Brevet FR3028834A1 — publié le 20160527

PEAU ETANCHE MULTICOUCHE POUR STRUCTURE SOUPLE PRESSURISEE ET STRUCTURE SOUPLE UTILISANT UNE TELLE PEAU Domaine de l'invention La présente invention concerne les structures souples gonflables destinées à être pressurisées et elle a pour but de réaliser notamment des poutres, des mâts porteurs de panneaux solaires, de voiles d'aérofreinage ou de réflecteurs d'antennes pour des satellites et éventuellement des éléments de cadres de structure d'enveloppes de dirigeables, ballons météo ou toute autre réalisation dont la légèreté est une caractéristique primordiale. La présente invention concerne dans ce cadre une peau étanche multicouche pour structure souple pressurisée et une structure souple utilisant 10 une telle peau. Arrière plan technologique Pour déployer de grandes structures gonflables il est connu notamment des documents US5311706A et W02007/096289 A de réaliser des mâts porteurs gonflables et pressurisés. 15 Les contraintes pour les éléments de structure pour les dispositifs à déployer sont d'obtenir une rigidité suffisante sous pressurisation sans risques de déchirure tout en minimisant au maximum la masse de ces éléments et le volume pris par ceux-ci dégonflés. Dans la réalisation actuelle de poutres gonflables plusieurs films 20 assurant l'étanchéité de la poutre sont collés les uns aux autres. La plupart des encollages des films assurant l'étanchéité sont réalisés sur les faces extérieures 3028834 2 de la poutre gonflable. Ainsi, lorsque l'on applique une forte pression interne, un décollement de ces films peut se produire et conduire à des défauts d'étanchéité. Cela implique une perte de rigidité de la poutre souple au cours du temps allant jusqu'à l'effondrement de celle-ci. 5 Il existe à ce jour plusieurs techniques qui permettent d'assurer l'étanchéité des structures gonflables : - La pulvérisation interne d'une solution polymère sur le tissu de renfort; - L'encollage d'un film sur la face extérieure d'un tissu de renfort; - La réalisation de structures souples armées par procédés de 10 compression / vulcanisation (pneumatiques) et les procédés dérivés; La première solution ne permet pas d'avoir un résultat satisfaisant. En effet, la pulvérisation est difficilement homogène sur toute la surface (présence de micro-trous et de surplus de polymère par endroits). Cette technique n'assure donc pas une bonne étanchéité et conduit de plus à un poids assez 15 élevé de la structure réalisée. La deuxième solution consiste à encoller un film sur un tissu de renfort en face interne de la poutre. L'encollage de deux matières différentes n'est pas très aisé ce qui rend cette technique difficile à mettre en oeuvre. De plus, cet encollage est effectué sur la face extérieure de la poutre et ainsi, lors de 20 l'application d'une pression assez élevée, le film peut se décoller du tissu. Un des objectifs de la présente invention est donc de minimiser, et au mieux supprimer, les problèmes liés à l'étanchéité de la structure gonflable dus au décollement des films. Ceci permet de maintenir constante la rigidité d'une structure souple en fonction du temps et ainsi d'augmenter sa durée de vie. De 25 plus, la présente invention permet de réaliser un encollage film/film, ce qui est plus aisé qu'un encollage film / tissu de renfort. Brève description de l'invention Dans ce cadre, la présente invention concerne une structure de type poutre à section de forme quelconque, avec une peau étanche multicouche, 30 composée de films polymère emprisonnant un tissu de renfort en fibres synthétiques notamment des fibres techniques telles que des fibres de carbone, aramide, polymère ou autres et permettant de rendre la structure portante par 3028834 3 création d'un état précontraint après pressurisation interne. Ce type de poutre peut être intégré par exemple dans l'ossature d'éléments déployables de satellites afin d'en alléger la structure. Dans ce cadre la présente invention propose en premier lieu une peau 5 étanche multicouche notamment pour structure gonflable qui comprend un premier film polymère, un tissu de renfort disposé sur le premier film polymère et un second film polymère disposé sur le tissu de renfort et collé au moyen d'une colle sur le premier film polymère au travers de vides dans le tissu de renfort. Le tissu de renfort comporte préférablement des mailles dont l'espacement est adapté en fonction de l'épaisseur du tissu de renfort, de la souplesse desdits films polymères et de la fluidité de la colle pour permettre un encollage entre les premier et second films. Le tissu de renfort est avantageusement un tissu