Brevet FR3009126A1 — publié le 20150130

Conducteur électrique multibrin en cuivre et aluminium argentés La présente invention concerne le domaine des conducteurs électriques multibrins, et plus particulièrement elle porte sur un conducteur électrique multibrin pour le domaine spatial comprenant des brins en cuivre argentés et des brins en aluminium argentés permettant un allègement du câblage électrique embarqué. Le domaine du cablage électrique couvre un large éventail de produits destinés à transporter de l'information électrique. Il convient tout d'abord de préciser les notions de brin, de conducteur électrique, de cable et de toron. On entend par conducteur électrique une liaison susceptible de transporter une unique information électrique. Un fil électrique est constitué d'un conducteur électrique recouvert d'un isolant électrique. Un conducteur électrique peut être constitué d'un seul brin, on parle de conducteur monobrin, ou de plusieurs brins, on parle de conducteur multibrin. Même dans le cas d'un conducteur multibrin, le conducteur électrique ne transporte qu'une seule information électrique, répartie dans les différents brins du conducteur, en contact les uns avec les autres. Un conducteur multibrin peut être obtenu par divers procédés de fabrication connus de l'homme du métier. Typiquement, les différents brins sont entrelacés pour former le conducteur ; on parle de tréfilage ou de tressage. Un brin est généralement constitué d'un métal conducteur et d'un traitement de surface anti-corrosion par un autre métal ou alliage adapté. On connait par exemple des brins en cuivre ou en aluminium comprenant un traitement de surface en argent, en nickel ou en étain. Le cable électrique se distingue du conducteur électrique par le fait qu'il peut transporter plusieurs informations électriques. Un cable électrique comprend un ou plusieurs fils électriques qui peuvent être torsadés selon un principe similaire au tréfilage pour un conducteur électrique multibrin. Chaque conducteur électrique transporte une information électrique propre et comprend des moyens d'isolation et éventuellement de blindage. Les fils électriques ne sont pas en contact électrique les uns avec les autres à l'intérieur du cable électrique. Autrement dit, pour former un câble, il faut plusieurs fils électriques, c'est à dire plusieurs conducteurs électriques isolés, faute de quoi les brins des divers conducteurs sont en contacts et ne peuvent transmettre qu'un seul signal. Un câble électrique est constitué de plusieurs fils électriques et peut être blindé. Le blindage d'un câble recouvre l'ensemble des fils du câble. Un toron désigne un ensemble de cables électriques qui peuvent être torsadés comme précédemment décrit. Chacun des cables électriques transportant une ou plusieurs informations électriques comprend des moyens d'isolation - et éventuellement de blindage - l'isolant des autres câbles électriques. Dans les domaines de l'aéronautique, du spatial ou des transports, une majorité de conducteur électrique est constituée de brin en cuivre, excellent conducteur électrique mais de masse volumique élevée (environ 8920 kg/m3). Pour limiter la masse du cablage électrique, on a substitué, notamment pour certains cablages électriques de puissance, les conducteurs en cuivre par des conducteurs en aluminium, moins bon conducteur électrique que le cuivre mais de masse volumique beaucoup plus faible (environ 2700 kg/m3). Pour définir des diamètres standards de conducteur électrique, on a généralement recours au système normalisé couramment dénommé AWG, pour l'acronyme anglo-saxon American Wire Gauge. Dans le domaine spatial, on utilise couramment des conducteurs en aluminium pour les plus grands diamètres, typiquement compris entre AWG18 et AWG8, et des conducteurs en cuivre pour les plus petits diamètres, typiquement compris entre AWG28 et AWG20. Pour limiter davantage la masse du cablage électrique, on cherche donc à remplacer les conducteurs en cuivre par des conducteurs en aluminium. Cette substitution pose problème au niveau de la jonction entre le conducteur électrique et l'équipement qui transmet ou reçoit l'information électrique. Cette jonction est assurée par un contact inséré dans un connecteur. Les contacts des connecteurs qui assurent cette jonction électrique sont en cuivre. Le procédé de mise en oeuvre de cette jonction est un sertissage. La mise en contact direct d'un conducteur en aluminium avec un connecteur en cuivre, par sertissage, n'est pas fiable notamment en raison du couple galvanique cuivre-aluminium générant une corrosion et une dégradation de la jonction.35 Diverses solutions