Brevet FR3088029A1 — publié le 20200508

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des 5 pièces en matériau composite présentant une géométrie complexe, en particulier des pièces comportant un ou plusieurs coins de valise. Une technique de fabrication de pièces en matériau composite présentant une géométrie complexe consiste à draper un ou plusieurs plis fibreux pré-imprégnés d'un précurseur liquide d'une matrice sur un moule 10 ou outillage de mise en forme. Le document WO 2014/170586 décrit un procédé de réalisation de pièces en matériau composite à géométrie complexe comprenant le drapage d'une texture fibreuse pré-imprégnée sur un moule ou outillage de mise en forme. 15 Lors du drapage du ou des plis sur l'outillage de mise en forme, ceux-ci sont déformés afin d'épouser la forme de l'outillage. Toutefois, dans le cas d'une pièce à réaliser comportant un coin, dit coin de valise, le drapage des plis pré-imprégnés s'avère délicat et présente certains inconvénients quelle que soit la technique utilisée. 20 Une première technique consiste à réaliser des découpes dans les plis afin de faciliter leur conformation sur l'outillage. Cependant, du fait de la présence de découpes dans les plis et, par conséquent d'interruption de matière, le niveau d'étanchéité au niveau du coin formé est considérablement réduit. 25 Une autre technique n'impliquant pas de découpe dans les plis consiste à imposer aux plis une déformation importante sur la partie de l'outillage de mise en forme destinée à permettre la formation du coin de valise. Cependant, cette technique présente les inconvénients suivants - déformation du pli trop importante qui amoindrit les 30 propriétés mécaniques de la pièce finale, - absence de repère pour l'opérateur entraînant un manque de contrôle de la déformation du pli, - longueur et répétition des opérations de manipulations afin de positionner et ajuster le pli entrainant une perte de pégosité du pli, le 2 précurseur de matrice devenant poudreux en raison de l'évaporation du solvant, - risque d'un drapage (mise en forme) non conforme d'un pli se répercutant sur les plis suivants, - impossibilité de compacter correctement l'angle du coin de valise pouvant entraîner l'apparition de pincements rédhibitoires si un bourrelet en surépaisseur est généré au drapage. Objet et résumé de l'invention Il est donc souhaitable de pouvoir disposer d'une solution pour le drapage de plis pré-imprégnés en coin de valise qui permet de minimiser la déformation des plis dans la zone du coin de valise tout en assurant l'étanchéité dans la pièce finale tout. A cet effet, selon la présente invention, il est proposé un procédé de drapage d'au moins un pli fibreux pré-imprégné d'un précurseur d'une matrice sur un outillage de mise en forme comprenant une face principale et des première et deuxième faces latérales s'étendant à partir de la face principale, la face principale et les première et deuxième faces latérales s'étendant perpendiculairement les unes par rapport aux autres et se réunissant au moins en un coin, dit coin de valise, chaque pli comportant un premier bord s'étendant suivant une première direction et un deuxième bord s'étendant suivant une deuxième direction perpendiculaire à la première direction, les premier et deuxième bords étant respectivement plaqués sur les première et deuxième faces latérales de l'outillage de mis en forme en déformant une portion de jonction entre lesdits bords sur le coin de valise, caractérisé en ce que chaque pli comprend une portion de sur-longueur s'étendant le long d'une partie des premier et deuxième bords au niveau de leur portion de jonction, une ou plusieurs forces de tractions étant exercées sur la portion de sur-longueur lors de la déformation de la portion de jonction sur le coin de valise. L'utilisation d'une portion de sur-longueur au niveau de la partie utile du pli destinée à être draper sur un coin de valise permet de limiter considérablement les déformations dans cette partie utile. En effet, comme la force de traction est uniquement appliquée à partir de la portion de sur-longueur, l'essentiel de la déformation due à la traction, en 3 particulier l'augmentation de l'écartement entre les fils de chaîne et les fils de trame, est concentrée dans cette portion. Cela permet de limiter la déformation de la zone utile à sa mise en forme sur le coin de valise. La portion de sur-longueur correspondant à une partie sacrificielle qui est 5 retirée avant formation de la pièce finale, les déformations présentes dans la portion de sur-longueur n'ont pas d'impact sur les propriétés mécaniques de la pièce et permettent d'assurer une bonne étanchéité même dans la zone en forme de coin de valise. Selon une caractéristique particulière de l'invention, la portion 10 de sur-longueur définit une première languette latérale présente du côté du premier bord, une deuxième languette latérale présente du côté du deuxième bord et une languette centrale présente entre les première et deuxième languettes latérales. Les languettes constituent des repères pour l'opérateur vis-à-vis notamment de l'orientation des fils tissés 15 facilitant grandement la manipulation du pli pendant son drapage. Il est ainsi possible de déterminer une procédure de déformation du pli afin de répartir la matière du pli de part et d'autre de l'arrête du coin de valise de manière à rester dans la tolérance d'épaisseur déterminée pour chaque pli et éviter la formation d'un bourrelet sur l'arête. 