en fibres synthétiques. L'invention propose en outre un élément de structure gonflable tel qu'une poutre gonflable comportant une peau étanche selon l'invention réalisant une paroi externe de l'élément de structure pour lequel le premier film de la peau forme une face interne de la paroi externe de l'élément de structure et le second film forme une face externe de ladite paroi. L'élément comportant deux peaux étanches, celle-ci sont reliées l'une à l'autre par des fils d'armure rigidifiant l'élément de structure. Les fils d'armure relient avantageusement les premiers films des deux peaux au moyen d'une opération de piquage, les tissus de renfort des peaux recouvrant les boucles des fils en face externe des premiers films. Les seconds films des peaux sont avantageusement collés sur les premiers films au travers des vides entre les mailles des tissus de renfort, les boucles du piquage étant noyées dans la colle entre les premiers et les seconds films. L'invention propose en outre un procédé de réalisation d'un élément de 30 structure gonflable selon l'invention qui comprend une étape de dépose de premiers films de part et d'autre d'un coeur solide extractible entre les deux films. 3028834 4 Le procédé comporte avantageusement une étape de piquage d'un fil d'armure à travers l'ensemble formé par les deux premiers films et le coeur solide. L'étape de piquage comprend éventuellement une étape d'ajout d'un fil de retenue pour bloquer les boucles d'un côté du piquage. Le fil d'armure a 5 pour fonction d'assurer une retenue vis-à-vis de la pression qui s'exerce sur les parois internes de l'élément de structure et d'en maintenir l'écartement. Le procédé comprend en outre avantageusement: une étape de dépose d'un tissu de renfort à mailles espacées sur les faces externes des premiers films; 10 une étape de placement et d'encollage de seconds films avec les premiers films au travers des tissus de renfort, pour assurer l'étanchéité de la peau et une étape d'extraction du coeur solide sans destruction des fils d'armure. Avantageusement, les tissus de renfort sont raccordés par points aux fils 15 d'armure préalablement à la pose des seconds films. Selon un premier mode de réalisation, le matériau du coeur solide est une mousse soluble à l'eau. Avantageusement le matériau du coeur solide est une mousse à base d'amidon. 20 De manière alternative, le procédé de réalisation d'un élément de structure gonflable de l'invention comprend une étape de dépose de premiers films de part et d'autre d'un système de peignes. Le procédé comporte préférablement une étape de piquage d'un fil d'armure à travers l'ensemble formé par les deux premiers films et les peignes. 25 Le précédé comporte avantageusement une étape de dépose d'un tissu de renfort à mailles espacées sur les faces externes des premiers films. Pour améliorer la résistance de l'élément, le procédé comporte avantageusement une étape de placement et d'encollage de seconds films avec les premiers films au travers des tissus de renfort, pour assurer 30 l'étanchéité de la peau. 3028834 Une étape d'extraction du peigne sans destruction des fils d'armure par rétraction des peignes, notamment l'un vers l'autre puis parallèlement aux films est ensuite prévue. Les tissus de renfort sont avantageusement raccordés par points aux fils 5 d'armure préalablement à la pose des seconds films. Le procédé peut comporter, après piquage, une étape d'écartement des films l'un de l'autre au moyen du système de peigne. De manière alternative, le procédé peut comporter, avant piquage, une étape d'écartement des films l'un de l'autre au moyen du système de peigne. 10 Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront apparents à la lecture de la description qui suit d'un exemple non limitatif de réalisation de l'invention en référence aux dessins qui représentent: En figure 1: une vue schématique en perspective d'un élément de 15 structure gonflable de l'invention; En figure 2: une vue de côté coupe en éclaté d'un élément de structure gonflable de l'invention; En figure 3: l'élément de structure de la figure 2 assemblé; En figure 4: l'élément de structure de la figure 2 en perspective éclaté; 20 Aux figures 5A à 5C: des vues schématiques de côté en coupe de méthodes de terminaison d'un élément de structure de l'invention; En figure 6: une vue schématique d'un système de peignes selon une variante de l'invention; En figure 7: une vue schématique en perspective de la pose de films sur 25 le système de la figure 6; En figure 8; une vue de face d'une étape de piquage de fils d'armure utilisant le système de peignes de la figure 6. Description détaillée de modes de réalisation de l'invention La figure 1 représente en perspective un élément de structure de 30 l'invention sous forme dune poutre souple qui comporte deux peaux étanches la, lb reliées par des fils d'armure 40 qui donnent sa raideur à la poutre. 