Brevet FR3143093A1 — publié le 20240614

Une canalisation de fluide (1) pour conduire un fluide à une pression supérieure ou égale à 0,4 MPa, en particulier pour une application aéronautique, la canalisation de fluide (1) comportant un corps thermoplastique (2) comprenant au moins deux ouvertures principales (20) de communication de fluide, le corps thermoplastique (2) comportant une surface intérieure (2i) de guidage du fluide et une surface extérieure (2e) opposée à la surface intérieure (2i), et un revêtement (3) recouvrant entièrement la surface extérieure (2e) du corps thermoplastique (2), le revêtement (3) étant formé à partir d’une pluralité de couches de fibres de renfort (4) imprégnées de résine, les couches fibres de renfort (4) ayant été positionnées sur le corps thermoplastique (2) et consolidées sur ledit corps en thermoplastique (2). Figure de l’abrégé : Figure 2 Canalisation pour conduire un fluide, circuit de fluide et procédé associés La présente invention concerne le domaine de la réalisation d’un circuit de fluide, en particulier, pour alimenter une pluralité d’équipements avec un fluide à haute pression, par exemple, des piles à combustible. Afin de générer une puissance électrique importante, il a été proposé d’utiliser une pluralité de piles à combustible en parallèle. A cet effet, il est nécessaire de prévoir un collecteur de fluide comportant une entrée d’air reliée à un compresseur d’air et une pluralité de sorties d’air reliées aux piles à combustible afin de les alimenter. Le collecteur de fluide doit posséder une résistance mécanique importante pour fournir à chaque sortie d’air un flux d’air à haute pression. Le collecteur de fluide doit supporter une pression interne maximale au moins égale à 0,4 Mpa, de préférence, 0,43 Mpa (4,3 bar). De manière connue, pour supporter des efforts mécaniques importants, le collecteur de fluide est réalisé en métal. Le collecteur métallique comporte traditionnellement un corps métallique comprenant des ouvertures de fluide équipées de platines de fixation afin de relier de manière pratique le collecteur de fluide à un compresseur d’air ou à une pile à combustible. Une telle pièce métallique est lourde, complexe et onéreuse à réaliser étant donné qu’il est nécessaire de fabriquer préalablement un moule spécifique pour obtenir le collecteur de fluide désiré. Dans une phase de recherche et développement, la définition d’un collecteur de fluide peut évoluer rapidement et il est souhaitable de réaliser de nombreux prototypes, ce qui n’est pas possible lorsque le collecteur de fluide doit être réalisé en métal. Afin d’éliminer cet inconvénient, il a été proposé de réaliser un collecteur de fluide par impression 3D en matière plastique mais celui-ci ne possède pas une résistance suffisante à la pression. Une solution serait d’augmenter l’épaisseur du matériau plastique mais cela n’est pas possible avec des équipements de fabrication traditionnels. Une fabrication par impression 3D en matière métallique n’est également pas adaptée. Un tel procédé de fabrication ne permet pas de réaliser des pièces de grandes dimensions et possède un coût important. L’invention vise ainsi à éliminer au moins certains de ces inconvénients en proposant une canalisation de fluide à haute pression qui peut être fabriquée de manière pratique avec une grande liberté de conception lors d’une phase de prototypage. Bien que l’invention soit née à l’origine pour fabriquer un collecteur de fluide pour alimenter des piles à combustible avec un flux d’air à haute pression, l’invention vise à fabriquer une canalisation pour la circulation de tout fluide à haute pression. PRESENTATION DE L’INVENTION L’invention concerne une canalisation de fluide pour conduire un fluide à une pression supérieure ou égale à 0,4 MPa, en particulier pour une application aéronautique, la canalisation de fluide comportant : Un corps thermoplastique comprenant au moins deux ouvertures principales de communication de fluide, le corps thermoplastique comportant une surface intérieure de guidage du fluide et une surface extérieure opposée à la surface intérieure, et Un revêtement recouvrant entièrement la surface