Brevet FR3025453A1 — publié le 20160311

Panneau en matériau composite pour un véhicule ferroviaire et procédé pour fabriquer un panneau en matériau composite d'un véhicule ferroviaire L'invention concerne un panneau en matériau composite pour un véhicule ferroviaire, notamment un plancher ou un pavillon d'un véhicule ferroviaire. En outre, l'invention concerne un procédé pour fabriquer un panneau en matériau composite d'un véhicule ferroviaire, notamment un plancher ou un pavillon d'un véhicule ferroviaire. US 2011/0030576 Al divulgue un panneau d'un matériau composite qui est fermé sur ses deux côtés par des plaques. Dans le matériau composite, une gaine est agencée pour des câbles électriques. Ce panneau nécessite beaucoup de matériaux pour une rigidité limitée. Le but de la présente invention est de proposer un panneau léger en matériau composite qui est moins cher à fabriquer, notamment par l'usage de très peu d'outillage. Pour cela l'invention a pour objet un panneau pour un véhicule ferroviaire, notamment un plancher ou un pavillon d'un véhicule ferroviaire, le panneau s'étendant dans un plan et comprenant un réseau de poutres pourvu d'au moins une intersection, les poutres étant composées d'une pluralité de couches successives de lattes empilées suivant une direction d'empilement orthogonale au plan du panneau, les lattes des couches successives étant fixées entre elles avec une couche adhésive, les couches de lattes comportant des lattes continues se prolongeant de part et d'autre de l'intersection et qui sont disposées au niveau de l'intersection, en contact avec au moins une latte continue d'une couche adjacente, chaque couche comportant, de part et d'autre de la latte continue, une latte interrompue disposée transversalement à la latte continue et disposée en contact avec au moins une latte continue d'une couche adjacente. Suivant des modes particuliers de réalisation, le panneau comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - le panneau comporte au moins une gaine traversant, au moins partiellement, le réseau de poutres, de façon à ce qu'au moins une couche de lattes soit agencée, sur un ou sur chaque côté de la ou de chaque gaine suivant la direction d'empilement ; - chaque poutre comporte au moins quatre couches de lattes ; - le panneau comporte au moins une plaque de fermeture fixée, en particulier collée, suivant la direction d'empilement sur une ou sur chaque côté du réseau de poutre et s'étendant sur tout la surface du panneau ; 3025453 2 - le panneau comporte une pluralité de cavités entre les poutres, un matériau d'isolation phonique et/ou un accumulateur d'énergie étant agencé(s) dans la ou les cavités ; - les lattes comprennent des fibres de renforcement en carbone et/ou en verre dans 5 une résine ; - dans chaque couche, à chaque intersection, la latte continue est agencée sensiblement orthogonalement aux lattes interrompues ; - aux intersections, les lattes interrompues butent contre les lattes continues ; et/ou - au moins une poutre comporte, dans l'une de ses couches, au moins une platine 10 pourvue d'un trou taraudé pour une fixation d'un élément extérieur et une vis en prise dans le trou taraudé retenant l'élément extérieur contre le panneau. L'invention a également pour objet un procédé pour fabriquer un panneau d'un véhicule ferroviaire, notamment un plancher ou un pavillon d'un véhicule ferroviaire, le panneau s'étendant dans un plan et comprenant un réseau de poutres formant au moins 15 une intersection, le procédé comprenant les étapes suivantes : - déposer une première couche de lattes suivant le réseau de poutres, la première couche de lattes comprenant une pluralité de lattes, la ou chaque intersection étant pourvue d'une latte continue se prolongeant de part et d'autre de l'intersection et de part et d'autre de la latte continue une latte interrompue disposée transversalement à la latte continue ; 20 - déposer une pluralité de couches successives de lattes suivant une direction d'empilement orthogonale au plan du panneau suivant le réseau de poutres sur la couche de lattes précédente en appliquant une couche adhésive entre chaque couche de lattes, de sorte que des lattes continues se prolongent de part et d'autre de l'intersection et