Brevet FR3012218A1 — publié le 20150424

La présente invention concerne un procédé d'évaluation de l'endommagement de matériaux composites. Les matériaux composites, en particulier les panneaux utilisés dans les applications aéronautiques, à proximité des motorisations, sont prévus pour un fonctionnement à des températures inférieures à un seuil maximum. Ces panneaux formant une couche unique, ou utilisés dans une structure sandwich comprenant une âme centrale comme un nid d'abeille, recouverte par deux peaux extérieures, comportent des caractéristiques mécaniques intéressantes et une masse réduite, et peuvent prendre des formes variées. Cependant suite à des événements thermiques comprenant une augmentation de la température au-dessus d'un seuil maximum, et suivant les temps d'exposition, on obtient un certain endommagement des matériaux qui peut réduire les caractéristiques de tenue structurale. Il est alors important lors des opérations de maintenance, de pouvoir caractériser le niveau d'endommagement du matériau pour assurer la sécurité. Afin de réaliser un contrôle sur ces matériaux composites, il est connu d'appliquer une peinture primaire sur la surface, en particulier une peinture polyuréthane, qui va subir des transformations de couleur au cours des événements thermiques. Un premier procédé connu d'évaluation de l'endommagement, consiste à étudier visuellement la décoloration de la peinture primaire afin d'en déduire un certain niveau d'évolution du matériau. Ce procédé donne une indication qualitative, mais ne permet par une mesure quantitative précise de l'endommagement. Un autre procédé non destructif connu, présenté notamment par les documents EP-A1-2343531 et US-A1-20110001047, effectue une analyse de la décoloration d'une peinture primaire par une méthode basée sur la spectrométrie infrarouge. En particulier le deuxième document cité présente le procédé suivant. 30 Après avoir réalisé un modèle d'étalonnage, on émet sur un point de la surface du matériau à analyser un rayonnement infrarouge, puis on mesure le spectre de la réflexion diffuse de cette surface, et en prenant sur ce spectre un critère qui est comparé au modèle d'étalonnage, on évalue un historique des aspects thermiques ou chimiques du revêtement, pour en déduire un état du matériau composite le supportant. Toutefois ce procédé est complexe à réaliser, et les résultats obtenus dépendent fortement de la mise en oeuvre de la peinture primaire. En particulier des variations d'épaisseur de la couche du revêtement, de son cycle de polymérisation, du nombre de couches déposées ou de l'état de surface, vont perturber la réflexion des infrarouges. Les résultats ainsi que les conclusions relatives à l'endommagement du matériau, ne sont pas précis. D'autres procédés non destructifs connus d'évaluation de l'endommagement des matériaux, utilisent des méthodes classiques par ultrason ou thermographie notamment, qui permettent en particulier de détecter des décollements entre les couches des matériaux. On peut ainsi contrôler par exemple le décollement entre la peau et l'âme d'un panneau comprenant une structure sandwich. Toutefois ce procédé ne permet pas d'évaluer l'état du matériau par lui-même. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure. Elle propose à cet effet un procédé d'évaluation de l'endommagement d'un matériau composite recouvert d'une peinture du type polyuréthane, utilisant une spectrométrie infrarouge de cette peinture, remarquable en ce qu'on mesure sur le spectrogramme obtenu deux critères distincts caractérisant le vieillissement thermique de la peinture, comprenant chacun la mesure sur la courbe du spectre d'une hauteur d'un pic particulier, donnant deux évaluations indépendantes de ce vieillissement, puis on combine ces deux critères entre eux pour obtenir un résultat significatif du niveau d'endommagement. Un avantage de ce procédé d'évaluation est que de manière rapide et économique, la comparaison simultanée des deux critères combinés permet de s'affranchir des variations des paramètres de mise en oeuvre de la peinture, et des conditions de mesure, ce qui donne une évaluation précise de l'endommagement du matériau. Le procédé d'évaluation de l'endommagement selon l'invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement pour obtenir un premier critère, la hauteur du pic 5 particulier est mesurée par rapport à une ligne de base passant par les deux premiers creux immédiatement adjacents de chaque côté de ce pic. Cette mesure est simple à réaliser. Avantageusement pour obtenir un deuxième critère, la hauteur du pic particulier est mesurée par rapport à une ligne de base