extérieure du corps thermoplastique, le revêtement étant formé à partir d’une pluralité de couches de fibres de renfort imprégnées de résine, les couches fibres de renfort ayant été positionnées sur le corps thermoplastique et consolidées sur ledit corps en thermoplastique. De manière avantageuse, le corps thermoplastique est réalisé de manière rapide en matière thermoplastique. Le revêtement permet de renforcer, à la manière d’une armure, le corps thermoplastique afin de conférer à la canalisation de fluide une résistance mécanique élevée. De manière avantageuse, le revêtement est consolidé directement sur le corps thermoplastique, ce qui permet de réaliser un revêtement sur mesure. Selon un aspect, le corps thermoplastique comprend au moins une ouverture auxiliaire configuré pour recevoir au moins une sonde de mesure d’un paramètre du fluide circulant dans la canalisation de fluide. Cela permet avantageusement de prévoir, dès la conception du corps thermoplastique, la localisation de l’ouverture auxiliaire. Selon un aspect, le corps thermoplastique est réalisé en impression 3D de manière à offrir une liberté de conception élevée, ce qui est idéal lors d’une phase de prototypage. Selon un aspect, le corps thermoplastique est réalisé en un matériau polyétherimide thermoplastique amorphe. Un tel matériau offre une résistance mécanique élevée et n’est pas affectée thermiquement par la phase de consolidation du revêtement. De préférence, le matériau du corps thermoplastique a une température de fusion supérieure à 120°C, de préférence supérieure à 150°C, de préférence supérieure à 180°C. Selon un aspect, un tube de liaison monté dans chaque ouverture principale. Cela permet de faciliter le montage d’interface au niveau de chaque ouverture principale. Selon un aspect, le tube de liaison est en carbone. Selon un aspect, une platine de fixation est solidarisée au tube de liaison. Selon un aspect, le tube de liaison est solidarisé au corps thermoplastique par collage, ce qui permet une mise en œuvre pratique et rapide. Selon un aspect, le tube de liaison étant monté dans le corps thermoplastique selon une zone d’interface, le revêtement recouvre la zone d’interface. La zone d’interface est avantageusement renforcée, ce qui limite l’apparition d’une faiblesse mécanique. Selon un aspect, le revêtement recouvre le tube de liaison sur une longueur supérieure à 2cm. L’invention concerne également un circuit de fluide comprenant une pluralité de canalisations de fluide, telles que présentées précédemment, qui sont reliées ensemble. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une canalisation de fluide pour conduire un fluide à une pression supérieure ou égale à 0,4 MPa, en particulier pour une application aéronautique, le procédé comprenant des étapes consistant à : Réaliser un corps thermoplastique comprenant au moins deux ouvertures principales de communication de fluide, le corps thermoplastique comportant une surface intérieure de guidage du fluide et une surface extérieure opposée à la surface intérieure, Recouvrir entièrement la surface extérieure du corps thermoplastique avec un revêtement non-consolidé comprenant une pluralité de couches de fibres de renfort imprégnées de résine non-consolidée, et Consolider la résine afin de rigidifier le revêtement sur le corps thermoplastique. Selon un aspect, le procédé comprend une étape consistant à solidariser un tube de liaison à chaque ouverture principale du corps thermoplastique selon une zone d’interface. Selon un aspect, le procédé comprend une étape consistant à recouvrir entièrement la surface extérieure du corps thermoplastique et la zone d’interface avec le revêtement. 