sont disposées au niveau de l'intersection, en contact avec au moins une latte continue d'une 25 couche précédente, et, de part et d'autre de la latte continue, une latte interrompue disposée transversalement à la latte continue et disposée en contact avec au moins une latte continue d'une couche précédente disposée transversalement. Suivant des modes particuliers de réalisation, le procédé comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les 30 combinaisons techniquement possibles : - le procédé comprend en outre les étapes suivantes : appliquer au moins une bâche flexible préformée, notamment en silicone, sur l'ensemble du panneau, mettre la bâche flexible sous vide, et chauffer le panneau à une température suffisante pour mettre en solution les couches adhésives et pour les polymériser ; et/ou 3025453 3 - le procédé pour fabriquer un panneau tel que décrit dessus. L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : 5 - la figure 1 est une vue en perspective d'un panneau en matériau composite selon l'invention ; - la figure 2 est une vue en perspective agrandie d'une intersection de deux poutres du panneau selon l'invention ; - la figure 3 est une vue en perspective et en coupe d'un panneau en matériau 10 composite muni d'une isolation phonique ; - la figure 4 est une vue en coupe et en perspective d'un panneau muni d'une platine de sécurisation pour une fixation d'un cadre métallique au panneau suivant une direction d'empilement ; - la figure 5 est une vue en coupe et en perspective d'un panneau muni d'une 15 fixation latérale du cadre métallique selon une direction orthogonale à la direction d'empilement ; et - la figure 6 est un organigramme des étapes d'un procédé de fabrication d'un panneau selon l'invention. La figure 1 montre en perspective un panneau en matériau composite pour un 20 véhicule ferroviaire. Le panneau 1 forme, par exemple, un plancher ou un pavillon d'un véhicule ferroviaire, par exemple un tramway. Le panneau 1 s'étend dans un plan défini par une direction longitudinale X et une direction transversale Y. Le panneau 1 est sensiblement rectangulaire. Le panneau 1 est pourvu d'un réseau de poutres 3 comprenant des poutres 25 longitudinales 5 suivant la direction longitudinale X et des poutres transversales 7 suivant la direction transversale Y. Les réseaux de poutres 3 présentent plusieurs intersections 9 entre les poutres longitudinales 5 et les poutres transversales 7. Dans un autre mode de réalisation, les poutres suivent des directions non perpendiculaires deux à deux et présentent donc des intersections non-orthogonales ou obliques. 30 Le réseau de poutres 3 est fixé, notamment collé, à une plaque de fermeture 11 inférieure. La plaque de fermeture 11 s'étend dans le plan du panneau 1. Une plaque de fermeture supérieure pour fermer le panneau sur le côté opposé à la plaque de fermeture 11 inférieure est prévu en variante. Elle n'est pas montrée sur la figure 1. Par exemple, la plaque de fermeture inférieure et/ou supérieure est une tôle métallique. 35 En outre, une gaine aéraulique 13 traverse le panneau suivant la direction longitudinale X et parallèlement aux poutres longitudinales 5. La gaine aéraulique traverse 3025453 4 transversalement de part en part les poutres transversales 7 à l'écart des poutres longitudinales 5. Le panneau 1 est pourvu également d'une deuxième gaine 15 pour des câbles. La deuxième gaine 15 traverse également le panneau suivant la direction longitudinale X et 5 parallèlement aux poutres longitudinales 5 en traversant les poutres transversales 7. Les bords du panneau 1 sont respectivement définis par deux poutres longitudinales 5 aux extrémités du panneau 1 suivant la direction transversale Y et deux poutres transversales 7 aux extrémités du panneau 1 suivant la direction longitudinale X. Un cadre d'interface 17 est prévu aux quatre bords du panneau 1 et est fixé aux poutres 10 5, 7 d'extrémité en direction longitudinale X et en direction transversale Y. La figure 2 montre en outre les détails des poutres 5, 7. Les poutres 5, 7 sont composées d'un empilement d'une pluralité de couches de lattes 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33 successives. L'empilement est fait suivant une direction d'empilement Z orthogonale au plan du panneau et aux directions longitudinale 15 et transversale X, Y. Par exemple, chaque poutre comprend au moins quatre couches de lattes. Dans des autres exemples, des poutres 5, 7 comprennent au moins huit couches de lattes. Dans l'exemple de la figure 2, les poutres 5, 7 sont composées de dix couches de lattes 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33. 