Domaine technique de l’invention

La présente invention s’inscrit dans le domaine de la protection de surface de pièces contre l’accrétion de glace.

Un domaine d’application particulier de l’invention, qui sera décrit de manière détaillée dans la présente description, est la protection, contre l’accrétion de glace, de surfaces de pièces de structures d’aéronefs, ces aéronefs pouvant être de tout type, notamment des avions ou hélicoptères, civils ou militaires, des drones, etc. Un tel domaine d’application n’est cependant nullement limitatif de l’invention, qui s’applique également à tout autre domaine dans lequel il existe le besoin de protéger les surfaces de pièces susceptibles d’être soumises à des conditions météorologiques et/ou atmosphériques pouvant les exposer à la formation de glace au cours de leur utilisation, tel par exemple dans le domaine ferroviaire, maritime, automobile ou encore éolien, en particulier pour la protection des bords d’attaque des pales d’éolienne.

Technique antérieure

Dans le domaine aéronautique, les aéronefs sont soumis, en vol, à des conditions atmosphériques qui sont susceptibles de les exposer à la formation de glace/givre. La formation d’une couche de glace ou de givre sur certaines pièces de structure de l’aéronef, plus particulièrement les bords d’attaque des ailes et des dérives ou encore les lèvres d’entrée d’air des nacelles moteur, peut impacter la bonne tenue du vol. Une telle couche de glace peut en effet, par exemple, venir alourdir l’aéronef ou provoquer un déséquilibre bâbord/tribord de l’aéronef. Lorsque la couche de glace est située au niveau des entrées d’air des nacelles moteur, le détachement par morceaux de cette couche de glace est susceptible de pénétrer dans le moteur. Les solutions actuelles mettent en oeuvre des systèmes actifs de dégivrage, notamment des systèmes pneumatiques. Dans de tels systèmes pneumatiques, de l’air chaud, à une température de l’ordre de 200-300 °C, est prélevé en sortie des moteurs et circule, via un système de conduites spécifiques, dans les zones les plus sensibles au phénomène de formation de glace. Bien qu’efficaces, ces systèmes pneumatiques impactent le rendement des moteurs de l’aéronef, puisque l’air chaud est directement prélevé en sortie des moteurs, sans compter la surconsommation en carburant et l’impact massique du système actif de dégivrage. De plus, les températures mises en jeu apparaissent surdimensionnées pour le besoin.

Il est également connu, principalement à l’échelle des essais en laboratoire, qu’une micro-texturation de surface confère des propriétés glaciophobes, donc antigivre, aux surfaces exposées à des conditions givrantes. Cependant, ces microtexturations sont sensibles aux conditions environnementales (humidité, érosion...), donc peu durables dans le temps lorsqu’elles sont exposées à de telles conditions. De plus, ces micro-texturations perdent leurs propriétés glaciophobes dans de telles conditions environnementales. Il est donc difficilement envisageable de les utiliser sur des aéronefs.

Le document EP 2 343 401 décrit un exemple de surface superhydrophobe obtenue par un traitement par anodisation du titane générant une texturation de surface puis par une fonctionnalisation chimique.

Présentation de l'invention

La présente invention vise à remédier aux inconvénients des solutions proposées par l’art antérieur, notamment à ceux exposés ci-avant, en proposant une solution, simple, efficace et économique.

A cet effet, il est proposé par la présente invention un article pour une application antigivre. Selon l’invention, l’article comporte :

- un substrat, en matériau métallique, qui présente une surface comportant au moins localement une zone micro-texturée formée par une pluralité de motifs en creux, dits microcavités,

- un matériau de remplissage agencé pour remplir uniquement les microcavités, ledit matériau de remplissage étant un matériau polymère à l’état solide.

En d’autres termes, l’invention propose un article avec un substrat réalisé dans un matériau à fort module élastique, en l’occurrence un matériau métallique, à la surface duquel est réalisée une zone micro-texturée et dont les microcavités sont comblées avec un matériau de remplissage à faible module élastique, en l’occurrence un polymère à l’état solide.

