Brevet FR3111840A1 — publié le 20211231

Renfort par plaque métallique d’une pièce en matériau composite Un aspect de l’invention concerne un système de renfort d’une pièce en matériau composite (11) pour une opération d’assemblage de ladite pièce en matériau composite (11) avec une pièce distincte (16), comportant : - une plaque métallique (20) adaptée pour être disposée parallèlement à la pièce en matériau composite (11), et - un dispositif de solidarisation (40, 50) pour solidariser la pièce en matériau composite avec la plaque métallique, ledit dispositif de solidarisation comportant au moins un premier et un second éléments magnétiques (42, 52), la pièce en matériau composite (11) comprenant le premier élément magnétique (42) logé dans un premier orifice (41) de ladite pièce en matériau composite, la plaque métallique (20) comprenant le second élément magnétique (52). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 5 Renfort par plaque métallique d’une pièce en matériau composite DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION La présente invention concerne un système de renfort d’une pièce en matériau composite conçu pour renforcer la pièce en matériau composite, au moyen d’une plaque métallique, lors d’une opération d’assemblage de ladite pièce en matériau composite avec une pièce dans un matériau autre que du matériau composite. L’invention concerne également un procédé d’assemblage d’une pièce en matériau composite utilisant ce système de renfort. L’invention trouve des applications dans le domaine de l’aéronautique et, en particulier, dans les domaines de l’assemblage et de la maintenance de pièces aéronautiques en matériau composite comme, par exemple, un carter de soufflante. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Il est connu qu’une turbomachine d'aéronef comporte généralement une soufflante entourée d'un carter de soufflante. Ce carter définit notamment une veine d'entrée d'air dans la turbomachine et a pour fonctions notamment d’assurer la continuité aérodynamique de la turbomachine et de garantir la rétention en cas d'ingestion de débris ou de perte d'une aube de la soufflante. Un carter de soufflante comprend typiquement une paroi sensiblement cylindrique qui s'étend autour des aubes de soufflante de la turbomachine. Un exemple d’une vue aplatie, en coupe axiale, d’un carter de soufflante classique est représenté sur la figure 1. Ce carter 10 comporte une paroi 11, par exemple en matériau composite, dont la surface interne 11i est recouverte, d’une part, d’un anneau abradable 12 (ou « trenchfiller » en termes anglosaxons) positionné en vis-à-vis des aubes mobiles de la soufflante pour protéger lesdites aubes et, d’autre part, de panneaux d'isolation acoustique 13, 14 positionnés, respectivement, en amont et en aval de l’anneau abradable 12 et destinés à absorber les ondes sonores générées par la soufflante. Le carter 10 comporte en outre, à une extrémité amont, une bride amont 15 par laquelle la paroi 11 est fixée à une manche d’entrée d’air 16 (ou inlet) et, à une extrémité aval, une bride aval 17 par laquelle la paroi 11 est fixée à une virole de carter intermédiaire 18 (ou VCI). Afin de réduire la masse des turbomachines, les fabricants de moteurs aéronautiques utilisent le plus possible de matériaux composites. Le carter de soufflante, en particulier, est l’une des pièces réalisées en matériaux composites. La paroi 11 du carter ainsi que les brides aval 15 et amont 17 font généralement partie de ces pièces en matériaux composites. Les matériaux composites sont des assemblages d’au moins deux matériaux non miscibles et ayant une forte capacité d’adhésion. Ils présentent l’avantage d’être plus légers que les alliages métalliques, tout en ayant une excellente résistance à la fatigue et à la corrosion. Ils sont cependant bien plus sensibles aux impacts et plus difficiles à réparer que les alliages métalliques. Afin de ne pas abimer la pièce en matériau composite, lors de l’assemblage de la pièce en matériau composite avec une pièce distincte, par exemple en matériau non-composite, lors de la fabrication de la turbomachine ou lors d’une opération de maintenance de ladite turbomachine, il est connu d’utiliser un système de renfort. Ce système de renfort permet notamment de réduire la pression de matage sur la pièce en matériau composite. Ce système de renfort se présente généralement sous la forme d’une plaque métallique positionnée contre la pièce en matériau composite et fixée sur ladite pièce en matériau composite pour la renforcer. Avant l’opération d’assemblage, des plaques métalliques (non visibles sur la figure 1) sont installées et fixées, généralement par rivetage, sur la pièce en matériau