20 Les lattes sont des lattes pultrudées en matériau composite, par exemple des lattes pultrudées avec des fibres de renforcement en carbone ou en verre. Par exemple les lattes en matériau composite peuvent comprendre des fibres de renforcement en carbone qui sont agencées dans une résine, par exemple epoxy. Les lattes peuvent également comprendre des lattes en bois de balsa ou matériaux d'âme composite 25 (mousse, nid d'abeille, etc). La majorité de lattes sont, par exemple, de lattes en matériau composite. Les lattes 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33 sont, en section, sensiblement rectangulaire avec deux côtés longs et deux côtés courts. Les côtés longs sont au moins cinq fois plus long que les côtés courts. Dans un autre exemple, les côtés longs sont au 30 moins huit fois plus longs que les côtés courts. Les côtés longs définissent les faces principales des lattes. Les lattes ont une épaisseur égale à la longueur des côtés courts comprises entre 1 mm et 20 mm, en particulier entre 5 mm et 15 mm et une largeur égale à la longueur des côtés longs comprise entre 20 mm et 150 mm, en particulier entre 30 mm et 120 mm. La largeur des lattes 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33 correspond à la largeur 35 des poutres 5, 7. 3025453 5 Entre deux couches de lattes adjacentes est disposée une couche adhésive assurant la liaison des lattes entre elles. Les lattes 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33 sont collées entre elles suivant leurs faces principales. Les intersections 9 sont construites par des croisements alternatifs. Dans les 5 couches successives, une première couche présente, à l'intersection 9, suivant la direction longitudinale X, une latte 27 continue traversant de part en part l'intersection 9, et suivant la direction transversale Y, deux lattes interrompues 23, 25 s'étendant de part et d'autre de la latte 27 continue transversalement à celle-ci. Dans une couche adjacente, à cette intersection 9, une latte continue 29 suivant la direction transversale Y traverse de 10 part en part l'intersection 9 et deux lattes interrompues 31, 33 suivant la direction longitudinale X s'étendent de part et d'autre de la latte continue transversalement à celle-ci. Les lattes continues 27, 29 se croisent au niveau de l'intersection 9 en étant en contact l'une avec l'autre avec interposition de la couche adhésive. Sur toutes les couches, ce croisement alternatif est répété. 15 Par exemple, sur la figure 2 une première couche comprenant les lattes 23, 25, 27 est pourvue d'une latte continue 27 traversant l'intersection 9 suivant la direction longitudinale X et de deux lattes interrompues 23, 25 s'étendant, suivant la direction transversale Y, de part et d'autre de la latte continue 27. Comme visible sur la figure 2, les lattes interrompues 23, 25 buttent, à l'intersection 9, contre la latte continue 27 qui fait 20 partie de la poutre longitudinale 5. Une deuxième couche sous-jacente de la première couche comprend les lattes 29, 31, 33. La latte continue 29 traverse l'intersection 9 suivant la direction transversale Y et les lattes interrompues 31, 33, s'étendent, suivant la direction longitudinale X de part et d'autre de la latte continue 29. Egalement dans ce cas, les lattes interrompues 31, 33 25 buttent, à l'intersection 9, contre la latte continue 29 qui fait partie la poutre transversale 7. Une troisième couche sous-jacente de la deuxième couche présente le même agencement que la première couche, etc. Au coeur du panneau, les lattes interrompues sont enserrées avec interposition d'une couche de colle entre deux lattes continues. De même, les lattes continues sont 30 enserrées entre deux lattes interrompues en dehors de l'intersection 9 et entre deux lattes continues au niveau de l'intersection 9. Sur les figures 2 et 3, la gaine aéraulique 13 n'est pas