Comment évaluer la résistance mécanique des structures composites innovantes ?

Construire des structures composites plus légères, plus respectueuses de l’environnement et tout aussi résistantes, est une préoccupation majeure des industries aéronautique, navale et spatiale. Mesurer leur robustesse est un défi, qui nécessite des stratégies d’essais et de monitoring innovantes, à l’image des structures et matériaux à tester. Les experts CAPACITÉS nous expliquent comment valider leur résistance mécanique, exemples à l’appui.

Entretien avec deux experts CAPACITÉS : Pascal Casari, chercheur au laboratoire GeM de l’Université de Nantes, et Fahmi Alila, Ingénieur R&D et Docteur en génie mécanique.

En résumé

Mots Clés :

Essais mécaniques statiquesCaractérisationsEssais mécaniques dynamiquesInstrumentation à façonCapteursbancs d’essais spécifiques

Comment évalue-t-on la durabilité d’un nouveau matériau composite ?

P. Casari La durabilité d’un matériau réside dans l’influence croisée de l’humidité, de la température et des forces mécaniques (pression, déformation…). Nous développons des bancs d’essais spécifiques, qui combinent ces trois types de sollicitations. Nous mixons des capteurs existants à des capteurs créés spécifiquement pour une problématique donnée.

F. Alila Le skipper Armel Tripon, participant du Vendée Globe 2020, nous a chargé de tester la résistance d’un matériau composite naturel à base de fibre de lin. Ce matériau pourrait être utilisé sur un futur voilier de régate. Nous avons mis en œuvre le couplage hygro-thermo-mécanique à travers des essais thermiques, des essais d’immersion et des essais mécaniques en statique, de traction, de flexion et de cisaillement inter laminaires.

Comment faites-vous pour mesurer la durabilité d’un composite intégré dans une structure particulièrement grande ou innovante, autrement dit hors-norme ?

F. Alila Nous effectuons des prestations de monitoring sur structures réelles, à travers deux types de tests.

Le premier consiste à mesurer toutes les grandeurs mécaniques classiques sur la structure en fonctionnement : les pressions, les forces, les déformations, les déplacements… Les Chantiers de l’Atlantique nous ont chargé de caractériser le comportement mécanique de l’une de leurs innovations : Solid Sail 2.0, une voile rigide composite. Nous avons instrumenté le mat du démonstrateur à échelle 1/5e de la voile. Au moyen de jauges de contraintes, nous avons évalué les sollicitations subies par les panneaux rigides constituant la voile. Nous avons relevé les forces inter-panneaux grâce à des capteurs de force sur-mesure. Ce monitoring a permis d’alimenter les outils de simulation numérique des Chantiers de l’Atlantique et d’affiner le design de Solid Sail.

Le second type de test correspond à du monitoring très spécifique, déployé sur des structures composites plus complexes. Nous mobilisons des technologies nouvelles issues des laboratoires de recherche, telles que la fibre optique ou la corrélation d’images numérique, nous permettant d’avoir un monitoring extrêmement fin de la structure.

Pour mesurer la tenue mécanique de pales d’hélicoptères développées par Airbus Helicopters, nous avons associé le monitoring par fibre optique à réseau de Bragg à des essais de caractérisation plus classiques : jauges de déformation et corrélation d’images numériques. Cette étude nous a permis de comprendre et prévoir le comportement de la pale en fonction des variations de son environnement.

De la même manière, nous avons mesuré la tenue mécanique des ailes d’un drone solaire développé par XSun en associant le monitoring par fibre optique à deux essais : l’instrumentation des ailes avec des capteurs d’efforts, pour observer leur comportement en vol ; et le développement d’un banc d’essais spécifique, pour les tester en flexion.

A partir d’un échantillon d’une structure composite, comment tirez-vous des conclusions fiables sur sa pérennité ?

F. Alila Nos travaux permettent à nos clients de valider par l’expérience les modèles numériques de leurs bureaux d’études. Personne n’est capable d’évaluer précisément la durabilité d’un nouveau concept sur plusieurs dizaines d’années. Par contre, nous limitons les risques de casse grâce à l’expérimentation et à la précision de notre monitoring.

P. Casari J’ajouterais que nous avons une longue expérience de terrain, qui nous permet de conseiller le client dans ses choix technologiques. Nous savons entre autres quelles opérations de protection ou de maintenance ont fait leurs preuves par le passé.

Vous avez une problématique de résistance mécanique ? Et besoin d’un partenaire ingénieux pour la résoudre ? Contactez-nous !

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