Brevet FR2989636A1 — publié le 20131025

POUTRES DE RENFORT EN COMPOSITE POUR UNE PORTE LATERALE DE VEHICULE AUTOMOBILE L'invention a trait à la résistance aux chocs des véhicules 5 automobiles. Elle concerne plus particulièrement une porte latérale équipée d'une poutre de renfort. Il est connu d'intégrer une poutre de renfort à une porte latérale d'un véhicule automobile. Cette poutre a pour fonction de rigidifier la porte notamment lors d'un impact frontal en résistant autant que 10 possible aux efforts de compression, sans fléchir ni flamber, l'objectif final étant de préserver le volume de survie des occupants de l'habitacle lors du choc. Une telle poutre peut être installée le long d'un bord inférieur d'une fenêtre de la porte et constituer ainsi un renfort de frise. Ce renfort, 15 disposé sensiblement longitudinalement (c'est-à-dire dans l'axe du véhicule) forme ainsi, lors du choc, une jambe de force intercalée entre un pied avant et un pied arrière de la caisse du véhicule, encadrant la porte. Les poutres de ce type sont ordinairement réalisées en métal, 20 typiquement dans un profilé en acier à haute limite élastique pour les véhicules d'entrée de gamme ou de moyenne gamme, ou encore dans un profilé en alliage d'aluminium pour certains véhicules haut de gamme. Ces poutres ont fait leurs preuves, mais elles ont l'inconvénient 25 d'être lourdes, y compris les profilés d'aluminium qui présentent généralement une section fermée. Il est connu, pour alléger le véhicule, de réaliser des poutres mixtes métal-composite, cf. par ex. le brevet américain US 7 077 438, qui propose d'associer un composite carbone à un profilé en alliage 30 d'aluminium. Ce type de poutre demeure d'un poids relativement élevé au regard des performances, en particulier au regard de la tenue au flambage, et pose en outre des problèmes de délaminage à l'interface entre le métal et le composite. 35 Un premier objectif est d'alléger les structures de renfort des portes. Un deuxième objectif est, tout en réalisant cet allègement, de maintenir ou d'améliorer les performances aux chocs. Un troisième objectif est de simplifier la fabrication d'une porte ainsi renforcée. A cet effet, il est proposé, en premier lieu, une porte latérale de véhicule automobile, qui comprend une poutre de renfort disposée sensiblement longitudinalement dans une doublure de la porte, cette poutre étant réalisée sous forme d'un sandwich ou stratifié comprenant plusieurs couches de matériaux composites ayant chacune une matrice polymère chargée de fibres de renfort, à savoir : - une couche centrale dont les fibres sont orientées selon un axe principal de la poutre ; au moins deux couches extérieures de part et d'autre de la couche centrale, dont les fibres sont décalées angulairement par rapport à l'axe principal de la poutre. La porte ainsi renforcée offre une bonne résistance aux efforts de compressions subis lors d'un choc frontal, tout en étant allégée par rapport à une porte équipée d'une poutre métallique, à performances équivalentes. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison : la couche centrale comprend des fibres de carbone ; les couches latérales comprennent des fibres de verre ; le polymère de la couche centrale et/ou des couches latérales est un polymère thermodurcissable ; l'angle des fibres des couches latérales avec l'axe principal de la poutre est supérieur ou égal à 25° ; l'angle des fibres des couches latérales avec l'axe principal de la poutre est de 45° environ ; - la couche centrale représente plus de 50% en épaisseur de la poutre ; la couche centrale représente 75% en épaisseur environ de la poutre ; la poutre est réalisée par pultrusion. II est proposé, en deuxième lieu, un véhicule automobile équipé d'une porte latérale telle que présentée ci-dessus. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description d'un mode préféré de réalisation, faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique de côté montrant la partie avant d'un véhicule automobile ; la figure 2 est une vue en coupe isométrique selon le plan Il-Il de la figure 1, illustrant un premier exemple de réalisation d'une structure de poutre de renfort d'une porte latérale du véhicule ; la figure 3 est une vue similaire à la figure 2, illustrant un deuxième exemple de réalisation d'une structure de poutre de renfort ; la figure 4 est une vue similaire aux figures 2 et 3, illustrant un troisième exemple de réalisation d'une structure de poutre de renfort ; - la figure 5 est une vue similaire aux figures 2 à 4, illustrant un quatrième exemple de réalisation d'une structure de poutre de renfort. Sur la figure 1 est partiellement représenté un véhicule 1 automobile, en l'espèce un véhicule particulier de type berline. On définit par rapport au véhicule 1 un repère orthogonal XYZ comprenant trois axes perpendiculaires deux à deux, à savoir : un axe X, définissant une direction longitudinale, horizontale, confondue avec la direction générale de déplacement du véhicule 1, - un axe Y, définissant une direction transversale, horizontale, qui avec l'axe X définit un plan XY horizontal, un axe Z, définissant une direction verticale, perpendiculaire au plan XY horizontal. Le véhicule 1 comprend une caisse définissant un habitacle incluant un toit 2 et un plancher 3, et muni d'un pied 4 avant (en pointillés) séparant l'habitacle d'un compartiment 5 moteur, ainsi que d'un pied 6 milieu formant une jambe de force entre le toit 2 et le plancher 3. Ensemble, le pied 4 avant, le pied 6 milieu, le toit 2 et le plancher 3 définissent une embrasure. Le véhicule 1 comprend en outre une porte 7 latérale donnant accès à l'habitacle pour un conducteur ou un passager et qui, dans une position fermée représentée sur la figure 1, vient fermer l'embrasure. Cette porte 7 intègre, dans une doublure, une poutre 8 de renfort disposée sensiblement longitudinalement (suivant X), éventuellement avec un léger angle. Suivant l'exemple illustré sur les figures, cette poutre 8 est un renfort de frise, disposée au voisinage et le long d'un bord 9 inférieur d'une fenêtre formée en partie supérieure de la porte 7. Cette poutre 8, qui s'étend selon un axe principal sensiblement confondu (comme évoqué ci-dessus) avec l'axe X, est réalisée sous forme d'un sandwich comprenant - et en l'espèce constitué de plusieurs couches de matériaux composites ayant chacune une matrice polymère chargée de fibres de renfort. Ces couches comprennent : une couche 10 centrale, ci-après dénommée « noyau », dont les fibres sont orientées selon l'axe X principal de la poutre 8 ; au moins deux 11, 12 couches extérieures, ci-après dénommées « peaux », disposées de part et d'autre du noyau 10, dont les fibres sont décalées angulairement par rapport à l'axe X principal de la poutre 8. Selon un mode particulier de réalisation, le noyau 10 comprend des fibres de carbone, et de préférence exclusivement des fibres de ce type, qui confèrent à la poutre 8 une excellente raideur en raison d'un module d'Young et d'une contrainte à rupture en compression élevés. Quant aux peaux 11, 12, elles comprennent par exemple des fibres de verre, et de préférence exclusivement des fibres de ce type, tissées avec un angle non nul, ce qui confère aux peaux 11, 12 une bonne résistance au flambage, retarde la rupture des fibres du noyau 10 lors d'un choc frontal, et protège le noyau 10 d'éventuels impacts lors des manipulations de la poutre 7 (notamment au montage). En outre, une telle structure des peaux 11, 12 offre une bonne protection galvanique entre les fibres du noyau 10 et l'environnement, typiquement les autres composants (en métal) de la porte. Quant au polymère composant la matrice du noyau 10 et/ou des peaux 11, 12, il s'agit de préférence d'une résine thermodurcissable, qui présente l'avantage de bien résister à des températures élevées (ce qui est avantageux dans le cas d'une porte 7 destinée à être revêtue de couches de vernis et de peintures appliqués à chaud (notamment par cataphorèse). Cependant, il est envisageable de prévoir un polymère thermoplastique, qui présente l'avantage d'une facilité accrue de mise en oeuvre, bien qu'offrant une résistance plus faible aux températures élevées. L'angle des fibres des peaux avec l'axe principal de la poutre 8 est de préférence supérieur ou égal à 25°, tout en demeurant de préférence inférieur à 70° ; à titre d'exemple, cet angle est de l'ordre de 45°. Les fibres étant tissées, on comprendra aisément qu'elles sont croisées, une partie des fibres (par exemple la moitié d'entre elles), formant des fils de trame, étant décalée de l'angle précité par rapport à l'axe X principal de la poutre 8, tandis que l'autre