déposée directement sur la plaque de fermeture inférieure 11. La première gaine aéraulique 13 est supportée par au moins deux couches de lattes successives de façon que les deux couches de lattes 35 successives se trouvent entre la plaque de fermeture inférieure 11 et la gaine aéraulique 3025453 6 13. Egalement, au moins deux couches de lattes successives sont agencées entre la gaine aéraulique 13 et la plaque de fermeture supérieure éventuelle. La figure 3 montre schématiquement le panneau 1 avec le réseau de poutres 3 comprenant les poutres longitudinales 5 et les poutres transversales 7. Le réseau de 5 poutres 3 présente entre les poutres longitudinales 5 et les poutres transversales 7 des cavités 35. Sur la figure 3, ces cavités 35 sont remplies avec une isolation phonique ou acoustique 37. Par exemple, l'isolation phonique 37 est obtenue par une injection de mousse de silicone, ou un matériau d'âme sandwich expansif, par exemple une mousse epoxy ou mise en place de railfibers, de type ouate de fibres polyester. Alternativement, 10 les cavités 35 reçoivent des accumulateurs d'énergie comme des batteries ou des super condensateurs. La figure 4 montre schématiquement la fixation d'une partie 39 inférieure du cadre d'interface 17 à une poutre longitudinale 5. La partie inférieure 39 du cadre d'interface 17 est sensiblement parallèle à la plaque de fermeture 11 inférieure. Le cadre d'interface 17 15 est par exemple métallique. Une platine 41, notamment une platine métallique, comportant un trou taraudé est insérée parmi les couches de lattes 43. La platine 41 a sensiblement la même épaisseur que les lattes 43. Dans un exemple, la platine 41 est agencée, entre deux couches de lattes 43, dans la poutre longitudinale 5 au côté opposé de la partie inférieure 39 du cadre 20 d'interface 17 de la poutre. Les lattes 43 entre la platine 41 et la partie inférieure 39 du cadre d'interface 17 et le cadre d'interface lui-même présentent respectivement un trou pour y insérer une vis 45 s'étendant dans une direction suivant la direction d'empilement Z. Une vis 45 est insérée dans ces trous et vissée dans la platine 41 assurant que toutes les couches de lattes 43 entre la platine 41 et la partie 39 du cadre 17 sont compressées 25 suivant la direction d'empilement Z et la partie inférieure 39 est fixée à la poutre longitudinale 5. La tête de la vis 45 s'appuyant sur la partie inférieure 39 du cadre. La figure 5 montre une fixation du cadre d'interface 17 dans une direction orthogonale à la direction d'empilement Z. En particulier une partie 47 du cadre d'interface 17 parallèle la direction d'empilement Z couvre les bords du panneau 1. A cet effet, une 30 platine 49, en particulier métallique, comportant un trou ou un trou taraudé est agencée au côté opposé de la poutre longitudinale 5. La poutre 5 comporte un perçage transversale ou une interruption de continuité dans le niveau de latte concerné, pour le passage du corps d'une vis 51 traversant la poutre longitudinale 5. Cette vis est en prise avec le trou taraudé de la platine ou un écrou 53 placé sur la platine 49 pour fixer la partie 35 47 du cadre d'interface 17, la tête de la vis 51 s'appuyant sur la partie 47 du cadre. 3025453 7 La figure 6 montre différentes étapes pour la fabrication du panneau 1 selon l'invention. La colle utilisée pour les couches adhésives est une colle thermo-activable qui à température ambiante est initialement non activée. Une montée en température met en solution la colle et active sa polymérisation. Dans une première étape 100 optionnelle, la 5 plaque de fermeture 11 inférieure, parallèle au plan du panneau 1, est mise en place. Dans une étape suivante 102, une couche adhésive, par exemple un film de colle, est appliquée suivant le réseau de poutres 3 à réaliser sur la plaque de fermeture 11 inférieure si elle est présente. Dans un exemple, la couche adhésive est une colle solide en film, qui est déjà prédécoupée à la forme du réseau de poutres 3. 10 Dans une étape suivante 104, au moins deux couches de lattes 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33 sont déposées suivant la direction d'empilement sur la plaque de fermeture inférieure 11, si présente. Entre chaque couche de lattes, une couche adhésive non activée est appliquée. Les intersections 9 sont construites par le principe de croisement de lattes alternatives comme décrit par rapport à la figure 2. 