Brevet FR3128041A1 — publié le 20230414

Un procédé (P) de détermination d’une échelle macroscopique équivalente (E eq ) de description physique d’une pièce composite avec des fibres de renfort, ledit procédé (P) comprenant une étape de sélection (E1) de groupes de voxels (G) de volume de test (V) prédéterminé dans un modèle numérique (M) à une échelle microscopique de la pièce, une étape de détermination (E2) d’un taux volumique global de fibres de renfort (T G ) pour chaque groupe de voxels (G), une étape de calcul (E3) d’un écart type (A) des taux volumiques globaux de fibres de renfort (T G ), si l’écart type (A) est supérieur à un seuil (S) prédéterminé, une répétition du procédé (P) à partir d’un nouveau volume de test (V) de plus grande taille, l’échelle macroscopique équivalente (E eq ) étant déterminée à partir d’un volume de test (V) pour lequel l’écart type (A) est inférieur au seuil (S). Figure de l’abrégé : Figure 4 Procédé de détermination d’une échelle pour le contrôle de la santé matière d’une pièce en matériau composite La présente invention concerne le domaine du contrôle de la santé matière d’une pièce en matériau composite. On connaît dans l’art antérieur une aube en matériau composite 1, dont une portion de la paroi est illustrée sur la , qui comprend des faisceaux de fibres connus sous le terme de « torons 2, 2’ » et noyés dans une matrice 4. La matrice 4 se présente usuellement sous la forme d’une matrice organique à base de résine polymère, servant de liant et conférant à l’aube 1 sa forme. Comme illustré de manière simplifiée sur la , chaque toron 2, 2’ comprend de l’ordre d’une dizaine de milliers de fibres de renfort 3, usuellement en carbone, qui sont agencées ou alignées les unes avec les autres. Comme illustré sur la , les torons 2, 2’ sont agencés entre eux par tissage et/ou empilement, tel que, dans cet exemple, selon un empilement de torons longitudinaux, dits « torons de chaîne 2 », tissés avec des torons transversaux, dits « torons de trame 2’ », selon un repère orthogonal (X, Y, Z) défini par la direction de l’empilement Z, la direction longitudinale X et la direction transversale Y. Pour contrôler la santé matière d’une aube en matériau composite 1, c’est-à-dire vérifier ses propriétés mécaniques et notamment sa résistance, une analyse basée sur l’aspect externe de l’aube 1 n’est pas suffisante. Il est en effet nécessaire d’accéder à la structure interne de l’aube 1 afin de détecter tout défaut potentiel, tel qu’une porosité, une fissure de la matrice 4, une rupture de torons 2, 2’ ou encore une anomalie dans leur tissage. Pour cela, il est connu de prélever un échantillon de l’aube 1 et de mesurer sa masse avant et après dissolution chimique ou pyrolyse de la matrice 4, afin d’accéder au volume de torons 2, 2’ dans l’échantillon. Une telle méthode présente toutefois l’inconvénient, outre son caractère destructif, de nécessiter une calibration car elle est sujette aux incertitudes liées à la mesure mais également liées à la taille de l’échantillon prélevé. En effet, il est nécessaire de prendre un échantillon suffisamment grand pour être représentatif de la structure interne globale de l’aube 1 mais le contrôle destructif impose de prendre un échantillon de petite taille, en pratique de l’ordre du cm 3 , pour limiter le temps de destruction et garder la capacité de dissolution des produits chimiques utilisés. Pour pallier à ces incertitudes, le contrôle est mis en œuvre pour plusieurs tailles d’échantillons afin d’évaluer la taille la plus adéquate, puis pour plusieurs échantillons de même taille pour limiter l’incertitude de mesure. Ceci rend en pratique la méthode longue et fastidieuse. Pour accéder à la structure interne de l’aube 1, il est également connu d’acquérir par tomographie une image 3D de l’aube 1 en la bombardant de rayons X suivant différents angles. L’image 3D produite est divisée en voxels comportant chacun un niveau de gris, qui correspond au coefficient d’absorption de rayons X moyen de la zone d’aube 1 illustrée sur le voxel, en pratique plus faible pour la matrice 4 que pour les