Brevet FR3125981A1 — publié le 20230210

L’invention concerne un article (10) pour réduire l’adhésion de la glace, comportant : un substrat (11), en matériau métallique, qui présente une surface (12) présentant au moins localement une zone micro-texturée (15) formée par une pluralité de motifs en creux, dits microcavités (13), un matériau de remplissage (14) agencé pour remplir uniquement les microcavités (13), ledit matériau de remplissage étant un matériau polymère à l’état solide. Figure pour l’abrégé : Fig. 2 Article pour une application antigivre Domaine technique de l’invention La présente invention s’inscrit dans le domaine de la protection de surface de pièces contre l’accrétion de glace. Un domaine d’application particulier de l’invention, qui sera décrit de manière détaillée dans la présente description, est la protection, contre l’accrétion de glace, de surfaces de pièces de structures d’aéronefs, ces aéronefs pouvant être de tout type, notamment des avions ou hélicoptères, civils ou militaires, des drones, etc. Un tel domaine d’application n’est cependant nullement limitatif de l’invention, qui s’applique également à tout autre domaine dans lequel il existe le besoin de protéger les surfaces de pièces susceptibles d’être soumises à des conditions météorologiques et/ou atmosphériques pouvant les exposer à la formation de glace au cours de leur utilisation, tel par exemple dans le domaine ferroviaire, maritime, automobile ou encore éolien, en particulier pour la protection des bords d’attaque des pales d’éolienne. Dans le domaine aéronautique, les aéronefs sont soumis, en vol, à des conditions atmosphériques qui sont susceptibles de les exposer à la formation de glace/givre. La formation d’une couche de glace ou de givre sur certaines pièces de structure de l’aéronef, plus particulièrement les bords d’attaque des ailes et des dérives ou encore les lèvres d’entrée d’air des nacelles moteur, peut impacter la bonne tenue du vol. Une telle couche de glace peut en effet, par exemple, venir alourdir l’aéronef ou provoquer un déséquilibre bâbord/tribord de l’aéronef. Lorsque la couche de glace est située au niveau des entrées d’air des nacelles moteur, le détachement par morceaux de cette couche de glace est susceptible de pénétrer dans le moteur. Les solutions actuelles mettent en œuvre des systèmes actifs de dégivrage, notamment des systèmes pneumatiques. Dans de tels systèmes pneumatiques, de l’air chaud, à une température de l’ordre de 200-300 °C, est prélevé en sortie des moteurs et circule, via un système de conduites spécifiques, dans les zones les plus sensibles au phénomène de formation de glace. Bien qu’efficaces, ces systèmes pneumatiques impactent le rendement des moteurs de l’aéronef, puisque l’air chaud est directement prélevé en sortie des moteurs, sans compter la surconsommation en carburant et l’impact massique du système actif de dégivrage. De plus, les températures mises en jeu apparaissent surdimensionnées pour le besoin. Il est également connu, principalement à l’échelle des essais en laboratoire, qu’une micro-texturation de surface confère des propriétés glaciophobes, donc antigivre, aux surfaces exposées à des conditions givrantes. Cependant, ces micro-texturations sont sensibles aux conditions environnementales (humidité, érosion…), donc peu durables dans le temps lorsqu’elles sont exposées à de telles conditions. De plus, ces micro-texturations perdent leurs propriétés glaciophobes dans de telles conditions environnementales. Il est donc difficilement envisageable de les utiliser sur des aéronefs. Présentation de l'invention La présente invention vise à remédier aux inconvénients des solutions proposées par l’art antérieur, notamment à ceux exposés ci-avant, en proposant une solution, simple, efficace et économique. A cet effet, il est proposé par la présente invention un article pour une application antigivre. Selon l’invention, l’article comporte : un substrat, en matériau métallique, qui présente une surface comportant au moins localement une zone micro-texturée formée par une pluralité de motifs en creux, dits microcavités, un matériau de remplissage agencé pour remplir uniquement les microcavités, ledit matériau de remplissage étant un matériau polymère à l’état solide. En d’autres termes, l’invention propose un article avec un substrat réalisé dans un matériau à fort module élastique, en l’occurrence un matériau métallique, à la surface duquel est réalisée une zone micro-texturée et dont les microcavités sont comblées avec un matériau de remplissage à faible module élastique, en l’occurrence un polymère à l’état solide. Un tel article permet avantageusement d’obtenir en surface, au niveau de la zone micro-texturée, une alternance de parties métalliques et de parties polymériques, et donc une alternance de surfaces aux propriétés mécaniques différentes. Ainsi, sous l’effet de sollicitations mécaniques externes, par exemple de forces aérodynamiques, des concentrations de contrainte vont se créer à l’interface glace/substrat, principalement au niveau du matériau présentant le plus fort module élastique, le métal dans ce cas, et engendrer une première fissuration localisée à l’interface glace/substrat. La propagation de cette fissuration le long de l’interface glace/substrat est ensuite favorisée par la micro-texturation de la surface du substrat et l’alternance de surfaces aux propriétés mécaniques distinctes. Le décrochement de la glace à la surface du substrat est ainsi facilité. L’association de la micro-texturation et de l’alternance de surfaces aux propriétés mécaniques distinctes permet d’obtenir une surface aux propriétés glaciophobes. L’invention propose ainsi de combiner astucieusement le principe de la micro-texturation et la notion de concentration de contraintes due à des différences d’élasticité entre deux matériaux. Un tel article est avantageusement durable dans le temps lorsqu’il est exposé à des conditions