Brevet FR3160355A1 — publié le 20250926

Pièce de matériau composite comprenant au moins une première couche (11) en matériau composite et une deuxième couche (12) en matériau composite, lesdites couches comprenant chacune des fibres de renfort (14) noyées dans une matrice organique (15), caractérisée en ce que la pièce comprend au moins une troisième couche (13), en élastomère, s’étendant entre les deux couches (11, 12) en matériau composite et liant mécaniquement les deux couches (11, 12) en matériau composite l’une à l’autre. Boîtier et véhicule incorporant une telle pièce. FIGURE DE L’ABREGE : Fig. 1 Pièce de matériau composite intégrant une couche d’élastomère, boîtier et véhicule comportant une telle pièce. La présente invention concerne le domaine des matériaux composites, notamment les composites à matrice organique (ou CMO), et les objets fabriqués en tout ou partie en matériaux composites. ARRIERE PLAN DE L’INVENTION Un matériau composite comprend généralement des fibres de renfort noyées dans une matrice : les fibres contribuent principalement à la résistance mécanique du matériau et la matrice fournit au matériau sa cohésion et sa forme. La matrice a également pour fonction de protéger les fibres des agressions extérieures. Les matériaux composites présentent des performances mécaniques relativement élevées eu égard à leur masse volumique et sont donc le plus souvent utilisés pour réaliser des pièces devant subir des contraintes mécaniques tout en étant relativement légères. Il existe des matériaux composites à fibres courtes et des matériaux composites à fibres longues. Les fibres sont positionnées de manière à s’étendre dans la direction appropriée pour reprendre les efforts auquel sera soumise la pièce en matériau composite. Selon les pièces, on peut avoir une orientation unidirectionnelle des fibres ou une orientation multidirectionnelle en fonction de la direction des efforts que devront subir lesdites pièces en utilisation. Pour obtenir une orientation multidirectionnelle, on a recours généralement soit à un tissu dans lequel les fibres s’étendent dans au moins deux directions en s’entrecroisant ou à des couches unidirectionnelles de fibres qui sont empilées les unes sur les autres de telle manière que la direction des fibres change d’une couche à l’autre. Dans le cas des CMO, la matrice est en résine de polymère organique, thermoplastique ou thermodurcissable. Les fibres sont en tout matériau susceptible d’apporter au CMO les propriétés mécaniques requises pour l’application envisagée et par exemple en verre, carbone ou aramide. Il est par ailleurs connu des dispositifs dans lesquels une pièce est montée dans un bâti soumis à des vibrations qui se transmet jusqu’à la pièce en question. Si la transmission de ces vibrations est néfaste au fonctionnement du dispositif (les vibrations hautes fréquences engendrent par exemple des perturbations de certains équipements l’électronique), il est connu de fixer la pièce au bâti en utilisant des éléments élastiques de suspension, comme des blocs d’élastomère, qui vont absorber tout ou partie desdites vibrations. Cependant, ces éléments élastiques de suspension ont une masse et un encombrement qui peuvent être préjudiciables dans certaines applications et notamment pour des applications aéronautiques. En outre, l’ajout de ces éléments engendre des surcoûts. On trouve de tels éléments élastiques de suspension par exemple dans les fixations des boîtiers de centrale inertielle dans les véhicules. OBJET DE L’INVENTION L’invention a notamment pour but de fournir un moyen pour limiter la transmission de vibrations. A cet effet, on prévoit, selon l’invention, une pièce de matériau composite comprenant au moins une première couche en matériau composite et une deuxième couche en matériau composite. Lesdites couches comprennent chacune des fibres de renfort noyées dans une matrice organique. La pièce comprend au moins une troisième couche, en élastomère, s’étendant entre les deux couches en matériau composite et liant mécaniquement les deux couches en matériau composite l’une à l’autre. Ainsi, la pièce de matériau composite offre les performances mécaniques du matériau composite mais a une structure interne renfermant