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 d’un circuit de fluide reliant un compresseur d’air à une pluralité de piles à combustible pour les alimenter. La est une représentation schématique d’une canalisation de fluide selon une forme de réalisation de l’invention. La est une représentation schématique d’un corps thermoplastique d’une canalisation de fluide. La est une représentation schématique du corps thermoplastique avec des tubes de liaison solidarisés au niveau de ses ouvertures principales. La est une représentation schématique du corps thermoplastique de la recouvert d’un revêtement non-consolidé. La est une représentation schématique du recouvrement d’une zone d’interface entre le corps thermoplastique et un tube de liaison avec le revêtement non-consolidé. La est une représentation schématique de la consolidation de la canalisation de fluide non-consolidée. La est une représentation schématique de la canalisation de fluide après consolidation. La est une représentation schématique de la solidarisation d’une platine de fixation à un tube de liaison de la canalisation de fluide. 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. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION L’invention va être présentée en référence à la pour un système de génération électrique pour un aéronef comprenant une pluralité de piles à combustible P1-P4 et un collecteur de fluide configuré pour alimenter les piles à combustible P1-P4 avec un flux d’air à haute pression issu d’un compresseur d’air COMP. Comme illustré à la , le collecteur de fluide (circuit de fluide) comporte une pluralité de canalisations de fluide 1 qui sont reliées ensemble afin de connecter fluidiquement une entrée de fluide, montée au compresseur d’air COMP, à une pluralité de sorties de fluide montées aux piles à combustible P1-P4. Il va de soi que le circuit de fluide pourrait comprendre un nombre différent d’entrées/sorties de fluide. L’invention s’applique à tout circuit de fluide comportant au moins une canalisation de fluide 1 configurée pour conduire un fluide à une pression supérieure à 0,2 MPa. En pratique, chaque canalisation de fluide 1 doit supporter une pression interne maximale au moins égale à 0,4 Mpa (4 bar), de préférence, 0,43 Mpa (4,3 bar). Par la suite, le fluide est un flux d’air mais il va de soi que tout autre fluide gazeux ou liquide pourrait convenir. En référence à la représentant une canalisation de fluide 1 prête à l’emploi, chaque canalisation de fluide 1 comporte un corps thermoplastique 2 comprenant au moins deux ouvertures principales 20 de communication de fluide. Dans cet exemple, la canalisation de fluide 1 possède une forme en T ou de Y et comporte trois ouvertures principales 20, à savoir, une entrée et deux sorties. Comme cela sera présenté par la suite, la canalisation de fluide 1 comporte des tubes de liaison 4 solidarisés aux ouvertures principales 20 du corps thermoplastique 2 et un revêtement 3 recouvrant le corps thermoplastique 2. Dans cet exemple, une platine de fixation 5 est en outre solidarisée à chaque tube de liaison 4. En référence à la représentant le corps thermoplastique 2 seul, le corps thermoplastique 2 comporte une surface intérieure 2i de guidage du fluide et une surface extérieure 2e opposée à la surface intérieure 2i (voir également ). Selon un aspect préféré, le corps thermoplastique 2 est réalisé en impression 3D. Cela est particulièrement adapté pour du prototypage rapide, l’impression 3D alliant une liberté de conception et une rapidité de fabrication. Dans cet exemple, le corps thermoplastique 2 possède une forme en T ou de Y définissant plusieurs branches dont la section, la longueur et l’orientation peuvent être déterminées selon les souhaits du concepteur. De manière avantageuse, en référence à la , le corps thermoplastique 2 comprend au moins une ouverture auxiliaire 21 configurée pour recevoir au moins une sonde de mesure d’un paramètre du fluide circulant dans la canalisation de fluide 1. A titre d’exemple, des ouvertures auxiliaires 21 peuvent être formées pour recevoir une sonde de température, de pression, d’humidité, etc. Une fabrication par impression 3D offre une grande liberté pour le positionnement des ouvertures auxiliaires 21 et, par conséquence, pour le positionnement des sondes. Cela permet lors d’une phase de prototypage d’obtenir une mesure d’un paramètre de fluide à un endroit précis de la canalisation de fluide 1. Dans cet exemple, en référence à la , le corps thermoplastique 2 comprend deux ouvertures auxiliaires 21 de manière à recevoir deux sondes. A titre d’illustration, il est représenté à la le montage de deux