passant par les deux 10 premiers creux importants de chaque côté de ce pic. De la même manière, cette mesure est simple à réaliser. Avantageusement, on dispose les deux critères suivant les deux axes d'un graphique afin de les combiner, ce graphique comprenant des zones séparées par des limites, qui déterminent le niveau de dégradation thermique 15 du matériau. On réalise ainsi de manière simple et rapide une évaluation de l'endommagement. En particulier, le graphique peut comporter une première zone correspondant à une absence d'évolution de la structure chimique du matériau, une deuxième zone correspondant à une évolution de cette structure 20 entraînant un faible endommagement, et une troisième zone correspondant à une évolution de cette structure entraînant un fort endommagement. La limite entre la première zone et la deuxième, peut correspondre à un vieillissement équivalent particulier (température / durée). La limite entre la deuxième zone et la troisième, peut correspondre à un autre vieillissement 25 équivalent particulier. Ces valeurs sont représentatives de seuils de transformation permettant d'établir la catégorie de l'endommagement. Selon un mode de réalisation du procédé, la peinture polyuréthane de référence 5014 est utilisée. Suivant d'autres caractéristiques optionnelles du procédé selon 30 l'invention : - le nombre d'onde du pic particulier est proche de 1300/cm, étant compris entre 1288 et 1314/cm ; - pour obtenir le premier critère, on prend le premier creux compris entre 1322 et 1374/cm, et le deuxième creux compris entre 1236 et 1247/cm, la valeur de 1247/cm étant retenue si ce deuxième creux n'est pas prononcé sur la courbe ; - dans le cas où le pic particulier n'est plus observable, on mesure alors entre 1288 et 1314/cm la plus grande hauteur comprise entre la ligne de base et la courbe, pour obtenir le premier critère qui peut être négatif ; - pour obtenir le deuxième critère, on prend le premier creux important proche de 2000/cm, compris entre 1951 et 2051/cm, et le deuxième creux 10 important proche de 1000/cm, compris entre 901 et 1102/cm ; - dans le cas où le pic particulier n'est plus observable, on mesure alors la hauteur entre la ligne de base et la courbe pour la valeur 1288/cm, pour obtenir le deuxième critère. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages 15 apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un spectrogramme infrarouge obtenu pour l'analyse d'un matériau composite avec un procédé selon l'invention ; - la figure 2 est une vue de détail de ce spectrogramme montrant la 20 mesure du premier critère de ce procédé, pour un pic particulier nettement visible ; - les figures 3 et 4 présentent une méthode de mesure du premier critère pour un pic particulier faiblement visible ; - les figures 5 et 6 présentent une méthode de mesure du premier critère 25 pour un pic particulier non visible ; - la figure 7 présente en fonction du temps d'exposition du matériau et de la température atteinte, la valeur du premier critère ; - la figure 8 présente une méthode de mesure du deuxième critère ; - la figure 9 est un graphique présentant en fonction des deux critères, le 30 principe de variation de l'exposition thermique ; et - la figure 10 est le même graphique montrant pour des expositions thermiques identiques, des mesures pour des peintures comportant différentes conditions de mise en oeuvre. Les figures 1 et 8 présentent en fonction du nombre d'onde par centimètre 5 N/cm, la courbe obtenue pour une spectrométrie sur un panneau en matériaux composites recouvert d'une peinture primaire polyuréthane de type 5014. La mesure est effectuée pour un nombre d'onde compris entre 4000 et 650/cm. On peut en particulier effectuer cette analyse sur des pièces en fibre de carbone et en résine du type bismaleimide « BMI », recouverte par le primaire 10 polyuréthane. Le spectre obtenu est caractéristique d'une peinture primaire polyuréthane avec cette référence, il évolue en fonction de l'exposition à la température, comprenant le niveau de température et la durée d'exposition. La spectrométrie est réalisée avec un appareil portatif mis en contact avec 15 la pièce, selon la technique de réflexion diffuse, adaptée à l'état de surface du panneau en matériaux composites. L'état de surface de la pièce et au préalable préparé par un nettoyage avec un solvant, pour éliminer la pollution qui pourrait perturber les mesures et modifier le spectrogramme. A partir de ce spectrogramme, deux critères différents Cl et C2 sont 20 identifiés sur la courbe pour caractériser le vieillissement thermique. L'utilisation de deux critères permet d'obtenir par une