Brevet FR3115723A1 — publié le 20220506

La présente invention a pour objet un tube composite hybride (1) sous forme d’une structure tubulaire composite multicouche étanche à l’eau, qui comprend un premier conduit interne (2) en fibres de carbone et sous forme d’un cylindre circulaire droit d’axe x, une première feuille d’un matériau polymère élastomère (3) entourant le premier conduit interne (2), un conduit central (4) en mousse syntactique concentrique avec le premier conduit interne (2), une deuxième feuille d’un matériau polymère élastomère (5) entourant le conduit central (4), et un conduit externe (6) en fibres de carbone concentrique avec le premier conduit interne (2) et le conduit central (4). La présente invention a également pour objet l’utilisation d’un tel tube composite hybride (1) pour constituer un drone sous-marin destiné à explorer des fonds sous-marins. Figure pour l’abrégé : FIG. 1 TUBE COMPOSITE HYBRIDE ET UTILISATION D’UN TUBE POUR EXPLORER DES FONDS SOUS-MARINS La présente invention concerne de manière générale un tube composite hybride pour constituer un drone destiné à l’exploration des fonds sous-marins. A l’heure actuelle, les drones sous-marins existants utilisent des ballasts intégrés à leur structure pour ajuster leur flottabilité. Or, cela pose non seulement un problème d’encombrement et de compacité, mais aussi de facilité de mise en œuvre du drone. En outre il n’est pas envisageable avec de telles structures de drones avec ballast d’envisager des dimensions réduites. Afin de résoudre ce problème technique, le Demandeur a mis au point un tube composite hybride sous forme d’une structure composite multicouche étanche à l’eau, qui comprend : un premier conduit interne en fibres de carbone, ledit premier conduit interne étant un cylindre circulaire droit ; une première feuille d’un matériau polymère élastomère entourant ledit premier conduit interne ; un conduit central en mousse syntactique, qui est concentrique avec ledit premier conduit interne ; une deuxième feuille d’un matériau polymère élastomère entourant ledit conduit central ; et un conduit externe en fibres de carbone, qui est concentrique avec ledit premier conduit interne et ledit conduit central. Afin de respecter l’exigence de tenue à la pression externe, la fibre de carbone a été retenue pour réaliser les conduits interne et externe du véhicule sous-marin autonome selon l’invention. En particulier, les conduits interne et externe en fibre de carbone garantissent la résistance mécanique de l’ensemble vis-à-vis de la pression extérieure et la capacité du tube à résister au flambement, tandis que le conduit central en mousse syntactique garantit la flottabilité de l’ensemble et participe à la résistance globale du véhicule sous-marin autonome. Les feuilles d’élastomères entre les conduits en fibre de carbone et le conduit central en mousse syntactique sont introduites dans l’assemblage de type sandwich ainsi réalisé pour absorber les déformations différentielles des deux matériaux. L’assemblage complet, à l’instar des assemblages « sandwich » composites conventionnels, assure une rigidité accrue et une masse globale réduite du tube composite hybride ainsi obtenu pour résister aux fortes pressions et disposer d’une flottabilité positive. De manière avantageuse, le tube composite hybride selon l’invention peut présenter une longueur L compris entre 1 m et 2,5 m, et dans lequel ledit premier conduit interne (2) présente un rayon interne r 2 compris entre 50 mm et 90 mm. De manière avantageuse, on peut utiliser, dans le cadre de la présente invention, des caoutchoucs à titre de matériaux polymères élastomères pour les première et deuxième feuilles de matériau polymère élastomère. De manière avantageuse, on peut utiliser, dans le cadre de la présente invention, une mousse syntactique constituée d’une matrice en résine époxy contenant des microsphères creuses en verre. En effet, une telle mousse syntactique présente des caractéristiques mécaniques adaptées aux exigences de tenue à des pressions élevées. À titre de mousses syntactiques utilisables dans le cadre de la présente invention, on peut notamment citer les mousses syntactiques commercialisées par la société BMTI ALSEAMAR, les mousses commercialisées par la Société TRELLBORG dans la gamme TG ou encore les mousses syntactiques commercialisées par les sociétés Henkel, ASTM International, General Plastic Manufacturing Co., IHS Markit. La présente invention a également pour objet l’utilisation du tube composite hybrid e selon l’invention pour constituer un drone sous-marin destiné à explorer des fonds sous-marins. De préférence, si l’on utilise un tube composite hybride selon l’invention comportant, à titre de mousse syntactique, une matrice en résine époxy contenant des microsphères creuses en verre, il est possible de faire naviguer ce véhicule sous-marin autonome dans des fonds sous-marins jusqu’à 12000 m de profondeur. La profondeur est adaptée en fonction du dimensionnement du tube composite hybride selon l’invention et de la nature de la mousse syntactique employée. D’autres avantages et particularités de la présente