, la matrice n'assure plus la tenue 5 mécanique du matériau composite et les couches de renfort ne sont plus maintenues l'une par rapport à l'autre. Selon un premier inconvénient, ce phénomène de délaminage du matériau composite nuit à la qualité du trou 16 réalisé. A l'intérieur du panneau, la paroi 18 du trou présente des défauts de surface, et 10 extérieurement, le trou présente au moins un bord 20 s'élevant au-dessus d'une face externe 22 du panneau. Ces défauts peuvent nuire à l'utilisation ultérieure du trou 16, et notamment à la qualité de l'assemblage réalisé par la suite. Selon un deuxième inconvénient, le phénomène de délaminage au niveau du trou 15 16 peut entraîner une dégradation structurale du panneau 10. Cette dégradation structurale peut accélérer le vieillissement du matériau composite et donc s'aggraver rapidement. La présente invention vise à pallier ces inconvénients. A cet effet, l'invention propose un procédé de réparation d'un trou réalisé dans 20 un panneau en matériau composite, le trou traversant le panneau et étant réalisé le long d'un axe transversal sensiblement perpendiculaire au plan de stratification du panneau, ledit procédé de réparation étant caractérisé en ce qu'il prévoit d'effectuer les opérations suivantes : placer le trou de manière étanche dans un volume d'injection de résine, injecter de la résine dans le volume 25 d'injection, presser le matériau composite du panneau entourant le trou de manière à comprimer le matériau composite dans la direction de l'axe transversal du trou. La présente invention propose aussi un dispositif de réparation pour la mise en oeuvre de ce procédé de réparation. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard 5 des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d'un panneau en matériau composite avec un trou traversant en début de réparation avec un procédé et un dispositif de réparation selon l'invention, - la figure 2 est une vue schématique en coupe transversale d'un panneau en 10 matériau composite avec un trou traversant en fin de réparation avec un procédé et un dispositif de réparation selon l'invention, - la figure 3 est une vue en perspective d'un panneau en matériau composite sur lequel est monté un dispositif de réparation selon l'invention. Comme indiqué précédemment et illustré par la figure 1, la présente invention 15 concerne la réparation d'un trou 16 réalisé dans un panneau 10 en matériau composite. Un tel panneau 10 comprend différentes couches (12,14), notamment composées de fibres de renfort noyées dans une matrice telle une résine. Les différentes couches (12,14) sont disposées sensiblement parallèlement à un 20 plan de stratification 5. Le plan de stratification 5 correspond sensiblement au plan du panneau. Le trou 16 traverse le panneau 10 et est réalisé le long d'un axe transversal A sensiblement perpendiculaire au plan de stratification 5 du panneau 10. Le procédé de réparation selon l'invention a pour objectif de remédier aux 25 défauts liés au phénomène de délaminage du matériau composite qui peut se produire au niveau du trou 16, et plus particulièrement au niveau de la paroi 18 du trou 16, après l'opération de perçage du trou. A cet effet, le procédé de réparation prévoit d'effectuer les opérations suivantes : - Placer le trou 16 de manière étanche dans un volume d'injection V de résine, - Injecter de la résine dans le volume d'injection V, - Presser le matériau composite du panneau 10 entourant le trou 16 de manière à comprimer le matériau composite dans la direction de l'axe transversal A du trou. Le procédé de réparation prévoit également de chauffer la résine, notamment de 10 type thermodurcissable, après avoir pressé le matériau composite du panneau 10 entourant le trou 16. Parallèlement à ce procédé, l'invention propose aussi un dispositif de réparation 24 pour la mise en oeuvre de cette réparation. Comme illustré par les figures 1 et 2, ce dispositif de réparation 24 comprend 15 une cloche d'injection 26 de résine permettant de placer le trou 16 de manière étanche dans un volume d'injection V de résine. Cette cloche 26 comprend aussi un orifice d'injection 28 par lequel de la résine peut être injectée dans le volume d'injection V. Le dispositif de réparation 24 comprend en outre des moyens de pressage 30 20 permettant de compresser le matériau composite du panneau 10 entourant le trou 16 dans la direction de l'axe transversal A du trou. Et, le dispositif de réparation 24 peut aussi comprendre des moyens de chauffage 32 destiné à chauffer la résine une fois celle-ci injectée dans le trou. Plus en détails, la cloche 26 comprend deux demi-cloches (34,36) destinées à 25 être disposées de part et d'autre du trou 16, les demi-cloches (34,36) étant reliées par un axe de liaison 38 et comprenant chacune une surface d'appui (40,42) équipée de moyens d'étanchéité 44. Les demi-cloches (34,36) sont montées face à face, contre les faces externes 22 du panneau 10 de manière à enfermer le trou 16 dans le volume d'injection V formé par la cloche 26. Et, l'axe de liaison 38 est placé dans le trou 16 de manière à traverser le panneau 5 10 de part en part. Les surfaces d'appui (40,42) étant destinées à reposer de manière étanche sur les faces externes 22 du panneau 10, ces surfaces d'appui (40,42) sont de forme adaptée aux surfaces de pose (46,48), notamment planes, offertes par les faces externes 22 du panneau 10. 