Fabrication des composites à haute performance par les procédés d'injection sur renforts

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Les matériaux composites À matrice polymère renforcés par des fibres longues (verre, carbone, kevlar) prennent de plus en plus d'importance industrielle en raison de leur excellentes propriétés mécaniques et bonne résistance À la corrosion. Dans l'industrie du transport, ces matériaux permettent un gain de poids qui rend l’emploi des composites avantageux sur le plan économique. La fabrication des composites À haute performance par moulage liquide (procédé RTM - « Resin Transfer Molding ») s’est révélée une alternative moins coûteuse comparé aux méthodes traditionnelles comme l’autoclave. Dans ces procédés, la préforme fibreuse est placée dans la cavité d’un moule, dans lequel la résine liquide est injectée. L’injection est un écoulement en milieu poreux, qui obéit À la loi de filtration de Darcy. La perméabilité du renfort joue ici un rôle critique, car ce paramètre gouverne l’imprégnation de la résine À travers la préforme fibreuse. Le candidat a créé un logiciel de simulation du procédé RTM appelé PAM-RTM, commercialisé par ESI Group depuis 2001 avec plus de 100 usagers dans le monde. Le projet s’inscrit en continuité avec les travaux antérieurs sur la simulation numérique du procédé RTM. On vise À compléter les logiciels existants fondés sur une description macroscopique du renfort, qui ne permettent pas de prédire la qualité microscopique des pièces injectées. L’objectif À long terme consiste À simuler l’imprégnation microscopique de la préforme fibreuse en tenant compte de la structure de porosité À double échelle des renforts tissés 3D : mésopores entre les torons, micropores entre les fibres des torons. Le logiciel développé permettra de calculer, en tenant compte de la saturation progressive du renfort, les deux modes d’écoulement qui se produisent pendant l’imprégnation du tissu : visqueux dans les canaux libres des mésopores et capillaire À l’intérieur des torons. Le projet sera réalisé en quatre étapes. (1) On commencera par décrire en détail la structure géométrique À double échelle des renforts tissés 3D en déterminant l’orientation et le taux volumique des fibres contenues dans les éléments solides d’un maillage régulier du tissu. (2) La simulation de l’écoulement visqueux dans les canaux libres permettra d’obtenir une prédiction numérique de la perméabilité. (3) La simulation de la montée capillaire À travers les torons donnera la vitesse optimale du front de résine, qui minimise la distribution des porosités dans les pièces. (4) Enfin, en combinant les deux modes d’écoulement, visqueux et capillaire, À chaque itération de remplissage du renfort, on pourra prédire l’imprégnation et la saturation de la préforme fibreuse. Ces travaux correspondent au besoin industriel de mieux contrôler la qualité des pièces injectées. Sur 5 ans le projet contribuera À former un chercheur post-doctoral, 3 doctorants, 3 étudiants À la maîtrise et impliquera entre 6 et 8 stagiaires du premier cycle.