torons 2, 2’. A partir des informations de niveau de gris, il est connu des méthodes d’identification des torons 2, 2’ dans l’aube 1, notamment par squelettisation, afin d’accéder au taux volumique et à la répartition des torons 2, 2’ dans l’aube 1. En pratique, l’identification des torons 2, 2’ est une opération coûteuse et longue et il est souhaité de la mettre en œuvre sur une portion réduite de l’aube 1, qui soit suffisamment représentative. Une telle portion est actuellement déterminée de manière empirique ou par tâtonnement, ce qui est peu précis. En outre, une telle méthode s’avère insuffisante pour contrôler de manière précise la santé matière de l’aube 1, car elle ne rend pas compte de la quantité de carbone dans l’aube 1. En effet, de la matrice 4 est présente entre les fibres de renfort 3 d’un toron 2, 2’, en quantité variable d’un toron 2, 2’ à l’autre ainsi que le long d’un toron 2, 2’. Une solution immédiate serait d’acquérir une image 3D de plus grande résolution afin d’observer individuellement les fibres de renfort 3 des torons 2, 2’, toutefois aucune méthode fiable et de coût raisonnable n’est connue à ce jour. Aussi, il a été proposé de générer, par simulation numérique, une représentation 3D de l’aube 1, afin de déterminer la répartition des fibres de renfort 3 dans chaque toron 2, 2’. Une telle représentation abstraite n’est toutefois pas représentative de la structure interne d’une aube 1 réelle, par nature particulière, notamment en sortie de fabrication. En outre, la représentation obtenue comporte un maillage très fin pour pouvoir observer les fibres de renfort 3, qui induit des temps de calcul élevés non désirables. L’invention vise ainsi à déterminer une échelle pour le contrôle de la santé matière d’une aube et plus généralement d’une pièce en matériau composite, qui permette une description précise, représentative et peu coûteuse de la pièce, notamment afin de déterminer la taille adéquate pour le prélèvement en contrôle destructif ou pour le modèle numérique, qu’il soit issu d’une image tomographique ou d’une simulation. PRESENTATION DE L’INVENTION L’invention concerne un procédé de détermination d’une échelle macroscopique équivalente de description physique d’une pièce en matériau composite, ladite pièce comprenant une pluralité de torons entrelacés et noyés dans une matrice, chaque toron comprenant une pluralité de fibres de renfort, ladite pièce comprenant au moins une zone de propriétés physiques homogènes, ledit procédé : étant mis en œuvre à partir d’un modèle numérique de description de la pièce à une échelle microscopique par rapport à l’échelle macroscopique équivalente, ledit modèle numérique étant divisé en voxels comprenant chacun un taux volumique local de fibres de renfort prédéterminé, et comprenant : une étape de sélection, dans la zone dans le modèle numérique, d’une pluralité de groupes de voxels définissant un volume de test prédéterminé, une étape de détermination, pour chaque groupe de voxels, d’un taux volumique global de fibres de renfort à partir des taux volumiques locaux de fibres de renfort, une étape de calcul d’un écart type des taux volumiques globaux de fibres de renfort des groupes de voxels, et si l’écart type est supérieur à un seuil maximal d’acceptation prédéterminé, une répétition du procédé à partir d’un nouveau volume de test de plus grande taille, l’échelle macroscopique équivalente étant déterminée à partir d’un volume de test pour lequel l’écart type est inférieur au seuil maximal d’acceptation. De manière avantageuse, l’invention permet de déterminer une échelle pour mettre en œuvre le contrôle de la santé matière d’une pièce en matériau composite, telle que par exemple la taille de l’échantillon à prélever lors d’un contrôle destructif ou encore la taille du domaine à considérer lors d’un contrôle numérique. Une telle échelle peut également être utilisée pour construire un modèle global simplifié de la pièce dont la taille de maille est obtenue à partir de l’échelle déterminée. Une telle échelle correspond ainsi à une dimension qui permet d’étudier de manière