Brevet FR2981882A1 — publié le 20130503

L'invention concerne la fabrication de membranes en silicone du type étanche et chauffantes de faible épaisseur. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION L'invention a pour objet la fabrication d'une membrane tridimensionnelle de faible épaisseur en silicone étanche renfermant dans son épaisseur un dispositif de chauffage par résistance électrique. Une telle membrane peut être une membrane de mise sous vide, un tapis chauffant ou encore une vessie gonflable servant de noyau pour la cuisson de pièces en matériaux composites. Selon un procédé connu, une telle membrane est fabriquée en utilisant un support tridimensionnel ayant la forme souhaitée. Concrètement, un opérateur applique sur le support tridimensionnel ou modèle, ou gabarit, une première couche de silicone cru, ayant autant que faire se peut une épaisseur faible et constante, et couvrant toute la face externe du gabarit en question. Une fois que cette première opération a été réalisée, l'opérateur installe sur la face externe de la couche de silicone portée par le support ou gabarit tridimensionnel, un réseau chauffant. Concrètement un tel réseau se présente sous forme d'un ensemble de cordons électriquement conducteurs, c'est-à-dire à même de produire de la chaleur par effet Joule lorsqu'ils sont alimentés. Lorsque l'opérateur a terminé de mettre en place le réseau chauffant, en répartissant ses cordons pour qu'ils réchauffent de la manière la plus homogène l'ensemble de la surface de la membrane, il applique sur la face externe de cet ensemble une deuxième couche de silicone cru. Tout comme pour la première couche de silicone, cette seconde couche de silicone cru est appliquée de manière à avoir l'épaisseur la plus constante possible, tout en couvrant la totalité du ou des cordons constituant le réseau chauffants. Une fois que l'opérateur a terminé ces différentes opérations, il installe l'ensemble dans un four pour enclencher un cycle de chauffe du silicone, à environ cent cinquante degrés, de manière à réticuler ou vulcaniser le silicone cru afin de constituer la membrane dans sa forme définitive. En pratique, la fabrication d'une telle membrane selon ce procédé connu nécessite un opérateur suffisamment qualifié et méticuleux pour manipuler le silicone cru sans le détériorer, et elle induit quoi qu'il en soit un temps de confection important, et par là même coûteux. OBJET DE L'INVENTION Le but de l'invention est de proposer un procédé permettant de réduire le coût de fabrication d'une telle membrane. RESUME DE L'INVENTION A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'une membrane chauffante en silicone ayant une forme tridimensionnelle prédéterminée, comprenant les étapes suivantes : - réaliser ou disposer un support ayant la forme tridimensionnelle prédéterminée ; - fabriquer à plat une ou plusieurs pièces comportant chacune une paroi en silicone délimitée par des bords, pour recouvrir sans surépaisseur le support en positionnant chaque pièce sur le support de telle manière que les bords soient jointifs, l'une au moins des pièces comportant un réseau chauffant tel qu'un réseau électrique porté par l'une des faces de la paroi en silicone de cette pièce ; - appliquer chaque pièce sur le support pour le recouvrir sans surépaisseur, et de telle manière que chaque réseau chauffant soit situé sur une face de la paroi en silicone qui le porte opposée à la face en appui sur le support ; - appliquer par projection de silicone une autre couche de silicone pour recouvrir chaque pièce portée par le support ainsi que les bords jointifs de paroi en silicone avec chaque réseau chauffant. Grâce à l'invention, la membrane en silicone intégrant un réseau chauffant dans son épaisseur est fabriquée avec très peu d'opérations manuelles nécessitant une réelle expertise : la fabrication de cette membrane peut être industrialisée d'une manière simple, ce qui en réduit significativement le coût. Le fait qu'il n'est plus nécessaire de réaliser une vulcanisation à haute température apporte également un gain de souplesse dans la fabrication qui est de nature à en réduire le coût puisque le support tridimensionnel n'a plus à être nécessairement capable de supporter une température élevée supérieure cent degrés. En pratique, l'invention permet de fabriquer de manière très précise une membrane fine intégrant dans son épaisseur un réseau chauffant, c'est-à-dire une membrane présentant une très faible inertie thermique et permettant d'apporter la chaleur au plus près de la pièce à fabriquer. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel la fabrication à plat d'une pièce comportant une paroi en silicone portant un réseau chauffant est assurée en fixant un réseau chauffant à un substrat de type tissu ou analogue, et en projetant sur l'ensemble ainsi constitué du silicone projetable de manière à constituer la paroi en silicone. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel la fixation du réseau chauffant au substrat est assurée par couture avec une machine à coudre, ou bien au moyen de bandes de rubans adhésifs rapportées. L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, comportant une opération de découpe d'au moins une paroi en silicone portant un réseau chauffant après projection du silicone constitutif de cette paroi portant. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 est une vue en coupe d'un élément ayant une forme de pyramide tronquée qui peut être fabriqué en utilisant la membrane selon l'invention ; La figure 2 est une vue en coupe montrant le système comportant deux membranes selon l'invention qui est utilisé pour fabriquer l'élément en forme de pyramide tronquée ; La figure 3 est une vue de dessus du réseau électrique chauffant qui est intégré à la membrane utilisée pour fabriquer l'élément en forme de pyramide tronquée ; Les figures 4A et 4B sont deux vues en coupe montrant deux possibilités de fixation de l'élément chauffant de la membrane selon l'invention ; La figure 5 est une vue en perspective montrant un autre élément ayant une forme de révolution qui peut être fabriqué en utilisant une membrane selon l'invention ; La figure 6 est une vue en coupe montrant le système comportant deux membranes selon l'invention qui est utilisé pour fabriquer l'élément ayant une forme de révolution ; La figure 7 est une vue de dessus montrant les différentes pièces utilisées pour réaliser la membrane étanche chauffante formant vessie qui est utilisée pour fabriquer la pièce de révolution ; La figure 8 est une vue d'ensemble montrant la membrane chauffante formant vessie selon l'invention ; Les figures 9A et 9B montrent deux variantes de disposition des fils du réseau chauffant permettant à ce réseau d'être extensible sans risquer de rompre les fils chauffants. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'idée à la base de l'invention est de préparer dans un premier temps, et à plat, un ou plusieurs éléments comportant une couche réticulée de silicone portant un réseau chauffant. Chaque élément est ensuite installé sur la forme tridimensionnelle pour projeter dessus une couche de silicone recouvrant le réseau chauffant et réunissant les bords d'élément couvrant la forme tridimensionnelle, de façon à constituer la membrane en silicone qui comporte un élément chauffant dans son épaisseur, tout en étant étanche. Selon un premier mode de réalisation de l'invention la forme tridimensionnelle de la membrane est celle d'une pyramide tronquée à base carrée. Deux membranes selon ce second mode de réalisation sont utilisées dans une structure rigide de moule pour fabriquer une pièce en matériau composite ayant une âme en nid d'abeille en forme de pyramide tronquée, cette pièce étant représentée dans la figure 1 en y étant repérée par 1. Comme visible à la figure 1, cette pièce 1 comporte une âme 2 constituée par un assemblage bord à bord de plaques en nid d'abeille, et qui est recouverte à sa face externe d'une peau 3, et à sa face interne d'une autre peau 4. Ces peaux 3 et 4 sont obtenues par drapage de couches de tissus de verre préimprégnés avec une résine époxyde. La fabrication de cette pièce 1 nécessite de l'installer dans une structure de moule telle que celle de la figure 2, comprenant notamment deux membranes chauffantes, pour mettre cette pièce 1 sous vide entre les deux membranes afin de plaquer efficacement les couches 3 et 4 contre sa structure, tout en