invention résulteront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexes dans lesquels : : la représente schématiquement une vue en coupe transversale de la structure tubulaire d’un exemple de véhicule sous-marin autonome selon la présente invention ; : la illustre schématiquement les différentes étapes du procédé de fabrication du tube composite hybride 1, avec pour les étapes A, B, D, E, F, I et J une photographie du tube composite hybride 1 tel qu’obtenu à l’issue de chacune de ces étapes. La montre un tube hybride composite 1 présentant une structure tubulaire composite, dont la longueur peut être avantageusement comprise entre 1 m et 2,5 m et qui comprend : un premier conduit interne 2 en fibres de carbone, se présentant sous forme d’un cylindre circulaire droit d’axe x et de rayon interne r2 compris entre 50 mm et 90 mm ; une première feuille d’un matériau polymère élastomère 3 (de préférence en caoutchouc) entourant le premier conduit interne 2 ; un conduit central 4 en mousse syntactique, qui est concentrique avec le premier conduit interne 2 ; et une deuxième feuille d’un matériau polymère élastomère 5 (de préférence en caoutchouc) entourant le conduit central 4 en mousse syntactique, et un conduit externe 6 en fibres de carbone, qui est concentrique avec le premier conduit interne 2 et le conduit central 4. La description qui suit montre la réalisation d’un exemple de tube composite hybride tel qu’illustré par les figures 1 et 2. EXEMPLE MATERIAUX DE DEPART ET INSTRUMENTATION Mandrin de longueur comprise entre 1 m et 2,5 m (typiquement 1,9 m), Fibre de carbone, Feuilles en caoutchouc synthétique, Mousse syntactique commerciale, sous forme de demi-cylindres ou de cylindres complets, Dispositif de chauffage sous vide, Dispositif de chauffage pour la post-cuisson. EXEMPLE Réalisation d’un exemple de tube composite hybride selon l’invention tel qu’illustré par les figures 1 et 2 On réalise un tube composite hybride 1 selon l’invention tel qu’illustré par les figures 1 et 2 de la manière suivante : A) Préparation d’un mandrin 7 ; B) Enroulement filamentaire de la fibre de carbone autour du mandrin 7, de manière à former un cylindre circulaire droit constituant le premier conduit interne 2 ; C) Polymérisation de la fibre de carbone ; D) Collage d’une première feuille en caoutchouc synthétique 3 sur le premier conduit interne 2 ; E) Mise sous vide en température de l’ensemble ; F) Collage de la mousse syntactique sur la première feuille en caoutchouc synthétique 3 de manière à former un conduit central 4 concentrique avec le premier conduit interne 2 ; afin de garantir un bon positionnement de la mousse sur le mandrin 7 ; G) Collage d’une deuxième feuille en caoutchouc synthétique 5 sur le conduit central 4 ; H) Mise sous vide en température de l’ensemble ainsi constitué ; I) Enroulement filamentaire de la fibre de carbone autour de la deuxième feuille en caoutchouc synthétique 5, de manière à former un cylindre circulaire droit constituant un conduit externe 6 en fibres de carbone, concentrique avec le premier conduit interne 2 et le conduit central 4 ; J) Post-cuisson conduisant à l’obtention d’un tube composite hybride selon l’invention. Les étapes A à I du procédé sont illustrées par les photographies montrant l’évolution de la réalisation du tube composite hybride 1. Lors du procédé de fabrication, il n’a pas été observé de fissuration de la mousse syntactique lors de l’enroulement filamentaire pour réaliser le conduit externe 6. On observe une cohésion globale satisfaisante de la structure de l’empilement ainsi obtenu. Enfin, l’aspect de la surface extérieure est conforme aux attentes. Tube composite hybride (1) sous forme d’une structure composite multicouche étanche à l’eau, qui comprend : un premier conduit interne (2) en fibres de carbone, ledit premier conduit interne (2) étant un cylindre circulaire droit ; une première feuille d’un matériau polymère élastomère (3) entourant ledit premier conduit interne (2) ; un conduit central (4) en mousse syntactique, qui est concentrique avec ledit premier conduit interne (2) ; une deuxième feuille d’un matériau polymère élastomère (5) entourant ledit conduit central (4) ; et un conduit externe (6) en fibres de carbone, qui est concentrique avec ledit premier conduit interne (2) et ledit conduit central (4). Tube composite hybride (1) selon la revendication 1, présentant une longueur L compris entre 1 m et 2,5 m, et dans lequel ledit premier conduit interne (2) présente un rayon interne r 2 compris entre 50 mm et 90 mm. Tube composite hybride (1) selon les revendications 1 ou 2, dans lequel les matériaux polymères élastomères utilisés pour les première et deuxième feuilles (3, 5) de matériau polymère élastomère sont des caoutchoucs. Tube composite hybride (1) selon la revendication 2, dans lequel la mousse syntactique est constituée d’une matrice en résine époxy contenant des microsphères creuses en verre. Utilisation du tube composite hybrid e (1) tel que défini selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, pour constituer un drone sous-marin destiné à explorer des fonds sous-marins.