Brevet FR3091418A1 — publié le 20200703

Description Titre de l'invention : Structure protectrice intégrant un réseau sélectif en fréquence des ondes électromagnétiques et procédés de préfabrication et de fabrication d'une telle structure mol La présente invention concerne une structure protectrice intégrant un réseau sélectif en fréquence des ondes électromagnétiques. [0002] La présente invention concerne également des procédés de préfabrication et de fa- brication d'une telle structure. [0003] Il est connu dans l'état de la technique l'utilisation de réseaux sélectifs en fréquence ou encore de surfaces sélectives en fréquence également connues sous l'acronyme anglais « FSS » (Frequency Selective Surface). [0004] Ces réseaux, une fois intégrés dans une structure en matériaux composites telle qu'un radôme par exemple, confèrent à cette structure des propriétés particulières de réflexion, d'absorption et/ou de transparence vis-à-vis des ondes électromagnétiques. En télécommunications, la terminologie de filtrage hyperfréquence est employée. [0005] Ainsi, par exemple, en fonction de différentes configurations de ces réseaux, la structure protectrice devient transparente et/ou réfléchissante et/ou absorbante vis-à-vis uniquement de certaines fréquences des ondes électromagnétiques. [0006] Pour fabriquer une telle structure, un réseau sélectif en fréquence se présente sous la forme d'un motif conducteur imprimé sur un film (exemple : polyimide) et ensuite intégré dans des supports rigides (exemple : matrices composites), l'ensemble réalisant des matériaux composites et protecteurs. Ces structures sont ainsi habituellement fabriqués à partir de matériaux dits pré-imprégnés afin de parfaitement contrôler les épaisseurs. Cette structure s'intègre dans un ensemble plus grand comme la mature d'une plateforme navale ou la paroi d'un véhicule. [0007] On conçoit alors que lorsque la structure protectrice admet différentes dimensions et une forme plane ou non-déformable courbée. La disposition des supports sur la surface peut s'avérer particulièrement complexe. [0008] En effet, cette disposition nécessite de nombreux ajustements qui ne peuvent pas être faits de manière industrielle comme le drapage du film. De plus, les supports présentent des dimensions limitées ce qui complique leur intégration sur des grandes surfaces. Finalement, lorsque la structure protectrice est faite d'un matériau composite, les supports peuvent rendre difficile sa mise en oeuvre par le choix de la technologie de transformation (stratification au contact, infusion, matériaux pré-imprégnés, moulage par injection basse pression de résine (connu sous l'acronyme anglais « RTM » pour Resin Transfer Molding, etc...) et affaiblir mécaniquement la structure. 2 [0009] La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. [0010] À cet effet, l'invention a pour objet un procédé de préfabrication d'une structure pro- tectrice intégrant un réseau sélectif en fréquence des ondes électromagnétiques, le réseau sélectif en fréquence définissant un motif. [0011] Le procédé comprenant la formation d'une gravure dans un matériau porteur destiné à constituer au moins partiellement la structure protectrice et à recevoir le réseau sélectif en fréquence, la gravure correspondant au motif du réseau sélectif en fréquence, la matériau porteur comprenant une résine ou un composite, et/ou présentant une mousse. [0012] Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le procédé de préfabrication comprend la caractéristique suivante : [0013] - le matériau porteur est destiné à définir la forme et/ou la capacité de déformation de la structure protectrice. [0014] L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une structure pro- tectrice intégrant un réseau sélectif en fréquence des ondes électromagnétiques, le réseau sélectif en fréquence définissant un motif. [0015] Le procédé comprend l'intégration du réseau sélectif en fréquence dans un matériau porteur obtenu par le procédé de préfabrication tel que décrit précédemment, par le remplissage de la gravure formée dans ce matériau porteur, avec un matériau conducteur. [0016] Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le procédé de fabrication comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : [0017] - le remplissage se fait par l'impression du motif du réseau sélectif en fréquence, de préférence au moyen d'une imprimante à jet d'encre, le matériau conducteur correspondant alors à une encre conductrice. [0018] - la structure protectrice présente une forme courbée, de préférence sensiblement non-déformable ; [0019] - le matériau porteur forme une surface profilée de la structure protectrice, le motif du réseau sélectif en fréquence étant alors gravé sur cette surface profilée ; [0020] - après le remplissage de la gravure, la couverture de la surface profilée avec un re- vêtement protecteur sensiblement transparent aux ondes électromagnétiques ; [0021] - le matériau porteur forme une couche déformable de la structure protectrice, le motif du réseau