représentative et adéquate la pièce. Une telle échelle est notamment suffisamment grande pour rendre compte de la structure interne globale de la pièce, et ainsi permettre un contrôle fiable, et suffisamment petite pour permettre un contrôle simple, pratique et rapide. De manière avantageuse, le procédé selon l’invention permet de déterminer une échelle de manière simple et pratique à partir d’un volume, qui peu importe où il est pris dans une zone de propriétés homogènes de la pièce, comporte des propriétés physiques moyennes similaires. Pour cela, plusieurs groupes de voxels de même volume sont sélectionnés dans un modèle de la pièce, leurs propriétés physiques moyennes sont déterminées à partir des données du modèle et si leur écart type est suffisamment petit, le volume est retenu pour définir l’échelle. Un grand écart type correspond à une variabilité de propriétés physiques moyennes d’un groupe de voxels à l’autre, ce qui n’est pas souhaitable, et un nouveau volume de plus grande taille est alors considéré. La propriété physique considérée dans l’invention est avantageusement le taux volumique de fibres de renfort dans la pièce, autrement dit le taux volumique de carbone de la pièce dans le cas de fibres en carbone, par opposition au taux volumique de matrice. Un tel taux volumique de fibres de renfort est une information permettant d’analyser la résistance mécanique de la pièce et est donc pertinente pour le contrôle de la santé matière de la pièce. Selon un aspect de l’invention, le procédé comprend, si l’écart type est inférieur au seuil maximal d’acceptation, une répétition du procédé à partir d’un nouveau volume de test de plus petite taille. Ceci permet de déterminer plusieurs volumes de test pour lesquels l’écart type est acceptable, c’est-à-dire qui sont représentatifs de la structure interne globale de la zone homogène de la pièce considérée. Selon un aspect de l’invention, l’échelle macroscopique équivalente de description physique de la pièce est déterminée à partir du plus petit volume de test pour lequel l’écart type est inférieur au seuil maximal d’acceptation. L’échelle est ainsi, d’une part, représentative de la structure interne globale de la zone homogène de la pièce considérée, et d’autre part, la plus petite possible. Ceci permet notamment de faciliter le contrôle de la santé matière de la pièce, en prenant un prélèvement le plus petit possible tout en étant représentatif. Selon un aspect de l’invention, le procédé est mis en œuvre pour une pluralité de zones de propriétés physiques homogènes de la pièce, de manière à déterminer une échelle macroscopique équivalente de description physique de chaque zone de la pièce. Autrement dit, chaque zone de propriétés physiques homogènes de la pièce comporte une échelle propre adéquate associée. Ceci permet un contrôle fiable et précis de chaque zone de la pièce. De préférence, le seuil maximal d’acceptation se présente sous la forme d’un écart type inférieur à 30%, et de préférence supérieur à 10%. Un tel seuil est avantageusement suffisamment petit pour permettre, peu importe la localisation du prélèvement dans la zone homogène de la pièce, d’obtenir des propriétés physiques semblables de la pièce. De préférence, au moins cinq groupes de voxels sont sélectionnés, préférentiellement au moins dix, et encore préférentiellement au moins vingt. Ceci assure de calculer un écart type représentatif de l’ensemble de la zone homogène de la pièce. Ceci permet également une détermination rapide de l’échelle, sans considérer chacun des groupes de voxels de la pièce. Selon un aspect préféré de l’invention, le modèle numérique est obtenu par simulation numérique. Un tel modèle numérique correspond ainsi à une représentation virtuelle de la pièce. Selon un autre aspect de l’invention : le modèle numérique est obtenu à partir d’une image tomographique de la pièce labellisée, les voxels définissant un même toron comportant un même label de toron, les voxels définissant la matrice présente entre les torons comportant un label de matrice, et le taux volumique local de fibres de renfort de chaque