environnementales, telles que l’humidité, l’érosion, la vitesse d’impact de gouttelettes d’eau en surfusion…. En effet, du fait que les microcavités de la zone micro-texturée sont comblées, la zone micro-texturée est rendue moins sensible à de telles conditions. De plus, du fait que le matériau de remplissage en matériau polymère est protégé dans les microcavités, le matériau de remplissage présente une meilleure résistance, notamment à l’érosion. La zone micro-texturée de l’article forme ainsi avantageusement un système passif de dégivrage à l’article. Par système de dégivrage, on entend un système permettant de faciliter le décollement du givre formé à la surface du substrat et/ou de limiter, voire empêcher, la formation de givre sur cette surface. La notion de dégivrage est employée ici au sens large et doit être interprétée comme intégrant le dégivrage au sens strict, l’antigivrage ou les deux. Selon des modes de réalisation particuliers, l’article selon l’invention répond en outre aux caractéristiques suivantes, mises en œuvre séparément ou en chacune de leurs combinaisons techniquement opérantes. Dans des modes de réalisation préférés de l’invention, les microcavités sont arrangées de manière périodique, dans au moins une direction. Un tel arrangement périodique des microcavités permet avantageusement de garantir une homogénéisation des propriétés de surface au niveau de la zone micro-texturée du substrat. Dans des modes de réalisation préférés de l’invention, les microcavités se présentent sous la forme de sillons parallèles. Une telle forme des microcavités présente une géométrie simple, et est par conséquent facile à mettre en œuvre, notamment avec une technologie laser à haut rendement de productivité, telle qu’une technologie laser nanoseconde. De plus, un sillon présente une meilleure robustesse et résistance à l’érosion qu’une cavité de forme cylindrique et présente de meilleures propriétés glaciophobes qu’un micropillier. Dans des modes de réalisation préférés de l’invention, le substrat est réalisé dans un matériau en aluminium, en alliage d’aluminium, en titane ou en alliage de titane. Dans des modes de réalisation préférés de l’invention, le matériau de remplissage est un élastomère, de préférence un silicone. Dans des modes de réalisation préférés de l’invention, le substrat est une pièce de structure d’aéronef, telle que par exemple une aile, une dérive, une entrée d’air des nacelles moteur, une pale d’hélicoptère, une pale d’éolienne ou une pièce de structure d’un véhicule ferroviaire, maritime ou automobile. Dans des exemples particuliers de réalisation, la zone micro-texturée du substrat de l’article est disposée au niveau d’un bord d’attaque d’une aile ou de la dérive, au niveau d’une lèvre d’entrée d’air des nacelles moteur, ou encore un bord d’attaque d’une pale d’éolienne. Dans des exemples de réalisation préférés de l’invention, l’article conforme à au moins l’un de ses modes de réalisation peut être utilisé comme revêtement de tout ou partie d’une pièce de structure d’un aéronef. Dans des exemples de réalisation préférés de l’invention, l’article conforme à au moins l’un de ses modes de réalisation peut être utilisé comme revêtement de tout ou partie d’une pièce de structure d’une éolienne. L’invention est également relative à un aéronef comportant un article conforme à au moins l’un de ses modes de réalisation, dans lequel le substrat de l’article est une pièce de structure de l’aéronef. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures suivantes : représente de manière schématique un article selon un exemple de réalisation de l’invention, appliqué sur un bord d’attaque d’une aile d’aéronef ; représente de manière schématique, une vue en coupe d’article selon un exemple de réalisation de l’invention ; représente de manière schématique une vue en coupe d’article selon un autre exemple de réalisation de l’invention, représente le protocole de test d’érosion pluie PJET, représente le schéma du programme de test d’érosion pluie sur des échantillons. Dans ces figures, des références numériques identiques d’une figure à l’autre désignent des éléments identiques ou analogues. Par ailleurs, pour des raisons de clarté, les dessins ne sont pas à l’échelle, sauf mention contraire. Article (10) pour réduire l’adhésion de la glace, comportant : un substrat (11), en matériau métallique, qui présente une surface (12) présentant au moins localement une zone micro-texturée (15) formée par une pluralité de motifs en creux, dits microcavités (13), un matériau de remplissage (14) agencé pour remplir uniquement les microcavités (13), ledit matériau de remplissage étant un matériau polymère à l’état solide. Article (10) selon la revendication 1 dans lequel les microcavités (13) sont arrangées de manière périodique, dans au moins une direction. Article (10) selon l’une des revendications précédentes dans lequel les microcavités (13) se présentent sous la forme de sillons parallèles. Article (10) selon l’une des revendications précédentes dans lequel le substrat est réalisé dans un matériau en aluminium, en alliage d’aluminium, en titane ou en alliage de titane. Article (10) selon l’une des revendications précédentes dans lequel le matériau de remplissage (14) est un élastomère, de préférence un silicone. Article selon l’une des revendications précédentes dans lequel le substrat est une pièce de structure d’aéronef, une pale d’hélicoptère, une pale d’éolienne ou une pièce de structure d’un véhicule ferroviaire, maritime ou automobile. Utilisation de l’article (10) selon l’une des revendications 1 à 5 comme revêtement de tout ou partie d’une pièce de structure d’un aéronef. Utilisation de l’article (10) selon l’une des revendications 1 à 5 comme revêtement de tout ou partie d’une pièce de structure d’une éolienne. Aéronef comportant un article (10) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le substrat (11) de l’article est une pièce de structure de l’aéronef.