15 Ensuite, dans une étape 106, une couche adhésive et une ou plusieurs gaines (13, 15) sont déposées sur les couches de lattes. Latéralement entre les gaines, une pluralité de couches de lattes est déposées de la même manière que dans l'étape 104, jusqu'au niveau supérieur de la ou de chaque gaine 13, 15. Dans une étape 108 suivante, au moins deux couches de lattes sont déposées 20 avec interposition de couches adhésives de la même manière que dans l'étape 104 pour finir l'empilement des couches de lattes. Les intersections 9 sont formées suivant le principe de croisement de lattes alternatives montrées sur la figure 2. Ensuite, dans une étape 110 optionnelle, l'isolation phonique 37 et/ou le ou les accumulateurs d'énergie sont agencés dans les cavités 35. 25 L'isolation phonique et/ou le ou les accumulateurs d'énergie sont seulement insérés dans cette étape si ces éléments peuvent supporter la chaleur nécessaire pour la mise en solution de chaque couche adhésive et de sa polymérisation. Une plaque de fermeture supérieure est déposée sur le réseau de poutres dans une étape optionnelle 112 avec interposition d'une couche adhésive. Par exemple, si les 30 équipements qui sont installés dans les cavités 35 ne supportent pas la chaleur, la plaque de fermeture supérieure est fixée ultérieurement comme dernière étape du procédé après une étape 116 décrite ci-dessous. En plus, dans cette étape 112, un revêtement est avantageusement appliqué sur la plaque de fermeture supérieure. Dans une étape suivante 114, une bâche flexible est appliquée sur le panneau et 35 est ensuite mise sous vide. Par exemple, la bâche est en silicone formée ou moulée sur un prototype. Sa forme correspond à la forme tridimensionnelle à l'état du panneau avant 3025453 8 l'application de la bâche flexible en silicone. Par exemple, la bâche en silicone a une épaisseur d'environ 5 mm. Le vide permet la compression uniforme de l'empilement des couches de lattes successives pendant la mise en solution et la polymérisation des éléments de collage. 5 Ensuite, dans l'étape 116, le panneau 1 est chauffé pour assurer une mise en solution de la couche adhésive et sa polymérisation. Le chauffage est réalisé par une cloche étuve ou d'autres moyens tels qu'un plateau chauffant. Dans un autre mode de réalisation, un autre matériau pour la bâche flexible est utilisé qui supporte la chaleur nécessaire pour la mise en solution et la polymérisation des couches adhésives. 10 Si les cavités 35 ne sont pas encore remplies avec une isolation phonique ou des accumulateurs d'énergie une telle installation est faite après que le panneau a refroidi. Le procédé de fabrication permet d'alléger les structures et de réduire les moyens de production et les manutentions. De plus, plusieurs fonctions, par exemple une isolation acoustique, un câblage, une gaine aéraulique et/ou des accumulateurs d'énergie sont 15 intégrés dans l'épaisseur du panneau. Le procédé permet de réduire le temps de production. De plus, de tels panneaux sont simples à produire. L'obtention « one shot » d'un sous-ensemble de type pavillon ou plancher fini et équipé et une customisation très rapide est alors possible. Finalement, les collages sur des grandes surfaces garantissent des marges de 20 sécurité très élevées. Une alternative, pour l'usage des cavités 35 est la mise en oeuvre d'une résine époxy moussante avant la fermeture du panneau par les tôles inférieures et supérieures. Celle-ci assure un rôle d'âme sandwich permettant d'obtenir un panneau extrêmement raid et léger. 25 REVENDICATIONS1.- Panneau (1) pour un véhicule ferroviaire, notamment un plancher ou un pavillon d'un véhicule ferroviaire, le panneau s'étendant dans un plan et comprenant un réseau (3) de poutres (5, 7) pourvu d'au moins une intersection (9), les poutres (5, 7) étant composées d'une pluralité de couches successives de lattes (19, 21, 23, 25, 27, 19, 31, 33) empilées suivant une direction d'empilement (Z) orthogonale au plan du panneau, les lattes (19, 21, 23, 25, 27, 19, 31, 33) des couches successives étant fixées entre elles avec une couche adhésive, les couches de lattes comportant des lattes continues (27, 29) se prolongeant de part et d'autre de l'intersection (9) et qui sont disposées au niveau de l'intersection (9), en contact avec au moins une latte continue (29, 27) d'une couche adjacente, chaque couche comportant, de part et d'autre de la latte continue (27, 29), une latte interrompue (19, 21, 23, 25) disposée transversalement à la latte continue et disposée en contact avec au moins une latte continue (29, 27) d'une couche adjacente. 