chauffant ces deux couches 3 et 4 pour les polymériser. Le chauffage des deux faces de la pièce est rendu nécessaire par le fait que le nid d'abeille constituant sa structure est un matériau ayant un fort pouvoir d'isolation thermique : il s'oppose au transfert de chaleur à travers l'épaisseur de la structure. Ainsi, La membrane assure à la fois le compactage de la structure durant la cuisson et l'apport de chaleur sur une face. Comme visible dans la figure 2, le système 6 qui est utilisé pour la fabrication de la pièce 1 en matériau composite comporte un moule métallique 7 ayant dans sa région centrale une forme de pyramide tronquée destinée à être en contact avec la région concave centrale de la pièce 1 pour assurer sa mise en forme. Une première membrane selon l'invention, repérée par 8, est solidarisée à la face du moule 7 qui est opposée à celle venant au contact de la région concave de la pièce 1, c'est-à-dire la face du moule 7 qui est sa face inférieure dans la figure 2. Le système comporte une deuxième membrane chauffante 9 qui vient coiffer la face supérieure de la pièce 1, c'est-à-dire la face convexe portant la peau repérée par 3, la mise sous vide de la pièce étant assurée au moyen de cette seconde membrane 9. Comme visible dans la figure 2, le système utilisé pour fabriquer la pièce 1 comporte encore différents matériaux isolants, repérés par 11 et 12, qui couvrent respectivement la première membrane 8 et la seconde membrane 9, ainsi que des moyens de connexion 13 à une pompe à vide pour assurer la mise sous vide de la pièce 1 lors de la fabrication. Les deux membranes 8 et 9 sont analogues : il s'agit de membranes étanches relativement minces en silicone comportant chacune un réseau chauffant dans son épaisseur. Conformément à l'invention, la fabrication d'une membrane est réalisée comme suit. Dans un premier temps, un élément chauffant 14 adapté à la surface de la pièce à fabriquer est conçu et réalisé séparément, comme illustré sur la figure 3. Cet élément chauffant 14 est typiquement fabriqué à partir de cordons 16 électriquement conducteurs, c'est-à-dire produisant de la chaleur par effet Joule, portés par un substrat en tissu. Les cordons chauffants 16 sont avantageusement fabriqués conformément à la demande de brevet publiée sous le numéro FR2956555 : ils comportent typiquement une âme électriquement isolante en fibres sèches, entourée par un fil conducteur bobiné en hélicoïde autour de cette âme. Dans l'exemple de la figure 3, le réseau chauffant est constitué en fixant un ou plusieurs cordons 16 sur un substrat 17 tel qu'une pièce de tissu électriquement isolant, éventuellement de type extensible. Cette opération est réalisée à plat de manière à en simplifier la mise en oeuvre : le cordon du réseau chauffant 16 peut être par exemple fixé au substrat 17 au moyen d'un fil 18 cousu avec une machine à coudre à commande numérique, comme illustré schématiquement à la figure 4A. Ce réseau chauffant 16 peut aussi être fixé au substrat 17 au moyen de rubans adhésifs 19, comme représenté schématiquement à la figure 4B, rapportées sur le réseau et la face supérieure du substrat 17, ce qui permet de réaliser cette opération manuellement. Comme illustré à la figure 3, le substrat 17, c'est-à-dire l'ensemble de l'élément chauffant 14 présente un contour 21 polygonal, délimité par une succession de bords qui sont ici rectilignes, qui est conçu pour permettre à cet élément chauffant de recouvrir un support en forme de pyramide tronquée, sans surépaisseur. Autrement dit, lorsque la pièce ayant le contour 21 est installée sur un support en forme de pyramide tronquée conforme à la pièce 1, en plaçant sa région centrale sur la face supérieure de ce support, elle vient recouvrir entièrement ce support sans surépaisseur : les bords délimitant le contour 21 étant alors jointifs. Lorsque l'élément chauffant 14 a été réalisé, à plat, on projette sur celui-ci du silicone projetable, pour constituer la paroi de silicone qui porte l'élément chauffant 14, et par là même le réseau chauffant 16, cette paroi ayant par exemple une épaisseur de l'ordre du millimètre. Le silicone de type projetable se présente en général sous forme liquide, et il est conçu pour se