ont été envisagées pour résoudre cette difficulté. Une première solution consiste à braser le conducteur en aluminium dans le connecteur en cuivre. Le procédé de brasure est toutefois délicat, long à mettre en oeuvre, et assez peu reproductible. Pour ces raisons, cette solution 5 est peu utilisée, elle est généralement réservée aux plus gros diamètres de conducteur, typiquement pour AWG8 et AWG10. Une seconde solution consiste à remplacer les contacts standards en cuivre par des contacts en aluminium. En raison du large déploiement industriel des connecteurs en cuivre, la solution des connecteurs en aluminium reste délicate à 10 industrialiser de manière rentable et pérenne. Une troisième solution connue est celle de la mise en oeuvre de férules bimétalliques cuivre-aluminium. Cette solution consiste à réaliser deux sertissages, un premier sertissage réalisant un contact aluminium entre le conducteur et une surface interne de la férule, et second sertissage 15 réalisant un contact cuivre entre une surface externe de la férule et le contact. Cette solution conduit à des difficultés de fiabilité, en particulier de tenue mécanique de la connection; le second sertissage endommageant le premier sertissage. 20 Les solutions techniques connues à ce jour pour la jonction électrique entre des conducteurs en aluminium et des contacts en cuivre ne sont donc pas satisfaisantes. Il est désirable de disposer d'une solution améliorée pour cette jonction permettant une utilisation plus aisée de l'aluminium dans les conducteurs électriques, dans le but in fine d'alléger la masse que 25 représente le cablage électrique. A cet effet, l'invention a pour objet un conducteur électrique 30 multibrin comprenant : au moins un brin en aluminium comprenant un traitement de surface métallisé, et une pluralité de brins en cuivre comprenant un traitement de surface métallisé ; le conducteur électrique étant tréfilé de façon à ce que les brins en cuivre soient disposés en contact deux à deux en formant la périphérie du conducteur ; I'au moins un brin en aluminium disposé au centre du conducteur étant entouré par les brins en cuivre. Dans un premier mode de réalisation, le conducteur électrique multibrin comprend un brin en aluminium entouré de six brins en cuivre. Dans un second mode de réalisation, le conducteur électrique multibrin comprend sept brins en aluminium entourés de douze brins en cuivre. Dans une troisième mode de réalisation, le conducteur électrique multibrin comprend dix-neuf brins en aluminium entourés de dix-huit brins en cuivre. Avantageusement, le conducteur électrique multibrin comprend : - au moins un premier sous-groupe multibrin ; le premier sous-groupe 15 multibrin comprenant une pluralité de brins en aluminium (AI) comprenant un traitement de surface métallisé, et - une pluralité d'un second sous-groupe multibrin ; chaque second sous-groupe multibrin comprenant au moins un brin en aluminium (AI) et une pluralité de brins en cuivre (Cu); 20 le conducteur électrique étant tréfilé de façon à ce que les brins en cuivre soient disposés en contact deux à deux en formant la périphérie du conducteur; le conducteur électrique étant tréfilé de façon à ce que les second sous-groupes multibrins soient disposés en contact deux à deux en formant 25 périphérie du conducteur ; I'au moins un premier sous-groupe multibrin disposé au centre du conducteur étant entouré par les second sous-groupes multibrins. Dans un exemple de mise en oeuvre, le conducteur électrique multibrin comprend soixante et un brins en aluminium et soixante-douze 30 brins en cuivre, organisés en un premier sous-groupe multibrin comprenant dix-neuf brins en aluminium et six seconds sous-groupes multibrins comprenant chacun sept brins en aluminium entourés de douze brins en cuivre. Avantageusement, le ou les brins en aluminium et les brins en cuivre 35 comprennent un traitement de surface en argent. Avantageusement, le ou les brins en aluminium et les brins en cuivre comprennent un traitement de surface en nickel. L'invention porte aussi sur un procédé de sertissage entre un conducteur électrique multibrin ayant les caractéristiques précédemment décrites et un contact électrique ; le procédé comprenant une étape de mise en contact des brins du conducteur avec le contact électrique, permettant de mettre en contact le contact avec uniquement les brins en cuivre. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages 10 apparaîtront à la lecture de la description détaillée des modes de réalisation donnés à titre d'exemple sur les figures suivantes. La figure 1 représente un premier exemple de conducteur électrique multibrin selon l'invention comprenant sept brins, la figure 2 représente un deuxième exemple de conducteur 15 électrique multibrin selon l'invention comprenant dix-neuf brins, la figure 3 représente un troisième exemple de conducteur électrique multibrin selon l'invention comprenant trente sept brins, la figure 4 représente un quatrième exemple de conducteur électrique multibrin selon l'invention comprenant cent trente trois brins. 20 Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures. Ainsi, les cercles en noir sur les figures 1 à 4 représentent des brins en cuivre et les cercles en blanc représentent des brins en aluminium. 25 La figure 1 représente un premier exemple de conducteur électrique multibrin selon l'invention comprenant sept brins. Le conducteur est représenté en coupe transversale, chaque brin étant représenté par un cercle. Les cercles en noir disposés en périphérie du conducteur représentent des brins en cuivre et le cercle en blanc disposé au centre du 30 conducteur représente un brin en aluminium. L'idée générale de la présente invention est de mettre en oeuvre un conducteur électrique multibrin comprenant à la fois des brins en cuivre et des brins en aluminium. En disposant les brins en cuivre sur la périphérie du conducteur, il devient possible de sertir le conducteur dans un contact en cuivre en mettant en 35 contact uniquement les brins en cuivre avec le connecteur. Lors de l'étape de sertissage, la mise en contact du conducteur avec un contact est réalisée en écrasant les brins du conducteur. Il y a écrouissage du métal constituant les brins. On a constaté que les brins disposés en périphérie du conducteur sont les plus écrouis par cette étape de sertissage. Par exemple, dans un conducteur multibrin en aluminium, les brins disposés en périphérie sont écrouis par écrasement. Le traitement de surface de ces brins périphériques peut être localement endommagé, de sorte que l'aluminium du brin peut se trouver en contact avec le cuivre du contact. A l'inverse, les brins disposés au centre du conducteur sont généralement moins contraints par le sertissage. Le traitement de surface reste intègre, de sorte que l'aluminium du brin n'est pas mis en contact avec les autres brins du conducteur ou avec le contact. Ainsi, la mise en oeuvre d'un conducteur multibrin associant des brins en aluminium au centre du conducteur et des brins en cuivre en périphérie permet d'alléger la masse du conducteur tout en permettant un sertissage fiable, sans risque de mise en contact par écrouissage de brins d'aluminium avec le contact en cuivre. Autrement dit, l'invention porte sur un conducteur électrique multibrin, comprenant : - au moins un brin en aluminium comprenant un traitement de surface métallisé, et - une pluralité de brins en cuivre comprenant un traitement de surface métallisé ; le conducteur électrique étant tréfilé de façon à ce que les brins en cuivre soient disposés en contact deux à deux en formant la périphérie du 25 conducteur. L'au moins un brin en aluminium disposé au centre du conducteur étant entouré par les brins en cuivre. Le tréfilage du conducteur multibrin peut être réalisé par tout procédé connu de réalisation de conducteur multibrin. Le terme de tréfilage couvre donc tout procédé de fabrication d'un conducteur multibrin ; le 30 conducteur selon l'invention n'imposant pas de contrainte particulière pour sa fabrication. L'invention porte également sur un procédé de sertissage d'un tel conducteur électrique multibrin associant des brins en aluminium au centre du conducteur et des brins en cuivre en périphérie. Le procédé de sertissage 35 comprend une étape d'écrasement du conducteur multibrin. Les brins les plus écrouis, disposés en périphérie, sont uniquement des brins en cuivre. Les brins en aluminium étant disposés au centre du conducteur, ils sont moins contraints par le sertissage, permettant d'assurer l'intégrité du traitement de surface de ces brins. Autrement dit, le procédé comprend une étape de mise en contact des brins du conducteur avec un contact électrique, permettant de mettre en contact le contact avec uniquement les brins en cuivre. La configuration de ce conducteur multibrin mixte aluminium-cuivre est particulièrement avantageuse. Le procédé de fabrication est simple. L'intégration de brins en aluminium permet un gain en masse significatif. Et pour la connection électrique, il n'est plus nécessaire d'avoir recours à la brasure ou à d'autres procédés complexes. Le conducteur obtenu permet un sertissage fiable. Notons également que la présente invention porte en premier lieu sur un conducteur multibrin pour le domaine