3028834 6 Le rôle des films d'armure 40 est de permettre à la structure de résister à la pression interne, en maintenant une distance constante localement. Selon cet exemple, les peaux sont parallèles et tenues à distance par les fils d'armure lorsque l'intérieur de la poutre est pressurisé mais il est possible, 5 en faisant varier la longueur des fils d'armure selon leur position à la surface des peaux, de réaliser des poutres munies de renflements ou rétrécissements, ou de réaliser des poutres de section variable ou de forme incurvée. La figure 2 représente les divers éléments constitutifs de l'élément de structure. Cet élément comporte les deux peaux 1 a, lb de la figure 1 espacées 10 pour former les parois externes de l'élément. Chaque peau comporte un premier film polymère 10a, 10b. Les premiers films polymères 10a, 10b se situent côté interne des parois de l'élément de structure. Les peaux comportent en outre un tissu de renfort 20a, 20b qui est disposé sur le premier film polymère. 15 Pour terminer les peaux un second film polymère 30a, 30b est collé sur le tissu de renfort et forme la surface externe des deux côtés de la poutre. Cette structure réalise une structure de paroi sandwich avec un film intérieur et un film extérieur enserrant un tissu de renfort. Le tissu de renfort est réalisé avec des fibres synthétiques de type fibres 20 techniques telles que des fibres de carbone, aramide, polymère ou autre. C'est en particulier un tissu à structure bidimensionnelle (2D). Il est réalisé en sorte de comporter des mailles assez espacées pour laisser des vides entre mailles qui permettent un encollage entre le film intérieur et le film extérieur, les mailles 21 vues en figure 4 ont des dimensions adaptées 25 en fonction de l'épaisseur du tissu de renfort, de la souplesse des films polymères et de la fluidité de la colle pour permettre un encollage entre les premier et second films. Ainsi l'invention prévoit d'encoller un film en face intérieure de la paroi de la poutre et un film en face extérieure de la poutre en emprisonnant le tissu de 30 renfort entre les deux films. Cette structure a pour but d'améliorer l'étanchéité des poutres souples et ainsi leurs performances mécaniques et leur durée de vie. 3028834 7 Les avantages de cette solution sont notamment que la pression interne exercée sur la paroi constituée par la peau 1 est uniformément répartie sur le film intérieur et donc sur le tissu de renfort. En outre l'encollage film / film est un procédé parfaitement maîtrisé et le décollement du film extérieur est limité par 5 l'encollage avec le film intérieur. Par ailleurs, ce procédé permet de maîtriser l'épaisseur de la membrane renforcée. Selon les figures 2 et 3, Les films des faces internes des peaux sont reliés l'un à l'autre par des fils d'armure 40 grâce à une opération de piquage. Une solution pour faciliter ce processus de piquage est de placer un 10 coeur solide extractible entre les deux films pour en définir l'écartement. Cette opération est effectuée comme suit : a) Découpe d'un coeur solide poreux aux dimensions de la poutre; b) Placement d'un film de polymère sur chacune des deux faces du coeur comme représenté en figure 4; 15 c) Piquage du fil d'armure à travers l'ensemble et ajout d'un fil de retenue 42 pour bloquer la boucle côté supérieur comme représenté en figure 2; d) dépose d'un tissu en fibres synthétiques à mailles espacées 20a, 20b sur les films supérieur et inférieur. Selon les applications envisagées, le tissu peut éventuellement être raccordé par points à la couture précédente; 20 e) placement d'un second film 30a, 30b, pour assurer l'étanchéité, sur le tissu sur les faces supérieure et inférieure et encollage de ce film avec le film de la face interne comme représenté en figure 3, l'encollage du film interne et du film externe, séparés par le tissu, étant possible grâce à la présence de vides dans le tissu dus à l'espacement des mailles 21; 25 f) Extraction du coeur solide sans destruction des fils d'armure. Un compromis entre surface d'encollage, la surface des vides, et les caractéristiques mécaniques du tissu peut être défini suivant le domaine d'utilisation de la poutre. Les techniques utilisées pour l'encollage seront les mêmes que celles 30 utilisées actuellement pour coller des films ensemble, soit grâce à de la colle, soit par chauffage-soudage. 