20 Selon un mode de réalisation du procédé de l'invention, le ou les plis présentent un tissage bidimensionnel entre une première pluralité de fils orientés suivant un angle de 0° et une deuxième pluralité de fils orientés suivant angle de 90°, une force de traction étant exercée sur la languette centrale tandis qu'une force de traction est exercée sur les 25 extrémités opposées des première et deuxième languettes latérales lors de la déformation de la portion de jonction sur le coin de valise. Grâce à la présence de languettes formées par la portion de sur-longueur il est possible de contrôler l'application des forces de traction de manière à tenir compte de l'orientation des fils dans le pli et obtenir une déformation plus 30 symétrique. Selon un autre mode de réalisation du procédé de l'invention, le ou les pli présentent un tissage bidimensionnel entre une première pluralité de fils orientés suivant un angle de 45° et une deuxième pluralité de fils orientés suivant angle de -45°, une force de traction étant exercée 35 sur les première et deuxième languettes latérales lors de la déformation 4 de la portion de jonction sur le coin de valise. Grâce à la présence de languettes formées par la portion de sur-longueur il est possible de contrôler l'application des forces de traction de manière à tenir compte de l'orientation des fils dans le pli et obtenir une déformation plus 5 symétrique. Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l'invention, celui-d comprend la découpe de la portion de sur-longueur après le drapage dudit au moins un pli sur l'outillage de mise en forme. Selon une autre caractéristique particulière du procédé de 10 l'invention, le ou les plis sont réalisés avec des fils choisis parmi des fils en fibres de carbone, en fibres de verre ou en fibres de carbure de silicium. Selon une autre caractéristique particulière du procédé de l'invention, le ou les plis sont pré-imprégnés avec un précurseur liquide d'une matrice de carbone, céramique ou organique. 15 L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant le drapage d'au moins un pli fibreux pré-imprégné d'un précurseur d'une matrice sur un outillage de mise en forme selon le procédé de drapage de l'invention et la transformation du précurseur en matrice de manière à obtenir une pièce 20 en matériau composite comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice. Brève description des dessins L'invention sera mieux comprise à la description faite d-après, à 25 titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre de façon très schématique un pli fibreux bidimensionnel destiné à être drapé sur un outillage de mise en forme conformément à un mode de réalisation de l'invention ; 30 - les figures 2 et 3 montrent le drapage du pli de la figure 1 pour la réalisation d'une préforme fibreuse ; - la figure 4 illustre une pièce en matériau composite obtenue à partir de la préforme de la figure 3 ; 5 - la figure 5 illustre de façon très schématique un pli fibreux bidimensionnel destiné à être drapé sur un outillage de mise en forme conformément à un autre mode de réalisation de l'invention ; - les figures 6 et 7 montrent le drapage du pli de la figure 5 5 pour la réalisation d'une préforme fibreuse ; - la figure 8 illustre une pièce en matériau composite obtenue à partir de la préforme de la figure 7. Description détaillée de modes de réalisation 10 L'invention s'applique d'une manière générale à la réalisation de pièces en matériau composites réalisées par drapage d'un ou plusieurs plis fibreux pré-imprégnés d'un précurseur liquide de matrice tel qu'une résine, la pièce comportant au moins une portion présentant une forme en coin de valise. 