Brevet FR3162669A1 — publié le 20251205

Procédé de fabrication d’une pièce composite de turbomachine, le procédé comprenant les étapes suivantes : - fourniture d’au moins une bobine de torons (30) de fibres, lesdits torons (30) comprenant des fibres (31) d’au moins un premier type de fibres, - tissage d’une préforme de la pièce à partir desdits torons (30), - insertion de la préforme dans un moule, - injection dans le moule d’un précurseur d’une matrice de la pièce et durcissement du précurseur pour former une matrice noyant la préforme, et - obtention de la pièce composite, Chaque toron (30) de fibres comprend également des fibres (32) d’un deuxième type de fibres, lesdites fibres (32) du deuxième type de fibres étant disposées radialement au centre du toron (30) et étant entièrement entourées radialement par les fibres (31) du premier type. Figure à publier avec l’abrégé : 5 Procédé de fabrication d’une pièce composite Domaine technique de l’invention L’invention concerne un procédé de fabrication d’une pièce composite. La pièce fait par exemple partie d’un aéronef, et plus précisément d’une turbomachine, comme une partie d’un carter de soufflante, une partie d’une structure d’aubages fixes, ou notamment une aube de soufflante. Etat de la technique antérieure Il est connu d’inspecter les pièces mécaniques structurelles par des méthodes de tomographie, par exemple radiographique ou acoustique, afin de détecter la présence d’éventuels défauts en surface et à l’intérieur de la pièce ou bien de vérifier la forme et/ou le positionnement de parties et structures internes non observables directement. Ces méthodes sont fiables, non-invasives et permettent d’inspecter l’intérieur des pièces, ce qui permet de statuer rapidement sur l’état de la pièce et décider de sa potentielle remise en fonctionnement ou son remplacement. Une mesure tomographique consiste en un balayage d’un objet observé, ici une pièce mécanique, au moyen d’un faisceaux d’ondes, et en une mesure du faisceau transmis dans toutes les directions afin de reconstituer une image tridimensionnelle de l’objet. Un tel examen est représenté à la FIG. 1 , et met en œuvre un dispositif de tomographie 1, pour l’inspection d’une pièce 20. Le dispositif de tomographie 1 comprend au moins un dispositif d’émission 3, configuré pour émettre un faisceau incident 5 d’impulsions d’ondes en direction de la pièce 20, par exemple des ondes radiofréquence, des rayons X ou encore des ondes acoustiques, et un moins un récepteur 7 aptes à capter un faisceau transmis 9 d’ondes, agencés de part et d’autre de la pièce 20. La pièce 20 est généralement montée sur un support 11 rotatif autour d’un axe A, afin d’être observée sous toutes les directions pendant la mesure tomographique. Les ondes traversent la pièce 20, et le faisceau transmis 9 issu de la pièce 20 est capté par le récepteur 7. La distribution d’intensité du faisceau transmis 9 obtenue est convertie en une image bidimensionnelle en niveaux de gris de la pièce 20 par le dispositif de traitement 13. La pièce 20 est mise en rotation au moyen du support 11, et des images bidimensionnelles de la pièce 20 sont acquise sous toutes les directions. Une image tridimensionnelle en niveaux de gris, ou image tomographique, peut alors être reconstituée par traitement numérique à partir des images bidimensionnelles obtenues sous toutes les directions d’observation, ladite image tomographique comprenant une pluralité de voxels présentant chacun un niveau de gris respectif, représentatif de la densité d’absorption du matériau en ce point. Dans le cas présent, la pièce 20 observée par tomographie est d’un matériau composite qui comprend plusieurs phases distinctes comprenant des matériaux différents, représenté sur la FIG. 2 . Une telle pièce fait par exemple partie d’un aéronef, et plus précisément d’une turbomachine, comme une partie d’un carter de soufflante, une partie d’une structure d’aubages fixes, ou notamment une aube de soufflante. Un tel matériau composite comprend des fibres enroulées entre elles pour former des torons, généralement fournis sur des bobines. Lesdits