2.- Panneau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une gaine (13, 15) traversant, au moins partiellement, le réseau (3) de poutres, de façon à ce qu'au moins une couche de lattes soit agencée, sur un ou sur chaque côté de la ou de chaque gaine (13, 15) suivant la direction d'empilement (Z). 3.- Panneau selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque poutre comporte au moins quatre couches de lattes (19, 21, 23, 25, 27, 19, 31, 33). 4.- Panneau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une plaque de fermeture (11) fixée, en particulier collée, suivant la direction d'empilement (Z) sur une ou sur chaque côté du réseau de poutre (3) et s'étendant sur tout la surface du panneau. 5.- Panneau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de cavités (35) entre les poutres (5, 7), un matériau d'isolation phonique (37) et/ou un accumulateur d'énergie étant agencé(s) dans la ou les cavités (35) 6.- Panneau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lattes comprennent des fibres de renforcement en carbone et/ou en verre dans une résine. 7.- Panneau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce dans chaque couche, à chaque intersection (9), la latte continue (27, 29) est agencée sensiblement orthogonalement aux lattes interrompues (19, 21, 23, 25, 31, 33). 3025453 10 8.- Panneau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, aux intersections, les lattes interrompues (19, 21, 23, 25, 31, 33) butent contre les lattes continues (27, 29). 9.- Panneau selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au 5 moins une poutre (5, 7) comporte, dans l'une de ses couches, au moins une platine (41) pourvue d'un trou taraudé pour une fixation d'un élément extérieur (17) et une vis (45) en prise dans le trou taraudé retenant l'élément extérieur (17) contre le panneau. 10. Procédé pour fabriquer un panneau (1) d'un véhicule ferroviaire, notamment un plancher ou un pavillon d'un véhicule ferroviaire, le panneau (1) s'étendant dans un plan 10 et comprenant un réseau (3) de poutres (5, 7) formant au moins une intersection (9), le procédé comprenant les étapes suivantes : - déposer (104) une première couche de lattes suivant le réseau de poutres, la première couche de lattes comprenant une pluralité de lattes, la ou chaque intersection étant pourvue d'une latte continue se prolongeant de part et d'autre de l'intersection (9) et 15 de part et d'autre de la latte continue une latte interrompue disposée transversalement à la latte continue ; - déposer (104) une pluralité de couches successives de lattes suivant une direction d'empilement (Z) orthogonale au plan du panneau suivant le réseau de poutres sur la couche de lattes précédente en appliquant une couche adhésive entre chaque couche de 20 lattes, de sorte que des lattes continues (27, 29) se prolongent de part et d'autre de l'intersection (9) et sont disposées au niveau de l'intersection (9), en contact avec au moins une latte continue (27, 29) d'une couche précédente, et, de part et d'autre de la latte continue (27, 29), une latte interrompue (19, 21, 23, 25) disposée transversalement à la latte continue et disposée en contact avec au moins une latte continue (27, 29) d'une 25 couche précédente disposée transversalement. 11.- Procédé selon la revendication 10, comprenant en outre les étapes suivantes : - appliquer (114) au moins une bâche flexible préformée, notamment en silicone, sur l'ensemble du panneau, - mettre la bâche flexible sous vide, et 30 - chauffer (116) le panneau à une température suffisante pour mettre en solution les couches adhésives et pour les polymériser. 12.- Procédé selon l'une des revendications 10 et 11, pour fabriquer un panneau selon l'une des revendications 1 à 9.