Brevet FR3027553A1 — publié le 20160429

Procédé de fabrication d'un tube en structure composite sandwich La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un élément tubulaire, et plus particulièrement d'un élément tubulaire en structure composite sandwich. On connaît déjà dans l'état de la technique, notamment d'après US 3 799 818, un procédé de fabrication d'un élément tubulaire s'étendant le long d'un axe longitudinal, comportant une étape de réalisation d'une couche tubulaire réalisée en un premier matériau. La présente invention a notamment pour but d'améliorer la raideur et la résistance d'un élément tubulaire, cela en conservant une masse relativement faible. A cet effet, l'invention a notamment pour objet un procédé de fabrication d'un élément tubulaire s'étendant le long d'un axe longitudinal, comportant une étape de réalisation d'une couche tubulaire réalisée en un premier matériau, caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape d'usinage d'au moins une gorge, notamment une gorge circonférentielle, dans ladite couche tubulaire, et - une étape d'insertion d'un matériau de renfort dans chaque gorge. Ledit premier matériau est par exemple une mousse époxy, qui présente une masse relativement faible. L'élément tubulaire est renforcée par ledit matériau de renfort, de sorte qu'il présente une résistance optimisée. Un procédé de fabrication selon l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables. - Le procédé comporte une étape préalable de fourniture d'un organe de support, réalisé en un matériau soluble, notamment hydrosoluble, et une étape d'usinage de cet organe de support pour lui donner une forme prédéterminée, correspondant à la forme d'une surface intérieure de l'élément tubulaire à fabriquer. - Le procédé comporte une étape d'enveloppement de l'organe de support dans un second matériau, destiné à former une peau intérieure de l'élément tubulaire, et une étape de polymérisation du second matériau. - Le procédé comporte, préalablement à l'étape d'enveloppement, une étape (120) d'application d'une couche de protection, notamment une couche de Teflon®, sur une surface extérieure de l'organe de support. - Le second matériau est formé par une bande de fibres de carbone unidirectionnelle, enroulée en une première couche dont les fibres sont parallèles à une première direction, puis en une seconde couche dont les fibres sont parallèles à une seconde direction, de préférence perpendiculaire à la première. - Le procédé comporte, préalablement à l'étape de polymérisation du second matériau, une étape de pose d'un tissu d'arrachage sur le second matériau et, suite à l'étape de polymérisation du second matériau, une étape de retrait du tissu d'arrachage. - La couche tubulaire en premier matériau est réalisée par-dessus le second matériau. - Le premier matériau est une mousse epoxy non expansée, la mousse étant déposée à l'état liquide sur le second matériau, en contrôlant l'épaisseur de la couche tubulaire au moyen d'un applicateur plan parallèle à l'axe longitudinal, le procédé comportant une étape d'expansion et de polymérisation de la mousse, précédant l'étape d'usinage de gorges. - Le procédé comporte, suite à l'étape d'insertion du matériau de renfort, une étape d'enveloppement de la couche de premier matériau dans un troisième matériau, destiné à former une peau extérieure de l'élément tubulaire, et une étape de polymérisation du troisième matériau. - Le troisième matériau est formé par une bande de fibres de carbone unidirectionnelle, enroulée en une première couche dont les fibres sont parallèles à une première direction, puis en une seconde couche dont les fibres sont parallèles à une seconde direction, de préférence perpendiculaire à la première. - Le procédé comporte, préalablement à l'étape de polymérisation du troisième matériau, une étape de pose d'un tissu d'arrachage ou d'une bande lisse auto-serrante sur le troisième matériau et, suite à l'étape de polymérisation du troisième matériau, une étape de retrait du tissu d'arrachage ou de la bande lisse. L'invention concerne également un élément tubulaire s'étendant le long d'un axe longitudinal, comportant une couche tubulaire réalisée en un premier matériau, caractérisé en ce que : - au moins une gorge, notamment une gorge circonférentielle, est ménagée dans ladite couche tubulaire, et - un matériau de renfort est agencé dans chaque gorge. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux figures annexées parmi lesquelles : - les figures 1 à 4 et 6 à 11 sont des vues de profil d'un élément tubulaire au cours d'étapes successives d'un procédé de fabrication de cet élément tubulaire ; - la figure 5 est une vue en coupe transversale de l'élément tubulaire de la figure 4. On a représenté, sur les figures, un élément tubulaire 10 au cours d'étapes successives d'un procédé de fabrication de cet élément tubulaire 10. L'élément tubulaire 10 est visible en version terminée sur la figure 11. L'élément tubulaire 10 présente une forme générale de révolution autour d'un axe longitudinal. Par exemple, l'élément tubulaire 10 présente une forme générale cylindrique à section transversale circulaire. L'élément tubulaire 10 présente une structure composite sandwich. Plus particulièrement, il présente notamment une âme 20 formée d'un premier matériau, une peau intérieure 18 formée d'un second matériau, et une peau extérieure 30 formée d'un troisième matériau, par exemple identique au second matériau. Le procédé de fabrication de l'élément tubulaire 10 comporte une étape préalable 100 de fourniture d'un organe de support 12, comme cela est représenté sur la figure 1. Avantageusement, l'organe de support 12 est réalisé dans un matériau soluble, c'est-à-dire susceptible de se dissoudre dans un solvant. De préférence, l'organe de support 12 est réalisé dans un matériau hydrosoluble, susceptible de se dissoudre dans de l'eau. L'organe de support 12 présente une forme générale de révolution autour d'un axe longitudinal X. Cet organe de support 12 est agencé sur un outil rotatif, et plus particulièrement sur une tige rotative 14 s'étendant le long de l'axe longitudinal X, et étant mobile en rotation autour de cet axe X. Le procédé de fabrication comporte ensuite une étape 110 d'usinage de l'organe de support 12, représentée sur la figure 1. Cette étape d'usinage 110 a pour but de donner à l'organe de support 12 une forme prédéterminée, correspondant à la forme souhaitée pour une surface intérieure de l'élément tubulaire 10 à fabriquer. Ainsi, dans l'exemple représenté, l'organe de support 12 est usiné pour présenter une forme cylindrique s'étendant le long de l'axe longitudinal X, à section transversale circulaire. L'usinage est réalisé au moyen d'un outil de fraisage 16 de type classique, par exemple mobile selon trois axes linéaires. Comme cela est représenté sur la figure 1, l'usinage est réalisé en déplaçant l'outil de fraisage 16 en translation dans la direction de l'axe longitudinal X tout en entraînant l'organe de support 12 en rotation autour de l'axe longitudinal X. Avantageusement, le procédé de fabrication comporte ensuite une étape 120 d'application d'une couche de protection sur une surface extérieure de l'organe de support 12 usiné. Cette couche de protection est par exemple une couche de Téflon®. Cette couche de protection a pour but d'empêcher un contact direct entre le second matériau formant la peau intérieure de l'élément tubulaire 10 et le matériau hydrosoluble formant l'organe de support 12. En variante, la couche de protection est formée par un produit de protection déposé par pulvérisation sur la surface extérieure de l'organe de support 12 usiné. Cette variante est préférée lorsque la géométrie de cette surface extérieure est complexe et rend difficile la pose de bandes de Téflon® adhésives. Ce produit de protection est par exemple hydrosoluble, et peut ainsi être éliminé en même temps que l'organe de support 12. Comme cela est représenté sur les figures 2 et 3, le procédé comporte ensuite une étape 130 d'enveloppement de l'organe de support 12 dans ledit second matériau, afin de former la peau intérieure 18 de l'élément tubulaire 10. Le second matériau est par exemple formé par une bande de fibres de carbone unidirectionnelle. Comme cela est représenté sur la figure 2, ladite bande de fibres de carbone est tout d'abord enroulée en une première couche 18A, dont les fibres sont parallèles à une première direction. Puis, comme cela est représenté sur la figure 3, la bande de fibre est enroulée en une seconde couche 18B, par-dessus la première couche 18A, les fibres de la seconde couche 18B étant parallèles à une seconde direction, de préférence perpendiculaire à ladite première direction. Le fait d'enrouler la bande de fibre en deux couches permet de renforcer ladite peau intérieure 18, notamment de sorte qu'elle ne présente pas de point de faiblesse. De préférence, le procédé comporte ensuite une étape 140 de pose d'un tissu d'arrachage sur la peau intérieure 18. Cette étape de pose 140 est suivie d'une étape 150 de polymérisation du second matériau formant la peau intérieure 18. Le procédé comporte ensuite une étape 160 de retrait du tissu d'arrachage, faisant suite à l'étape de polymérisation 150. La pose puis le retrait du tissu d'arrachage permet, de manière connue en soi, de renforcer la peau intérieure 18, et de former une surface d'accrochage optimisée sur cette peau intérieure 18. Le procédé comporte ensuite une étape 180 de réalisation d'une couche tubulaire 20, représentée sur les figures 4 et 5, ladite couche tubulaire étant destinée à former l'âme de l'élément tubulaire composite 10. La couche tubulaire 20 est déposée par-dessus la peau intérieure 18, à laquelle elle adhère de manière optimisée grâce à la surface d'accrochage ménagée sur cette peau intérieure 18. Ledit premier matériau, formant la couche