une couche d’élastomère. Par élastomère, on entend tout polymère présentant des propriétés élastiques, que celui-ci soit naturel ou synthétique, thermoplastique ou thermodurcissable. Il en résulte que la couche d’élastomère va limiter si ce n’est empêcher la propagation de vibrations dans la pièce de matériau composite et la pièce de matériau composite va assurer ainsi une fonction supplémentaire d’amortissement des vibrations tout en conservant une masse et un volume relativement faibles. Selon des caractéristiques optionnelles, utilisées individuellement ou tout ou partie en combinaison : au moins l’une des deux couches en matériau composite comprend un empilement de sous-couches dans lesquelles les fibres de renfort s’étendent selon une orientation qui éventuellement change d’une sous-couche à l’autre ; la matrice est une résine thermoplastique ; la résine thermoplastique est à base d’un des polymères suivants : polysulfure de phénylène, polyétheréthercétone… la matrice est une résine thermodurcissable ; la résine thermodurcissable est à base d’un des polymères suivants : polyépoxyde, polyphénol, polyimide, polybismaléimide, polyester, polyvinylester… ; les fibres de renfort sont à base de carbone, de verre, d’aramide… ; l’élastomère est à base de l’un des polymères suivants : polymère de silicone, polyisoprène, éthylène-propylène-diène… L’invention concerne également un boîtier dont au moins une paroi est formée d’une telle pièce. L’invention concerne enfin un véhicule ayant une structure équipée d’un tel boîtier, la pièce étant fixée à la structure du véhicule. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d’un mode de réalisation particulier et non limitatif de l’invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : FIG. 1 la FIG. 1 est une vue schématique partielle d’un boîtier implanté dans un véhicule conformément à l’invention ; FIG. 2 la FIG. 2 est une vue schématique partielle, en coupe transversale, de la zone II de la FIG. 1 ; FIG. 3 la FIG. 3 est une vue schématique partielle de détail de la zone III de la FIG. 2 . DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION En référence aux figures, l’invention est ici décrite en application à un boîtier, généralement désigné en 1, fixé à une structure S d’un véhicule V comme un aéronef. Le boîtier 1 comprend deux demi-coques 10 (désignés individuellement par « .1 » et « .2 » sur la FIG. 1 ) qui sont fixées à une ceinture métallique 20 pour délimiter une cavité contenant ici une centrale inertielle mais pouvant contenir tout autre chose et par exemple un calculateur, un dispositif optronique comme un viseur ou une lunette de tir, ou autre. En référence plus particulièrement aux figures 2 et 3, chaque demi-coque 10 est formée d’une pièce de matériau composite qui comprend : une première couche 11 en matériau composite, une deuxième couche 12 en matériau composite, une troisième couche 13 en élastomère. La troisième couche 13 s’étend entre les deux couches 11, 12 et lie mécaniquement les deux couches 11, 12 l’une à l’autre. La couche 11 a ainsi une première face principale 11a s’étendant à plat contre une première face principale 13a de la troisième couche 13 et, à l’opposé, une deuxième face principale 11b libre. La couche 12 a ainsi une première face principale 12a s’étendant à plat contre une deuxième face principale 13b de la troisième couche 13 et, à l’opposé, une deuxième face principale 12b libre. On comprend que la couche 13 assure la solidarisation de la couche 11 à la couche 12 (les trois couches forment un ensemble unitaire). Chaque couche 11, 12 comprend des fibres de renfort 14 noyées dans une matrice organique 15 (représentées schématiquement sur la FIG. 3 ). Plus précisément, la couche 11 comprend un empilement de sous-couches 11’ (également appelées plis), ici au nombre de huit, dans lesquelles les fibres de renfort 14 s’étendent parallèlement aux faces principales 11a, 11b selon différentes orientations. A titre d’exemple, les fibres de renfort 14 s’étendent selon les orientations suivantes, de la première face 11a à la deuxième face 11b : 90°, 0°, -45°, 45°, 45°, -45°, 0°, 90°. On comprend donc que, pour certaines sous-couches 11’ adjacentes, l’orientation des fibres change d’une