comparaison de ces critères, une évaluation du vieillissement thermique qui est indépendante des paramètres de mise en oeuvre de la peinture polyuréthane et des conditions de mesure, ce qui fiabilise la mesure. On notera que l'utilisation d'un unique critère 25 ne permet pas d'effectuer de comparaison, on reste tributaire des paramètres de mise en oeuvre et des conditions de mesure, ce qui ne donne pas de résultat fiable. Pour le calcul du premier critère Cl présenté figure 1, on mesure sur le spectrogramme la hauteur d'un pic particulier 6 par rapport à une ligne de base 30 8 passant par les deux premiers creux immédiatement adjacents 2, 4 de chaque côté de ce pic. Pour le calcul du deuxième critère C2 présenté figure 8, on mesure la hauteur du pic particulier 6 par rapport à une ligne de base 8 passant par les deux premiers creux importants 40, 42 de chaque côté de ce pic. On notera que les creux sur la courbe représentant des points de faible émission qui varient peu au cours du vieillissement thermique, constituent des 5 références permettant de mesurer l'évolution de la hauteur du pic 6. Dans cet exemple avec une peinture primaire polyuréthane de type 5014, le pic particulier 6 est choisi proche du nombre d'onde de 1300/cm, étant compris entre 1288 et 1314/cm. Les figures 1 et 2 présentent le cas d'un spectrogramme disposant du pic 10 particulier 6 observable facilement grâce à un premier point 2 correspondant au creux situé juste à gauche, et à un deuxième point 4 correspondant au creux situé juste à droite. On mesure alors la hauteur de ce pic 6 par rapport à la ligne de base 8 reliant les deux points 2, 4, pour obtenir le premier critère Cl. Les figures 3 et 4 présentent le cas d'un spectrogramme disposant d'un 15 pic particulier 6 qui est réduit par la présence d'un deuxième pic 10 situé à droite, à environ 1200/cm, avec une absence du deuxième creux entre le pic particulier 6 et ce deuxième pic 10. Dans ce cas on dispose une ligne de base 8 qui passe par le premier point 2 correspondant au creux gauche 2, et par un deuxième point de la 20 courbe 12 pris pour la valeur 1247/cm. On mesure de la même manière la hauteur du pic particulier 6 par rapport à cette ligne de base 8, pour obtenir le deuxième critère C2. Les figures 5 et 6 présentent le cas d'un spectrogramme disposant d'un pic particulier 6 qui n'est plus observable à cause de la présence du deuxième 25 pic 10 situé à droite, à environ 1200/cm, qui est très développé. On a alors une absence totale de creux vers 1250/cm. Dans ce cas on dispose aussi une ligne de base 8 qui passe par le premier point 2 correspondant au creux gauche, et par le deuxième point de la courbe 12 pris pour la valeur 1247/cm. On mesure ensuite la plus grande 30 hauteur entre cette ligne de base 8 et la courbe, comprise entre 1288 et 1314/cm, pour obtenir le premier critère C1. Dans cet exemple la hauteur est négative, ce premier critère Cl est alors négatif. D'une manière générale pour les calculs du premier critère Cl, la ligne de base 8 passe par un premier point correspondant au creux gauche 2 compris entre 1322 et 1374/cm, et par un deuxième point 4 correspondant au creux droit compris entre 1236 et 1247/cm, ou en l'absence de creux droit par un deuxième point 12 pour la valeur de 1247/cm. La figure 7 présente en fonction du temps d'exposition indiqué sur une échelle logarithmique, la valeur du premier critère Cl présentée sur des courbes référencées 20, 22, 24, 26, 28, 30, correspondant respectivement à des températures de 100, 150, 170, 200, 250 et 300°C. On constate que ce premier critère Cl est bien caractéristique du vieillissement thermique, avec une variation dépendant à la fois du niveau de température et du temps d'exposition. La figure 8 présente le calcul du deuxième critère C2, qui mesure la hauteur du pic particulier 6 par rapport à une ligne de base 8 reliant le premier creux important 40 situé à gauche vers 2000/cm, compris entre 1951 et 2051/cm, au deuxième creux important 42 situé à droite vers 1000/cm, compris entre 901 et 1102/cm. Dans le cas où le pic particulier 6 n'est plus observable par la présence d'un deuxième pic situé à droite à environ 1200/cm qui est très développé, comme le présentent les figures 5 et 6, on mesure alors la hauteur entre la ligne de base 8 et la courbe pour la valeur 1288/cm, afin d'obtenir la mesure du deuxième critère C2. La figure 9 présente un graphique comprenant sur un axe horizontal le premier critère Cl et sur un axe vertical le deuxième critère C2, sur lequel on 25 dispose les critères mesurés du matériau à analyser. Les flèches principales 50 puis 52 présentent en suivant leur