voxel est déterminé, lors d’une étape préliminaire, à partir : du nombre de voxels de même label de toron et présents dans une même tranche orthogonale au toron, d’un diamètre de fibre de renfort prédéterminé et d’un nombre de fibres de renfort par toron prédéterminé. Un tel modèle numérique correspond ainsi à une représentation réelle de la pièce obtenue par tomographie. De manière avantageuse, le taux volumique de fibres de renfort est déterminé à partir des labels de torons identifiés sur l’image tomographique et des données du fournisseur de manière simple et pratique. Ceci permet de calculer précisément la quantité de carbone dans la pièce, c’est-à-dire comme la quantité de toron à laquelle est soustraite la quantité de matrice présente entre les fibres de renfort des torons. L’invention concerne également une méthode de contrôle de la santé matière d’une pièce en matériau composite, ladite pièce comprenant une pluralité de torons entrelacés et noyés dans une matrice, chaque toron comprenant une pluralité de fibres de renfort, ladite pièce comprenant au moins une zone de propriétés physiques homogènes, ladite méthode de contrôle étant mise en œuvre par prélèvement, dans la zone, d’un échantillon de contrôle de volume correspondant à l’échelle macroscopique équivalente déterminée par mise en œuvre du procédé tel que décrit précédemment. L’échelle déterminée par le procédé est avantageusement utilisée pour déterminée la taille adéquate de l’échantillon à prélever pour contrôler la santé matière de la pièce. L’échantillon ainsi prélevé sera ainsi représentatif de la structure interne globale de la zone homogène de la pièce considérée. Un tel échantillon comporte de plus une taille réduite pour un contrôle pratique et rapide. Selon un aspect de l’invention, l’échantillon de contrôle est prélevé physiquement dans la pièce. L’échelle déterminée par le procédé permet avantageusement de prélever un échantillon le plus petit possible, ce qui permet une destruction, notamment par dissolution chimique, plus rapide. Ceci évite également de mettre en œuvre la méthode de contrôle pour plusieurs tailles d’échantillons ; ce qui permet aussi un gain de temps. Selon un autre aspect de l’invention, l’échantillon de contrôle est prélevé numériquement dans un modèle numérique de la pièce, de préférence obtenu par tomographie de la pièce. L’échelle déterminée par le procédé permet avantageusement un gain de temps dans la méthode de contrôle en ce que seul un échantillon de volume correspondant à l’échelle nécessite une tomographie et une identification des torons, cette dernière opération pouvant être longue et complexe. L’invention concerne également une méthode de construction d’un modèle numérique équivalent de description physique d’une pièce en matériau composite, ladite pièce comprenant une pluralité de torons entrelacés et noyés dans une matrice, chaque toron comprenant une pluralité de fibres de renfort, ladite pièce comprenant au moins une zone de propriétés physiques homogènes, ladite méthode de construction étant mise en œuvre par définition, dans la zone dans le modèle numérique équivalent, de voxels équivalents de volume correspondant à l’échelle macroscopique équivalente déterminée par mise en œuvre du procédé tel que décrit précédemment. Un tel modèle numérique équivalent permet avantageusement un gain de temps important dans l’analyse de la pièce pour son contrôle matière. Selon un aspect de l’invention, la méthode de construction est mise en œuvre à partir d’un modèle numérique de la pièce à une échelle microscopique par rapport à l’échelle macroscopique équivalente, ledit modèle numérique étant divisé en voxels comprenant chacun un taux volumique local de fibres de renfort prédéterminé, lesdits voxels équivalents du modèle numérique équivalent étant définis par association d’une pluralité de voxels du modèle numérique. Un tel modèle numérique équivalent est avantageusement déterminé de manière simple et pratique. De préférence, chaque voxel équivalent du modèle numérique équivalent comprend un taux volumique équivalent de fibres de renfort