Brevet FR3123727A1 — publié le 20221209

Dispositif de compression de torons L’invention concerne un dispositif (100) de mise en compression d’un toron (102) composé d’une pluralité de mèches élémentaires comprenant : un organe de tension (109) apte à mettre sous tension un toron dans sa direction longitudinale ; un moyen de compression apte à comprimer le toron dans une direction de compression perpendiculaire à la direction longitudinale du toron, le moyen de compression comprenant une enclume mobile (107) dans la direction de compression et un plateau inférieur (104) ; caractérisé en ce qu’il comprend en outre un profilomètre laser (101) configuré pour déterminer le profil de la section transverse du toron lors de sa compression Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Dispositif de compression de torons L’invention concerne le domaine de la caractérisation des matériaux, et particulièrement celle des matériaux composites. Les pièces en matériaux composites sont généralement obtenues par l’imprégnation d’une préforme fibreuse par une matrice. Les propriétés mécaniques des matériaux composites sont en partie liées à celles des préformes fibreuses utilisées pour leur préparation. Les propriétés mécaniques des préformes fibreuses dépendent quant à elles de la topologie du tissage, notamment le motif textile choisi ou encore l’espacement entre les torons, et également de la nature des fibres et du nombre de fibres qui les composent. Les fils, aussi nommés torons, composant les textures fibreuses des matériaux composites sont généralement composés de plusieurs mèches elles-mêmes composées de fibres. Ces fils (ou torons) présentent habituellement un torsadage pour éviter que les mèches ne se désolidarisent les unes des autres. Le torsadage signifie que les mèches élémentaires constituant les torons ne sont pas directement alignées avec la direction générale du toron. Un tel torsadage est utile pour améliorer la cohésion des mèches élémentaires entre-elles et influe sur les propriétés mécaniques du toron, notamment sur les efforts de compactions nécessaires pour écraser le toron dans une direction perpendiculaire à sa direction principale. Pour connaître précisément les propriétés mécaniques de la pièce en matériau composite, il est donc nécessaire d’analyser les propriétés de la préforme fibreuse et pour cela, il est nécessaire de connaitre les comportements mécanique élémentaires des torons qui la constituent. Le comportement des torons varie avec la nature, le nombre et le torsadage des mèches élémentaires constituant les torons. Et, si le comportement des torons fait l’objet de quelques simulations numériques, ces dernières ne peuvent pas être utilisées seules, et doivent être validées par comparaison avec des données expérimentales, qui sont particulièrement difficiles à obtenir. Des dispositifs expérimentaux existent pour caractériser le comportement de torons lors d’essais de compression. Néanmoins, aucun de ces dispositifs ne permet d’obtenir des informations géométriques suffisamment précises pour valider des modèles théoriques et les simulations numériques. Par exemple, le dispositif expérimental décrit dans l’article « An experimental technique to study the transverse mechanical behaviour of polymer monofilaments », Juillet 2005, Experimental Techniques 29(4), p. 26-31, permet seulement d’avoir accès à l’épaisseur et à la largueur du toron au cours de la compression, ce qui n’est pas suffisant pour évaluer l’évolution de la section transverse du toron sans nécessiter des approximations supplémentaires. Il existe donc un intérêt à disposer de données expérimentales plus précises afin de valider les modèles théoriques et les simulations numériques. L’invention vise précisément à proposer un dispositif expérimental permettant la caractérisation du comportement mécanique de torons composés d’une pluralité de mèches élémentaires, et également de disposer d’informations géométriques plus précises lors d’une compression de ces torons. Pour cela, l’invention concerne dans un premier mode de réalisation un dispositif de mise en compression d’un toron composé d’une pluralité de mèches élémentaires comprenant : - un organe de tension apte à mettre sous tension un toron dans sa direction longitudinale ; - un moyen de compression apte à comprimer le toron dans une direction de compression perpendiculaire à la direction longitudinale du toron, le moyen de compression comprenant une enclume mobile dans la direction de compression et un plateau inférieur ; caractérisé en ce qu’il comprend en outre un profilomètre laser configuré pour déterminer le profil de la section transverse du toron lors de sa compression. Le dispositif selon l’invention permet d’étudier la déformation du toron au cours de la compression. Le profilomètre laser permet tout particulièrement d’acquérir en temps réel, et donc en fonction de la contrainte appliquée, l’évolution du profil de la section transverse du toron. En particulier, le profilomètre laser permet cette acquisition en plusieurs points le long de la direction longitudinale du torons. Cela permet de reconstituer le profil de la section transverse du toron à chaque instant de la compression et en chaque point du toron comprimé. Cela permet donc d’observer l’évolution de la section transverse le long du toron en fonction de la contrainte appliquée. Cette acquisition permet d’étudier le comportement mécanique des torons de manière fiable afin par exemple de valider des modèles numériques. De plus, le procédé est d’utilisation simplifiée par rapport aux méthodes permettant d’aboutir à la même mesure dans l’art antérieur. Le « profil de la section transverse du toron » s’entend comme la forme de l’enveloppe externe la plus petite comprenant toutes les mèches élémentaires du toron dans le plan perpendiculaire à la direction longitudinale du toron. En d’autres termes, ce profil caractérise la forme du périmètre externe du toron dans un plan de coupe de ce dernier perpendiculairement à sa plus grande dimension. Ce paramètre est indispensable pour parvenir à déduire de l’essai d’autres grandeurs mécaniques caractéristiques du comportement du toron, notamment le taux volumique de fibre. Les techniques de l’art antérieur habituellement proposées pour caractériser le comportement en compression d’un toron ne permettent pas d’accéder au profil de la section transverse. Par exemple, les dispositifs de compaction transverse existants ne capturent que la largeur du toron