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Chapitre I : Généralité sur les matériaux composite Revues bibliographiques : -

Chapitre I : Généralité sur les matériaux composite Revues bibliographiques : -Yohann LEDRU (décembre 2009) cette thèse étudie la porosité dans le matériaux composite stratifie aéronautique l’objectif industriel de cette thèse, initiée par Airbus, est de réduire les coûts de fabrication des stratifiés en carbone/époxy en limitant le nombre de pièces rebutées dû à un taux de porosité trop important. Ceci peut être réalisé en améliorant les critères d’acceptation d’une pièce poreuse et en minimisant le taux volumique de défauts grâce à une meilleure compréhension des phénomènes de création et de croissance de la porosité. Ce dernier point constitue l’un des principaux challenges scientifiques de ces travaux. - Ursula Bouteveille-Sanders, Anthony Cristo (2009) cette publication est une présentation et étude des fibres de renforcement et les matrices organiques -Lionel GENDRE (mai 2011) Cette ressource offre une présentation synthétique des différents types de matériaux composites « modernes » utilisés dans la fabrication des produits industriels. L'accent est mis sur la nature des différents constituants, et sur leur influence sur les propriétés du composite. Les aspects structurels et géométriques des composites ne sont abordés que brièvement, et sont traités dans la ressource « Matériaux composites et structures composites ». - ZEGHIB .N (2018/2019) cette thèse est pour la présentation de Contribution à l’étude du comportement d’un matériau composite à base de fibres de carbone pour la réalisation de prothèses orthopédiques ; et faire une réalisation des éprouvettes en matériaux composites fibres de carbone, perlon et résine c-orthocryl au sein de l’ONAAPH . une réalisation de deux types d’éprouvettes (carbone et carbone perlon) dans chaque type il y a deux modèles (percée et non percée), pour les essais de traction. Ses résultats sont le fruit de la nature des fibres de carbone et surtout de la technique de moulage. -Magali Brunet et Clair Juilliet (2020) cette publication est une présentation de matériaux composite en générale ; et parle aussi sur de matériaux stratégique pour l’aéronautique et leurs avenages . I-1 -Introduction : Dans le domaine de la construction aéronautique, les progrès réalisés ces dernières années ont été considérables, notamment grâce à la conception de structures de plus en plus légères. La réduction de la masse des avions apporte des avantages essentiels pour améliorer leurs performances, en matière de consommation d’énergie, d’émission sonore, mais également pour augmenter leur capacité de transport. L’utilisation des matériaux composites a grandement contribué à atteindre ces objectifs de gains de masse tout en conservant la fiabilité mécanique et la longévité de l’avion [1] Si l’industrie aéronautique a besoin d’un fort degré d’innovation, parce l’utilisation de ses appareils ne cesse d’évoluer, elle peut néanmoins paraitre très conservatrice par beaucoup d’aspects. Adopter de nouvelles technologies ou de nouveaux polymères, pour fabriquer de nouveaux matériaux composites, réclame en effet d’énormes efforts en matière de conception, de développement, de tests et de vérifications. Le choix des nouveaux matériaux appelés par les nouvelles utilisations doit tenir compte, a chaque phase, de ces besoins et chercher a en diminuer les difficultés. [2] Les matériaux composites permettent d'atteindre des niveaux de performances inégalés. En effet, ils possèdent une structure géométrique spécialement conçue pour leur conférer des propriétés que leurs constituants élémentaires ne possèdent pas individuellement, et leur permettre de remplir de nombreuses fonctions techniques. Pour tirer le meilleur parti de leurs capacités, les composites sont généralement conçus en même temps que les pièces qu'ils constituent. La frontière entre le produit et le matériau est donc plus floue qu'avec les matériaux traditionnels, ce qui implique de profonds changements dans la conception des produits industriels. Les matériaux composites suscitent un intérêt croissant de la part de nombreux secteurs industriels, et leur emploi tend à se généraliser. Le transport aérien en fournit certainement l'illustration la plus frappante : longtemps, les matériaux composites ont été utilisés en faibles quantités dans les avions de ligne (de l'ordre de 10% de la masse structurelle), et toujours sur des pièces non vitales. Cependant l'A380 d'Airbus en contient 25%, le Dreamliner (787) de Boeing en contient 50%, et l'A350-XWB devrait à son tour dépasser ce chiffre (figure 1). En outre, tous ces appareils utilisent dorénavant les composites sur des structures vitales. Figure 1 : Evolution de la proportion de composites dans les avions commerciaux (document Airbus). Cet engouement s'explique principalement par la faible masse volumique des composites qui, par ailleurs, possèdent des propriétés physico-chimiques intéressantes (mécaniques, mais également thermiques, chimiques...) ; cela permet un allègement considérable des structures qui