15 La figure 1 illustre très schématiquement un pli fibreux 100 qui est destiné à être drapé sur un outillage de mise en forme 200. L'outillage 200 comprend une face principale 210 et des première et deuxième faces latérales 220 et 230 s'étendant à partir de la face principale. La face principale 210 et les première et deuxième faces latérales 220 et 230 20 s'étendent perpendiculairement les unes par rapport aux autres et se réunissent en un coin 240, dit « coin de valise ». Le pli 100 est réalisé par tissage bidimensionnel entre une pluralité de fils de chaîne 101 et une pluralité de fils de trame 102. Dans l'exemple décrit ici, les fils de chaîne 101 sont orientés suivant un angle de 25 0° tandis que les fils de trame 102 sont orientés suivant angle de 90°. Les fibres utilisées pour réaliser les strates peuvent être notamment des fibres de carbone, de verre ou de carbure de silicium suivant les performances et les coûts recherchés. Le pli 100 est en outre pré-imprégné avec un précurseur liquide 30 d'une matrice comme par exemple une résine de type phénolique pour l'obtention d'une matrice en carbone, une résine polycarbosilane pour l'obtention d'une matrice en carbure de silicium, ou une résine époxy pour l'obtention d'une matrice en résine organique. Dans l'exemple décrit ici le pli 100 présente une forme 35 rectangulaire définit par une zone utile 110, c'est-à-dire la zone utilisée 6 pour réaliser la pièce finale. Le pli 100 comporte un premier bord 111 s'étendant suivant une première direction A et un deuxième bord 112 s'étendant suivant une deuxième direction B perpendiculaire à la première direction A. Les premier et deuxième bords 111 et 112 sont destinés à 5 être plaqués respectivement sur les première et deuxième faces latérales 220 et 230 de l'outillage de mis en forme 200 par déformation de la portion de jonction 120 entre les bords 220 et 230 sur le coin de valise 240 comme expliqué ci-après en détails. Conformément à l'invention, le pli 100 comprend en outre une 10 portion de sur-longueur 130 s'étendant le long d'une partie des premier et deuxième bords 111 et 112 au niveau de leur portion de jonction 120. Comme illustré sur la figure 2, le drapage du pli 100 sur l'outillage de mise en forme 200 débute par le positionnement du pli 100 sur la face principale 210 de l'outillage et le rabattage des bords 111 et 15 112 respectivement sur les faces latérales 220 et 230 de l'outillage 200. La mise en forme du pli 100 sur le coin de valise 240 de l'outillage est réalisée par application d'une force de traction sur la portion de sur-longueur, par exemple manuellement. Dans ce cas, un opérateur saisit la portion de sur-longueur 130 et tire sur celle-d dans la ou les directions 20 permettant de plaquer la portion de jonction 120 entre les bords 111 et 112 du pli 100 sur le coin de valise 240. Plus précisément, la portion de sur-longueur 130 définit une première languette latérale 131 présente du côté du premier bord 111 du pli 100, une deuxième languette latérale 132 présente du côté du 25 deuxième bord 112 du pli 100 et une languette centrale 133 présente entre les première et deuxième languette latérales 131 et 132. Dans l'exemple décrit ici, le pli fibreux 100 présente un tissage bidimensionnel avec des fils de chaîne orientés suivant un angle de 0° et des fils de trame orientés suivants un angle de 90°. Dans ce cas, une force de traction F-ri. 30 est principalement exercée sur la languette centrale 133 suivant une direction sensiblement parallèle à l'arrête du coin de valise 240 et, dans une moindre mesure, sur les extrémités 1310 et 1320 respectivement des languettes latérales 131 et 132, suivant respectivement des directions sensiblement parallèles aux faces latérales 220 et 230 de l'outillage 300. 7 Une fois l'opération de drapage terminée, on obtient une préforme fibreuse 300 comme illustrée sur la figure 3 comportant une zone utile 310 correspondant à la zone utile 110 du pli 100 et une portion sacrificielle 330 correspondant à la portion de sur-longueur 130 du pli 100 5 qui a été déformée par le drapage. Comme la force de traction est uniquement appliquée à partir de la portion de sur-longueur 130, l'essentiel de la déformation due à la traction, en particulier l'augmentation de l'écartement entre les fils de chaîne et les fils de trame, est concentrée dans cette portion. Cela permet de limiter la déformation 10 de la zone utile, ici la portion de jonction 120 entre les bords 111 et 112 du pli 100, à sa mise en forme sur le coin de valise 240. La portion de sur-longueur 130 correspondant à une partie sacrificielle qui est retirée avant formation de la pièce finale, les déformations présentes dans la portion de sur-longueur 130 n'ont pas d'impact sur les propriétés mécaniques de la 15 pièce. En outre, la portion de sur-longueur permet un meilleur guidage pour l'opérateur lors du drapage. En effet, la portion de sur-longueur définit des languettes qui constituent des repères pour l'opérateur vis-à-vis notamment de l'orientation des fils tissés facilitant grandement la manipulation du pli pendant son drapage. Il est ainsi possible de 20 déterminer une procédure de déformation du pli afin de répartir la matière du pli de part et d'autre de l'arrête du coin de valise de manière à rester dans la tolérance d'épaisseur déterminée pour chaque pli et éviter la formation d'un bourrelet sur l'arête. La portion sacrificielle 330 est ensuite détachée de la zone utile 25 310 de la préforme 300 (non représenté sur la figure 3). Plusieurs plis