déterminé à partir des taux volumiques locaux de fibres de renfort des voxels du modèle numérique. Un tel modèle numérique équivalent est avantageusement déterminé de manière simple et pratique. L’invention concerne également un programme d’ordinateur permettant de mettre en œuvre le procédé tel que décrit précédemment. L’invention concerne également un programme d’ordinateur permettant de mettre en œuvre la méthode de contrôle telle que décrite précédemment. L’invention concerne également un programme d’ordinateur permettant de mettre en œuvre la méthode de construction telle que décrite précédemment. PRESENTATION DES FIGURES L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple, et se référant aux figures suivantes, données à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquelles des références identiques sont données à des objets semblables. La est une représentation schématique en perspective d’une portion de paroi d’une aube en matériau composite. La est une représentation schématique simplifiée d’un toron de l’aube de la . La est une représentation schématique en perspective d’un modèle numérique de l’aube de la pour la mise en œuvre du procédé de la selon un mode de réalisation de l’invention. La est une représentation schématique d’un procédé de détermination d’une échelle pour le contrôle de la santé matière de l’aube de la selon un mode de réalisation de l’invention. La est une représentation schématique d’une méthode de contrôle de la santé matière de l’aube de la selon un mode de réalisation de l’invention. La est une représentation schématique d’une méthode de construction d’un modèle numérique équivalent de l’aube de la selon un mode de réalisation de l’invention. La est une représentation schématique d’une étape préliminaire du procédé de la pour déterminer le modèle numérique de la . La est une représentation schématique d’une étape de sélection de groupes de voxels et d’une étape de détermination de taux volumiques globaux de fibres de renfort du procédé de la . La est une représentation schématique de l’étape de calcul d’un écart type des taux volumiques globaux de fibres de renfort du procédé de la . La et la sont des représentations schématiques de la comparaison de l’écart type à un seuil maximal d’acceptation lors de la mise en œuvre du procédé de la . La et la sont des représentations schématiques de la comparaison de l’écart type à un seuil maximal d’acceptation lors de la mise en œuvre du procédé de la selon un autre mode de réalisation de l’invention. La est une représentation schématique du procédé de la pour une aube comportant différentes zones homogènes selon un autre mode de réalisation de l’invention. La est une représentation schématique d’un autre mode de réalisation de l’invention avec un seuil minimal d’acceptation. Il faut noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant. Procédé (P) de détermination d’une échelle macroscopique équivalente (E eq ) de description physique d’une pièce (1) en matériau composite, ladite pièce (1) comprenant une pluralité de torons (2, 2’) entrelacés et noyés dans une matrice (4), chaque toron (2, 2’) comprenant une pluralité de fibres de renfort (3), ladite pièce (1) comprenant au moins une zone (5, 6) de propriétés physiques homogènes, ledit procédé (P) : étant mis en œuvre à partir d’un modèle numérique (M) de description de la pièce (1) à une échelle microscopique (E) par rapport à l’échelle macroscopique équivalente (E eq ), ledit modèle numérique (M) étant divisé en voxels (vox) comprenant chacun un taux volumique local de fibres de renfort (T vox ) prédéterminé, et comprenant : une étape de sélection (E1), dans la zone (5, 6) dans le modèle numérique (M), d’une pluralité de groupes de voxels (G) définissant un volume de test (V) prédéterminé, une étape de détermination (E2), pour chaque groupe de voxels (G), d’un taux volumique global de fibres de renfort (T G ) à partir des taux volumiques locaux de fibres de renfort (T vox ), une étape de calcul (E3) d’un écart type (A) des taux volumiques globaux de fibres de renfort (T G ) des groupes de