réticuler à température ambiante, par opposition au silicone cru qui se réticule uniquement par cuisson, typiquement plus de cent degrés. Le silicone projetable se présente par exemple sous la forme de deux composants devant être mélangés pour enclencher la réticulation à température ambiante. Il peut également se présenter sous forme d'un élément à un seul composant conçu pour se réticuler à température ambiante dès qu'il est au contact de l'air. Le silicone projetable peut être projeté au choix, soit sur la face du substrat 17 opposée à celle portant le réseau chauffant 16, soit sur la face du substrat qui porte le réseau chauffant. Dans ce dernier cas, le substrat 17 est avantageusement prévu amovible, ce qui permet de le retirer une fois que la paroi en silicone qui le porte a été constituée. Dans ce cas de figure, le réseau chauffant 16 a alors par exemple été fixé au substrat 17 par collage réversible. Une fois que la paroi en silicone projeté portant le réseau chauffant 16 a été constituée, celle-ci est découpée sur son pourtour pour que celui-ci corresponde au contour 21 de la figure 3, en vue d'installer l'ensemble sur le support tridimensionnel sans pli, sans surépaisseur en positionnant ses bords jointivement. La mise en place de cet ensemble sur le support tridimensionnel est réalisée sans pli, sans surépaisseur, en positionnant les bords de manière jointive, et en plaçant la face en silicone contre le support tridimensionnel. Ainsi, la face portant le réseau chauffant 16 est la face externe. A ce stade, il est envisageable d'installer des noyaux ou plots en silicone sur le support à couvrir pour faciliter le positionnement de l'élément qui le recouvre, ces plots ou noyaux faisant ensuite partie intégrante de la membrane terminée. Ces éléments additionnels peuvent également être les accessoires intégrés à la membrane comme par exemple un élément de connexion à une pompe à vide de la membrane, ou encore une valve. Après installation de cet ensemble sur le support tridimensionnel, une seconde couche de silicone d'environ 1 mm d'épaisseur est déposée. Cette couche est déposée à la face externe de l'ensemble sous forme de silicone projeté de manière à d'une part enfermer entièrement le réseau chauffant 16 dans l'épaisseur de la membrane et, d'autre part à solidariser les uns aux autres les bords jointifs de la paroi en silicone de base. Une fois que cette seconde couche ou paroi de silicone a été constituée, il est possible de réaliser des projections additionnelles de silicone pour renforcer la membrane localement ou dans son ensemble. A ce stade, la membrane tridimensionnelle en silicone étanche est terminée : elle comporte un réseau chauffant qui est noyé dans la relativement faible épaisseur du silicone, ce qui permet une diffusion optimale de la chaleur en phase d'exploitation. Dans l'exemple des figures 1 à 4, la membrane selon l'invention a une forme tridimensionnelle ouverte : elle est conçue pour recouvrir uniquement une face de la pièce 1. Mais l'invention s'applique à toute une variété de formes de membranes. En particulier, l'invention permet de fabriquer une membrane étanche et chauffante de type vessie gonflable utilisée pour être placée à l'intérieur d'une pièce en matériau composite devant être fabriquée, comme illustré aux figures 5 et suivantes. Cette autre membrane permet de fabriquer une pièce ayant une forme de révolution, qui est représentée en figure 5, dans laquelle elle est repérée par 26, cette pièce ayant une forme générale de bol plus haut que large, fabriquée par empilement de couches de tissus de fibres de carbone préimprégnés de résine époxyde non polymérisée. Le système utilisé pour la fabrication de cette pièce, qui est représenté en figure 6, comporte un moule pourvu d'une paroi métallique 27 ayant une forme de révolution, et dont la face interne a la forme de la face externe de la pièce de révolution 26, ce moule étant fermé par un couvercle supérieur généralement plan 28 venant coiffer la portion supérieure de la paroi métallique 27. Ce moule comporte encore des matériaux thermiquement isolants 29 qui entourent la paroi métallique 27. Comme il ressort des figures, la face fonctionnelle de la pièce 26 est