composite concernée. Un exemple d’une plaque métallique 20 installée en renfort sur une pièce en matériau composite 11 est représenté sur la figure 2. Dans cet exemple, le rivet 30 est monté traversant dans un orifice 31 de la pièce en matériau composite 11 et un orifice 32 de la plaque métallique 20, les orifices 31 et 32 ayant été préalablement réalisés par perçage. Dans l’exemple de la figure 2, le rivet 30 est un rivet à tête fraisée dont la tête est logée dans un chanfrein 33 préalablement réalisé sur le perçage de la pièce en matériau composite. Dans l’exemple d’un carter de soufflante comme celui de la figure 1, des plaques de renfort métalliques peuvent être installées sur la bride amont 15 et/ou la bride aval 17 lors de l’assemblage de la paroi de carter 11 avec, respectivement, la manche d’entrée d’air 16 et/ou la virole de carter intermédiaire 18. Dans ces exemples, chaque plaque métallique est fixée sur la pièce en matériau composite au moyen de deux rivets, comme celui de la figure 2. Ainsi, dans le cas de la bride amont 15, par exemple, qui comporte douze secteurs de bride, chacun fixé à une plaque métallique par deux rivets 30, vingt-quatre rivets sont nécessaires pour renforcer la bride amont 15 lors d’une opération d’assemblage. On comprend que l’opération de rivetage de la plaque métallique sur la pièce en matériau composite est relativement longue et allonge considérablement l’opération d’assemblage de la pièce en matériau composite, par exemple la bride amont 15, avec la pièce distincte, par exemple la manche d’entrée d’air 16. En outre, comme montré sur la figure 2, l’orifice 31 dans la pièce en matériau composite 11 et l’orifice 32 dans la plaque métallique 20 doivent être réalisés de façon à être précisément alignés l’un avec l’autre pour permettre la pose d’un rivet 30. Or, la pièce en matériau composite et la plaque métallique sont fabriquées dans des ateliers séparés, parfois même par des fabricants différents. Il existe donc un réel risque de défaut ou de malfaçon dans la localisation et/ou les dimensions des orifices, dont la conséquence peut être une impossibilité ou une difficulté à la pose du rivet ou un défaut de contact ou un jeu axial ou radial menant à une mauvaise fixation de la plaque métallique sur la pièce en matériau composite. Un exemple de malfaçon générant un jeu axial JA et un jeu radial JR est représenté sur la figure 3. Un exemple de malfaçon générant un défaut de contact C, et donc une possible rotation RO, est représenté sur la figure 4. Par ailleurs, la pose et la dépose des rivets engendre le risque de laisser tomber les rivets au sol ou sur le poste de travail ou même à l’intérieur de la turbomachine, pouvant entraîner des dommages sur certaines pièces de ladite turbomachine. La pose des rivets - et leur dépose lors de la maintenance de la turbomachine -- nécessite de plus l’utilisation d’un outillage spécifique, adapté au rivet à poser - ou à déposer - comme une pince de rivetage. Il existe donc un besoin d’un système de renfort permettant de simplifier l’installation de la plaque métallique de renfort contre la pièce en matériau composite. Pour répondre aux problèmes évoqués ci-dessus de la durée d’installation de la plaque métallique et des risques liés à la présence des rivets, le demandeur propose un système de renfort dans lequel la fixation de la plaque métallique et de la pièce en matériau composite est réalisée par liaison magnétique. Selon un premier aspect, l’invention concerne un système de renfort d’une pièce en matériau composite pour une opération d’assemblage de ladite pièce en matériau composite avec une pièce distincte, comportant : une plaque métallique adaptée pour être disposée parallèlement à la pièce en matériau composite, et un dispositif de solidarisation pour solidariser la pièce en matériau composite avec la plaque métallique, ledit dispositif de solidarisation comportant au moins un premier et un second éléments magnétiques, la pièce en matériau composite comprenant le premier élément magnétique logé dans un premier orifice de ladite pièce en matériau composite, la plaque métallique comprenant le second élément magnétique. Ce système de renfort permet une fixation simple et rapide de la plaque métallique sur la pièce en matériau composite sans utilisation d’aucun outil ni pièce de fixation et en offrant une tolérance de montage. Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans le paragraphe précédent, le système de renfort selon un aspect de l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : la plaque métallique comporte un second orifice, disposé sensiblement en regard du premier orifice de la pièce en matériau composite et dans lequel est logé le second élément magnétique. le premier et le second orifices sont des trous borgnes comportant chacun un fond et une face ouverte. la face ouverte de chacun des premier et second orifices est fermée par un bouchon de sorte que chacun des éléments magnétiques est bloqué à l’intérieur d’un des orifices. le bouchon est formé par une couche de colle. la pièce en matériau composite et la plaque métallique sont positionnées de sorte que le fond de l’un des orifices borgnes est en regard de la face ouverte de l’autre orifice borgne. l’élément magnétique est un aimant de type néodyme. la pièce en matériau composite est un carter de soufflante et la plaque métallique est une plaque en titane. chaque pièce en matériau composite comporte deux premiers orifices contenant chacun un élément magnétique et chaque plaque métallique comporte deux seconds orifices contenant chacun un élément magnétique, chaque second orifice étant adapté pour être positionné sensiblement en vis-à-vis d’un premier orifice. Un autre aspect de l’invention concerne un procédé d’assemblage d’une pièce en matériau composite avec une pièce distincte, comportant les opérations suivantes : positionnement de la plaque métallique d’un système de renfort tel que défini ci-dessus le long de la pièce en matériau composite de sorte que le second élément magnétique de la plaque métallique soit sensiblement en vis-à-vis du premier orifice de la pièce en matériau composite, installation de la pièce distincte contre la pièce en matériau composite, et mise en œuvre d’une opération d’assemblage de la pièce en matériau composite et de la pièce distincte. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures dans lesquelles : La figure 1, déjà décrite, représente une vue schématique partielle aplatie d’un carter de soufflante d’une turbomachine selon l’art antérieur ; La figure 2, déjà décrite, représente une vue schématique d’un système de renfort par rivet selon l’art antérieur ; La figure 3, déjà décrite, représente schématiquement des exemples de jeux axial et radial lors d’une malfaçon dans un système de renfort selon l’art antérieur ; La figure 4, déjà décrite, représente schématiquement un exemple de défaut de contact lors d’une malfaçon dans un système de renfort selon l’art antérieur ; et La figure 5 représente une vue schématique en coupe d’un système de renfort selon l’invention. DESCRIPTION DETAILLEE Un exemple de réalisation d’un système de renfort, configuré pour permettre une installation simple et rapide de la plaque métallique sur la pièce en matériau composite, est décrit en détail ci-après, en référence aux dessins annexés. Cet exemple illustre les caractéristiques et avantages de l'invention. Il est toutefois rappelé que l'invention ne se limite pas à cet exemple. Sur les figures, les éléments identiques sont repérés par des références identiques. Pour des questions de lisibilité des figures, les échelles de taille entre éléments représentés ne sont pas respectées. Un exemple d’un système de renfort selon un mode de réalisation de l’invention est représenté sur la figure 5. Ce système de renfort comporte une plaque métallique 20, par exemple en titane, adaptée pour être fixée sur la pièce en matériau composite 11, appelée aussi pièce composite, au moyen d’une liaison magnétique 40, 50. La liaison magnétique comporte un premier élément magnétique 42 monté dans la pièce composite 11 et un second élément magnétique 52 monté sur la plaque métallique 20. Les premier et second éléments magnétiques 42, 52, appelés également aimants, peuvent être, par exemple, des aimants en néodyme (NdFeB) ou tout autre type d’aimant ayant une forte puissance d’attraction, par exemple de l’ordre de 100 kg. Dans un mode de réalisation, les premier et second éléments magnétiques 42, 52 peuvent être des aimants en néodyme de ferrite qui ont l’avantage d’être résistants aux conditions extérieures ainsi qu’à des températures pouvant dépasser les 80°C. Le premier élément magnétique 42 est logé au sein de la pièce composite 11, dans un premier orifice 41 percé dans la pièce composite. Dans un mode de réalisation, le premier orifice 41 est un orifice borgne qui comporte une ouverture ou face ouverte 41a débouchant sur une face de la pièce composite 11 et un fond 41b situé en intérieur de pièce. Le premier élément magnétique 42 est positionné dans le premier orifice 41, près du fond dudit orifice 41. Un élément bouchant 43, appelé aussi bouchon, peut être monté dans le premier orifice 41 pour fermer l’ouverture 41a de sorte à emprisonner l’aimant 42 au sein de la pièce composite 11. Le bouchon 43 peut être une pièce indépendante de dimensions adaptées aux dimensions de l’ouverture 41a de l’orifice et apte à fermer ladite