voxels (G), et si l’écart type (A) est supérieur à un seuil maximal d’acceptation (S) prédéterminé, une répétition du procédé (P) à partir d’un nouveau volume de test (V) de plus grande taille, l’échelle macroscopique équivalente (E eq ) étant déterminée à partir d’un volume de test (V) pour lequel l’écart type (A) est inférieur au seuil maximal d’acceptation (S). Procédé (P) selon la revendication 1, comprenant, si l’écart type (A) est inférieur au seuil maximal d’acceptation (S), une répétition du procédé (P) à partir d’un nouveau volume de test (V) de plus petite taille. Procédé (P) selon la revendication 2, dans lequel l’échelle macroscopique équivalente (E eq ) de description physique de la pièce (1) est déterminée à partir du plus petit volume de test (V) pour lequel l’écart type (A) est inférieur au seuil maximal d’acceptation (S). Procédé (P) selon l’une des revendications 1 à 3, mis en œuvre pour une pluralité de zones (5, 6) de propriétés physiques homogènes de la pièce (1), de manière à déterminer une échelle macroscopique équivalente (E eq ) de description physique de chaque zone (5, 6) de la pièce (1). Procédé (P) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel : le modèle numérique (M) est obtenu à partir d’une image (I) tomographique de la pièce (1) labellisée, les voxels (vox) définissant un même toron (2, 2’) comportant un même label de toron (L2, L2’), les voxels (vox) définissant la matrice (4) présente entre les torons (2, 2’) comportant un label de matrice (L4), et le taux volumique local de fibres de renfort (T vox ) de chaque voxel (vox) est déterminé, lors d’une étape préliminaire (E0), à partir : du nombre de voxels (vox) de même label de toron (L2, L2’) et présents dans une même tranche (B) orthogonale au toron (2, 2’), d’un diamètre de fibre de renfort (D) prédéterminé et d’un nombre de fibres de renfort par toron (C) prédéterminé. Méthode de contrôle (M1) de la santé matière d’une pièce (1) en matériau composite, ladite pièce (1) comprenant une pluralité de torons (2, 2’) entrelacés et noyés dans une matrice (4), chaque toron (2, 2’) comprenant une pluralité de fibres de renfort (3), ladite pièce (1) comprenant au moins une zone (5, 6) de propriétés physiques homogènes, ladite méthode de contrôle (M1) étant mise en œuvre par prélèvement, dans la zone (5, 6), d’un échantillon de contrôle (W) de volume (V W ) correspondant à l’échelle macroscopique équivalente (E eq ) déterminée par mise en œuvre du procédé (P) selon l’une des revendications 1 à 5. Méthode de contrôle (M1) selon la revendication 6, dans lequel l’échantillon de contrôle (W) est prélevé physiquement dans la pièce (1). Méthode de contrôle (M1) selon la revendication 6, dans lequel l’échantillon de contrôle (W) est prélevé numériquement dans un modèle numérique de la pièce (1), de préférence obtenu par tomographie de la pièce (1). Méthode de construction (M2) d’un modèle numérique équivalent (M eq ) de description physique d’une pièce (1) en matériau composite, ladite pièce (1) comprenant une pluralité de torons (2, 2’) entrelacés et noyés dans une matrice (4), chaque toron (2, 2’) comprenant une pluralité de fibres de renfort (3), ladite pièce (1) comprenant au moins une zone (5, 6) de propriétés physiques homogènes, ladite méthode de construction (M2) étant mise en œuvre par définition, dans la zone (5, 6) dans le modèle numérique équivalent (M eq ), de voxels équivalents (vox eq ) de volume (V eq ) correspondant à l’échelle macroscopique équivalente (E eq ) déterminée par mise en œuvre du procédé (P) selon l’une des revendications 1 à 5. Méthode de construction (M2) selon la revendication 9, mise en œuvre à partir d’un modèle numérique (M) de la pièce (1) à une échelle microscopique (E) par rapport à l’échelle macroscopique équivalente (E eq ), ledit modèle numérique (M) étant divisé en voxels (vox) comprenant chacun un taux volumique local de fibres de renfort (T vox ) prédéterminé, lesdits voxels équivalents (vox eq ) du modèle numérique équivalent (M eq ) étant définis par association d’une pluralité de voxels (vox) du modèle numérique (M).