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Extended Non-Destructive Testing of Composite Bonds

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L'assurance qualité pour les matériaux composites

Dans le but de réduire la consommation de carburant et les rejets de dioxyde de carbone (CO2), les polymères légers renforcés de fibres de carbones (PRFC) remplacent peu à peu le métal dans les composants des avions. La question cruciale est d'évaluer les performances des liaisons adhésives entre des structures composites de grande taille soumises à des charges.

Technologies industrielles

Le projet ENCOMB (Extended non-destructive testing of composite bonds), financé par l'UE, a été lancé pour pallier l'absence de procédures standardisées d'assurance de qualité. En particulier, les techniques de tests non destructifs (TND) capables d'évaluer de façon fiable les surfaces des structures composites et les collages, conduisent à des difficultés en matière de certification. La force d'un lien adhésif dépend entre autres des propriétés physicochimiques des surfaces adhérées, adhésives et de la jointure. Les propriétés physicochimiques sont affectées par une variété de facteurs, soit le degré de la contamination, les paramètres guérisseurs, le vieillissement ou l'activation après le prétraitement de surface. L'un des objectifs du projet ENCOMB a donc été d'adapter les méthodes de caractérisation des surfaces collées avant l'application de l'adhésif. La deuxième difficulté était de développer des techniques pour évaluer les composants collés. Les scientifiques ont défini cette nouvelle méthode d'assurance qualité comme une technique de tests non destructifs étendus (TNDE). Tout d'abord, ils ont identifié les scénarios les plus représentatifs dans le domaine aéronautique. Ils ont préparé et caractérisé des spécimens adaptés en utilisant les méthodes de TNDE. Ils ont ensuite comparé les résultats avec ceux d'une série de méthodes analytiques et de tests mécaniques conventionnels, afin d'évaluer leur adéquation aux tâches spécifiques de mesure. Les chercheurs ont appliqué, entre autres, des méthodes optiques comme la vibrométrie à balayage laser, ainsi que la thermographie active et un test de mouillage pour caractériser l'état des surfaces collées. Des techniques à base de capteurs tels que les capteurs enfouis à fibre optique ou la spectroscopie d'impédance électrochimique ont également été mises à l'essai ainsi que des techniques ultrasoniques excitées par le laser et non-linéaires. Au total, 31 techniques de TNDE ont été testées pour évaluer les surfaces collées et les collages. En particulier, pour chaque scénario d'application en aéronautique, plusieurs techniques ayant passé le processus de validation ont été utilisées pour détecter différents niveaux de contamination. Les connaissances acquises sur les effets de la dégradation du collage aideront à effectuer les améliorations nécessaires dans la conception. La mise en œuvre d'une technique fiable d'évaluation débouchera sur une plus large utilisation des composants PRFC dans des structures hautement intégrées. La réduction du poids du fuselage pourra atteindre 15 %. La taille et le poids du moteur seront également améliorés. Les réductions de poids entraîneront une diminution importante de la consommation de carburant et des rejets de CO2 par kilomètre et passager.

Mots‑clés

Matériaux composites, polymères renforcés de fibres de carbone, composants d'avion, assemblage par collage, tests non destructifs

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