torons sont tissés dans un ou plusieurs plans de tissage, selon un motif bidimensionnel, comme représenté sur la FIG. 2 , avec des torons de trame 22 s’étendant selon une direction de trame X et des torons de chaine 21 s’étendant selon une direction de chaîne Y. Alternativement, le tissage peut être tridimensionnel, avec des torons s’étendant selon une troisième direction, par exemple selon une direction d’épaisseur Z. Le tissage est effectué sur un métier à tisser sur lequel sont montées les bobines de torons, de manière à former une préforme fibreuse de la pièce à réaliser. La préforme est ensuite placée dans un moule et noyée dans un précurseur qui est solidifié dans le moule pour former une matrice solide 23 autour de la préforme. Les fibres formant les torons 21, 22 peuvent être des fibres de carbone, de verre, en polymère synthétique, ou un mélange de plusieurs types de fibres. La matrice 23 comprend par exemple un ou plusieurs polymères et/ou résines, qui se solidifient autour du tissage pour former la pièce composite 20. L’inspection d’une telle pièce composite par tomographie aux rayons X est particulièrement pertinente, puisqu’elle permet de contrôler la qualité et la régularité du tissage des torons, ainsi que de contrôler le bon positionnement de la préforme dans la structure de la pièce pour une contribution optimale aux propriétés mécaniques. Un tel contrôle peut être effectué pendant la fabrication pour améliorer le procédé, et après la fabrication pour contrôler la qualité des pièces obtenues. Afin d’améliorer le contraste des images de tomographie et ainsi de faciliter la détectabilité des torons de la préforme dans l’image tomographique, il est connu d’ajouter des traceurs dans certains des torons, c’est-à-dire des fibres de contraste d’une composition différente du reste du toron et qui offrent un contraste maximal en tomographie par rapport aux autres fibres et à la matrice, formant ainsi des torons traceurs facilement détectables et dont la disposition peut être suivie avec plus de précision. Ces torons traceurs sont disposés à des emplacements spécifiques dans le tissage, déterminés afin de visualiser précisément la position de la préforme. Cela est particulièrement pertinent dans les cas où les composants de la pièce n’offrent pas naturellement un contraste élevé, comme cela peut être le cas des fibres de carbones dans des matrices en polymères ou en résine. Ces procédés peuvent encore être améliorés. En effet, comme représenté sur la FIG. 3 , les torons traceurs 24 sont réalisés par co-enroulement d’un faisceau de fibres standard 25 et des fibres de contraste 26 lors de la formation du toron traceur 24, de sorte que dans chaque toron traceur 24, les fibres de contraste 26 sont agencées en spirale dans le toron. Un tel enroulement implique une signature intermittente lorsque le toron traceur est observé selon une direction transverse, qui complique la détection précise de la position du toron traceur, notamment lors d’une analyse d’image tridimensionnelle automatique. De plus, il est commun d’employer des torons de tailles différentes dans la préforme, généralement référencés en fonction du nombre de fibres dans chaque toron, dont les emplacements doivent être respectés pour avoir de bonnes performances. De telles différences de tailles des torons complique encore la détection des torons traceurs, et les torons traceurs ne permettent pas de différencier facilement entre les différentes tailles de toron pour l’analyse du tissage et de la pièce en globalité. Présentation de l’invention L’invention vise à remédier à ces inconvénients, en proposant une méthode de fabrication de pièces composites permettant une analyse tomographique précise et fiable du tissage de torons de la préforme ainsi que du positionnement de la préforme dans la pièce finie. A cet effet, l’invention a pour objet procédé de fabrication d’une pièce composite de turbomachine, le procédé comprenant les étapes suivantes : - fourniture d’au moins une bobine de torons de fibres, lesdits torons comprenant des fibres d’au moins un premier type de fibres, - tissage d’une