10 Afin d'assurer l'étanchéité du volume d'injection V formé par la cloche 26, l'axe de liaison 38 traversant chaque demi-cloche (34,36), un embout 50 est solidaire d'une extrémité 52 de l'axe 38 et vient en appui contre une demi-cloche 34, et un autre embout 54 est vissé sur l'autre extrémité 56 de l'axe 38 et vient en appui contre l'autre demi-cloche 36 de manière à rapprocher les demi-cloches lorsque 15 ledit embout 54 est vissé. Ainsi, il suffit de visser suffisamment l'embout 54 sur l'axe 38 pour assurer l'étanchéité du montage de la cloche 26 autour du trou 16. Comme illustré en figure 3, le trou 16 étant cylindrique autour de l'axe transversal A, les demi-cloches (34,36) et les embouts (50,54) sont cylindriques 20 autour de l'axe central C de l'axe de liaison 38. bans cette configuration cylindrique, les surfaces d'appui (40,42) des demi-cloches sont annulaires, et les moyens d'étanchéité 44 prennent la forme de joints circulaires (58,60) rapportés sur les surfaces d'appui annulaires (40,42) des demi-cloches. 25 Afin de parfaire l'étanchéité du volume d'injection V, il est aussi prévu des moyens d'étanchéité 62 entre les embouts (50,54) et les demi-cloches (34,36), chaque liaison entre un embout (50,54) et l'axe de liaison 38 étant étanche. La cloche d'injection 26 pouvant être utilisée de façon répétée pour réparer plusieurs trous, il peut être utile de prévoir un nettoyage et une vérification de l'état de la cloche d'injection 26 préalablement à son utilisation dans le procédé selon l'invention. Afin d'éliminer les résidus issus de la réalisation du trou 16, notamment par perçage, et avant de placer le trou 16 de manière étanche dans le volume d'injection V de résine, le procédé de réparation prévoit d'effectuer une opérations de nettoyage de la paroi 18 du trou et des surfaces de pose (64,66) d'un outil d'injection de résine, notamment la cloche 26, situées sur les faces externes 22 du panneau 10 autour des bords 20 du trou 16. Plus précisément, l'opération de nettoyage des surfaces de pose (64,66) est effectuée avec un solvant de nettoyage, et l'opération de nettoyage de la paroi 18 du trou 16 est effectuée délicatement avec un tissu sec. Ce nettoyage des surfaces de pose (64,66) doit être effectué en prenant soin de ne pas polluer l'intérieur du trou 16 avec le solvant de nettoyage. Le nettoyage de la paroi 18 du trou 16 s'effectue en tournant et en traversant le trou 16 avec le tissu sec. Il convient d'introduire précautionneusement le tissu sec au niveau d'un bord 20 délaminé afin d'éviter d'aggraver le délaminage. Selon une autre précaution, le procédé de réparation prévoit de vérifier par aspiration d'air l'étanchéité du volume d'injection V avant l'injection de la résine. Cette aspiration d'air peut être pratiquée au niveau de l'orifice d'injection 28 de résine à l'aide d'une seringue P propre et vide. Une fois les opérations de nettoyage effectuées et l'étanchéité du volume d'injection V vérifiée, l'injection de résine peut être mise en oeuvre sereinement. Le procédé de réparation prévoit d'injecter la résine dans le volume d'injection V à l'aide d'une seringue P, le volume d'injection V comprenant un orifice d'injection 28 adapté pour recevoir l'embout 68 de la seringue P. En variante, et comme illustré en figure 1, le procédé de réparation prévoit de déporter l'orifice d'injection 28 du volume d'injection V. A cet effet, l'orifice d'injection 28 est équipé d'un raccord rapide 29, par exemple de type pneumatique ou mécanique, auquel est relié un conduit 31, de 5 préférence souple, permettant de déporter la seringue P. Ce déport de la seringue P permet de parer à d'éventuels problèmes d'encombrement de la seringue relativement à l'accessibilité du trou à réparer. Un embout 33, prévu entre le conduit 31 et la seringue P, permet d'assurer, avec le raccord 29 et le conduit 31, une meilleure étanchéité entre la seringue P et 10 l'orifice 28. Afin de remplir complètement le volume d'injection V de résine, il convient, après avoir rempli la seringue P de résine et avant injection de la résine dans le volume d'injection V, d'évacuer les bulles d'air qu'elle contient. Selon un mode opératoire, l'injection de résine est pratiquée avec le panneau 10 à 15 la verticale, le trou 16 à l'horizontale, et la seringue P maintenue à l'horizontale. Lors de l'injection de résine avec la seringue P, la seringue