sous-couche 11’ à l’autre. Symétriquement, la couche 12 comprend un empilement de sous-couches 12’, ici au nombre de huit, dans lesquelles les fibres de renfort s’étendent parallèlement aux faces principales 12a, 12b selon différentes orientations. A titre d’exemple, les fibres de renfort 14 s’étendent selon les orientations suivantes, de la première face 12a à la deuxième face 12b : 90°, 0°, -45°, 45°, 45°, -45°, 0°, 90°. On comprend donc que, pour certaines sous-couches 12’ adjacentes, l’orientation des fibres de renfort 14 change d’une sous-couche 12’ à l’autre. Cet agencement des fibres de renfort 14 est quasi-isotrope en ce qui concerne les propriétés mécaniques, comme le sont celles d’une pièce métallique moulée. Dans chaque couche 11, 12, la matrice organique 15 est une résine thermoplastique à base d’un des polymères suivants : polysulfure de phénylène, polyétheréthercétone… En variante, la matrice organique 15 est une résine thermodurcissable à base d’un des polymères suivants : polyépoxyde, polyphénol, polyimide, polybismaléimide, polyester, polyvinylester… Dans chaque couche 11, 12, les fibres de renfort 14 sont par exemple à base de carbone, de verre, ou d’aramide. L’élastomère de la couche 13 est par exemple à base de l’un des polymères suivants : polymère de silicone, polyisoprène, éthylène-propylène-diène. A titre d’exemple pour la présente application, on choisit les matériaux suivants : matrice en polyépoxyde, fibre en carbone, élastomère en caoutchouc synthétique tel que celui produit sous la marque SMACTANE par la société SMAC sas. Les sous-couches 11’, 12’ ont par exemple une épaisseur d’environ 0,3 mm, la couche 13 a ici une épaisseur comprise entre 2 et 3 mm environ. D’autres épaisseurs sont bien entendu utilisables selon les contraintes rencontrées dans l’application envisagées. Dans chaque pièce de matériau composite du présent mode de réalisation, les couches 11, 12 comportent le même nombre de sous-couches 11’, 12’ disposées symétriquement et elles sont réalisées dans le même matériau. En outre, dans le présent mode de réalisation, les couches 11, 12, 13 de la pièce de matériau composite de la demi-coque 10.1 sont identiques aux couches 11, 12, 13 de la pièce de matériau composite de la demi-coque 10.2. En variante, le nombre de sous-couches 11’, 12’ et/ou les matériaux des couches 11, 12, 13 pourraient être différents entre la pièce de matériau composite de la demi-coque 10.1 et la pièce de matériau composite de la demi-coque 10.2. Les pièces de matériau composite des demi-coques 10.1, 10.2 sont réalisées par drapage manuel : les sous-couches 11’ sont réalisées successivement les unes sur les autres en disposant les fibres de renforts 14 pré-imprégnées de la résine formant la matrice 15 pour constituer la couche 11. La couche 13 est déposée sur la couche 11 sous forme d’un film puis la couche 12 est formée comme la couche 11. On procède ensuite à une cocuisson sous-vide en autoclave. Il s’agit là d’un mode de fabrication particulier et d’autres peuvent être utilisés comme la thermocompression ou le moulage par transfert de résine. Il est par exemple possible d’interposer une couche d’adhésion entre la couche 13 et les couches 11 et 12, prévoir un nettoyage des surfaces principales en contact les unes avec les autres (nettoyage acétone/alcool, plasma…) ou un grenaillage desdites surfaces principales. Chaque pièce de matériau composite est ici agencée pour permettre d’absorber au moins une partie des vibrations dans la plage de fréquences supérieures à 5000 Hz par exemple en application à un boîtier de centrale inertielle. On peut voir sur la FIG. 2 que la pièce de matériau composite de la demi-coque 10.1 est percée d’un trou 16 dans lequel s’étend un insert tubulaire 17 recevant un boulon 30 traversant également la structure S pour lier, ici rigidement, la pièce de matériau composite de la demi-coque 10.1 à la structure S. Il est possible de revêtir la paroi du trou 16 de l’élastomère de la couche 13 pour limiter également la transmission de vibrations entre le boulon 30 et la pièce de matériau composite. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée au mode de réalisation décrit mais englobe toute variante entrant dans le champ de l’invention telle que définie par les revendications. En particulier, la troisième couche 13 peut comprendre un ou plusieurs élastomères. Plusieurs couches d’élastomère superposées peuvent s’étendre entre deux couches de matériau composite. La pièce de matériau composite peut comprendre une troisième couche de matériau composite et une deuxième couche d’élastomère pour lier la troisième couche de matériau composite à l’une des deux autres couches de matériau composite, voire un plus grand nombre de couches de matériau composite et de couches d’élastomère. Le nombre de sous-couches dans la première couche de matériau composite peut être différent du nombre de sous-couches dans la deuxième couche de matériau composite. Le choix du nombre de sous-couches, de l’orientation et du matériau des fibres, de la résine de la matrice, de l’élastomère est déterminé en fonction des sollicitations mécaniques que la pièce est destinée à supporter et de l’environnement de la pièce en utilisation (température, rayonnement ultraviolet, humidité, agressions chimiques…). On peut aussi prévoir qu’une partie des fibres s’étende perpendiculairement au surfaces principales. Bien que le nombre de sous-couches de la première pièce de matériau composite soit ici identique au nombre de sous-couches de la deuxième pièce de matériau composite, ces nombres peuvent être différents. Le boîtier peut ne comprendre que des pièces de matériau composite selon l’invention ou peut comprendre une ou plusieurs pièces de matériau composite selon l’invention assemblées avec des pièces en matériau composite traditionnel ou en métal ou en céramique ou autre. La pièce de matériau composite selon l’invention peut être utilisée pour former une ou plusieurs parois d’un boîtier comme dans le mode de réalisation décrit mais aussi tout autre objet disposé dans un chemin de transmission de vibrations. La pièce de matériau composite peut avoir une autre forme que celle décrite et par exemple une forme plane, en dièdre, incurvée… L’homme du métier choisira le mode de fabrication le plus adapté à la pièce qu’il veut réaliser. L’invention est utilisable sur tout type de véhicule, terrestre, aérien, spatial, nautique… Pièce de matériau composite comprenant au moins une première couche (11) en matériau composite et une deuxième couche (12) en matériau composite, lesdites couches comprenant chacune des fibres de renfort (14) noyées dans une matrice organique (15), caractérisée en ce que la pièce comprend au moins une troisième couche (13), en élastomère, s’étendant entre les deux couches (11, 12) en matériau composite et liant mécaniquement les deux couches (11, 12) en matériau composite l’une à l’autre. Pièce selon la revendication 1, dans laquelle au moins l’une des deux couches (11, 12) en matériau composite comprend un empilement de sous-couches (11’, 12’) dans lesquelles les fibres de renfort s’étendent selon une orientation qui éventuellement change d’une sous-couche à l’autre. Pièce selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la matrice (15) est une résine thermoplastique. Pièce selon la revendication 3, dans laquelle la résine thermoplastique est à base d’un des polymères suivants : polysulfure de phénylène, polyétheréthercétone… Pièce selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la matrice (15) est une résine thermodurcissable. Pièce selon la revendication 5, dans laquelle la résine thermodurcissable est à base d’un des polymères suivants : polyépoxyde, polyphénol, polyimide, polybismaléimide, polyester, polyvinylester. Pièce selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les fibres de renfort (14) sont à base de carbone, de verre, d’aramide. Pièce selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’élastomère est à base de l’un des polymères suivants : polymère de silicone, polyisoprène, éthylène-propylène-diène. Boîtier comprenant au moins une paroi (10.1, 10.2) formée d’une pièce selon l’une quelconque des revendications précédentes. Boîtier selon la revendication 9, dans lequel la pièce a une forme au moins partiellement en coque. Véhicule (V) ayant une structure (S) équipée d’un boîtier selon la revendication 8 ou 9, la pièce étant fixée rigidement à la structure du véhicule.