Un tel article permet avantageusement d’obtenir en surface, au niveau de la zone micro-texturée, une alternance de parties métalliques et de parties polymériques, et donc une alternance de surfaces aux propriétés mécaniques différentes. Ainsi, sous l’effet de sollicitations mécaniques externes, par exemple de forces aérodynamiques, des concentrations de contrainte vont se créer à l’interface glace/substrat, principalement au niveau du matériau présentant le plus fort module élastique, le métal dans ce cas, et engendrer une première fissuration localisée à l’interface glace/substrat. La propagation de cette fissuration le long de l’interface glace/substrat est ensuite favorisée par la micro-texturation de la surface du substrat et l’alternance de surfaces aux propriétés mécaniques distinctes. Le décrochement de la glace à la surface du substrat est ainsi facilité.

L’association de la micro-texturation et de l’alternance de surfaces aux propriétés mécaniques distinctes permet d’obtenir une surface aux propriétés glaciophobes.

L’invention propose ainsi de combiner astucieusement le principe de la microtexturation et la notion de concentration de contraintes due à des différences d’élasticité entre deux matériaux.

Un tel article est avantageusement durable dans le temps lorsqu’il est exposé à des conditions environnementales, telles que l’humidité, l’érosion, la vitesse d’impact de gouttelettes d’eau en surfusion.... En effet, du fait que les microcavités de la zone micro-texturée sont comblées, la zone micro-texturée est rendue moins sensible à de telles conditions. De plus, du fait que le matériau de remplissage en matériau polymère est protégé dans les microcavités, le matériau de remplissage présente une meilleure résistance, notamment à l’érosion.

La zone micro-texturée de l’article forme ainsi avantageusement un système passif de dégivrage à l’article.

Par système de dégivrage, on entend un système permettant de faciliter le décollement du givre formé à la surface du substrat et/ou de limiter, voire empêcher, la formation de givre sur cette surface. La notion de dégivrage est employée ici au sens large et doit être interprétée comme intégrant le dégivrage au sens strict, l’antigivrage ou les deux.

Selon des modes de réalisation particuliers, l’article selon l’invention répond en outre aux caractéristiques suivantes, mises en oeuvre séparément ou en chacune de leurs combinaisons techniquement opérantes.

Dans des modes de réalisation préférés de l’invention, les microcavités sont arrangées de manière périodique, dans au moins une direction. Un tel arrangement périodique des microcavités permet avantageusement de garantir une homogénéisation des propriétés de surface au niveau de la zone micro-texturée du substrat.

Dans des modes de réalisation préférés de l’invention, les microcavités se présentent sous la forme de sillons parallèles. Une telle forme des microcavités présente une géométrie simple, et est par conséquent facile à mettre en oeuvre, notamment avec une technologie laser à haut rendement de productivité, telle qu’une technologie laser nanoseconde. De plus, un sillon présente une meilleure robustesse et résistance à l’érosion qu’une cavité de forme cylindrique et présente de meilleures propriétés glaciophobes qu’un micropillier.

Dans des modes de réalisation préférés de l’invention, le substrat est réalisé dans un matériau en aluminium, en alliage d’aluminium, en titane ou en alliage de titane. Dans des modes de réalisation préférés de l’invention, le matériau de remplissage est un élastomère, de préférence un silicone.

Dans des modes de réalisation préférés de l’invention, le substrat est une pièce de structure d’aéronef, telle que par exemple une aile, une dérive, une entrée d’air des nacelles moteur, une pale d’hélicoptère, une pale d’éolienne ou une pièce de structure d’un véhicule ferroviaire, maritime ou automobile.

Dans des exemples particuliers de réalisation, la zone micro-texturée du substrat de l’article est disposée au niveau d’un bord d’attaque d’une aile ou de la dérive, au niveau d’une lèvre d’entrée d’air des nacelles moteur, ou encore un bord d’attaque d’une pale d’éolienne.

Dans des exemples de réalisation préférés de l’invention, l’article conforme à au moins l’un de ses modes de réalisation peut être utilisé comme revêtement de tout ou partie d’une pièce de structure d’un aéronef.

Dans des exemples de réalisation préférés de l’invention, l’article conforme à au moins l’un de ses modes de réalisation peut être utilisé comme revêtement de tout ou partie d’une pièce de structure d’une éolienne.