ouverture. Le bouchon 43 peut également être une couche d’un matériau mou et collant, comme par exemple de la colle, apte à être introduit dans l’ouverture 41a et à la fermer après séchage. Le premier orifice 41 peut être réalisé dans la pièce composite 11 après fabrication de ladite pièce composite. Il est possible, par exemple, d’utiliser le ou les orifices traversants réalisés pour le passage des rivets de l’art antérieur. Dans ce cas, chaque orifice traversant est rendu borgne, par exemple par insertion d’un matériau de rebouchage, avant que l’aimant 42 n’y soit inséré. Dans une variante, l’orifice peut être prévu lors de la fabrication de la pièce en matériau composite, notamment lors de la phase d’injection. Le second élément magnétique 52 peut se présenter sous la forme d’une couche de peinture métallique appliquée sur au moins une face de la plaque métallique 20. Dans un autre mode de réalisation, le second élément magnétique 52 est une pièce indépendante, logée au sein de la plaque métallique 20, dans un second orifice 51 percé dans la plaque métallique. Comme pour le premier orifice 41, le second orifice 51 peut être un orifice borgne comprenant une face ouverte ou ouverture 51a débouchant sur une face de la plaque métallique 20 et un fond 51b situé en intérieur de plaque. Le second élément magnétique 52 est alors installé dans le second orifice 51, près du fond 51b dudit orifice et un élément bouchant 53, ou bouchon, peut être monté dans le second orifice 51 pour en fermer l’ouverture 51a de sorte que l’élément magnétique 52 se trouve emprisonné au sein de la plaque métallique 20. Le bouchon 53 peut être une pièce indépendante de dimensions adaptées aux dimensions de l’ouverture 51a de l’orifice et apte à fermer ladite ouverture. Le bouchon 53 peut également être une couche d’un matériau mou et collant, comme par exemple de la colle, apte à être introduit dans l’ouverture 51a et à fermer ladite ouverture après séchage. Quelle que soit sa forme (couche de peinture magnétique ou pièce magnétique logée dans un orifice), le second élément magnétique 52 de la plaque métallique est apte à assurer une liaison magnétique avec le premier élément magnétique 42 de la pièce composite de sorte à fixer la plaque métallique 20 sur la pièce composite 11. Lorsque le second élément magnétique 52 est une couche de peinture magnétique, la plaque métallique est montée, de préférence, de façon à ce que sa face recouverte de peinture soit en vis-à-vis de l’ouverture 41a du premier orifice 41. Lorsque le second élément magnétique 52 est une pièce logée dans un second orifice 51, la plaque métallique 20 est montée de façon à ce que ce second orifice 51 soit en vis-à-vis du premier orifice 41 de la pièce composite 11. De façon avantageuse, la plaque métallique 20 est installée de façon à ce que le fond 51b de son orifice 51 soit en regard de la face ouverte 41a du premier orifice 41 de la pièce composite. Autrement dit, la face de la plaque métallique ne contenant pas l’ouverture 51a de l’orifice 51 est montée en regard de la face de la pièce composite contenant l’ouverture 41a de l’orifice 41. Selon un mode de réalisation, le système de renfort comporte un moyen de détrompage permettant à l’opérateur de positionner la plaque métallique 20 dans la position préalablement choisie. Ce moyen de détrompage peut être, par exemple, un code couleur : la face, ou une partie de la face, de la plaque métallique contenant l’ouverture 51a peut être peinte dans une première couleur, tandis que l’autre face est peinte d’une autre couleur. Selon certains modes de réalisation, la pièce composite 11 peut comporter plusieurs orifices 41, par exemple deux orifices répartis de part en part sur la surface de la pièce, chacun des orifices 41 étant équipé d’un élément magnétique 42. Dans le mode de réalisation où le second élément magnétique 52 de la plaque magnétique 20 est un aimant logé dans un orifice 51, la plaque métallique peut comporter plusieurs seconds orifices 51 équipés chacun d’un aimant 52. La plaque magnétique peut, par exemple, comporter le même nombre d’aimants que la pièce composite 11. Les aimants 52, et donc les orifices 51, de la plaque métallique 20 sont alors localisés à des emplacements sensiblement symétriques à ceux de la pièce composite 11 de sorte que, lorsque la plaque métallique 20 est installée contre la pièce composite 11, les aimants 52 soient sensiblement en regard des aimants 42 de la pièce composite. On comprend de ce qui précède, que ce système de renfort offre une tolérance de montage. En effet, la liaison étant magnétique, sans élément de fixation traversant de part en part la plaque métallique et la pièce composite, un alignement imparfait du