tubulaire 20, est une mousse époxy non expansée. Cette mousse est déposée à l'état liquide sur la peau intérieure 18, en contrôlant l'épaisseur de la couche tubulaire 20 ainsi formée au moyen d'un applicateur plan 22 parallèle à l'axe longitudinal X. La mousse époxy est déposée en continu le long de l'axe longitudinal X, alors que l'outil tournant 14 tourne autour de son axe X, de sorte que la mousse est répartie autour de la peau intérieure 18. Plus particulièrement, la mousse époxy est versée entre la peau intérieure 18 et l'applicateur 22, qui avance en translation le long de l'axe longitudinal X. La répartition et l'épaisseur de la mousse sont donc contrôlées grâce à l'applicateur plan 22. Le procédé comporte ensuite une étape 190 d'expansion et de polymérisation de la mousse. Au cours de cette étape 190, la rotation de l'outil tournant 14 est avantageusement maintenue. Cette rotation permet, en combinaison avec le fait que la mousse présente une bonne propriété thixotropique, de maintenir la mousse en position sous la forme de la couche 20 durant son expansion et sa polymérisation. On notera que l'âme 20 ainsi formée par cette mousse epoxy polymérisée ne présente pas de points de faiblesse. Suite à l'étape 190 de polymérisation de la mousse, le procédé comporte avantageusement une étape 200 de pré-surfaçage de la mousse. Ce pré-surfaçage est par exemple réalisé au moyen de l'outil de fraisage 16, de la même manière qu'au cours de l'étape d'usinage 110. Le précédé comporte ensuite une étape 210 d'usinage d'au moins une gorge 24, notamment une gorge circonférentielle, dans la couche tubulaire 20, comme cela est représenté sur la figure 6. Cet usinage est réalisé au moyen d'un outil de fraisage 26. Chaque gorge circonférentielle 24 est usinée dans une épaisseur prédéterminée de la couche tubulaire 20, par exemple sur toute l'épaisseur de la couche tubulaire 20. Ainsi, dans l'exemple représenté, chaque gorge circonférentielle 24 s'étend jusqu'à la peau intérieure 18. Comme cela est représenté sur la figure 7, le procédé comporte ensuite une étape 220 d'insertion d'un matériau de renfort 28 dans chaque gorge circonférentielle 24. Le matériau de renfort 28 est par exemple de la résine epoxy chargée afin d'alléger sa masse tout en conservant de bonnes propriétés de résistance à la compression. Le procédé comporte ensuite une étape 230 de polymérisation du matériau de renfort 28. Le procédé comporte ensuite une étape 240 de surfaçage de la couche 20 et du matériau de renfort 28, comme cela est représenté sur la figure 8. Ce surfaçage est par exemple réalisé au moyen de l'outil de fraisage 16, de la même manière qu'au cours de l'étape de pré-surfaçage 200. Comme cela est représenté sur les figures 9 et 10, le procédé comporte ensuite une étape 250 d'enveloppement de la couche tubulaire 20 dans ledit troisième matériau destiné à former la peau extérieure 30 de l'élément tubulaire 10. Ce troisième matériau est par exemple formé par une bande de fibres de carbone unidirectionnelle, similaire à celle formant le second matériau. La bande de fibres de carbone est tout d'abord enroulée en une première couche 30A, dont les fibres sont parallèles à une première direction, comme cela est représenté sur la figure 9. La bande de fibres de carbone est ensuite enroulée en une seconde couche 30B, par-dessus la première couche 30A, les fibres de la seconde couche 30B étant parallèles à une seconde direction, de préférence perpendiculaires à la première, comme cela est représenté sur la figure 10. Le fait d'enrouler la bande de fibre en deux couches permet de renforcer ladite peau extérieure 30, notamment de sorte qu'elle ne présente pas de point de faiblesse. De la même manière que pour la peau intérieure 18, le procédé comporte ensuite une étape 260 de pose d'un tissu d'arrachage, ou en variante d'une bande lisse auto-serrante, sur la peau extérieure 30, suivie d'une étape 270 de polymérisation du troisième matériau 30, puis d'une étape 280 de retrait du tissu d'arrachage ou de ladite bande lisse. On notera qu'une bande lisse permet d'obtenir une surface finale lisse, alors qu'un tissu d'arrachage permet d'obtenir une surface d'accroche destinée à recevoir de l'enduit ou de la peinture. Le procédé comporte ensuite, de manière optionnelle, une étape 290 d'usinage, notamment de perçage et de découpe dans l'élément tubulaire 10, comme cela est représenté sur la figure 11. Cette étape 290 d'usinage est réalisée de manière classique. Le procédé comporte ensuite une étape 300 de démoulage de l'élément tubulaire 10, par dissolution de l'organe de support 12, par exemple avec de l'eau lorsque cet organe de support 12 est en matériau hydrosoluble. L'utilisation d'un organe de support 12 usinable et hydrosoluble permet la fabrication de différentes formes, notamment éventuellement de formes complexes pour l'élément tubulaire 10. Enfin, le procédé comporte avantageusement une étape 310 de