sondes S1, S2 dans la canalisation de fluide 1 qui sont reliées à un calculateur CAL afin de connaître les paramètres du fluide circulant dans la canalisation de fluide 1. Selon un aspect, le corps thermoplastique 2 est réalisé en un matériau plastique comprenant un polyétherimide thermoplastique amorphe appelé également PEI. Un tel matériau plastique permet, d’une part, une impression 3D avec un matériel traditionnel et, d’autre part, une résistance thermique interdisant toute déformation en dessous d’une température de 120°C ou en dessous de 180°C suivant la matière utilisée comme cela sera présenté par la suite. De manière avantageuse, une telle résistance thermique permet de consolider une résine thermoplastique sans risque de déformation mécanique. De manière préférée, le corps thermoplastique 2 est réalisé en ULTEM®, en particulier, en ULTEM® 9085 ayant une température de fusion supérieure à 120°C (de préférence supérieure à 150°C, en particulier, égale à 153°C) ou en ULTEM 1010® ayant une température de fusion supérieure à 180°C (de préférence supérieure à 210°C, en particulier, égale à 216°C). De préférence, le corps thermoplastique 2 est réalisé par impression 3D avec du fil thermoplastique ayant un diamètre de l’ordre de 0,3mm. De manière préférée, le corps thermoplastique 2 est formé par impression circulaire d’une première épaisseur dite de « peau », d’une deuxième épaisseur dite de « remplissage » ou « grillagée » qui est plus aérée et d’une troisième épaisseur dite de « peau ». De préférence, le corps thermoplastique 2 possède une épaisseur comprise entre 0,9mm et 10mm. Dans cet exemple, en référence à la , la canalisation de fluide 1 comprend un tube de liaison 4 monté dans chaque ouverture principale 20 de manière à permettre l’assemblage d’une canalisation de fluide 1 à une autre canalisation de fluide 1 ou à un équipement, par exemple, un compresseur d’air COMP ou une pile à combustible P1-P4. L’utilisation d’une interface permet de réaliser une liaison traditionnelle avec un équipement sans nécessiter de modifier l’interface propre de l’équipement. Cela est avantageux dans un contexte de prototypage rapide. Comme cela est présenté à la , afin de permettre une liaison traditionnelle, une platine de fixation 5 est solidarisée au tube de liaison 4. De préférence, la platine de fixation 5 est réalisée en métal. Dans cet exemple, chaque tube de liaison 4 est en carbone afin d’allier une résistance mécanique et une masse réduite. Selon un aspect, le tube de liaison 4 est solidarisé au corps thermoplastique 2 par collage. Une telle solidarisation est rapide et robuste. Comme illustré à la , le tube de liaison 4 est monté dans le corps thermoplastique 2 selon une zone d’interface ZI. Comme illustré à la , le tube de liaison 4 comporte une surface intérieure 4i de guidage du fluide et une surface extérieure 4e opposée à la surface intérieure 4i. Le tube de liaison 4 est emboité dans le corps thermoplastique 2. En référence à la , la canalisation de fluide non-consolidée 1’ comprend un revêtement non-consolidé 3’ recouvrant entièrement la surface extérieure 2e du corps thermoplastique 2. Le revêtement non-consolidé 3’ est formé à partir d’une pluralité couches de fibres de renfort imprégnées de résine. Les couches de fibres de renfort sont flexibles et positionnées sur le corps thermoplastique 2 afin d’épouser la forme du corps thermoplastique 2. Dans cet exemple, les couches de fibres de renfort comportent des fibres de renfort en carbone, en verre ou analogue. Dans cet exemple, la résine est thermodurcissable, par exemple, du type epoxy. Comme illustré aux figures 5 et 6, le revêtement non-consolidé 3’ recouvre la zone d’interface ZI définie entre le tube de liaison 4 et le corps thermoplastique 2. Un tel recouvrement permet d’améliorer la résistance mécanique au niveau de la zone d’interface ZI lors du passage d’un fluide haute pression. De préférence, le revêtement non-consolidé 3’ recouvre le tube de liaison 4 sur une longueur L3 supérieure à 2cm. Afin de permettre une adhésion optimale des couches de fibres de renfort, de la colle est déposée entre le tube de liaison 4 et les couches de fibres