L’invention est également relative à un aéronef comportant un article conforme à au moins l’un de ses modes de réalisation, dans lequel le substrat de l’article est une pièce de structure de l’aéronef.

Brève description des figures

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures suivantes : [Fig. 1 ] représente de manière schématique un article selon un exemple de réalisation de l’invention, appliqué sur un bord d’attaque d’une aile d’aéronef ;

[Fig. 2] représente de manière schématique, une vue en coupe d’article selon un exemple de réalisation de l’invention ;

[Fig. 3] représente de manière schématique une vue en coupe d’article selon un autre exemple de réalisation de l’invention,

[Fig. 4] représente le protocole de test d’érosion pluie PJET,

[Fig. 5] représente le schéma du programme de test d’érosion pluie sur des échantillons.

Dans ces figures, des références numériques identiques d’une figure à l’autre désignent des éléments identiques ou analogues. Par ailleurs, pour des raisons de clarté, les dessins ne sont pas à l’échelle, sauf mention contraire.

Description des modes de réalisation

Un exemple d’article 10 selon la présente invention est à présent décrit et illustré sur les figures 1 et 2.

L’article 10 peut avantageusement équiper tout moyen de transport, notamment ceux des domaines aéronautique, ferroviaire, maritime ou automobile, sans que cela soit restrictif de l’invention. Il peut également être envisageable d’utiliser un tel article sur des pales d’éolienne. De manière générale, l’article selon l’invention permet avantageusement de protéger les surfaces de pièces susceptibles d’être soumises à des conditions météorologiques et/ou atmosphériques pouvant les exposer à la formation de glace au cours de leur utilisation.

L’article est décrit, de manière non limitative, dans une configuration particulière de réalisation où il se présente sous la forme d’un revêtement destiné à être appliqué sur une pièce 20, comme illustré sur la figure 1 .

Dans cet exemple, non restrictif de l’invention, la pièce 20 est une pièce de structure d’un avion, telle qu’une aile. Rien n’exclut cependant de disposer l’article 10 sur une autre pièce de structure de l’avion, telle que les dérives ou les lèvres d’entrée d’air des nacelles moteur.

L’article 10 est préférentiellement appliqué au niveau d’un bord d’attaque de l’aile. L’article présente une fonction antigivre, c’est-à-dire une capacité à réduire la formation et l’adhésion de la glace. Une telle fonction permet avantageusement d’éviter la perte de performance due à l’accumulation de la glace sur la pièce 20 et d’améliorer ainsi la sécurité de l’avion, notamment en vol.

L’article 10 comporte un substrat 1 1 , comme illustré sur la figure 2.

Le substrat 1 1 est avantageusement réalisé dans un matériau résistant à l’érosion, notamment résistant à l’érosion par des particules liquides (érosion pluie) et à l’érosion par des particules solides (érosion sable).

De préférence, le substrat 1 1 est réalisé dans un matériau métallique.

Par exemple, le substrat est réalisé dans un matériau en aluminium, en titane, ou dans un alliage d’aluminium ou un alliage de titane. De tels matériaux sont les matériaux métalliques généralement utilisés dans la réalisation des pièces de structure d’avion.

Le substrat 1 1 est fonctionnalisé en surface, sur une partie ou la totalité de cette surface, de sorte à obtenir un effet antigivre.

La fonctionnalisation du substrat consiste notamment en une structuration de surface, par exemple en une texturation de surface de sorte à former des motifs spécifiques.

Le substrat 11 présente ainsi une surface 12 comportant au moins localement une zone micro-texturée 15.

En d’autres termes, le substrat 1 1 peut comporter une zone micro-texturée 15 sur l’ensemble de sa surface 12, ou sur une ou plusieurs parties distinctes de sa surface 12.

La surface 12 est la surface destinée à être dirigée vers l’extérieur, opposée à une surface destinée à être en vis-à-vis de la pièce 20.

La localisation de la ou les zone(s) micro-texturée(s) est notamment choisie en fonction de la pièce à protéger, et du degré d’exposition de chacune des zones de cette pièce aux contraintes environnementales lors de son utilisation, de sorte à assurer une protection localisée ciblée optimale.