préforme de la pièce à partir desdits torons, - insertion de la préforme dans un moule, - injection dans le moule d’un précurseur d’une matrice de la pièce et durcissement du précurseur pour former une matrice noyant la préforme, et - obtention de la pièce composite, caractérisé en ce que chaque toron de fibres comprend également des fibres d’un deuxième type de fibres, lesdites fibres du deuxième type de fibres étant disposées radialement au centre du toron et étant entièrement entourées radialement par les fibres du premier type. Un tel procédé permet d’obtenir une pièce composite dans laquelle la position de chacun des torons peut être visualisée par tomographie avec un contraste amélioré et ainsi de déterminer la position des torons et la qualité du tissage de manière fiable et précise. De plus, l’arrangement de fibres du deuxième type au centre du toron permet d’avoir une signature du toron correspondant localement précisément à sa direction. Chaque toron de fibres peut comprendre une quantité de fibres du deuxième type qui dépend de la quantité totale de fibres dans le toron. Une telle caractéristique permet d’identifier la nature et la taille de chaque toron sur l’image tomographique grâce à l’intensité de sa signature. La quantité de fibres du deuxième type dans chaque toron peut dépendre linéairement de la quantité totale de fibres dans le toron. Une telle caractéristique permet de différencier entre plusieurs catégories de tailles de torons, tout en maintenant une influence constante entre les différentes catégories des types de fibres dans les torons. La quantité de fibres du deuxième type dans chaque toron peut dépendre d’une dimension caractéristique de la pièce et/ou d’un volume caractéristique de la pièce. Une telle caractéristique permet d’avoir une quantité de fibres dans chaque toron qui assure un contraste suffisant de l’image et permet la détection desdites fibres, en fonction de la taille totale de l’image. La quantité de fibres du deuxième type peut également être déterminée en fonction des caractéristiques de l’imageur. La dimension caractéristique est par exemple une plus grande longueur de la pièce, mesurée selon n’importe quelle direction. Alternativement, la dimension caractéristique peut être une épaisseur transverse de la pièce, mesurée perpendiculairement à un plan d’étendue locale de la pièce. Le volume caractéristique de la pièce peut être un volume d’ensemble total de la pièce, c’est-à-dire un volume occupé par la pièce dans l’espace. Alternativement, le volume caractéristique de la pièce peut être un volume total de solide dans la pièce. Le procédé peut comprendre en outre, après l’obtention de la pièce composite, une étape d’acquisition d’au moins une image tridimensionnelle de ladite pièce composite au moyen d’un dispositif de tomographie et une étape de contrôle des positions des torons dans la pièce composite par visualisation des fibres du deuxième type dans ladite au moins une image tridimensionnelle. Une telle caractéristique permet de contrôler la qualité du tissage et les positions des torons dans la pièce après sa fabrication. Les fibres du premier type peuvent être des fibres de carbone ou des fibres comprenant au moins un polymère organique synthétique, et les fibres du deuxième type peuvent être des fibres de verre. Une telle caractéristique permet d’avoir un contraste important entre les fibres du deuxième type d’une part et les fibres du premier type et la matrice d’autre part, en tomographie aux rayons X. L’invention concerne également une pièce composite de turbomachine obtenue suivant un procédé comme plus haut, comprenant des torons de fibres noyés dans une matrice, dans laquelle des fibres du deuxième type sont disposées radialement au centre de chaque toron et entourées radialement par des fibres du premier type. La pièce peut être au moins une partie d’une aube de turbomachine, notamment d’une aube de soufflante. Brève description des figures FIG. 1 la FIG. 1 est une vue schématique de côté d’un dispositif de tomographie au cours de l’inspection d’une pièce mécanique, FIG. 2 la FIG. 2 est une vue schématique