Brevet FR3132865A1 — publié le 20230825

L’invention concerne un procédé de fabrication d’un pièce (20) en matériau composite, notamment pour une turbomachine d’aéronef, ladite pièce comportant : - un corps (21) comprenant un renfort fibreux (22), tissé et densifié par une matrice, le corps comprenant une surépaisseur (se) prédéterminée de matrice agencée dans une zone à préparer (Z1) du corps, et - un élément de détection (25) de l’atteinte de l’intégrité physique du renfort fibreux dans la zone à préparer. Selon l’invention, le procédé comprend les étapes suivantes : - agencement de l’élément de détection, dans ou sur le renfort fibreux, qui comprend un fil conducteur (27) entouré d’une gaine isolante (28), - injection d’une matrice dans le renfort fibreux, - densification de la matrice avec le fil conducteur, - préparation de surface où une épaisseur prédéterminée de matrice est supprimée, - mesure de la valeur de la résistance du fil conducteur. Figure d’abrégé : Figure 3 PIECE EN MATERIAU COMPOSITE, POUR UNE TURBOMACHINE, EQUIPEE D’UN ELEMENT DE DETECTION ET PROCEDE DE FABRICATION D’UNE TELLE PIECE Domaine de l’invention La présente invention concerne le domaine général des pièces en matériau composite, notamment pour une turbomachine d’aéronef. Elle vise également un procédé de fabrication d’une telle pièce. Arrière-plan technique Une turbomachine peut être équipée de diverses pièces en matériau composite et notamment avec un renfort fibreux densifié par une matrice. De manière connue, la turbomachine, s’étendant selon un axe de turbomachine, permet de déplacer l’aéronef à partir d’un flux d’air entrant dans la turbomachine et circulant d’amont en aval. La turbomachine comprend d’amont en aval, suivant l’axe de turbomachine, au moins un compresseur, une chambre de combustion et au moins une turbine pour entraîner en rotation le compresseur. La turbomachine peut comporter, en amont, une soufflante permettant d’accélérer le flux d’air de l’amont vers l’aval dans la turbomachine. Le compresseur, la turbine et/ou la soufflante compren(nent)d des aubes qui peuvent être réalisées en matériau composite. Après réalisation de la pièce en matériau composite, il est réalisé une préparation de surface de la pièce et notamment de la matrice permettant d’une part, à la pièce de présenter des dimensions correspondant aux dimensions souhaitées et d’autre part, d’enlever les potentiels défauts survenus pendant la réalisation de la pièce en matériau composite. Cependant, cette étape de préparation de surface est critique car il est nécessaire de minimiser l’épaisseur de la matière et de ne pas endommager les fibres du renfort fibreux qui sont en surface et qui sont dans la matrice. L’endommagement du renfort fibreux pourrait réduire les performances de la pièce. Cela implique un contrôle régulier de l’épaisseur enlevée et de l’atteinte des fibres qui est réalisé visuellement. De manière alternative, l’opérateur effectue une pesée après plusieurs étapes de préparation de surface pour déterminer la quantité de matière qui a été enlevée. Bien souvent, les fibres peuvent être arrachées et à une profondeur certaine car le contrôle visuel était inefficace, voire tardif. De plus, ces méthodes de contrôle sont longues et fastidieuses. L’invention a pour but d’éviter les inconvénients précités. L’objectif de l’invention est de fournir une solution optimale permettant de contrôler l’intégrité physique du renfort fibreux après une préparation de surface, tout en étant simple et économique. Nous parvenons à cet objectif conformément à l’invention grâce à un procédé de fabrication d’une pièce en matériau composite, en particulier pour une turbomachine d’aéronef, ladite pièce comportant : - un corps comprenant un renfort fibreux, tissé et densifié par une matrice organique ou polymérique, le corps comprenant une surépaisseur prédéterminée de matrice qui est agencée dans au moins une zone à préparer du corps et qui est destinée à être supprimée lors d’une préparation de surface, et - un élément de détection de l’atteinte de l’intégrité physique du renfort fibreux dans la zone à préparer, le procédé comprenant : - une étape d’agencement de l’élément de détection dans le renfort fibreux ou sur le renfort fibreux, l’élément de détection comprenant au moins un fil conducteur