Dans l’exemple spécifique d’une aile d’aéronef, la zone micro-texturée peut s’étendre sur la totalité du bord d’attaque de l’aile.

Par zone micro-texturée, on entend, au sens de la présente invention, une zone comportant une pluralité de motifs de taille micrométrique. Par motif de taille micrométrique, on entend un motif qui présente au moins une dimension de taille micrométrique, c’est-à-dire notamment comprise entre 1 pm et 999pm.

De préférence, et comme illustré sur la figure 2, la zone micro-texturée présente une texturation tridimensionnelle sous la forme d’une pluralité de motifs en creux, dits microcavités 13.

Par motif en creux, on entend un motif qui présente une forme géométrique creuse qui est formé depuis la surface 12 du substrat 1 1 et qui s’étend dans une épaisseur dudit substrat.

Les microcavités 13 sont non-traversantes, c’est-à-dire que celles-ci ne traversent pas l’épaisseur du substrat, qu’elles ne débouchent pas.

Les microcavités 13 peuvent communiquer entre elles ou peuvent être non- communicantes, c’est-à-dire que celles-ci ne communiquent pas entre elles.

L’espacement entre deux microcavités 13 adjacentes est préférentiellement également de dimension micrométrique.

Au sein d’une même zone micro-texturée 15, les microcavités 13 sont préférentiellement, mais pas nécessairement, identiques.

Dans un exemple de réalisation des microcavités, lesdites microcavités présentent une forme cylindrique ou une forme tronconique allant en se rétrécissant vers le fond de la cavité. Les microcavités présentent toute forme de section, telle que par exemple une section circulaire, elliptique, carrée, rectangulaire.

Les microcavités 13 peuvent être agencées selon une disposition régulière, par exemple selon une matrice de lignes et colonnes, ou selon une disposition irrégulière.

De préférence, les microcavités sont arrangées de manière périodique selon au moins une direction.

Dans un exemple préféré de réalisation, les microcavités 13 se présentent sous la forme de sillons parallèles entre eux. Chaque microcavité 13 présente un profil en forme de U.

De préférence, les microcavités sont arrangées de manière périodique.

Les sillons présentent préférentiellement une largeur b, et une profondeur c, de taille micrométrique. Les sillons sont espacés entre eux, deux à deux, d’une largeur a, préférentiellement de taille micrométrique. Dans un exemple de réalisation, les sillons présentent une largeur b comprise entre 5 et 850 pm, une profondeur c comprise entre 20 et 90 pm, de préférence entre 40 et 75 pm. La largeur a entre deux sillons successifs est comprise entre 5 et 500 pm. De préférence, mais de manière non restrictive, la largeur b des sillons est sensiblement supérieure à la largeur a entre deux sillons parallèles successifs.

La zone micro-texturée 15 forme, dans l’exemple des sillons, et selon une vue en coupe, comme illustré sur la figure 2, un profil périodique en créneau.

Dans l’exemple d’application où l’article est disposé au niveau d’un bord d’attaque d’une aile d’avion ou d’une pale d’éolienne, les sillons sont préférentiellement agencés soit sensiblement dans la direction du flux d’air soit sensiblement dans une direction perpendiculaire au flux d’air.

L’article 10 comporte en outre un matériau de remplissage 14 agencé pour remplir les microcavités 13.

Par remplir, on entend, au sens de la présente invention, que dans une microcavité, le matériau de remplissage 14 affleure la surface 12 du substrat 1 1 .

L’article 10 présente ainsi, au niveau de la zone micro-texturée, une surface lissée, dans la continuité de la surface 12 du substrat.

Dans l’exemple de la figure 2, l’article 10 présente ainsi, au niveau de la zone micro- texturée, une surface plane.

Selon l’invention, seules les microcavités 13 sont comblées avec le matériau de remplissage 14. L’article 10 ne comporte pas de matériau de remplissage 14 au- dessus de la surface 12 du substrat 1 1 .

Le matériau de remplissage est préférentiellement un matériau présentant des propriétés hydrophobes.

De manière préférentielle, le matériau de remplissage 14 est un matériau polymère à l’état solide.

Par matériau polymère à l’état solide, on entend un polymère réticulé de sorte à former une structure tridimensionnelle solide.