parcours une modification des deux critères C1, C2 donnant une exposition thermique de plus en plus importante, par le niveau de température atteint plus élevé ou le temps d'exposition plus long, qui va donner une dégradation de plus en plus 30 forte du matériau Par contre les flèches transversales 54 présentent suivant leurs directions une modification des deux critères C1, C2 correspondant à une variation des paramètres de mise en oeuvre de la peinture polyuréthane, ou des états de surface, ne déplaçant pas les points suivant la direction des flèches principales 50, 52, qui donne une dégradation thermique similaire du matériau. La figure 10 présente sur le même graphique différentes mesures qui viennent confirmer le principe présenté ci-dessus. Chaque lot de mesures regroupe sensiblement autour d'un axe de pente constante, aligné suivant les directions des flèches transversales 54, un ensemble de points correspondant au même vieillissement thermique, sur une peinture polyuréthane mise en oeuvre dans des conditions différentes. On a en particulier un premier axe 60 correspondant à une exposition à la température de 150° pendant cinq mois, un deuxième axe 62 correspondant à 200° pendant huit jours, un troisième axe 64 correspondant à 300° pendant une heure, un quatrième axe 66 correspondant à 170° pendant cinq mois, un cinquième axe 68 correspondant à 250° pendant vingt-quatre heures, et un sixième axe 70 correspondant à 200° pendant cinq mois. On a aussi un groupe de points 72 correspondant à 200° pendant un mois, qui se trouve à proximité du premier critère Cl égal à zéro. On obtient ainsi de manière simple et rapide, sans destruction du matériau, une évaluation précise du niveau d'engagement thermique des 20 matériaux, qui est indépendante des paramètres de la mise en oeuvre de la peinture primaire, et des conditions de mesure. REVENDICATIONS1 - Procédé d'évaluation de l'endommagement d'un matériau composite 5 recouvert d'une peinture du type polyuréthane, caractérisé en ce qu'on mesure sur un spectrogramme obtenu par spectrométrie infrarouge deux critères distincts (C1, C2) caractérisant le vieillissement thermique de la peinture, comprenant chacun la mesure sur la courbe du spectre d'une hauteur d'un pic particulier (6), donnant deux évaluations indépendantes de ce vieillissement, 10 puis on combine ces deux critères (C1, C2) entre eux pour obtenir un résultat significatif du niveau d'endommagement. 2 - Prodédé d'évaluation selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour obtenir un premier critère (C1), la hauteur du pic particulier (6) est mesurée par rapport à une ligne de base (8) passant par les deux premiers 15 creux immédiatement adjacents (2, 4) de chaque côté de ce pic. 3 - Procédé d'évaluation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que pour obtenir un deuxième critère (C2), la hauteur du pic particulier (6) est mesurée par rapport à une ligne de base (8) passant par les deux premiers creux importants (40, 42) de chaque côté de ce pic. 20 4 - Procédé d'évaluation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on dispose les deux critères (C1, C2) suivant les deux axes d'un graphique afin de les combiner, et de déterminer le niveau de dégradation thermique du matériau. - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, 25 caractérisé en ce que le nombre d'onde du pic particulier (6) est proche de 1300/cm, étant compris entre 1288 et 1314/cm. 6 - Procédé d'évaluation selon les revendications 2 et 5, caractérisé en ce que pour obtenir le premier critère (C1), on prend le premier creux (2) compris entre 1322 et 1374/cm, et le deuxième creux (4) compris entre 1236 et 30 1247/cm, la valeur de 1247/cm étant retenue si ce deuxième creux n'est pas prononcé sur la courbe. 3012 2 1 8 7 - Procédé d'évaluation selon les revendication 2 et 5, caractérisé en ce que dans le cas où le pic particulier (6) n'est plus observable, on mesure alors entre 1288 et 1314/cm la plus grande hauteur comprise entre la ligne de base (8) et la courbe, pour obtenir le premier critère (C1) qui peut être négatif. 5 8 - Procédé d'évaluation selon les revendications 3 et 5, caractérisé en ce que pour obtenir le deuxième critère (C2), on prend le premier creux important (40) proche de 2000/cm, compris entre 1951 et 2051/cm, et le deuxième creux important (42) proche de 1000/cm, compris entre 901 et 1102/cm. 9 - Procédé d'évaluation selon la revendication 8, caractérisé en ce que 10 dans le cas où le pic particulier (6) n'est plus observable, on mesure alors la hauteur entre la ligne de base (8) et la courbe pour la valeur 1288/cm, pour obtenir le deuxième critère (C2).