Brevet FR3158767A1 — publié le 20250801

Vis à rupture détectable et procédés de détection et de fabrication associés Un aspect de l’invention concerne une vis (1) dont la rupture est détectable, qui comporte une tige (3) renfermant au moins une cavité (6) fermée, dans laquelle se trouve une substance (12) libre, différente de l’air, sous forme fluide, pulvérulente ou granulaire, par exemple un colorant ou de la limaille de fer. Un autre aspect de l’invention concerne un procédé de détection de la rupture d’une telle vis, dans lequel on détermine, visuellement ou avec un capteur, si de la substance est présente hors de la vis et on en déduit l’état de la vis. Un autre aspect de l’invention concerne un procédé de fabrication d’une telle vis par fabrication additive. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1 Vis à rupture détectable et procédés de détection et de fabrication associés DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION La présente invention concerne une vis dont on peut surveiller la rupture, ainsi qu’un ensemble de détection de la rupture de cette vis. La présente invention concerne également un procédé de détection de la rupture d’une telle vis, ainsi qu’un procédé de fabrication de cette vis. L’invention est principalement destinée au domaine aéronautique, mais peut également être utilisée dans tout autre domaine où l’état de vis difficilement accessibles ou non visibles doit être surveillé. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Dans de nombreux domaines technologiques où l’on utilise des systèmes mécaniques complexes et en particulier dans le domaine de l’aéronautique, la tenue de certaines vis est cruciale. En effet, la perte accidentelle d’une vis peut entrainer un évènement grave, par exemple une rupture plus importante amenant à la panne complète du système auquel appartient la vis, voire dangereux avec un risque de survenue d’accident si la vis est en lien avec une fonction ou une pièce dite « critique ». L’état de ces vis doit donc être surveillé, afin de détecter la perte éventuelle d’une vis et de réaliser une action appropriée si nécessaire. De telles vis nécessitant une surveillance sont très fréquentes en aéronautique et se retrouvent dans tous les systèmes mécaniques complexes très intégrés, notamment dans les moteurs (boite de réduction, roue libre…) ou dans les systèmes de transmission (en particulier pour les hélicoptères). De nombreuses applications aéronautiques dans lesquelles il est utile de surveiller une éventuelle rupture de vis peuvent être citées, notamment : les systèmes de transmission moteur et hélicoptère de type boite de transmission principale ou arrière, arbres de transmission, roue libre ; les turbopropulseurs avec boite de transmission/réduction ; ou encore les turboréacteurs à engrenages et leur système de transmission/réduction extrêmement intégré. Actuellement, cette surveillance se fait par une vérification visuelle de la présence ou de l’absence de ces vis, ou indirectement en essayant de repérer l’apparition de potentiels comportements induits comme des vibrations par exemple. Cependant, dans de nombreux cas, les vis à surveiller ne sont pas visibles ou sont situées dans des endroits difficilement accessibles. L’inspection visuelle de ces vis est peu aisée et nécessite un démontage préalable qui n’est réalisable que dans le cadre d’opérations de maintenance longues et spécifiques. L’organisation régulière de ces opérations de maintenance ajoute une charge de travail conséquente aux opérateurs et réduit le temps de disponibilité de la machine à contrôler, alors qu’il ne s’agit que d’opérations de précaution sans nécessité de remplacement de pièce la plupart du temps. Pour éviter cela, une autre possibilité respectant la règlementation consiste à multiplier le nombre de vis utilisées afin de garantir la tenue de la pièce même en cas de perte de vis, et ce pendant toute sa durée de vie. Cette redondance exige une conception plus complexe et engendre des coûts plus élevés, ainsi qu’une augmentation de masse et de volume qui est problématique notamment en aéronautique. Il n’existe donc pas, pour l’instant, de dispositif permettant la surveillance de l’état des vis, qui serait pratique, rapide et facile à mettre en œuvre, même dans le cas de vis cachées ou difficiles d’accès, et qui éviterait d’avoir à recourir à une redondance de ces vis. L’invention a pour but de répondre à ce besoin non satisfait. Pour cela, un premier aspect de l’invention enseigne une vis destinée à un ensemble propulsif aéronautique, comportant une tige, ladite tige renfermant au moins une cavité fermée dans laquelle se trouve une substance libre, différente de l’air, sous forme fluide, pulvérulente ou granulaire. Avantageusement, cette vis s’installe de façon conventionnelle