Le polymère est choisi de sorte qu’il reste à l’état solide dans une gamme de température d’utilisation de l’article.

Ainsi, lorsque l’article est destiné à une application aéronautique, ledit matériau polymère choisi doit rester à l’état solide, dans une gamme de température à laquelle sont soumis les aéronefs en opération, c’est-à-dire entre environ -60° C et 250° C.

Par exemple, le matériau de remplissage 14 est un élastomère, car il présente également une grande stabilité thermique. De préférence, l’élastomère est un silicone.

Le matériau de remplissage 14 est également choisi de sorte à présenter un module élastique faible par rapport au module élastique du matériau métallique du substrat 1 1 .

De préférence, le ratio entre le module élastique du matériau du substrat et le module élastique du matériau de remplissage est d’au moins 100, de préférence d’au moins 1000.

Par exemple, pour un substrat en aluminium, le module élastique de l’ordre de 73 000 MPa et pour un matériau de remplissage en silicone, le module élastique est compris entre 0,5 et 5 MPa.

Le procédé pour combler les microcavités 13 avec le matériau de remplissage 14 relève des procédés classiques connus de l’homme du métier.

Ainsi, à la surface 12 du substrat 1 1 , au niveau de la zone micro-texturée 15, l’article 10 présente une alternance de parties en matériau métallique et de parties en matériau polymère, et donc une alternance de propriétés de surface.

Cette alternance de parties en matériau métallique et de parties en matériau polymère va générer avantageusement des contraintes à l’interface glace/substrat. Sous l’effet des forces aérodynamiques, des concentrations de contrainte vont se créer au niveau du matériau métallique, et provoquer une première fissuration, localisée à l’interface glace/substrat, qui va se propager par la suite grâce à la microtexturation de la surface et à l’alternance de surfaces aux propriétés mécaniques distinctes.

Ainsi, l’adhésion de la glace est fortement diminuée à la surface de l’article.

L’association de la micro-texturation et de l’alternance de surfaces aux propriétés mécaniques distinctes rend avantageusement la surface du substrat, au niveau de la zone micro-texturée, glaciophobe.

De plus, grâce aux dimensions micrométriques de la zone micro-texturée 15, l’article 10 présente une durabilité accrue dans le temps lorsqu’il est exposé à des conditions environnementales telles que l’humidité et l’érosion. En effet, lorsqu’une goutte d’eau, présentant généralement une taille de l’ordre de 20 pm, vient frapper la surface 12 du substrat 1 1 de l’article, au niveau de la zone micro-texturée 15, celle-ci va toucher à la fois une partie en matériau métallique et une partie en matériau polymère. Ainsi, la partie en matériau métallique, résistante à l’érosion, va limiter l’agressivité potentielle de la goutte d’eau sur la partie en matériau polymère qui va donc mieux résister à l’érosion.

De plus, avec un tel article, de par le fait que les microcavités de la zone micro- texturée 15 sont comblées par le matériau de remplissage 14, il n’est plus nécessaire de réaliser des microcavités 13 très précises, le matériau de remplissage venant éliminer les défauts potentiels dans les microcavités.

Ainsi, il est envisageable de recourir à des technologies de texturation par laser moins performantes, mais plus facilement adaptables à la texturation de grandes surfaces, telles que les ailes d’avion, et à de grandes cadences.

Les microcavités peuvent ainsi être avantageusement réalisées au moyen d’un laser nanoseconde.

Il est clair que toute autre procédé de fabrication des microcavités est également envisageable.

L’article 10 a été décrit, dans les figures 1 et 2, dans une configuration particulière de réalisation où il se présente sous la forme d’un revêtement destiné à être appliqué sur une pièce 20, telle que par exemple une lèvre d’entrée d’air des nacelles moteur, une aile, une dérive, une pale d’hélice ou encore une pale d’éolienne, sans que cette liste soit restrictive.

Il est également envisageable, dans une autre configuration, que le substrat 1 1 de l’article 10 et la pièce 20 ne forment qu’une seule et même pièce, comme illustré sur la figure 3. Ainsi, la (les) zone(s) micro-texturée(s) 15 est(sont) réalisée(s) directement sur la pièce 20 elle-même, à l’endroit désiré, puis les microcavités 13 remplies par le matériau de remplissage.