sélectif en fréquence étant alors gravé sur cette couche déformable, la couche déformable étant de préférence formée par une mousse ; [0022] - après le remplissage de la gravure, l'emprisonnement de la couche déformable entre deux couches de support ; [0023] - le matériau porteur est un matériau composite, obtenu par infusion, stratification au 3 contact ou moulage par injection basse pression de résine, ou à partir de matériaux pré-imprégnés ; et [0024] - la structure protectrice est un radôme. [0025] L'invention a également pour objet une structure protectrice intégrant un réseau sélectif en fréquence des ondes électromagnétiques et obtenue par le procédé de fabrication tel que défini ci-dessus. [0026] Ces caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la des- cription qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : [0027] [fig.1] la figure 1 est une vue schématique d'une partie d'une structure protectrice obtenue par un procédé de fabrication selon un premier mode de réalisation de l' invention ; et [0028] [fig.2] la figure 2 est une vue schématique d'une partie d'une structure protectrice obtenue par un procédé de fabrication selon un deuxième mode de réalisation de l' invention. [0029] Dans l'exemple décrit ci-dessous, la structure protectrice 10 de la figure 1 forme un radôme destiné à protéger par exemple une antenne ou tout autre moyen de radiocommunication. Ce radôme est disposé par exemple sur une surface terrestre ou alors embarqué sur un véhicule, un bateau ou un aéronef [0030] Selon d'autres exemples de réalisation, la structure protectrice 10 forme toute autre surface destinée à couvrir au moins partiellement un dispositif électronique pour le protéger notamment de certaines fréquences des ondes électromagnétiques. [0031] La structure protectrice 10 présente notamment une forme rigide courbée. Ainsi, dans le cas du radôme, cette forme est par exemple conique. À titre d'exemple, cette forme conique est de 6 m de diamètre à la base et de 6 m de hauteur, mais ses dimensions peuvent être plus grandes ou plus petites De même, les formes peuvent être planes ou courbes. [0032] En référence à la figure 1, la structure protectrice 10 comprend une première couche de support IL une deuxième couche de support 12, une couche déformable 13 et un réseau sélectif en fréquence 14. [0033] Chacune des couches 11 à 13 est par exemple faite d'un matériau diélectrique, notamment d'un matériau composite. [0034] Les couches de support IL 12 forment un support rigide de la structure qui définit alors sa forme. [0035] Dans l'exemple de la figure 1, la deuxième couche de support 12 forme une surface intérieure du radôme orientée vers l'antenne et la première couche de support 11 forme une surface extérieure du radôme. [0036] La couche défonnable 13 présente par exemple une plaque de mousse comprenant par exemple une résine ou un composite. Cette couche est emprisonnée en sandwich entre les deux couches de support 11, 12 et définit notamment la capacité de déformation de la structure. [0037] Le réseau sélectif en fréquence 14 est intégré dans la couche deformable 13 et présente un motif fait d'un matériau conducteur. Ce motif est choisi de sorte à conférer des propriétés particulières d'absorption et/ou de réflexion et/ou de transparence aux ondes électromagnétiques selon des techniques connues en soi. [0038] Ainsi, par exemple, ce motif est choisi afin de protéger l'antenne à l'intérieur du radôme d'une fréquence particulière des ondes électromagnétiques. [0039] Les procédés de préfabrication et de fabrication de la structure protectrice 10 seront désormais expliqués. [0040] Initialement, le matériau destiné à former la couche deformable 13 est fourni par exemple sous la forme d'une et de plusieurs plaques. Cc matériau est appelé par la suite matériau porteur. [0041] Puis, le procédé de préfabrication est mis en oeuvre. [0042] En particulier, lors de ce procédé de préfabrication, le motif formant le réseau sélectif en fréquence 14 est gravé sur le matériau porteur. [0043] Puis, le précédé de fabrication est mis en oeuvre. [0044] D'abord, lors de ce procédé de fabrication, la gravure formée sur le matériau porteur par le procédé de préfabrication est remplie avec un matériau conducteur. [0045] Ce remplissage est par exemple fait par l'impression à l'aide par exemple d'une im- primante industrielle à jet d'encre. Dans ce cas, le matériau conducteur est une encre conductrice. [0046] Bien entendu, d'autres techniques de remplissage peuvent être utilisées. [0047] Après le remplissage, le matériau porteur est préformé et emprisonné entre les deux couches de support 11, 12 pour former alors la structure protectrice 10. [0048] En variante, le matériau porteur est préformé avant la gravure et le remplissage. [0049] Lorsqu'au moins l'une des couches 11 à 13 présente un matériau composite, celui-ci peut être mis en oeuvre en utilisant une technique connue en soi, telle que l'infusion, la stratification au contact, l'obtention à partir de matériaux pré-imprégnés