3028834 8 Un exemple de réalisation du matériau du coeur solide est une mousse soluble à l'eau à base d'amidon. Une telle mousse est suffisamment résistante pour que le matériau sandwich ne s'effondre pas sous la pression du piquage et la pression d'encollage du film externe mais aussi suffisamment tendre pour 5 permettre le passage des aiguilles. D'autres méthodes pour fabriquer la peau son envisageables et notamment une variante à la solution du coeur solide extractible est la suivante : après couture reliant les deux faces sur une distance égale à l'épaisseur de la poutre, les deux films internes sont séparés par un système de peignes 201, 10 202, puis l'opération e) est appliquée. Au niveau de la fermeture de la poutre, plusieurs solutions sont possibles: - Le collage d'un couvercle 61 sur chaque bord représenté en figure 5A; - L'encollage d'une peau 1 a qui forme un rabat sur l'autre peau 1 b 15 représenté en figure 5B; - L'encollage des extrémités 111, 112 des peaux 1a, 1 b entre elles en figure 5C avec éventuellement une couture 113 des extrémités avant encollage des films. L'assemblage bout à bout de plusieurs poutres de ce type permet de 20 fabriquer une structure support ou squelette, par exemple afin de soutenir des éléments de structures déployables de satellites. Un exemple de système de peignes est représenté schématiquement en figure 6, ledit système comprenant ici deux peignes 201, 202 mobiles l'un par rapport à l'autre en écartement E et pouvant se déplacer ensembles ou 25 séparément dans leur plan selon la direction A des tiges des peignes. Le procédé comprend dans ce cas une étape de dépose de premiers films 10a, 10b de part et d'autre du système de peignes comme représenté en figure 7 peignes écartés. On réalise alors une étape de piquage d'un fil d'armure 40 à travers 30 l'ensemble formé par les deux premiers films 10a, 10b et les peignes 201, 202. L'étape de piquage comprend éventuellement l'ajout d'un fil de retenue 42 pour bloquer les boucles d'un côté du piquage comme représenté en figure 8. 3028834 9 Le système de peigne est conçu pour que les dents ou tiges du peigne respectent le pas de piquage ou un multiple ou sous-multiple du pas de piquage. Soit le système de peignes comporte deux peignes maintenus écartés à 5 la distance correspondant à la poutre gonflée comme représenté et le piquage est fait avec les premier films en appui sur les peignes fils d'armure tendus, soit le piquage est fait avec des boucles lâches, les deux peignes étant d'abord rapprochés. Dans ce cas, une étape d'écartement des films l'un de l'autre est réalisée en écartant les peignes du système de peignes qui tendent les fis 10 d'armure. Comme pour le procédé à coeur solide, une étape de dépose d'un tissu de renfort à mailles espacées sur les faces externes des premiers films est réalisée peignes écartés. Pour assurer l'étanchéité de la peau, on procède comme dans le cas du 15 coeur solide au placement et à l'encollage de seconds films avec les premiers films au travers des tissus de renfort. Enfin, on réalise une étape d'extraction du système de peignes sans destruction des fils d'armure par exemple en rapprochant les deux peignes puis en les retirant dans une direction parallèle à la surface des films. 20 Les tissus de renfort sont avantageusement raccordés par points aux fils d'armure préalablement à la pose des seconds films. Une voilure gonflable, constituée d'un assemblage de poutres de l'invention gonflées, munie d'actionneurs en surface, permettant de modifier les caractéristiques aérodynamiques de la voilure, permettrait d'alléger 25 sensiblement la structure d'un drone. L'invention définie par les revendications n'est pas limitée aux exemples représentés et notamment la longueur des fils d'armure et leur pas peut être variable en fonction de leur emplacement entre les peaux. REVENDICATIONS1 - Peau étanche multicouche notamment pour structure gonflable (100) caractérisée en ce qu'elle comprend un premier film polymère (10), un tissu de renfort (20) disposé sur le premier film polymère et un second film polymère (30) disposé sur le tissu de renfort et collé au moyen d'une colle sur le premier film polymère au travers de vides du tissu de renfort. 2 - Peau étanche multicouche selon la revendication 1 pour laquelle le tissu de renfort (20) comporte des mailles (21) dont les dimensions sont adaptées en fonction de l'épaisseur du tissu de renfort, de la souplesse desdits films polymères et de la fluidité de la colle pour permettre un encollage entre les premier et second films (10, 30). 