Problématique de la mesure de la perméabilité transverse de pre-formes fibreuses pour la fabrication de structures composites (2009)

L'etude porte sur l'etablissement d'une methodologie de mesure de la permeabilite transverse de preformes fibreuses. Les pieces de grandes dimensions et/ou fortes epaisseurs tendent a etre produites par des procedes ou la resine liquide s'ecoule a travers l'epaisseur d'un renfort sec, sous l'action d'une depression (Liquid Resin Infusion ou LRI). L'optimisation du procede exige la connaissance et la maitrise de la permeabilite du milieu fibreux, ce qui a justifie cette etude. L'analyse bibliographique montre que la mesure de la permeabilite souffre d'une absence de normalisation et d'une description peu precise cette grandeur. Les principaux phenomenes a l'origine de dispersion, le race-tracking et la manipulation des echantillons, perturbent fortement les resultats. Les dispersions moyennes enregistrees par les differents protocoles de mesures employes sont de l'ordre de 20%. De meme, le choix des materiaux utilises varie suivant les publications. On observe une large utilisation des fibres de verre, qui permettent une bonne detection des fronts d'ecoulement, mais ne correspondent pas aux fibres utilisees dans les pieces structurales. Concernant le fluide, une incertitude subsiste sur son influence sur les valeurs mesurees et conduit in fine a un panel de fluides tres disparate. Enfin la description des protocoles de mesures experimentales est souvent trop sommaire pour pouvoir comparer les differentes etudes. Un cahier des charges a donc ete mis en place pour definir une methodologie de mesure precise pour cadrer ce travail. Cette nouvelle approche s'appuie sur un nouveau montage de mesure de la permeabilite transverse, associe a la definition d'un protocole de mesure. Le choix des elements mecaniques s'est base sur le respect des dimensions visees ainsi que des conditions generales de securite applicables a son utilisation en milieu industriel. L'originalite est de proposer un bon controle de l'epaisseur de l'echantillon pendant l'essai et deux chambres co-cylindriques permettant de reduire l'influence du race-tracking. Le protocole de mesure a ete specialement developpe pour reduire le nombre de manipulations des echantillons. La chaine d'acquisition de mesures, outre les mesures de pression et de vitesse habituelles, utilise une methode de mesure optique de l'epaisseur en temps reel dont les essais de validation ont montre une resolution conforme aux calculs d'erreurs effectues. Dans le but de valider cette approche experimentale, la repetabilite ainsi que la reproductibilite ont ete caracterisees. Le choix du materiau de calibrage s'est porte sur un tissu d'arrachement, dont la rigidite de la structure, due a son motif d'armure toile, limite l'erreur intrinseque a la nature textile du renfort sur la mesure finale. Les resultats ainsi obtenus estiment la repetabilite et la reproductibilite de cette approche a respectivement 1. 6% et 5. 5%. L'analyse du facteur humain sur les resultats obtenus montre des valeurs moyennes globalement identiques, mais les dispersions enregistrees varient suivant l'experience de l'operateur a appliquer le protocole de mesure. Quatre types de renforts fabriques a base de fibre de carbone ont ete testes : un satin de 5 decochement 1, un serge 2x2, une nappe multi-axiale a base de nappes unidirectionnelles et un tissu appele quasi unidirectionnel, ou les fils de chaines sont en fibres de verre suivant une contexture tres faible. Chacun de ces tissus est caracterise geometriquement puis teste suivant le protocole etabli. Les resultats montrent qu'un tisse possede une plus grande permeabilite transverse que les nappes unidirectionnelles (de l'ordre de deux ordres de grandeur), mais l'ajout de trous de passage, notamment les fils de couture, peut permettre de ramener la valeur de ces derniers au meme niveau que les tisses. Concernant la caracterisation de la dispersion, un nouveau parametre, la densite de points de blocage, associe a la deformabilite du motif d'armure, montre que plus cette densite est elevee, plus les dispersions enregistrees sont faibles. La mesure de la permeabilite transverse de tisses dont la densite de points de blocage est faible sera donc, de par la nature meme du renfort, l'objet d'une dispersion importante. Outre le developpement et la caracterisation d'une nouvelle approche experimentale, cette etude a montre que la reduction de la dispersion sur ce type de mesures est difficile, puisque la nature meme du renfort induit une grande partie de dispersions observees. La problematique serait d'utiliser des modeles numeriques qui puissent simuler cette dispersion en fonction du type de renfort utilise, en conservant cependant la moyenne obtenue par mesures experimentales suivant une norme a definir. L'approche experimentale ainsi que le tissu de calibrage utilises dans cette etude pourraient ainsi fournir un support bien defini de comparaison.