ici sa face externe, c'est-à-dire celle qui est en appui contre la face intérieure de la paroi métallique 27 du système de la figure 6 qui est ici un moule de type fermé du fait que l'intégralité de la pièce 26 qu'il sert à fabriquer se trouve à l'intérieur de ce moule. Concrètement, la fabrication de la pièce 26 consiste ici à installer les couches de tissu de fibres préimprégnées sur la paroi métallique 27, avant d'installer à l'intérieur de cet ensemble la paroi étanche et chauffante formant vessie gonflable, repérée par 31 dans la figure 6, et de fermer le couvercle 28. La paroi en silicone 31 peut alors être gonflée, via son embouchure 32 qui communique avec l'extérieur par un conduit 33 traversant le couvercle 28, en connectant ce conduit 33 à une pompe. Par ailleurs, le couvercle 28 15 comporte un conduit 34 traversé par des câbles électriques 36 pour alimenter électriquement le réseau chauffant 37 qui est intégré dans l'épaisseur de la paroi en silicone constituant la vessie gonflable 31. Comme on l'aura compris, le gonflage de la paroi 20 en silicone 31 formant vessie permet de comprimer les couches de tissu contre la face interne de la paroi métallique 27, pour réaliser un matériau compact. Le cycle de chauffage peut ainsi être enclenché lorsque la vessie 31 est gonflée, de manière à provoquer 25 la polymérisation de la résine les couches de fibres tissées sont préimprégnées, de manière à constituer la pièce 26 en forme de bol. La paroi en silicone gonflable 31 chauffante selon l'invention, ou noyau est fabriquée d'une manière 30 qui est analogue à la fabrication de la paroi en silicone des figures 1 à 4. En premier lieu, on réalise ici, à plat, différentes pièces ayant des formes et contours leur permettant conjointement de recourir toute la face 35 intérieure de la pièce à fabriquer 26. Concrètement, on fabrique ici une pièce 38 constituant le flanc de la vessie 26 et ayant une forme de développée de tronc de cône, ainsi qu'une pièce 39 en forme de petit disque destinée à constituer le fond de la vessie 31, et une pièce 41 en forme de disque de plus grandes dimensions et présentant une ouverture centrale 32 destinée à constituer la coiffe supérieure de cette vessie. Comme visible sur la figure 7, le flanc 38 et le fond 39 sont des pièces pourvues chacune d'un réseau chauffant, repérés respectivement par 37a et 37b. Tout comme dans le premier mode de réalisation de l'invention, la fabrication de ces deux pièces est assurée en fixant dans un premier temps les deux réseaux électriques 37a et 37b respectivement sur une pièce de tissu en forme de développée de tronc de cône et sur une pièce de tissu en forme de disque. Là aussi, cette fixation peut être réalisée par couture, par collage avec des rubans adhésifs, ou autre. Du fait de l'extensibilité souhaitée, le tissu support qui est utilisé est un tissu extensible. Comme dans le premier mode de réalisation de l'invention, les réseaux chauffants 37a t 37b sont avantageusement fabriqués en utilisant des cordons chauffants conformes au brevet FR2956555. Par ailleurs, et comme illustré aux figures 9A et 9B, les cordons chauffants sont disposés de manière à être ondulés selon des ondulations ayant ici une longueur d'onde de l'ordre du centimètre, de façon à permettre à l'ensemble d'avoir un comportement élastique qui est nécessaire en particulier lors du gonflage de la vessie. Une fois que ces deux éléments chauffants on été confectionnés, une première couche de silicone projetée est appliquée sur ceux-ci, ainsi que sur d'autres portions d'une plaque plane sur la quelle reposent ces 35 éléments chauffants, de manière à fabriquer les différentes parois en silicone qui vont être utilisées pour constituer la base de la vessie gonflable. Différentes opérations de découpage sont alors réalisées, de manière à constituer les trois pièces mentionnées plus haut, à savoir : une paroi en silicone 38 en forme de développante de tronc de cône portant à l'une de ses faces le réseau chauffant 37a ; une paroi en silicone 39 en forme de disque portant à l'une de ses faces un autre réseau chauffant 37b ; et une troisième paroi en silicone en forme de disque 41. Ces différents éléments sont alors appliqués sur un