de détail d’une pièce en matériau composite tissé, FIG. 3 la FIG. 3 est une vue schématique d’un toron traceur d’une pièce composite de l’état de la technique, FIG. 4 la FIG. 4 est un organigramme d’un procédé de fabrication de pièce selon l’invention, FIG. 5 la FIG. 5 est une vue schématique en coupe transverse d’un toron d’une pièce composite obtenue suivant un procédé selon l’invention, et FIG. 6 la FIG. 6 est une vue schématique en coupe transverse d’un toron d’une pièce selon l’invention est une vue schématique en coupe transverse de quatre types de torons d’une pièce composite obtenue suivant un procédé selon l’invention. Description détaillée de l’invention Un procédé 100 de fabrication d’une pièce composite 20 va maintenant être décrit, en référence à la FIG. 4 . Le procédé 100 comprend une étape de fourniture 110 d’au moins une bobine de torons de fibres destinés à la réalisation d’une préforme fibreuse de la pièce 20. Un tel toron 30 est représenté en coupe transverse sur la FIG. 5 . Selon l’invention, chacun desdits torons 30 comprend des fibres 31 d’au moins un premier type de fibres et des fibres 32 d’un deuxième type de fibres. Les fibres 32 du deuxième type, ou fibres de contraste, présentent un contraste élevé lors d’une observation par tomographie, par exemple aux rayons X, par rapport aux fibres 31 du premier type et à la matrice 23. Par exemple, les fibres 31 du premier type sont des fibres de carbone, qui offrent un contraste faible par rapport à une matrice 23 en polymère et/ou en résine, tandis que les fibres 32 du deuxième type sont des fibres de verre, qui offrent un bon contraste avec les fibres de carbone et avec ladite matrice 23, notamment de par leur densité bien supérieure. En effet, sur une image tomographique classique, les fibres de carbone et la matrice sont visibles avec des nuances de gris assez proches, tandis que les fibres de verre apparaissent en blanc et sont donc facilement détectables. Selon l’invention, les fibres 32 du deuxième type sont disposées radialement au centre du toron 30 et sont entièrement entourées radialement par les fibres 31 du premier type. Le terme de centre du toron 30 est entendu pour chaque plan radial, c’est-à-dire que les fibres 32 du deuxième type forment « l’âme » du toron 30 tandis que les fibres 31 du premier type les entourent. Ici, la direction radiale décrit toute dimension perpendiculaire à une direction d’élongation locale d’ensemble du toron 30. Par « entièrement radialement entourées », on entend que les fibres 32 du deuxième type ne sont pas exposées selon les directions radiales, de sorte que seules les fibres 31 du premier type sont visibles à l’œil nu sur le toron. Avantageusement, les fibres 31 du premier type sont régulièrement réparties circonférentiellement autour des fibres 32 du deuxième type, de sorte qu’une épaisseur radiale E de fibres 31 du premier type autour des fibres 32 du deuxième type est sensiblement constante sur la périphérie du toron 30. Selon un mode de réalisation, chacune toron 30 comprend une majorité de fibres 31 du premier type et une minorité de fibres 32 du deuxième type. Notamment, le nombre de fibres 32 du deuxième type peut dépendre linéairement du nombre total de fibres dans le toron 30, par exemple 1/1000 des fibres comprises dans le toron 30. Généralement, les torons 30 sont fournis en plusieurs dimensions, et destinés à être placés à différents endroits de la préforme en fonction de leurs dimensions, avec plusieurs exemples représentés à la FIG. 6 . Un toron 30 est notamment dimensionné en fonction du nombre de fibres enroulées pour former le toron, avec par exemple des torons de 24000 fibres, 48000 fibres, 72000 fibres et 96000 fibres, comme représenté sur la FIG. 6 , où ces torons 30 sont respectivement référencés 24K, 48K, 72K et 96K. Dans ce cas, le nombre de fibres du deuxième type peut être respectivement choisi égal à 24, 48, 72 et 96 fibres du deuxième type par toron 30, soit 1/1000 fibres totales dans le toron. Le procédé 100 comprend ensuite une étape de tissage 120 d’une préforme de la pièce 20 à partir desdits torons, mettant