premier orifice 41 et du second orifice 51 peut être toléré sans risque d’engendrer un quelconque jeu ou défaut de contact. Lors de l’assemblage d’une pièce en matériau composite avec une pièce distincte, le système de renfort qui vient d’être décrit peut être mis en œuvre de la façon suivante : positionnement de la plaque métallique 20 contre la pièce en matériau composite, par exemple la bride amont 15, ajustement de la position de la plaque métallique 20 de sorte que le second orifice 51 de la plaque métallique soit sensiblement en vis-à-vis du premier orifice 41 de la pièce composite, installation de la pièce distincte, par exemple la manche d’entrée d’air 16, contre la pièce en matériau composite, et mise en œuvre de l’opération d’assemblage de la pièce distincte et de la pièce composite par une technique d’assemblage connue. Ce procédé permet d’assurer un renfort de la pièce composite sans utiliser aucun outil ni aucune pièce de fixation susceptible de tomber ou d’être oubliée ou égarée. Il permet, en outre, à la plaque métallique de ne pas risquer de tomber au moment de son retrait, la plaque métallique devant être tenue par l’opérateur pour être retirée. Bien que décrit à travers un certain nombre d'exemples, variantes et modes de réalisation, le système de renfort selon l’invention comprend divers variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l'homme du métier, étant entendu que ces variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l'invention. Système de renfort d’une pièce en matériau composite (11) pour une opération d’assemblage de ladite pièce en matériau composite (11) avec une pièce distincte (16), comportant : une plaque métallique (20) adaptée pour être disposée parallèlement à la pièce en matériau composite (11), et un dispositif de solidarisation (40, 50) pour solidariser la pièce en matériau composite avec la plaque métallique, ledit dispositif de solidarisation comportant au moins un premier et un second éléments magnétiques (42, 52), la pièce en matériau composite (11) comprenant le premier élément magnétique (42) logé dans un premier orifice (41) de ladite pièce en matériau composite, la plaque métallique (20) comprenant le second élément magnétique (52). Système de renfort selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque métallique (20) comporte un second orifice (51), disposé sensiblement en regard du premier orifice (41) de la pièce en matériau composite et dans lequel est logé le second élément magnétique (52). Système de renfort selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier et le second orifices (41, 51) sont des trous borgnes comportant chacun un fond (41b, 51b) et une face ouverte (41a, 51a). Système de renfort selon la revendication 3, caractérisé en ce que la face ouverte (41a, 51a) de chacun des premier et second orifices est fermée par un bouchon (43, 53) de sorte que chacun des éléments magnétiques (42, 52) est bloqué à l’intérieur d’un des orifices. Système de renfort selon la revendication 4, caractérisé en ce que le bouchon (43, 53) est formé par une couche de colle. Système de renfort selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la pièce en matériau composite (11) et la plaque métallique (20) sont positionnées de sorte que le fond de l’un des orifices borgnes est en regard de la face ouverte de l’autre orifice borgne. Système de renfort selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque élément magnétique (42, 52) est un aimant en néodyme. Système de renfort selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la pièce en matériau composite (11) est un carter de soufflante et la plaque métallique (20) est une plaque en titane. Système de renfort selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la pièce en matériau composite (11) comporte deux premiers orifices (41) contenant chacun un élément magnétique (42) et la plaque métallique (20) comporte deux seconds orifices (51) contenant chacun un élément magnétique (52), chaque second orifice étant adapté pour être positionné sensiblement en vis-à-vis d’un premier orifice. Procédé d’assemblage d’une pièce en matériau composite avec une pièce distincte, comportant les opérations suivantes : positionnement de la plaque métallique (20) d’un système de renfort selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 le long de la pièce en matériau composite (11) de sorte que le second élément magnétique (52) de la plaque métallique soit sensiblement en vis-à-vis du premier orifice (41) de la pièce en matériau composite, installation de la pièce distincte contre la pièce en matériau composite, et mise en œuvre d’une opération d’assemblage de la pièce en matériau composite et de la pièce distincte.