support tridimensionnel, qui est typiquement un noyau en mousse, qui apparaît dans la figure 6 en y étant repéré par 42. Les différentes pièces 38, 39 et 41 sont placées sur le noyau 42 de manière à le recouvrir complètement, en ayant notamment leur bords jointifs : le flanc 38 longe toute la paroi latérale du noyau 42, le fond 39 est appliqué contre la face inférieure de ce noyau 42, et la coiffe 41 est appliquée sur sa face supérieure. Le flanc 38 et le fond 39 sont placés de telle manière que les circuits chauffants 37a et 37b sont situés vers l'extérieur : ce sont les faces en silicone du flanc 38 et du fond 39 qui sont en appui sur le noyau 42. Une fois que tous ces éléments ont été positionnés sur le noyau 42, et que les réseaux chauffants 37a et 37b ont été raccordés de manière adéquate, une couche de silicone projetable est projetée à la face externe de cet ensemble. Cette projection a pour effet de solidariser les uns aux autres les bords jointifs, c'est-à-dire de solidariser les uns aux autres les éléments 38, 39 et 41, d'une part, et d'autre part de noyer les circuits chauffants 37a et 37b dans l'épaisseur de la paroi en silicone ainsi constituée. Comme on le comprend, la paroi ainsi constituée est une vessie qui est à la fois étanche et chauffante, dont l'épaisseur est de l'ordre de deux millimètres, et qui comporte un système de réseaux chauffants 37, 37a, 37b noyés dans son épaisseur. En ce qui concerne le noyau intérieur en mousse 42, il peut selon le cas, être retiré, en étant par exemple dissous avec un produit chimique adéquat. Il peut aussi bien être conservé à l'intérieur de la vessie du fait qu'il peut maintenir la vessie lorsqu'elle est de grande taille. Comme il ressort de la description détaillée qui précède, le procédé selon l'invention s'applique à une multitude de types de membranes. Il permet en particulier de fabriquer de manière simple des membranes de mise sous vide, ou encore des membranes destinées à équiper des moules en tôle mince pour les rendre chauffants. Elle permet également de fabriquer des vessies gonflables chauffantes, ainsi que tout type de tapis chauffant. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'une membrane chauffante en silicone ayant une forme tridimensionnelle prédéterminée, comprenant les étapes suivantes : - réaliser ou disposer un support (42) ayant la forme tridimensionnelle prédéterminée ; - fabriquer à plat une ou plusieurs pièces (14 ; 38, 39, 41) comportant chacune une paroi en silicone délimitée par des bords (21), pour recouvrir sans surépaisseur le support (42) en positionnant chaque pièce (14 ; 38, 39, 41) sur le support (42) de telle manière que les bords soient jointifs, l'une au moins des pièces (14 ; 38, 39, 41) comportant un réseau (16 ; 37a, 37b) chauffant tel qu'un réseau électrique porté par l'une des faces de la paroi en silicone de cette pièce ; - appliquer chaque pièce (14 ; 38, 39, 41) sur le support (42) pour le recouvrir sans surépaisseur, et de telle manière que chaque réseau (16 ; 37a, 37b) chauffant soit situé sur une face de la paroi en silicone qui le porte opposée à la face en appui sur le support ; - appliquer par projection de silicone une autre couche de silicone pour recouvrir chaque pièce (14 ; 38, 39, 41) portée par le support (24) ainsi que les bords jointifs de paroi en silicone avec chaque réseau chauffant (16 ; 37a, 37b). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la fabrication à plat d'une pièce (14 ; 38, 39) comportant une paroi en silicone portant un réseau chauffant (16 ; 37a, 37b) est assurée en fixant un réseau chauffant (16 ; 37a, 37b) à un substrat de type tissu ou analogue, et en projetant sur l'ensemble ainsi constitué du silicone projetable de manière à constituer la paroi en silicone. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la fixation du réseau chauffant (16 ; 37a, 37b) ausubstrat est assurée par couture avec une machine à coudre, ou bien au moyen de bandes de rubans adhésifs rapportées. 4. Procédé selon la revendication 2, comportant une opération de découpe d'au moins une paroi en silicone (14 ; 38, 39) portant un réseau chauffant (16 ; 37a, 37b) après projection du silicone constitutif de cette paroi portant.