en œuvre un métier à tisser sur lequel ont été chargées les bobines. Les torons 30 sont notamment positionnés à des emplacements de la préforme prédéterminés en fonction de leurs dimensions respectives. Le tissage de la préforme peut être bidimensionnel avec un ou plusieurs plans de tissage empilés, ou tridimensionnel. Le procédé comprend ensuite des étapes d’insertion 130 de la préforme dans un moule, puis d’injection 140 dans le moule d’un précurseur de la matrice 23 et de durcissement 150 du précurseur pour former la matrice 23 noyant la préforme. Selon la nature de la matrice, le précurseur peut être une solution comprenant un ou plusieurs composés chimique, destinés à réticuler de manière contrôlée dans le moule. Le procédé comprend enfin une étape d’extraction hors du moule et d’obtention 160 de la pièce composite 20, et, avantageusement, après l’obtention de la pièce composite 20, une étape d’acquisition 170 d’au moins une image tridimensionnelle de ladite pièce composite au moyen du dispositif de tomographie 1, notamment aux rayons X, et une étape de contrôle des positions des torons 30 dans la pièce composite par visualisation des fibres 32 du deuxième type dans ladite au moins une image tridimensionnelle. Par exemple, la pièce 20 est ensuite validée ou rejetée, en fonction des résultats de cette analyse. Procédé (100) de fabrication d’une pièce (20) composite de turbomachine, le procédé comprenant les étapes suivantes : - fourniture (110) d’au moins une bobine de torons (30) de fibres, lesdits torons (30) comprenant des fibres (31) d’au moins un premier type de fibres, - tissage (120) d’une préforme de la pièce (20) à partir desdits torons (30), - insertion (130) de la préforme dans un moule, - injection (140) dans le moule d’un précurseur d’une matrice (23) de la pièce (20) et durcissement (150) du précurseur pour former une matrice (23) noyant la préforme, et - obtention (160) de la pièce (20) composite, caractérisé en ce que chaque toron (30) de fibres comprend également des fibres (32) d’un deuxième type de fibres, lesdites fibres (32) du deuxième type de fibres étant disposées radialement au centre du toron (30) et étant entièrement entourées radialement par les fibres (31) du premier type. Procédé (100) selon la revendication précédente, dans lequel chaque toron (30) de fibres comprend une quantité de fibres (32) du deuxième type qui dépend de la quantité totale de fibres dans le toron (30). Procédé (100) selon la revendication précédente, dans lequel la quantité de fibres (32) du deuxième type dans chaque toron (30) dépend linéairement de la quantité totale de fibres dans le toron (30). Procédé (100) selon la revendication précédente, dans lequel la quantité de fibres (32) du deuxième type dans chaque toron (30) dépend d’une dimension caractéristique de la pièce (20) et/ou d’un volume caractéristique de la pièce (20). Procédé (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le procédé comprend en outre, après l’obtention (160) de la pièce (20) composite, une étape d’acquisition (170) d’au moins une image tridimensionnelle de ladite pièce (20) composite au moyen d’un dispositif de tomographie (1) et une étape de contrôle des positions des torons (30) dans la pièce (20) composite par visualisation des fibres (32) du deuxième type dans ladite au moins une image tridimensionnelle. Procédé (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les fibres (31) du premier type sont des fibres de carbone ou des fibres comprenant au moins un polymère organique synthétique, et les fibres (32) du deuxième type sont des fibres de verre. Pièce (20) composite de turbomachine obtenue suivant un procédé (100) selon l’une des revendications précédentes, comprenant des torons (30) de fibres noyés dans une matrice (23), dans laquelle des fibres (32) du deuxième type sont disposées radialement au centre de chaque toron (30) et entourées radialement par les fibres (31) du premier type. Pièce (20) composite selon la revendication précédente, dans lequel la pièce (20) est au moins une partie d’une aube de turbomachine, notamment d’une aube de soufflante.