en remplacement d’une vis pleine traditionnelle et assure les mêmes fonctions que celle-ci. Elles sont donc interchangeables et il n’est pas nécessaire de modifier les pièces ou la conception du système dans laquelle la vis doit être implantée. Un matériau de grade supérieur peut cependant être utilisé pour réaliser cette vis, afin d’obtenir des propriétés mécaniques au moins équivalentes à celle d’une vis pleine, dans le cas où la vis devrait subir des contraintes mécaniques importantes. La vis selon l’invention intègre avantageusement une fonction de surveillance de sa rupture. En effet, en cas de rupture de cette vis, la substance libre initialement présente dans sa ou ses cavités, se déverse hors de la cavité et se répand à l’extérieur de la vis où elle peut être détectée. Selon les modes de réalisation, cette détection peut se faire par un simple repérage visuel de la substance à l’extérieur de la vis, par exemple dans l’huile de lubrification, ou au moyen d’un capteur approprié. Grâce à cette capacité de libération d’une substance libre détectable, la rupture de la vis selon l’invention peut être détectée de façon simple, rapide et efficace, sans démontage préalable et même si la vis est cachée ou peu accessible. Une fois mise en place, l’état de cette vis peut être aisément surveillé, en continu au moyen de capteurs implantés en permanence dans la machine ou ponctuellement lors de contrôles de routine réguliers par exemple avant chaque utilisation de la machine. Aucun démontage, ni opération de maintenance complémentaire n’est nécessaire tant que la substance n’est pas détectée à l’extérieur de la vis. Et, c’est uniquement lorsque la substance est détectée qu’une opération de maintenance plus poussée, avec démontage et réparation, est planifiée. Ainsi, la charge de travail des opérateurs est diminuée et le temps de disponibilité de la machine augmenté. En outre, comme la rupture des vis selon l’invention peut être aisément surveillée, il n’est pas nécessaire de multiplier leur nombre par précaution. En évitant cette redondance, on conserve une conception optimisée du système auquel appartient la vis, en limitant la masse, le volume et le coût de l’ensemble. La cavité ou les cavités peuvent s’étendre sur une longueur de tige variable, adaptée au mode de rupture de la vis et dépendant de l’utilisation de la vis, cette longueur pouvant aller de quelques pourcents à plus de 90% de la longueur totale de la tige. Avantageusement, la cavité ou les cavités peuvent s’étendre ensemble sur au moins 70%, de préférence au moins 80% et encore plus préférentiellement au moins 90% de la longueur de la tige. Ainsi, quelle que soit la zone de la tige dans laquelle se produit la rupture, elle impacte une cavité qui se retrouve ouverte, permettant la libération de la substance à détecter. La fiabilité de la détection est ainsi améliorée. La substance peut occuper une partie variable de la cavité en fonction du type de moyen de détection et de la nature de la substance retenue. Avantageusement, la substance peut occuper au moins 50%, de préférence au moins 70% et encore plus préférentiellement au moins 80% du volume de la cavité. Chaque cavité est ainsi remplie par une grande quantité de substance, qui se déverse plus facilement et en grande quantité en cas de rupture de la vis. La substance, présente en quantité importante, est ainsi plus facilement détectée à l’extérieur de la vis. L’efficacité et la sensibilité de la détection en sont améliorées. Avantageusement, la substance peut être un colorant ou une poudre ferromagnétique, préférentiellement de la limaille de fer. Lorsque la substance est un colorant, elle peut être très facilement détectée par un simple contrôle visuel de l’opérateur, par exemple en contrôlant la couleur de l’huile de lubrification qui baigne le système. Dans le cas d’un aéronef, ce contrôle peut avantageusement se faire en même temps que la vérification visuelle journalière du niveau d’huile pré-vol. Lorsque la substance est une poudre ferromagnétique, par exemple de la limaille de fer, elle peut être détectée par le système conventionnel de détection de limaille de fer qui est habituellement présent dans le système de lubrification de la machine. Aucun capteur complémentaire n’est donc à rajouter. Avantageusement, la cavité peut comporter un orifice fermé par un bouchon. Un tel orifice permet avantageusement de remplir la cavité de substance, une fois la vis et la cavité réalisées (par exemple par un procédé d’usinage traditionnel). Lorsque le remplissage est terminé, cet orifice est préférentiellement refermé par un bouchon pour empêcher la substance de s’échapper. Alternativement, la ou les cavités peuvent ne pas comporter d’orifice. Dans ce cas, la ou les cavités sont avantageusement remplies simultanément à leur