spatial dont les brins disposent d'un traitement de surface en argent. Ce traitement de surface en argent est requis dans le domaine spatial. En effet, le traitement de surface en étain n'est pas autorisé dans le spatial à cause de la formation potentielle d'impuretés du traitement de surface, communément dénommées whiskers. De même, le traitement de surface en nickel génère des glissements des brins dans le contact lors du sertissage et n'est donc pas optimum dans le spatial. Il est bien entendu que la présente invention ne se limite pas aux conducteurs multibrins dont le traitement de surface est en argent, mais porte sur tout type de traitement de surface métallisé. Par exemple, le conducteur multibrin selon l'invention est totalement adapté au domaine de l'aéronautique en retenant le traitement de surface en nickel, généralement mis en oeuvre dans ce domaine. La figure 1 illustre un premier exemple de conducteur électrique multibrin selon l'invention comprenant sept brins. Le conducteur comprend un brin central en aluminium, entouré de six brins périphériques en cuivre. Dans le domaine spatial, un tel conducteur à sept brins est généralement mis en oeuvre pour le diamètre standard AWG28. La figure 2 illustre un second exemple de conducteur électrique 35 multibrin selon l'invention comprenant dix-neuf brins. Le conducteur comprend sept brins disposés au centre du conducteur, entourés de douze brins périphériques en cuivre. Dans le domaine spatial, un tel conducteur à dix-neuf brins est généralement mis en oeuvre pour les diamètres standards AWG26, AWG24, AWG22, AWG20, AWG18 et AWG16. Dans cet exemple, la substitution de sept brins en cuivre argenté par sept brins en aluminium argenté, permet avantageusement un gain en masse d'environ 25%. La figure 3 illustre un troisième exemple de conducteur électrique multibrin selon l'invention comprenant trente sept brins. Le conducteur comprend dix-neuf brins en aluminium disposés au centre du conducteur, entourés de dix-huit brins périphériques en cuivre. Dans le domaine spatial, un tel conducteur à trente sept brins est généralement mis en oeuvre pour les diamètres standards AWG12 et AWG10. Dans cet exemple, la substitution de dix-neuf brins en cuivre argenté par dix-neuf brins en aluminium argenté permet avantageusement un gain en masse d'environ 35%. La figure 4 représente un quatrième exemple de conducteur électrique multibrin selon l'invention comprenant cent trente trois brins. Le conducteur à cent trente trois brins est généralement mis en oeuvre dans le domaine spatial pour le diamètre standard AWG8. Selon une méthode connue, le conducteur à cent trente trois brins est obtenu en tréfilant sept conducteurs à dix-neuf brins. Le procédé de réalisation comprend donc deux étapes, la réalisation de conducteurs à dix-neuf brins par tréfilage ou tressage, puis la réalisation du conducteur comprenant sept conducteurs à dix-neuf brins par tréfilage ou tressage L'invention étend donc le concept de l'association de brins aluminium-cuivre décrits par les figures 1 à 3, à ce conducteur à cent trente trois brins. Comme représenté sur la figure 4, les six conducteurs à dix-neuf brins disposés en périphérie sont identiques au conducteur décrit en figure 2. Ils sont constitués chacun de sept brins en aluminium disposés au centre du conducteur entourés de douze brins périphériques en cuivre. Le conducteur à dix-neuf brins disposé au centre du conducteur est constitué uniquement de brins en aluminium. Ainsi configuré, le conducteur comprend soixante et un brins en aluminium et soixante douze brins en cuivre. Dans cet exemple, la substitution de soixante et un brins en cuivre argenté par soixante et un brins en aluminium argenté permet avantageusement un gain en masse d'environ 30%. Il est aussi envisagé de disposer au centre d'un tel conducteur à cent trente trois bins, un conducteur dix-neuf brins identique à ceux disposés en périphérie, c'est-à-dire constitué de sept brins en aluminium au centre et entouré de douze brins périphériques en cuivre. Cette configuration permet un gain en masse légèrement inférieur mais permet avantageusement de simplifier le procédé de fabrication du conducteur, les sept conducteurs à dix-neuf brins étant identiques. Nous avons décrit un conducteur comprenant plusieurs sous-groupes multibrins configurés de manière à ce que les brins en périphérie, susceptibles d'un fort écrouissage lors du sertissage, soient des brins en cuivre. Nous avons illustré cette idée au moyen de la figure 4 dans le cas d'un conducteur à cent trente trois brins. Cet exemple n'est pas limitatif de la présente invention. L'invention