partie, formant des fils de chaîne, est orientée de manière symétrique par rapport à l'axe X principal. Par ailleurs, le noyau 10 représente de préférence plus de 50% en épaisseur de la poutre 7, chacune des peaux 11, 12 représentant alors la moitié de l'épaisseur restante (25% de l'épaisseur totale dans ce cas). Suivant un mode de réalisation préféré toutefois, le noyau 10 représente 75% en épaisseur environ de la poutre 8, chaque peau 11, 12 représentant alors 12,5% en épaisseur de la poutre 7. Cette répartition, associée à une structure de noyau 10 à fibres de carbone axiales et une structure de peaux 11, 12 à tissage de fibres de verre croisées orientées à 45° par rapport à l'axe principal, est particulièrement avantageuse en matière de performances, tout en conférant à la poutre 7 une grande légèreté. La poutre 7 est avantageusement réalisée par pultrusion. Cette technique de fabrication a l'avantage d'être économique tout en étant particulièrement adaptée à la réalisation de profilés droits et à section constante, ce qui correspond à la majorité des cas pour l'application aux poutres de renfort des portes de véhicules. On a illustré sur les figures 2 à 5 quatre exemples de sections possibles (mais non limitatifs) pour la poutre. Dans le premier exemple (figure 2), la section est ouverte, sensiblement en forme de W et comprend une partie 13 centrale en forme de U qui se prolonge par deux sections 14 latérales en forme de C. Dans le deuxième exemple (figure 3), la section est fermée, sensiblement en forme de B, et présente une chambre unique 15. Dans le troisième exemple (figure 4), la poutre comprend une chambre 16 principale fermée (en forme de O ou de B), de part et d'autre de laquelle s'étendent des rebords 17 en saillie formés la peau 11 externe, de manière à faciliter la fixation de la poutre 8 par rivetage au niveau des rebords 17 (la fixation par rivetage au niveau de la chambre 16 principale est en effet à éviter en raison du risque de couple galvanique à la traversée du coeur 10 en fibre de carbone. Dans le quatrième exemple (figure 5), la section de la poutre 8 est également fermée, mais présente une pluralité de chambres 18 séparées par des cloisonnements 19. Ces quatre exemples offrent à la fois une bonne résistance aux efforts de compression (résistance au flambage) et aux efforts de flexion, et se prêtent bien à une réalisation par pultrusion. REVENDICATIONS1. Porte (7) latérale de véhicule (1) automobile, qui comprend une poutre (8) de renfort disposée sensiblement longitudinalement dans une doublure de la porte (7), caractérisée en ce que la poutre (8) est réalisée sous forme d'un sandwich comprenant plusieurs couches de matériaux composites ayant chacune une matrice polymère chargée de fibres de renfort, à savoir : une couche (10) centrale dont les fibres sont orientées selon un axe principal de la poutre (8) ; au moins deux couches (11, 12) extérieures de part et d'autre de la couche (10) centrale, dont les fibres sont décalées angulairement par rapport à l'axe principal de la poutre (8). 2. Porte (7) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche (10) centrale comprend des fibres de carbone. 3. Porte (7) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que les couches (11, 12) extérieures comprennent des fibres de verre. 4. Porte (7) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le polymère de la couche (10) centrale et/ou des couches (11, 12) latérales est un polymère thermodurcissable. 5. Porte (7) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'angle des fibres des couches (11, 12) latérales avec l'axe principal de la poutre (8) est supérieur ou égal à 25°. 6. Porte (7) selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'angle des fibres des couches (11, 12) extérieures avec l'axe principal de la poutre (8) est de 45° environ. 7. Porte (7) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche (10) centrale représente plus de 50% en épaisseur de la poutre (8). 8. Porte (7) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la couche (10) centrale représente 75% en épaisseur environ de la poutre (8) 9. Porte (7) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la poutre (8) est réalisée par pultrusion. 10. Véhicule (1) automobile équipé d'une porte (7) latérale selon l'une des revendications précédentes.