de renfort du revêtement non-consolidé 3’ sur la longueur L3. Comme illustré à la , le revêtement non-consolidé 3’ est consolidé sur ledit corps en thermoplastique 2, c’est-à-dire, chauffé et comprimé. Dans cet exemple, la canalisation de fluide non-consolidée 1’ est mise dans une enceinte 7, par exemple une enveloppe plastique, dans laquelle on applique un chauffage et une dépression sous-vide afin de consolider les couches de fibres de renfort imprégnées de résine du revêtement non-consolidé 3’. Un procédé de consolidation par autoclave est par exemple adapté. De manière avantageuse, la consolidation est réalisée à une température de consolidation qui est inférieure à la température de fusion du corps thermoplastique 2. De manière préférée, la température de consolidation de la résine est comprise entre 90°C et 120°C. Ainsi, un corps thermoplastique 2 ayant une température de fusion thermique interdisant toute déformation en dessous d’une température de 120°C ou en dessous de 180° permet de réaliser une consolidation optimale. Après consolidation, en référence à la , on obtient une canalisation de fluide 1 (consolidée) comprenant un revêtement 3 (consolidé) permettant de former une armure sur le corps thermoplastique 2 qui vient augmenter sa résistance mécanique afin d’obtenir une résistance mécanique analogue à celle d’une pièce métallique. De manière avantageuse, le corps thermoplastique 2 remplit une fonction de support pour les couches de fibres de renfort lors de leur consolidation, ce qui permet de former un revêtement 3 « sur mesure » sur le corps thermoplastique 2. Avant consolidation, les couches de fibres de renfort sont malléables et peuvent épouser la forme du corps thermoplastique 2. Cela est d’autant plus avantageux que le corps thermoplastique 2 peut être conçu librement, en particulier, par impression 3D. De manière préférée, le revêtement 3 possède une épaisseur comprise entre 1,5mm et 2mm. Selon un aspect, le revêtement 3 possède une épaisseur formée par 5 à 7 plis. Un tel revêtement 3 permet de former une canalisation de fluide 1 configurée pour résister à une pression interne au moins égale à 0,4Mpa, de préférence, 0,43Mpa. En référence à la , une platine de fixation 5 est ensuite solidarisée à chaque extrémité libre du tube de liaison 4, en particulier, par des organes de solidarisation 6 tels que des boulons. De manière préférée, les organes de solidarisation 6 de la platine de fixation sont enrobés avec un mastic d’étanchéité afin d’assurer un haut degré d’étanchéité et de limiter la corrosion. De préférence, la zone de jonction entre la platine de fixation 5 et le tube de liaison 4 est également enrobée d’un mastic d’étanchéité. De manière optionnelle, un élément de limitation de la corrosion galvanique peut être également utilisé, par exemple, un tissu de verre. En pratique, les ouvertures auxiliaires 21 formées dans le corps thermoplastique 2 sont recouvertes par le revêtement 3. Après polymérisation du revêtement 3, un opérateur retire localement le revêtement 3 au niveau des ouvertures auxiliaires 21 pour les découvrir et permettre le montage de sondes. De manière préférée, le revêtement 3 est usiné pour découvrir les ouvertures auxiliaires 21. Grâce au procédé de fabrication selon l’invention, on obtient avantageusement une canalisation de fluide 1 ayant la forme et la résistance mécanique désirée en un temps réduit. Comme illustré à la , plusieurs canalisations de fluide 1 peuvent être associées ensemble de manière pratique pour former un collecteur de fluide. L’utilisation de platines de fixation 5 permet un assemblage pratique au collecteur d’air COMP et aux piles à combustible P1-P4. La présence d’ouvertures auxiliaires 21, formées directement dans le corps thermoplastique 2, permet d’éviter de réaliser des usinages pouvant dégrader la résistance mécanique. On peut ainsi mesurer de manière pratique les propriétés du fluide circulant dans la canalisation de fluide 1. Un nouveau prototype d’une canalisation peut être réalisé de manière rapide pour modifier la forme de la canalisation de fluide mais également le nombre et la position des ouvertures auxiliaires 21. Lors de