fibreux peuvent être drapés successivement sur le pli 100 suivant une procédure identique à celle décrite précédemment. La préforme finale, comprenant un ou plusieurs plis fibreux mis en forme comme décrit ci-avant, est ensuite soumise à un traitement 30 permettant la transformation du précurseur liquide imprégnant le ou les plis en matrice. Ce traitement peut par exemple correspondre à un traitement thermique de polymérisation d'une résine. Comme illustrée sur la figure 4, on obtient alors une pièce rigide en matériau composite 10 comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice et comportant une 8 partie en forme de coin de valise 14 présentant les mêmes propriétés mécaniques et niveau d'étanchéité que les autres parties de la pièce. La figure 5 illustre un autre exemple de réalisation de l'invention qui diffère de celui décrit ci-avant en ce qu'on réalise le 5 drapage d'un pli fibreux 400 présentant un tissage bidimensionnel entre une pluralité de fils de chaîne 401 et une pluralité de fils de trame 402, les fils de chaîne 401 sont orientés suivant un angle de 45° tandis que les fils de trame 402 sont orientés suivant angle de -45°. Le pli 400 est en outre pré-imprégné avec un précurseur liquide d'une matrice comme par 10 exemple une résine de type phénolique pour l'obtention d'une matrice en carbone, une résine polycarbosilane pour l'obtention d'une matrice en carbure de silicium, ou une résine époxy pour l'obtention d'une matrice en résine organique. De même que précédemment, on utilise un outillage de mise en 15 forme 500 qui comprend une face principale 510 et des première et deuxième faces latérales 520 et 530 s'étendant à partir de la face principale. La face principale 510 et les première et deuxième faces latérales 520 et 530 s'étendent perpendiculairement les unes par rapport aux autres et se réunissent en un coin de valise 540. 20 Dans l'exemple décrit ici, le pli 400 présente une forme rectangulaire définit par une zone utile 410, c'est-à-dire la zone utilisée pour réaliser la pièce finale. Le pli 400 comporte des premier et deuxième bords 411 et 412 destinés à être plaqués respectivement sur les première et deuxième faces latérales 520 et 530 de l'outillage de mis en forme 500 25 par déformation de la portion de jonction 420 entre les bords 220 et 230 sur le coin de valise 240. Conformément à l'invention, le pli 400 comprend en outre une portion de sur-longueur 430 s'étendant le long d'une partie des premier et deuxième bords 411 et 412 au niveau de leur portion de jonction 420. 30 Comme illustré sur la figure 6, le drapage du pli 400 sur l'outillage de mise en forme 500 débute par le positionnement du pli 400 sur la face principale 510 de l'outillage et le rabattage des bords 411 et 412 respectivement sur les faces latérales 520 et 530 de l'outillage 500. La portion de sur-longueur 430 définit une première languette 35 latérale 431 présente du côté du premier bord 411 du pli 400, une 9 deuxième languette latérale 432 présente du côté du deuxième bord 412 du pli 400 et une languette centrale 433 présente entre les première et deuxième languettes latérales 431 et 432. Dans l'exemple décrit ici, le pli fibreux 400 présente un tissage bidimensionnel avec des fils de chaîne 5 orientés suivant un angle de 45° et des fils de trame orientés suivants un angle de -45°. Dans ce cas, une force de traction Fr2 est exercée simultanément sur les deux languettes latérales 431 et 432, la force de traction étant d'abord appliquée à partir des extrémités 4310 et 4320 des languettes latérales 431 et 432 puis vers la languette centrale 433. 10 Une fois l'opération de drapage terminée, on obtient une préforme fibreuse 600 comme illustrée sur la figure 7 comportant une zone utile 610 correspondant à la zone utile 410 du pli 400 et une portion sacrificielle 630 correspondant à la portion de sur-longueur 430 du pli 400 qui a été déformée par le drapage. Comme la force de traction est 15 uniquement appliquée à partir de la portion de sur-longueur 430, l'essentiel de la déformation due à la traction, en particulier l'augmentation de l'écartement entre les fils de chaîne et les fils de trame, est concentrée dans cette portion. Cela permet de limiter la déformation de la zone utile, ici la portion de jonction 420 entre les bords 411 et 412 20 du pli 400, à sa mise en forme sur le coin de valise 540. La portion de sur- longueur 430 correspondant à une partie sacrificielle qui est retirée avant formation de la pièce finale, les déformations présentes dans la portion de sur-longueur 430 n'ont pas d'impact sur les propriétés mécaniques de la pièce. En outre, la portion de sur-longueur permet un meilleur guidage 25 pour l'opérateur lors du drapage. En effet, la portion de sur-longueur définit des languettes qui constituent des repères pour l'opérateur vis-à-vis notamment de l'orientation des fils tissés facilitant grandement