P est maintenue en pression, puis relâchée. Afin de vider l'air du volume d'injection V, il convient de répéter les phases de maintien en pression et de relâchement de la seringue P jusqu'à ce qu'il n'y ait 20 plus d'air entrant dans la seringue P lors de son relâchement. Une fois le volume d'injection V rempli de résine, le procédé prévoit de retirer la seringue P et de retirer l'outil d'injection, soit la cloche 26. Pour la mise en oeuvre de l'injection, la cloche 26 du dispositif de réparation 24 comprend un orifice d'injection 28 situé à une extrémité (52,56) de l'axe de 25 liaison 38, et l'axe de liaison 38 comprend un conduit d'injection 70 de résine se prolongeant depuis l'orifice d'injection 28 jusqu'à un orifice de sortie 72 situé en périphérie de l'axe de liaison 38 et entre les deux demi-cloches (34,36) de manière à déboucher dans le volume d'injection V. Afin de supprimer les défauts du matériau composite dus au délaminage au niveau du trou 16, le procédé de réparation prévoit de maintenir le matériau composite du panneau 10 entourant le trou 16 compressé pendant le chauffage de la résine. A cet effet, et comme illustré en figure 2, les moyens de pressage 30 du dispositif de réparation 24 prennent la forme d'une vis 74, d'un écrou 76 et de deux rondelles 78. Les rondelles 78 sont disposées de part et d'autre du trou 16, et la vis 74 et l'écrou 76 permettent d'enserrer avec une pression adaptée le matériau composite entourant le trou 16. Par précaution, il convient de nettoyer les moyens de pressage 30 avant leur utilisation. Après injection de la résine et avant l'éventuel chauffage de la résine, le procédé de réparation prévoit de nettoyer l'intérieur I et l'extérieur E du trou 16. Cette opération de nettoyage est effectuée avec un chiffon sec, et au besoin avec un outil approprié, en poussant le chiffon dans le sens opposé à l'opération ayant créé le délaminage, ceci afin de ne pas étendre le défaut. L'objectif de cette opération de nettoyage est d'enlever la résine en surplus dans le trou, c'est-à-dire située en dehors du matériau délaminé, afin d'éviter l'adhésion de la vis 74 et des rondelles 78 des moyens de pressage 30 lors du chauffage de la résine, et notamment lors de sa polymérisation dans le cas d'une résine thermodurcissable. bans une première variante, afin de mettre en oeuvre l'étape de chauffage de la résine prévue par le procédé, les moyens de chauffage 32 du dispositif de 25 réparation 24 comprennent une source électrique de chaleur 80 et une enceinte 82 pour concentrer la chaleur dans un volume de chauffage VC donné. Le volume de chauffage VC alloué par l'enceinte 82 autour du trou 16 est adapté pour favoriser la montée en température d'une partie suffisante du matériau composite entourant le trou 16. Comme illustré en figure 2, la source de chaleur 80 prend la forme d'un pistolet à chaleur. L'enceinte 82 prend la forme d'une boîte sans fond rapportée sur une face externe 22 du panneau 10 et comprenant une ouverture 84 pour la source 80 de chaleur. bans une deuxième variante non illustrée, les moyens de chauffage 32 du dispositif de réparation 24 prennent la forme d'une vis chauffante disposée dans le trou 16, cette vis chauffante pouvant aussi permettre de maintenir le matériau composite du panneau 10 entourant le trou 16 compressé pendant le chauffage de la résine. Afin de maîtriser les effets de la chaleur sur la résine injectée, le procédé de 15 réparation prévoit de contrôler la température du matériau composite du panneau 10 entourant le trou 16 pendant le chauffage de la résine. A cet effet, les moyens de chauffage 32 comprennent des moyens de contrôle 86 de la chaleur transmise au matériau composite du panneau 10 entourant le trou 16. 20 Comme illustré en figure 2, ces moyens de contrôle 86 comprennent au moins un, deux de préférence, dispositif de mesure de la température (88,89), notamment un thermocouple, destiné à être lié thermiquement au matériau composite du panneau 10 entourant le trou 16. Pour mesurer la température à coeur du matériau composite, ces dispositifs de 25 mesure (88,89) sont reliés à des axes (90,91) conducteurs thermiquement traversant le matériau composite entourant le trou 16. Selon un mode opératoire, le procédé de réparation prévoit que la résine injectée est thermodurcissable, et que le matériau composite du panneau 10 entourant le trou 16 est maintenu à une température d'environ 80 degrés Celsius pendant 120 à 150 minutes. Selon une autre caractéristique opératoire, la résine injectée lors de la mise en oeuvre du procédé de réparation est proche ou identique à celle utilisée dans la 5 fabrication du matériau composite du panneau 10. La présente invention couvre aussi un trou 16 dans un panneau 10 en matériau composite réparé à l'aide du procédé qui vient d'être décrit, et notamment avec le dispositif de réparation proposé par l'invention.