et à son épaisseur au cours de la compression, et le profil exact est choisie par hypothèse comme étant une courbe analytique connue (circulaire, elliptique…). Cette hypothèse n’est pas nécessaire lorsque le dispositif décrit plus haut est utilisé, car le profil est alors déterminé expérimentalement. Il en résulte une plus grande précision des mesures et par conséquent une plus grande fiabilité des lois de comportement que l’on peut déduire de ces expériences de compression. Dans un mode de réalisation, le profilomètre laser est mobile dans une direction parallèle à la direction longitudinale du toron. Ce mode de réalisation permet d’acquérir la section transverse du toron en plusieurs endroits le long du toron, et permet donc de multiplier le nombre de mesures au cours d’un essai. Par exemple, la section transverse du toron peut être acquise tout au long de la partie du toron qui est comprimée au cours de l’essai. Par exemple, la mobilité du profilomètre laser peut être assurée en disposant ce dernier sur un banc micrométrique dont la direction de déplacement est parallèle à la direction longitudinale du toron. Dans un mode de réalisation, le plateau inférieur du moyen de compression comprend une partie transparente. Il est entendu que la transparence du plateau inférieur s’entend à la longueur d’onde de la lumière émise par le profilomètre laser. Dans ce mode de réalisation, le profilomètre laser et le toron peuvent être disposés de part et d’autre du plateau inférieur du moyen de compression. Ce mode de réalisation assure une disposition simplifiée du profilomètre laser qui peut alors être placé directement à la verticale sous l’échantillon. Dans un mode de réalisation, l’organe permettant le déplacement de l’enclume mobile est disposé sur un plateau supérieur parallèle au plateau inférieur et le déplacement de l’enclume mobile, solidaire du plateau supérieur, est guidé par une pluralité de colonnes parallèles à la direction de compression. Cette disposition permet d’éviter une flexion parasite de l’organe de compression ou du toron lors de la compression. L’invention concerne, selon un autre de ses aspects, un procédé de caractérisation du comportement en compression d’un toron comprenant au moins les étapes suivantes : - le chargement d’un toron dans l’organe de tension d’un dispositif décrit ci-dessus ; - la mise en compression du toron par le moyen de compression par déplacement de l’enclume mobile dans la direction de compression ; et - l’acquisition du profil de la section transverse du toron au cours de la compression au moyen du profilomètre laser. Comme décrit ci-dessus, ce procédé de caractérisation permet d’accéder au profil de la section transverse du toron au cours de la compression de manière plus fiable et ne nécessitant aucune hypothèse contrairement aux méthodes de caractérisation de l’art antérieur. Ce procédé permet de valider des lois de comportement en compression de torons comprenant une pluralité de mèches élémentaires avec une plus grande précision que les expériences actuellement réalisables. Dans un mode de réalisation, le procédé comprend la répétition de l’étape d’acquisition du profil de la section transverse du toron en plusieurs points espacés dans sa direction longitudinale. Ce mode de réalisation permet d’augmenter le nombre de mesures, et donc la fiabilité des résultats, sans augmenter le nombre de tests effectivement réalisés. Par exemple, dans un tel mode de réalisation, le toron est chargé puis mis en compression à une compression donnée, le profilomètre laser réalise plusieurs acquisitions en plusieurs points espacés dans la direction longitudinale du toron, puis la compression est augmentée, et le profilomètre laser réalise alors les acquisitions en chacun des points espacés dans la direction longitudinale et ainsi de suite jusqu’à ce que la compression maximale souhaitée soit atteinte. Ce mode de réalisation particulier permet d’obtenir l’évolution de la section transverse du toron en fonction de la compression appliquée pour plusieurs points espacés dans la direction longitudinale. La représente schématiquement un dispositif dans un mode de réalisation de l’invention. La représente la section transverse profil de toron acquis dans les conditions de l’exemple 1. Dispositif (100) de mise en compression d’un toron (102) composé d’une pluralité de mèches élémentaires comprenant : un organe de tension (109) apte à mettre sous tension un toron dans sa direction longitudinale ; un moyen de compression apte à comprimer le toron dans une direction de compression perpendiculaire à la direction longitudinale du toron, le moyen de compression comprenant une enclume mobile (107) dans la direction de compression et un plateau inférieur (104) ; caractérisé en ce qu’il comprend en outre un profilomètre laser (101) configuré pour déterminer le profil de la section transverse du toron lors de sa compression. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le profilomètre laser (101) est mobile dans une direction parallèle à la direction longitudinale du toron (102). Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le plateau inférieur (104) du moyen de compression comprend une partie transparente. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le profilomètre laser (101) et le toron (102) sont disposés de part et d’autre du plateau inférieur (104) du moyen de compression. Dispositif selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel l’organe (108) permettant le déplacement de l’enclume mobile (107) est disposé sur un plateau supérieur parallèle au plateau inférieur (104) et le déplacement de l’enclume mobile, solidaire du plateau supérieur (106), est guidé par une pluralité de colonnes (111a, 111b, 111c, 111d) parallèles à la direction de compression. Procédé de caractérisation du comportement en compression d’un toron (102) comprenant au moins les étapes suivantes : le chargement d’un toron dans l’organe de tension (109) d’un dispositif selon l’une des revendications 1 à 5 ; la mise en compression du toron par le moyen de compression par déplacement de l’enclume mobile (107) dans la direction de compression ; et l’acquisition du profil de la section transverse du toron au cours de la compression au moyen du profilomètre laser (101). Procédé de caractérisation selon la revendication 6, comprenant la répétition de l’étape d’acquisition du profil de la section transverse du toron (102) en plusieurs points espacés dans sa direction longitudinale.