3 - Peau étanche multicouche selon la revendication 1 ou 2 pour laquelle le tissu de renfort (20) est un tissu en fibres synthétiques. 4 - Elément de structure gonflable (100) tel qu'une poutre gonflable comportant une peau étanche selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 réalisant une paroi externe de l'élément de structure pour lequel le premier film (10) de la peau forme une face interne de la paroi externe de l'élément de structure et le second film (30) forme une face externe de ladite paroi. 5 - Elément de structure gonflable selon la revendication 4 comportant deux peaux étanches (1a, 1 b) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 reliées l'une à l'autre par des fils d'armure (40) rigidifiant l'élément de structure. 6 - Elément de structure gonflable selon la revendication 5 pour lequel les fils d'armure (40) relient les premiers films (10a, 10b) des deux peaux au moyen d'une opération de piquage, les tissus de renfort des peaux recouvrant les boucles des fils (41a, 41b) en face externe des premiers films (10a, 10b). 302 8 83 4 11 7 - Elément de structure gonflable selon la revendication 6 pour lequel les seconds films (30a, 30b) des peaux sont collés sur les premiers films (10a, 10b) au travers des vides entre les mailles des tissus de renfort (20a, 20b), les boucles du piquage étant noyées dans la colle entre les premiers et 5 les seconds films. 8 - Procédé de réalisation d'un élément de structure gonflable selon l'une quelconque des revendications 4 à 7 caractérisé en ce qu'il comprend une étape de dépose de premiers films (10a, 10b) de part et d'autre d'un coeur solide extractible (50) entre les deux films. 10 9 - Procédé de réalisation d'un élément de structure gonflable selon la revendication 8 comportant une étape de piquage d'un fil d'armure (40) à travers l'ensemble formé par les deux premiers films (10a, 10b) et le coeur solide (50); 10 - Procédé de réalisation d'un élément de structure gonflable selon 15 la revendication 9 comportant une étape de dépose d'un tissu de renfort (20a, 20b) à mailles espacées sur les faces externes des premiers films; Une étape de placement et d'encollage de seconds films (30a, 30b) avec les premiers films au travers des tissus de renfort, pour assurer l'étanchéité de la peau; 20 Une étape d'extraction du coeur solide (50) sans destruction des fils d'armure. 11 - Procédé de réalisation d'un élément de structure gonflable selon la revendication 10 pour lequel les tissus de renfort (20a, 20b) sont raccordés par points aux fils d'armure (40) préalablement à la pose des seconds films 25 (30a, 30b). 12 - Procédé de réalisation d'un élément de structure gonflable selon l'une quelconque des revendications 8 à 11 pour lequel le matériau du coeur solide est une mousse soluble à l'eau. 13 Procédé de réalisation d'un élément de structure gonflable selon la revendication 12 pour lequel le matériau du coeur solide est une mousse à base d'amidon. 3 02 8 83 4 12 14 - Procédé de réalisation d'un élément de structure gonflable selon l'une quelconque des revendications 8 à 13 caractérisé en ce qu'il comprend une étape de dépose de premiers films (10a, 10b) de part et d'autre d'un système de peignes (101, 102). 5 15 - Procédé de réalisation d'un élément de structure gonflable selon la revendication 14 comportant une étape de piquage d'un fil d'armure (40) à travers l'ensemble formé par les deux premiers films (10a, 10b) et les peignes; 16 - Procédé de réalisation d'un élément de structure gonflable selon la revendication 15 comportant une étape de dépose d'un tissu de renfort (20a, 10 20b) à mailles espacées sur les faces externes des premiers films; Une étape de placement et d'encollage de seconds films (30a, 30b) avec les premiers films au travers des tissus de renfort, pour assurer l'étanchéité de la peau; Une étape d'extraction du peigne sans destruction des fils d'armure par 15 rétraction des peignes l'un vers l'autre puis parallèlement aux films. 17 - Procédé de réalisation d'un élément de structure gonflable selon la revendication 16 pour lequel les tissus de renfort (20a, 20b) sont raccordés par points aux fils d'armure (40) préalablement à la pose des seconds films (30a, 30b). 20 18 - Procédé de réalisation d'un élément de structure gonflable selon l'une quelconque des revendication 14 à 17 comportant, après piquage, une étape d'écartement des films l'un de l'autre au moyen du système de peigne; 19 - Procédé de réalisation d'un élément de structure gonflable selon l'une quelconque des revendication 14 à 17 comportant, avant piquage, une 25 étape d'écartement des films l'un de l'autre au moyen du système de peigne. 30