fabrication, de préférence par fabrication additive. Un deuxième aspect de l’invention concerne un ensemble de détection de rupture d’une vis qui comprend au moins une vis telle que décrite précédemment et un capteur de présence de ladite substance hors de la vis. Le capteur de présence est choisi en lien avec la nature de la substance à détecter. Ainsi par exemple, la substance peut être de la limaille de fer et le capteur de présence peut être un détecteur de présence de limaille de fer dans l’huile de lubrification. Un troisième aspect de l’invention concerne un procédé de détection de la rupture d’une vis telle que décrite précédemment, dans lequel on détermine, visuellement ou au moyen d’un capteur, si de la substance est présente à l’extérieur de la vis et on en déduit l’état de la vis. Un quatrième aspect de l’invention concerne un procédé de fabrication d’une vis telle que décrite précédemment dans lequel la tige et sa ou ses cavités sont fabriquées par fabrication additive. La fabrication additive permet avantageusement de construire simultanément la structure de la vis et sa ou ses cavités internes en une seule étape. La fabrication additive permet en outre d’obtenir des positionnements, des formes et/ou des tailles spécifiques pour les cavités qui ne peuvent pas être réalisés par un usinage conventionnel. Les cavités peuvent ainsi être avantageusement optimisées et adaptées en fonction du profil de travail prévisionnel de la vis. Avantageusement, lors de cette fabrication additive, on forme la tige et sa cavité en faisant fondre une poudre métallique et on forme simultanément la substance se trouvant dans ladite cavité en laissant de la poudre métallique non fondue ou partiellement agglomérée à l’emplacement de ladite cavité. On peut ainsi avantageusement fabriquer la vis et sa ou ses cavités directement remplies, en une seule étape de fabrication additive. Seule une dernière étape de retouche est ensuite nécessaire pour la création du filetage. En effet, lors de la fabrication additive, la tige de la vis avec sa cavité est directement réalisée en fusionnant la poudre métallique aux endroits appropriés. En revanche, la poudre est laissée libre et non fusionnée à l’emplacement du volume intérieur creux de la cavité. La cavité est ainsi directement remplie de poudre métallique, pouvant servir de substance détectable, pendant le processus de fabrication additive. La cavité peut ensuite être directement refermée en créant une paroi d’obturation par le processus de fabrication additive. La présence d’un bouchon peut ainsi être évitée. Optionnellement, la poudre métallique peut être partiellement agglomérée à l’emplacement du volume intérieur de ladite cavité, afin de former des petits amas de poudre fusionnée dans la cavité. De la limaille est ainsi directement formée par fabrication additive à l’intérieur de la cavité. Grâce à sa granulométrie plus importante, cette limaille est plus facile à détecter par un capteur, notamment un bouchon magnétique, qu’une poudre métallique fine. L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. FIG. 1 est une vue en coupe longitudinale d’un premier exemple de vis selon l’invention. FIG. 2 est une vue en coupe longitudinale d’un deuxième exemple de vis selon l’invention. FIG. 3 est une vue schématique d’un exemple d’ensemble de détection de rupture d’une vis selon l’invention, illustrant son fonctionnement lorsque la vis est intacte. FIG. 4 est une vue schématique de l’ensemble de détection de la FIG. 3 , illustrant son fonctionnement lorsque la vis est rompue. DESCRIPTION DETAILLEE Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique. Sur les figures 1 et 2, on a représenté deux exemples de vis 1 selon l’invention. Cette vis 1 comprend classiquement une tête 2 et une tige 3 de longueur L qui présente un filetage 4 externe au niveau de sa partie inférieure 5. Selon l’invention, la vis 1 comporte au moins une cavité 6 à l’intérieur de sa tige 3. Dans l’exemple de la FIG. 1 , la vis 1 comporte une unique cavité 6 qui s’étend longitudinalement sur toute la longueur L de la tige 3 et se poursuit au-delà dans une partie de la tête 2. Dans l’exemple de la FIG. 2 , la vis 1 comporte deux cavités 6a et 6b qui s’étendent longitudinalement dans le prolongement l’une de l’autre, sur sensiblement toute la longueur L de la tige 3, la cavité 6b se poursuivant même dans une partie de la tête 2. La tige 3 comporte une partie pleine 7 intercalée entre les deux cavités 6a et 6b qui renforce la solidité de l’ensemble. Cette partie pleine 7 peut avantageusement être prévue dans une zone de la vis où des contraintes plus importantes sont attendues en fonctionnement une fois la vis implantée. Le nombre, l’emplacement, la taille et la forme des cavités 6 peuvent avantageusement être adaptés au profil