ou le moulage par injection basse pression de résine. [0050] 11 est clair que les procédés de préfabrication et de fabrication peuvent être mis en oeuvre de manière séparée ou sensiblement en même temps. [0051] Dans le premier cas, le procédé de préfabrication est d'abord entièrement finalisé puis le procédé de fabrication est mis en oeuvre. [0052] Dans ce cas, la gravure est d'abord entièrement faite par un dispositif adapté et puis, elle est remplie. Cela permet en particulier de réaliser ces procédés dans des endroits différents à des instants différents. Ainsi, par exemple, le matériau porteur gravé peut être préparé préalablement au remplissage. [0053] Dans le deuxième cas, au moins l'étape de remplissage du procédé de fabrication est mise en oeuvre sensiblement en même temps que le procédé de préfabrication. [0054] En particulier, dans ce cas, le remplissage est fait au fur et à mesure de la gravure. Cela peut être fait par exemple par un même dispositif, tel qu'une imprimante adaptée. [0055] Il est donc clair que l'invention présente de nombreux avantages. [0056] Tout d'abord, le fait de graver et de remplir le motif du réseau sélectif en fréquence sur la couche deformable permet de le faire sur toute la surface de la structure sans avoir de coupes ou de liaisons liées à un support rigide. [0057] En outre, la gravure et le remplissage sur la couche deformable permet également d'avoir le motif du réseau sélectif en fréquence au plus près de la surface intérieure de la structure sans ajout de couche intermédiaire perturbatrice. Ainsi, le nombre de paramètre à optimiser pour la transparence radioélectrique est réduit. En outre, la fabrication par les différents procédés de transformation des matériaux composites est rendue possible. [0058] Le motif formant le réseau sélectif en fréquence sur la couche deformable permet de faciliter considérablement le montage d'un tel réseau par rapport à celui utilisant des supports rigides. [0059] De plus, le procédé de fabrication est mieux adapté à la fabrication unitaire ou par petites séries car aucun fabrication préalable de supports adaptés n'est nécessaire. En outre, il n'est pas nécessaire de stocker les supports préfabriqués. [0060] En outre, la suppression du film augmente la résistance mécanique et la qualité de transparence ou d'absorption électromagnétique de la structure. [0061] Finalement, l'impression avec une encre conductrice s'avère moins onéreuse que l'utilisation de supports adaptés avec un film en cuivre. [0062] La figure 2 illustre une partie d'une structure protectrice 20 obtenue par le procédé de fabrication selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. [0063] Comme dans le cas précédent, cette structure 20 présente par exemple un radôme ou toute autre surface de forme courbée ou plane protégeant par exemple un dispositif électronique. [0064] Également comme dans le cas précédent, cette structure 20 intègre un réseau sélectif en fréquence 24 formé par un motif adapté. [0065] Contrairement au cas précédent, ce réseau sélectif en fréquence 24 est disposé di- rectement sur une surface profilé 25 de la structure 20 et de préférence, est recouvert d'un revêtement protecteur 26 transparent aux ondes électromagnétiques. [0066] La surface profilée 25 présente une surface extérieure de tout support rigide utilisable pour former la structure protectrice et notamment, sa forme. Ce support peut présenter par exemple une structure en sandwich analogue à celle décrite précédemment ou toute 6 autre structure rigide formée d'un ou de plusieurs matériaux diélectriques. [0067] Les procédés de préfabrication et de fabrication de la structure protectrice 20 selon le deuxième mode de réalisation sera désormais décrit. [0068] Initialement, une structure formant la surface profilée 25 est fournie. [0069] Puis, le procédé de préfabrication est mis en oeuvre. [0070] En particulier, lors de ce procédé, le motif formant le réseau sélectif en fréquence 24 est gravé. [0071] Puis, le précédé de fabrication est mis en oeuvre. [0072] Lors ce procédé, la gravure formée par le précédé de préfabrication est remplie comme dans le cas précédent avec un matériau conducteur. [0073] Finalement, un revêtement protecteur 26 est mis sur le motif [0074] Comme dans le cas précédent, les procédés de préfabrication et de fabrication peuvent être mis en oeuvre de manière séparée ou sensiblement en même temps, en utilisant par exemple une imprimante adaptée. [0075] Le procédé de fabrication selon le deuxième mode de réalisation de l'invention permet la mise en oeuvre d'un réseau sélectif en fréquence sur des structures préfabriquées. [0076] Comme dans le cas précédent, cette mise en oeuvre permet d'éviter l'utilisation de supports. Ainsi, les problèmes d'ajustement de différents supports et de leurs formes ne se posent pas. Ce procédé est toujours économique et permet la mise en oeuvre par infusion du matériau composite formant la structure. [0077] Bien entendu, d'autres modes de réalisation sont également possibles. 7