entouré d’une gaine isolante, le fil conducteur s’étendant dans la zone à préparer dans laquelle l’intégrité physique du renfort fibreux est à surveiller, - une étape d’injection d’une matrice dans le renfort fibreux, - une étape de densification de façon à solidifier la matrice pour former le corps et le fil conducteur dans la matrice, - une étape de préparation de surface dans laquelle une épaisseur prédéterminée de matrice est supprimée dans la zone à préparer, - une étape de mesure de la valeur de la résistance du fil conducteur afin de déterminer l’intégrité physique du renfort fibreux, l’étape de mesure comprenant la mise en place, de manière amovible, d’un élément de control sur la surface externe du corps et à distance du fil conducteur, le fil conducteur et l’élément de contrôle étant configurés de manière à fournir un renseignement sur l’atteinte de l’intégrité du fil conducteur lorsque la résistance électrique entre le fil conducteur et l’élément de contrôle atteint une valeur prédéterminée. Ainsi, cette solution permet d’atteindre l’objectif susmentionné. En particulier, une telle configuration est simple à mettre en œuvre et robuste afin de s’assurer que les fibres du renfort fibreux n’ont pas été endommagées lors de la préparation de surface de la pièce. Le fil conducteur ajouté n’impacte pas la masse de la pièce significativement, ni les performances de la turbomachine, ni la fabrication de la pièce, notamment le tissage du renfort fibreux. Le fil conducteur ne perturbe pas non plus le motif textile du composite pour ne pas altérer le comportement mécanique de la pièce. Par ailleurs, avec une telle configuration un opérateur peut connaître rapidement l’état de surface de la pièce et du renfort fibreux. La pièce comprend l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : - le fil conducteur et l’élément de contrôle sont reliés à un dispositif de lecture configuré de manière à lire une variation de résistance électrique entre le fil conducteur et l’élément de contrôle. - le fil conducteur est tissé avec le renfort fibreux ou est disposé dans la surépaisseur de matrice. - l’élément de contrôle comprend un matériau conducteur. - le renfort fibreux comprend des fibres en carbone et le fil conducteur est entouré par une gaine isolante, de préférence réalisée dans le même matériau que la matrice. - le fil conducteur entouré d’une gaine isolante est agencé dans une couche externe du renfort fibreux, sur une couche externe du renfort fibreux ou entre deux couches du renfort fibreux. - plusieurs fils conducteurs entourés chacun d’une gaine isolante sont superposés suivant une direction parallèle à une épaisseur totale de couche de matière comprenant la surépaisseur prédéterminée de matrice. - le fil conducteur entouré d’une gaine isolante présente un diamètre compris entre 0,05 mm et 2 mm. - le fil conducteur est réalisé dans un matériau choisi parmi le cuivre, l’aluminium, le fer, l’argent, le nickel et leurs alliages. - le renfort fibreux est réalisé par un tissage en deux dimensions ou en trois dimensions ou est un tissage multicouche. L’invention concerne également une turbomachine comprenant au moins une pièce de turbomachine présentant l’une quelconque des caractéristiques susmentionnées. L’invention concerne en outre un aéronef comprenant au moins une turbomachine telle que susmentionnée. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise, et d’autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description explicative détaillée qui va suivre, de modes de réalisation de l’invention donnés à titre d’exemples purement illustratifs et non limitatifs, en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels : La représente une coupe axiale et partielle un exemple de turbomachine selon l’invention ; La est une vue en coupe et schématique d’une pièce en matériau composite équipée d’un élément de détection et d’un élément de contrôle selon l’invention ; La est une représentation schématique et en perspective d’une partie d’un renfort fibreux avec un élément de détection selon l’invention ; La est une vue schématique et en en coupe d’un exemple de pièce équipée d’un élément détection avant une étape de préparation de surface selon l’invention, la pièce comprenant des éléments de détection dans la dernière couche de