la manipulation du pli pendant son drapage. Il est ainsi possible de déterminer une procédure de déformation du pli afin de répartir la matière 30 du pli de part et d'autre de l'arrête du coin de valise de manière à rester dans la tolérance d'épaisseur déterminée pour chaque pli et éviter la formation d'un bourrelet sur l'arête. La portion sacrificielle 630 est ensuite détachée de la zone utile 610 de la préforme 600 (non représenté sur la figure 7). Plusieurs plis 10 fibreux peuvent être drapés successivement sur le pli 400 suivant une procédure identique à celle décrite précédemment. La préforme finale, comprenant un ou plusieurs plis fibreux mis en forme comme décrit ci-avant, est ensuite soumise à un traitement 5 permettant la transformation du précurseur liquide imprégnant le ou les plis en matrice. Ce traitement peut par exemple correspondre à un traitement thermique de polymérisation d'une résine. Comme illustrée sur la figure 8, On obtient alors une pièce rigide en matériau composite 20 comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice et comportant une 10 partie en forme de coin de valise 24 présentant les mêmes propriétés mécaniques et niveau d'étanchéité REVENDICATIONS1. Procédé de drapage d'au moins un pli fibreux (100) pré- imprégné d'un précurseur d'une matrice sur un outillage de mise en forme 5 (200) comprenant une face principale (210) et des première et deuxième faces latérales (220, 230) s'étendant à partir de la face principale, la face principale (210) et les première et deuxième faces latérales (220, 230) s'étendant perpendiculairement les unes par rapport aux autres et se réunissant au moins en un coin, dit coin de valise (240), chaque pli 10 comportant un premier bord (111) s'étendant suivant une première direction (A) et un deuxième bord (112) s'étendant suivant une deuxième direction (B) perpendiculaire à la première direction (A), les premier et deuxième bords (111, 112) étant respectivement plaqués sur les première et deuxième faces latérales (220, 230) de l'outillage de mis en forme en 15 déformant une portion de jonction (120) entre lesdits bords sur le coin de valise (240), caractérisé en ce que chaque pli comprend une portion de sur-longueur (130) s'étendant le long d'une partie des premier et deuxième bords (111, 112) au niveau de leur portion de jonction (120), une ou 20 plusieurs forces de tractions (Fri.) étant exercés sur la portion de sur- longueur lors de la déformation de la portion de jonction (120) sur le coin de valise (240). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la portion de 25 sur-longueur (130) définit une première languette latérale (131) présente du côté du premier bord (111), une deuxième languette latérale (132) présente du côté du deuxième bord (112) et une languette centrale (133) présente entre les première et deuxième languettes latérales. 30 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ledit au un moins un pli (100) présente un tissage bidimensionnel entre une première pluralité de fils (101) orientés suivant un angle de 0° et une deuxième pluralité de fils (102) orientés suivant angle de 90°, une force de traction étant exercée sur la languette centrale (133) tandis qu'une force de 35 traction est exercée sur les extrémités opposées (1310, 1320) des 12 première et deuxième languettes latérales (131, 132) lors de la déformation de la portion de jonction (120) sur le coin de valise (240). 4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ledit au un 5 moins un pli (400) présente un tissage bidimensionnel entre une première pluralité de fils (401) orientés suivant un angle de 45° et une deuxième pluralité de fils (402) orientés suivant angle de -45°, une force de traction étant exercée sur les première et deuxième languettes latérales (431, 432) lors de la déformation de la portion de jonction (420) sur le coin de valise 10 (540). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant la découpe de la portion de sur-longueur (130) après le drapage dudit au moins un pli sur l'outillage de mise en forme (200). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel ledit au moins un pli (100) est réalisé avec des fils choisis parmi des fils en fibres de carbone, en fibres de verre ou en fibres de carbure de silicium. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel ledit au moins un pli (100) est pré-imprégné avec un précurseur liquide d'une matrice de carbone, céramique ou organique. 25 8. Procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant le drapage d'au moins un pli fibreux (100 ; 400) pré-imprégné d'un précurseur d'une matrice sur un outillage de mise en forme selon le procédé de drapage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 et la transformation du précurseur en matrice de manière à obtenir une pièce 30 en matériau composite (10 ; 20) comprenant un renfort fibreux densifié par une matrice. 15 20