de travail prévisionnel de la vis 1 et peuvent donc être différents des exemples représentés. Chaque cavité 6 délimite une volume intérieur creux 8 qui est fermé par les parois 9 de la cavité et éventuellement par un bouchon 10 ou tout autre élément d’obturation analogue si nécessaire. En effet, une cavité 6 peut être prévue débouchante au niveau d’un orifice 11, situé par exemple dans la partie inférieure 5 de la vis 1 comme représenté sur la FIG. 1 , pour permettre la réalisation de la cavité 6 (par exemple par usinage ou moulage) et/ou son remplissage. Dans ce cas, l’orifice 11 est ensuite obturé par tout moyen approprié, notamment par soudage, comblement ou mise en place d’un élément d’obturation tel que le bouchon 10. Alternativement, la cavité 6 peut ne pas comporter d’orifice et être entièrement fermée par des parois 9 comme représenté sur la FIG. 2 . Une telle cavité peut avantageusement être réalisée et remplie par fabrication additive comme exposé précédemment. La cavité 6 renferme une substance 12, différente de l’air, qui est placée dans le volume intérieur creux 8. Cette substance 12 est libre, c’est-à-dire qu’elle n’est pas fixée ou liée aux parois 9 de la cavité 6, ni à une quelconque autre partie de la vis 1. Elle peut donc se déplacer librement par rapport à celles-ci. La substance 12 se trouve sous forme fluide, pulvérulente ou granulaire. On entend par granulaire, la juxtaposition d’une multitude de petits éléments solides distincts, également appelée « solide divisé » ou « en vrac », la géométrie de ces solides pouvant être quelconque. Il peut ainsi s'agir notamment de grains, de cristaux, de particules, de billes, de paillettes, d'aiguilles, de petits morceaux, d’agrégats, de copeaux, de limailles ou autres. La substance 12 peut donc être par exemple un liquide, un gaz différent de l’air, un gel, une poudre ou un ensemble d’éléments solides de petite taille, tels que les grains 13 représentés sur les figures. De préférence, il peut s’agir d’une limaille ferromagnétique, préférentiellement de limaille de fer. Selon un autre mode de réalisation préférentiel, il peut s’agir alternativement d’un colorant, par exemple sous forme liquide, en gel, en poudre ou en grains. Il peut également s’agir de tout autre type de substance facilement détectable, par exemple un réactif chimique adapté. Sur les figures 3 et 4, on a représenté un exemple d’ensemble de détection 14 de rupture d’une vis. L’ensemble de détection 14 représenté comprend une vis 1 correspondant à la variante de la FIG. 1 dont on souhaite surveiller l’état, ainsi qu’un capteur 15 de présence de la substance 12, situé à l’extérieur de la vis 1. La nature du capteur 15 est adaptée à celle de la substance 12 afin de pouvoir détecter la présence de la substance 12. Il permet ainsi de déterminer si la substance 12 est présente ou absente au niveau du capteur 15. Ainsi par exemple, lorsque la substance 12 est une limaille de type ferromagnétique (notamment de la limaille de fer), le capteur 15 est un capteur de présence de limaille ferromagnétique, par exemple de type bouchon magnétique ou détecteur bipolaire à deux ou quatre conducteurs. Ce capteur 15 est préférentiellement placé à proximité de la vis 1 ou peut être plus éloigné s’il est par exemple placé dans l’huile 16 du circuit de lubrification qui entoure la ou les vis 1 à surveiller. Avantageusement, ce capteur 15 peut alors être le capteur de limaille de fer déjà présent dans le circuit de lubrification. Le capteur 15 transmet l’information de présence ou d’absence de substance 12, par exemple sous la forme d’un signal électrique via des fils 17, à un dispositif de traitement du signal 18 qui interprète le signal reçu et déclenche une action adéquate. Alternativement, une transmission sans fil du signal peut être envisagée, par exemple au moyen d’ondes radios. Lorsque l’ensemble de détection 14 comporte plusieurs vis 1 à surveiller, plusieurs capteurs 15 peuvent être utilisés, par exemple un capteur 15 par vis 1 ou un capteur 15 par groupe de plusieurs vis 1 par exemple situées à proximité les unes des autres ou appartenant au même circuit de lubrification. Dans ce cas, en plus d’indiquer uniquement la survenue de la rupture d’une vis 1, l’ensemble de détection 14 peut donner une information sur la localisation de la vis 1 défectueuse. De préférence, un unique dispositif de traitement du signal 18 est utilisé pour recevoir et interpréter l’ensemble des signaux reçus des différents capteurs 15. Alternativement, un unique capteur 15 peut surveiller l’ensemble des vis 1. Dans ce cas, seule une information générale relative à la présence d’une vis défectueuse pourra être donnée. Le fonctionnement de cet ensemble de détection 14 découle des moyens décrits ci-dessus. Il a été illustré schématiquement sur les