renfort fibreux et dans une surépaisseur de matrice ; La est une vue schématique et en en coupe d’un exemple de pièce équipée d’un élément détection qui est agencé suivant un autre mode de réalisation selon l’invention ; La représente une étape de procédé de préparation de surface où l’élément de détection est intact selon l’invention ; La représente une étape de procédé de préparation de surface où l’élément de détection a été sectionné selon l’invention ; et La est une vue des différentes étapes d’un procédé de fabrication d’une pièce de turbomachine selon l’invention. Procédé de fabrication d’une pièce (20) en matériau composite, en particulier pour une turbomachine (1) d’aéronef, ladite pièce (20) comportant : - un corps (21) comprenant un renfort fibreux (22), tissé et densifié par une matrice organique ou polymérique, le corps (21) comprenant une surépaisseur (se) prédéterminée de matrice qui est agencée dans au moins une zone à préparer (Z1) du corps (20) et qui est destinée à être supprimée lors d’une préparation de surface, et - un élément de détection (25) de l’atteinte de l’intégrité physique du renfort fibreux (21) dans la zone à préparer (Z1), caractérisé en ce que le procédé comprend : - une étape d’agencement (130) de l’élément de détection dans le renfort fibreux (22) ou sur le renfort fibreux (22), l’élément de détection (25) comprenant au moins un fil conducteur (27) entouré d’une gaine isolante (28), le fil conducteur (27) s’étendant dans la zone à préparer (Z1) dans laquelle l’intégrité physique du renfort fibreux (22) est à surveiller, - une étape d’injection (140) d’une matrice dans le renfort fibreux (22), - une étape de densification (150) de façon à solidifier la matrice pour former le corps et le fil conducteur (27) dans la matrice, - une étape de préparation (160) de surface dans laquelle une épaisseur prédéterminée de matrice est supprimée dans la zone à préparer (Z1), - une étape de mesure (170) de la valeur de la résistance du fil conducteur (27) afin de déterminer l’intégrité physique du renfort fibreux, l’étape de mesure (170) comprenant la mise en place, de manière amovible, d’un élément de control (26) sur la surface externe (30) du corps (20) et à distance du fil conducteur (27), le fil conducteur (27) et l’élément de contrôle (26) étant configurés de manière à fournir un renseignement sur l’atteinte de l’intégrité du fil conducteur (27) lorsque la résistance électrique entre le fil conducteur (27) et l’élément de contrôle (26) atteint une valeur prédéterminée. Procédé 100) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le fil conducteur (25) et l’élément de contrôle (26) sont reliés à un dispositif de lecture (31) configuré de manière à lire une variation de résistance électrique entre le fil conducteur (27) et l’élément de contrôle (26). Procédé (100) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fil conducteur (27) est tissé avec le renfort fibreux (22) ou est disposé dans la surépaisseur de matrice. Procédé (100) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’élément de contrôle (26) comprend un matériau conducteur. Procédé (100) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le renfort fibreux (22) comprend des fibres en carbone et le fil conducteur (27) est entouré par une gaine isolante (28), de préférence réalisée dans le même matériau que la matrice. Procédé (100) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fil conducteur (27) entouré d’une gaine isolante (28) est agencé dans une couche externe (22ext) du renfort fibreux (22), sur une couche externe (22ext) du renfort fibreux ou entre deux couches du renfort fibreux (22). Procédé (100) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que plusieurs fils conducteurs (27) entourés chacun d’une gaine isolante (28) sont superposés suivant une direction parallèle à une épaisseur totale (ET) de couche de matière comprenant la surépaisseur prédéterminée de matrice. Procédé (100) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fil conducteur (27) entouré d’une gaine isolante (28) présente un diamètre compris entre 0,05 mm et 2 mm. Procédé (100) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fil conducteur (27) est réalisé dans un matériau choisi parmi le cuivre, l’aluminium, le fer, l’argent, le nickel et leurs alliages.