son utilisation, chaque canalisation de fluide 1 peut guider un flux d’air chaud ayant une température de l’ordre de 90°C et une pression maximale comprise entre 0,2 MPa et 0,43 MPA (entre 2 et 4,3 bars). Chaque canalisation de fluide 1 doit supporter une pression interne maximale au moins égale à 0,43 Mpa (4,3 bar). La canalisation de fluide 1 est optimisée et possède une grande étanchéité pour un encombrement réduit. Lors du prototypage, une nouvelle canalisation de fluide 1 peut être réalisée de manière rapide, ce qui permet d’obtenir un retour d’expérience rapide. Canalisation de fluide (1) pour conduire un fluide à une pression supérieure ou égale à 0,4 MPa, en particulier pour une application aéronautique, la canalisation de fluide (1) comportant : Un corps thermoplastique (2) comprenant au moins deux ouvertures principales (20) de communication de fluide, le corps thermoplastique (2) comportant une surface intérieure (2i) de guidage du fluide et une surface extérieure (2e) opposée à la surface intérieure (2i), et Un revêtement (3) recouvrant entièrement la surface extérieure (2e) du corps thermoplastique (2), le revêtement (3) étant formé à partir d’une pluralité de couches de fibres de renfort (4) imprégnées de résine, les couches fibres de renfort (4) ayant été positionnées sur le corps thermoplastique (2) et consolidées sur ledit corps en thermoplastique (2). Canalisation (1) selon la revendication 1, dans laquelle le corps thermoplastique (2) comprend au moins une ouverture auxiliaire (21) configuré pour recevoir au moins une sonde de mesure (S1, S2) d’un paramètre du fluide circulant dans la canalisation de fluide (1). Canalisation (1) selon l’une des revendications 1 à 2, dans laquelle le corps thermoplastique (2) est réalisé en impression 3D. Canalisation (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle le corps thermoplastique (2) est réalisé en un matériau polyétherimide thermoplastique amorphe. Canalisation (1) selon l’une des revendications 1 à 4, comprenant un tube de liaison (4) monté dans chaque ouverture principale (20). Canalisation (1) selon la revendication 5, dans laquelle le tube de liaison (4) est en carbone. Canalisation (1) selon l’une des revendications 5 à 6, dans laquelle le tube de liaison (4) est solidarisé au corps thermoplastique (2) par collage. Canalisation (1) selon l’une des revendications 5 à 7, dans laquelle le tube de liaison (4) étant monté dans le corps thermoplastique (2) selon une zone d’interface (ZI), le revêtement (3) recouvre la zone d’interface (ZI). Canalisation (1) selon la revendication 8, dans laquelle le revêtement (3) recouvre le tube de liaison (4) sur une longueur (L3) supérieure à 2cm. Canalisation (1) selon l’une des revendications 5 à 9, dans laquelle une platine de fixation (5) est solidarisée au tube de liaison (4). Circuit de fluide comprenant une pluralité de canalisations de fluide (1) selon l’une des revendications 1 à 10 qui sont reliées ensemble. Procédé de fabrication d’une canalisation de fluide (1) pour conduire un fluide à une pression supérieure ou égale à 0,4 MPa, en particulier pour une application aéronautique, le procédé comprenant des étapes consistant à : Réaliser un corps thermoplastique (2) comprenant au moins deux ouvertures principales (20) de communication de fluide, le corps thermoplastique (2) comportant une surface intérieure (2i) de guidage du fluide et une surface extérieure (2e) opposée à la surface intérieure (2i), Recouvrir entièrement la surface extérieure (2e) du corps thermoplastique (2) avec un revêtement (3’) non-consolidé comprenant une pluralité de couches de fibres de renfort imprégnées de résine non-consolidée, et Consolider la résine afin de rigidifier le revêtement (3) sur le corps thermoplastique (2). Procédé selon la revendication 12, comprenant une étape consistant à solidariser un tube de liaison (4) à chaque ouverture principale (20) du corps thermoplastique (2) selon une zone d’interface (ZI). Procédé selon la revendication 13, comprenant une étape consistant à recouvrir entièrement la surface extérieure (2e) du corps thermoplastique (2) et la zone d’interface (ZI) avec le revêtement (3).