figures 3 et 4. Comme représenté sur la FIG. 3 , lorsque la vis 1 est intacte, la substance 12 est entièrement contenue dans la cavité 6 qui est fermée. Le capteur 15, placé dans l’huile 16 du circuit de lubrification entourant la vis 1, ne détecte pas de substance 12 dans l’huile 16 à l’extérieur de la vis 1. Cette information est transmise au dispositif de traitement du signal 18, via les fils 17, qui l’interprète comme une situation normale dans laquelle la vis est intacte. Comme illustré sur la FIG. 4 , en cas de rupture de la vis 1, une ouverture 19 se forme dans la paroi 9 de la cavité 6, libérant ainsi la substance 12 libre qui se déverse hors de la cavité 6 en passant à travers cette ouverture 19. La substance 12 se répand alors à l’extérieur de la vis 1 jusque dans l’huile 16 où elle est détectée par le capteur 15. Cette information est transmise au dispositif de traitement du signal 18, qui l’interprète comme une situation de rupture de la vis 1 et une action d’alerte est engagée. Selon les applications et la nature du système dans lequel ce dispositif est implanté, les actions d’alerte engagées peuvent être variées. Il peut s’agir par exemple de l’émission d’un signal lumineux ou sonore, de l’affichage d’un message d’alerte, de la programmation d’une opération de maintenance, du passage en fonctionnement dégradé de sécurité du système ou de toute autre action appropriée souhaitée par l’utilisateur. Selon un autre mode de réalisation, il n’est pas forcément nécessaire d’utiliser un dispositif de traitement du signal 18, la présence ou l’absence de substance 12 au niveau du capteur 15 pouvant être directement déterminée par une inspection du capteur 15, par exemple visuelle dans le cas d’un bouchon magnétique, menée par l’opérateur notamment lors d’un contrôle de routine ou d’une opération de maintenance ponctuelle. Selon encore d’autres modes de réalisation, la surveillance de la rupture de la vis 1 peut également se faire sans capteur 15, ni dispositif de traitement du signal 18. Par exemple, un contrôle de la qualité ou de la composition de l’huile 16 peut être réalisé par l’opérateur, lors d’un contrôle de routine ou d’une opération de maintenance ponctuelle, si la substance 12 est un réactif chimique. Ou encore, une simple inspection visuelle de la couleur de l’huile peut être réalisée par l’opérateur, si la substance 12 est un colorant. Cette inspection peut avantageusement être réalisée en même que les contrôles réguliers du niveau d’huile. Vis (1) destinée à un ensemble propulsif aéronautique comportant une tige (3), caractérisée en ce que ladite tige (3) renferme au moins une cavité (6) fermée dans laquelle se trouve une substance (12) libre, différente de l’air, sous forme fluide, pulvérulente ou granulaire. Vis (1) selon la revendication 1 caractérisée en ce que la ou les cavités (6) s’étendent ensemble sur au moins 70%, de préférence au moins 80% et encore plus préférentiellement au moins 90% de la longueur (L) de la tige (3). Vis (1) selon l’une des revendications précédentes caractérisée en ce que la substance (12) occupe au moins 50%, de préférence au moins 70% et encore plus préférentiellement au moins 80% du volume intérieur creux (8) de la cavité (6). Vis (1) selon l’une des revendications précédentes caractérisée en ce que la substance (12) est un colorant ou une poudre ferromagnétique, préférentiellement de la limaille de fer. Vis (1) selon l’une des revendications précédentes caractérisée en ce que la cavité (6) comporte un orifice (11) fermé par un bouchon (10). Ensemble de détection (14) de rupture d’une vis comprenant au moins une vis (1) selon l’une des revendications précédentes et un capteur (15) de présence de ladite substance (12) hors de la vis (1). Ensemble de détection (14) selon la revendication 6 caractérisé en ce que la substance (12) est de la limaille de fer et en ce que le capteur (15) de présence est un détecteur de présence de limaille de fer dans l’huile (16) de lubrification. Procédé de détection de la rupture d’une vis (1) selon l’une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu’on détermine, visuellement ou au moyen d’un capteur (15), si de la substance (12) est présente à l’extérieur de la vis (1) et on en déduit l’état de la vis (1). Procédé de fabrication d’une vis (1) selon l’une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la tige (3) et sa cavité (6) sont fabriquées par fabrication additive. Procédé de fabrication selon la revendication 9 caractérisé en ce que, lors de la fabrication additive, on forme la tige (3) et sa cavité (6) en faisant fondre une poudre métallique et on forme simultanément la substance (12) se trouvant dans ladite cavité (6) en laissant de la poudre métallique non fondue ou partiellement agglomérée à l’emplacement de ladite cavité (6).