cuisson de l'élément tubulaire 10, par exemple à 40°C pendant six heures, afin d'apporter à la mousse époxy, formant la couche 20, sa stabilité mécanique finale. Il est à noter que l'ensemble du procédé de fabrication se fait à froid, seul le cycle de six heures à 40° de l'étape 310 étant éventuellement requis (pour apporter à la mousse époxy sa stabilité mécanique finale, comme indiqué ci-dessus) ce qui permet de limiter les moyens nécessaires pour réaliser le procédé ainsi que son coût de réalisation. Il apparaît clairement que l'invention permet d'obtenir une structure allégée présentant une masse et une résistance optimisées. On notera que l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit, mais pourrait présenter diverses variantes sans sortir du cadre des revendications. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un élément tubulaire (10) s'étendant le long d'un axe longitudinal (X), comportant une étape (180) de réalisation d'une couche tubulaire (20) réalisée en un premier matériau, caractérisé en ce qu'il comporte : - une étape (210) d'usinage d'au moins une gorge (24), notamment une gorge circonférentielle (24), dans ladite couche tubulaire (20), et - une étape (220) d'insertion d'un matériau de renfort (28) dans chaque gorge (24). 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, comportant une étape préalable (100) de fourniture d'un organe de support (12), réalisé en un matériau soluble, notamment hydrosoluble, et une étape (110) d'usinage de cet organe de support (12) pour lui donner une forme prédéterminée, correspondant à la forme d'une surface intérieure de l'élément tubulaire (10) à fabriquer. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 2, comportant une étape (130) d'enveloppement de l'organe de support (12) dans un second matériau, destiné à former une peau intérieure (18) de l'élément tubulaire (10), et une étape (150) de polymérisation du second matériau. 4. Procédé de fabrication selon la revendication 3, comportant, préalablement à l'étape d'enveloppement (130), une étape (120) d'application d'une couche de protection, notamment une couche de Teflon®, sur une surface extérieure de l'organe de support (12). 5. Procédé de fabrication selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le second matériau est formé par une bande de fibres de carbone unidirectionnelle, enroulée en une première couche (18A) dont les fibres sont parallèles à une première direction, puis en une seconde couche (18B) dont les fibres sont parallèles à une seconde direction, de préférence perpendiculaire à la première. 6. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, comportant, préalablement à l'étape (150) de polymérisation du second matériau, une étape (140) de pose d'un tissu d'arrachage sur le second matériau et, suite à l'étape (150) de polymérisation du second matériau, une étape (160) de retrait du tissu d'arrachage. 7. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel la couche tubulaire (20) en premier matériau est réalisée par-dessus le second matériau. 8. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier matériau est une mousse epoxy non expansée, la mousse étant déposée à l'état liquide sur le second matériau, en contrôlant l'épaisseur de la couche tubulaire au moyen d'un applicateur plan (22) parallèle à l'axe longitudinal (X), le procédé comportant une étape (190) d'expansion et de polymérisation de la mousse, précédant l'étape (210) d'usinage de gorges (24). 9. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant, suite à l'étape (220) d'insertion du matériau de renfort, une étape (250) d'enveloppement de la couche (20) de premier matériau dans un troisième matériau, destiné à former une peau extérieure (30) de l'élément tubulaire (10), et une étape (270) de polymérisation du troisième matériau. 10. Procédé de fabrication selon la revendication 9, dans lequel le troisième matériau est formé par une bande de fibres de carbone unidirectionnelle, enroulée en une première couche (30A) dont les fibres sont parallèles à une première direction, puis en une seconde couche (30B) dont les fibres sont parallèles à une seconde direction, de préférence perpendiculaire à la première. 11. Procédé de fabrication selon la revendication 9 ou 10, comportant, préalablement à l'étape (270) de polymérisation du troisième matériau, une étape (260) de pose d'un tissu d'arrachage ou d'une bande lisse auto-serrante sur le troisième matériau et, suite à l'étape (270) de polymérisation du troisième matériau, une étape (280) de retrait du tissu d'arrachage ou de la bande lisse. 12. Elément tubulaire (10) s'étendant le long d'un axe longitudinal (X), comportant une couche tubulaire (20) réalisée en un premier matériau, caractérisé en ce que : - au moins une gorge (24), notamment une gorge circonférentielle, est ménagée dans ladite couche tubulaire (20), et - un matériau de renfort (28) est agencé dans chaque gorge (24).35