entraîne, dans le cas du transport aérien, une réduction de la consommation de carburant et des émissions de polluants. Le secteur aéronautique n'est d'ailleurs pas le seul à s'intéresser de près à ces matériaux : l'industrie nautique, ferroviaire, spatiale, le bâtiment, les sports et loisirs fourmillent eux aussi de nouvelles applications (figure 2). a b c Figure 2 : Quelques applications des matériaux composites : (a) un catamaran, (b) le support de la charge utile d'Ariane 5 (image [1]), (c) des skis de compétition (image de Thomas Grollier). Cependant, pour le concepteur, l'arrivée de ces nouveaux matériaux représente un changement important, qui impacte profondément la conception et la réalisation des produits industriels. Pour bien prendre la mesure de ce changement, il est essentiel de comprendre ce que sont exactement les composites, et comment sont obtenues leurs propriétés. [3] I-2-Définition de matériaux composites : Un matériau composite est constitué de l’assemblage de deux matériaux de natures déférentes, se complétant et permettant d’aboutir à un matériau dont l’ensemble des performances est supérieur à celui des composants pris séparément. [4] Autrement : Il n'existe malheureusement pas de définition unique des matériaux composites. Dans cette ressource, nous retenons les deux critères suivants : 1. Un composite est un matériau hétérogène, formé d'au moins deux constituants qui occupent des phases différentes ; 2. Ces constituants sont disposés selon une organisation géométrique, qui confère au composite des propriétés supérieures à celles des constituants pris séparément. Le terme « propriétés supérieures » englobe deux notions distinctes. Premièrement, les composites sont généralement conçus de sorte à combiner judicieusement les propriétés de leurs constituants ; par exemple, un vêtement imperméable constitué d'une doublure isolante (destinée à protéger du froid) recouverte d'une matière étanche (destinée à protéger de l'eau) est, du fait de cette disposition, à la fois étanche et isolant. Deuxièmement, l'organisation géométrique des composites peut parfois faire émerger, au niveau global, des propriétés que leurs constituants n'ont pas. Par exemple, certains composites à base de céramiques sont ductiles, alors que les céramiques elles-mêmes sont fragiles ; cela est dû à leur structure spatiale, qui gêne la propagation des fissures. Il existe d'autres définitions plus restrictives. Ainsi, dans l'industrie, le terme « composites » n'est utilisé que pour quelques familles de matériaux modernes (voir la ressource « Les grandes familles de matériaux composites ») à base de résines plastiques, de céramiques, de carbone ou de métaux, renforcés par des fibres (figure 3a). Cependant, la définition ci-dessus peut s'appliquer à des « multi-matériaux » plus anciens comme le torchis (un des premiers matériaux de construction utilisé par l'homme) ou le béton armé (figure 3b), et même à des matériaux naturels comme le tissu osseux ou le bois (figure 3c) qui, bien que n'étant pas fabriqués par l'homme, répondent aux deux points clés ci-dessus. En revanche, les alliages métalliques ne peuvent généralement pas être qualifiés de composites : même lorsqu'ils sont hétérogènes, leur structure ne participe habituellement pas à la sélection ou à l'émergence de propriétés particulières. Il existe toutefois quelques exceptions, comme l'acier de Damas (figure 3d) utilisé depuis l'antiquité pour la fabrication des armes blanches ; les lames forgées dans cet acier sont constituées d'une alternance de couches fragiles (dures) et ductiles (résistantes aux chocs), ce qui leur permet de conserver leur tranchant. Une telle structure « par couches », dite stratifiée, se retrouve dans de nombreux composites. Pour éviter toute ambiguïté, certains auteurs emploient parfois le terme multi- matériaux pour désigner les composites « au sens large du terme » (i.e. selon la définition du début de ce paragraphe). Dans cette ressource, les deux termes sont synonymes ; bien que de nombreux exemples soient empruntés aux composites « modernes », les concepts présentés dans cette ressource ont globalement une portée plus large. [3] a b c d Figure 3 : Exemples de multi-matériaux : (a) un composite carbone/époxy, (b) un béton armé, (c) du bois vu au microscope optique, (d) une lame d'acier de Damas (image de Ralf Pfeifer). La définition précédente montre que les propriétés des composites proviennent de deux facteurs : les propriétés des constituants eux-mêmes, et la structure selon laquelle ils sont agencés. Cette ressource traite de la structure des composites de manière générale ; les différents constituants possibles sont présentés dans la ressource « Les grandes familles de matériaux composites ». Une originalité des composites est d'être souvent (pas toujours) organisés selon une structure à deux échelles : _à l'échelle : les composites possèdent une microstructure, comme tous les matériaux ; mais également, pour certains d'entre eux, à l'échelle mésoscopique, c'est-à-dire à une échelle intermédiaire entre le matériau et uploads/Ingenierie_Lourd/ chapitre-i-generalite 1 .pdf