s'étend plus généralement à un conducteur électrique multibrin comprenant : - au moins un premier sous-groupe multibrin ; le premier sous-groupe multibrin comprenant une pluralité de brins en aluminium comprenant un 20 traitement de surface métallisé, et - une pluralité d'un second sous-groupe multibrin ; chaque second sous-groupe multibrin comprenant au moins un brin en aluminium et une pluralité de brins en cuivre ; chaque second sous-groupe multibrin étant tréfilé de façon à ce que les brins en cuivre soient disposés en contact deux à deux en 25 formant la périphérie du conducteur ; l'au moins un brin en aluminium disposé au centre du conducteur étant entouré par les brins en cuivre. Le conducteur électrique est tréfilé de façon à ce que les second sous-groupes multibrins soient disposés en contact deux à deux en formant la périphérie du conducteur ; l'au moins un premier sous-groupe multibrin 30 disposé au centre du conducteur étant entouré par les second sous-groupes multibrins. Rappelons que pour l'ensemble des conducteurs multibrins selon l'invention, le ou les brins en aluminium et les brins en cuivre peuvent comprendre un traitement de surface en argent. Il est aussi envisagé que le ou les brins en aluminium et les brins en cuivre comprennent un traitement de surface en nickel. Rappelons également que l'invention porte sur un conducteur multibrin porteur d'une unique information électrique. Les brins ne sont donc pas 5 isolés les uns des autres. REVENDICATIONS1. Conducteur électrique multibrin, caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins un brin en aluminium (AI) comprenant un traitement de surface métallisé, et - une pluralité de brins en cuivre (Cu) comprenant un traitement de surface métallisé ; et en ce que le conducteur électrique est tréfilé de façon à ce que les brins en cuivre (Cu) soient disposés en contact deux à deux en formant la 10 périphérie du conducteur ; l'au moins un brin en aluminium (AI) disposé au centre du conducteur étant entouré par les brins en cuivre (Cu). 2. Conducteur électrique multibrin selon la revendication 1, comprenant un brin en aluminium (AI) entouré de six brins en cuivre (Cu). 15 3. Conducteur électrique multibrin selon la revendication 1, comprenant sept brins en aluminium (AI) entourés de douze brins en cuivre (Cu). 20 4. Conducteur électrique multibrin selon la revendication 1, comprenant dix-neuf brins en aluminium (AI) entourés de dix-huit brins en cuivre (Cu). 5. Conducteur électrique multibrin comprenant : 25 - au- moins un premier sous-groupe multibrin ; le premier sous-groupe multibrin comprenant une pluralité de brins en aluminium (AI) comprenant un traitement de surface métallisé, et - une pluralité d'un second sous-groupe multibrin ; chaque second sous-groupe multibrin comprenant au moins un brin en aluminium (AI) comprenant 30 un traitement de surface métallisé, et une pluralité de brins en cuivre (Cu) comprenant un traitement de surface métallisé, le second sous-groupe multibrin étant tréfilé de façon à ce que les brins en cuivre (Cu) soient disposés en contact deux à deux en formant la périphérie du conducteur ; l'au moins un brin en aluminium (AI) disposé au centre du conducteur étant 35 entouré par les brins en cuivre (Cu) ;et en ce que le conducteur électrique est tréfilé de façon à ce que les second sous-groupes multibrins soient disposés en contact deux à deux en formant périphérie du conducteur ; l'au moins un premier sous-groupe multibrin disposé au centre du conducteur étant entouré par les second sous-groupes multibrins. 6. Conducteur électrique multibrin selon la revendication 5, comprenant soixante et un brins en aluminium (AI) et, soixante-douze brins en cuivre (Cu), organisés en un premier sous-groupe multibrin comprenant dix-neuf brins en aluminium (AI) et six seconds sous-grbupes multibrins comprenant chacun sept brins en aluminium (AI) entourés de douze brins en cuivre (Cu). 7. Conducteur électrique multibrin selon l'une des revendications 15 1 à 6, dont le ou les brins en aluminium (AI) et les brins en cuivre (Cu) comprennent un traitement de surface en argent. 8. Conducteur électrique multibrin selon l'une des revendications 1 à 6, dont le ou les brins en aluminium (AI) et les brins en cuivre (Cu) 20 comprennent un traitement de surface en nickel. 9. Procédé de sertissage entre' un conducteur électrique multibrin selon la revendication 1 et un contact électrique, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de mise en contact des brins du conducteur avec le 25 contact électrique, permettant de mettre en contact le contact avec uniquement les brins en cuivre (Cu).