Quelle que soit la configuration de l’article (le substrat et la pièce forment, ou non, une même pièce), un aéronef comportant un tel article pourrait s’affranchir des systèmes actifs de dégivrage, l’article étant alors une solution alternative auxdits systèmes actifs de dégivrage. L’article présentant un impact massif réduit par rapport aux systèmes actifs de dégivrage actuels, un gain en consommation de carburant non négligeable est envisageable pour l’aéronef. Un tel article pourrait également venir en complément des systèmes actifs de dégivrage, et permettrait de réduire leur utilisation, conduisant ainsi à une diminution de la consommation énergétique induite par ces systèmes actifs de dégivrage.

Test d’évaluation des propriétés qlaciophobes

Quatorze échantillons ont été soumis à des tests visant à évaluer leurs propriétés glaciophobes.

Parmi les quatorze échantillons, huit sont des articles conformes à la présente invention.

Cinq des huit articles selon l’invention comportent un substrat en aluminium 2024 T3.

Le substrat est une plaque de dimensions 120*80 mm (longueur*largeur). Le substrat des cinq articles présente une surface présentant localement une zone micro-texturée. La zone micro-texturée présente une dimension de 70*70 mm (longueur*largeur).

Un article (Article A1 ) présente une zone micro-texturée formée par une pluralité de microsillons, les microsillons présentant une largeur b = 26 pm, et une profondeur c = 56 pm, et sont espacés entre eux, deux à deux, d’une largeur a = 15 pm. Les microsillons s’étendent sur toute la longueur de la zone micro-structurée, soit 70 mm. Les microsillons sont remplis avec de l’élastomère silicone Sylgard™ 182. Un article (Article A2) présente une zone micro-texturée formée par une pluralité de microsillons, les microsillons présentant une largeur b = 26 pm, et une profondeur c = 56 pm, et sont espacés entre eux, deux à deux, d’une largeur a = 15 pm. Les microsillons s’étendent sur toute la longueur de la zone micro-structurée, soit 70 mm. Les microsillons sont remplis avec de l’élastomère silicone CAF™ 530.

Un article (Article A3) présente une zone micro-texturée formée par une pluralité de microsillons, les microsillons présentant une largeur b = 26 pm, et une profondeur c = 56 pm, et sont espacés entre eux, deux à deux, d’une largeur a = 15 pm. Les microsillons s’étendent sur toute la longueur de la zone micro-structurée, soit 70 mm. Les microsillons sont remplis avec de l’élastomère silicone Bluesil™ ESA 7244.

Un article (Article A4) présente une zone micro-texturée formée par une pluralité de microsillons, les microsillons présentant une largeur b = 342 pm, et une profondeur c = 61 pm, et sont espacés entre eux, deux à deux, d’une largeur a = 195 pm. Les microsillons s’étendent sur toute la longueur de la zone micro-structurée, soit 70 mm. Les microsillons sont remplis avec de l’élastomère silicone Sylgard™ 182. Un article (Article A5) présente une zone micro-texturée formée par une pluralité de microsillons, les microsillons présentant une largeur b = 838 pm, et une profondeur c = 72 pm, et sont espacés entre eux, deux à deux, d’une largeur a = 425 pm. Les microsillons s’étendent sur toute la longueur de la zone micro-structurée, soit 70 mm. Les microsillons sont remplis avec de l’élastomère silicone Sylgard™ 182. Trois des huit articles selon l’invention comportent un substrat en alliage de titane TA6V.

Le substrat est une plaque de dimensions 120*80 mm. Le substrat des trois articles présente une surface présentant localement une zone micro-texturée. La zone micro-texturée présente une dimension de 70*70 mm.

Un article (Article A6) présente une zone micro-texturée formée par une pluralité de microsillons, les microsillons présentant une largeur b = 22 pm, et une profondeur c = 42 pm, et sont espacés entre eux, deux à deux, d’une largeur a = 22 pm. Les microsillons s’étendent sur toute la longueur de la zone micro-structurée, soit 70 mm. Les microsillons sont remplis avec de l’élastomère silicone Sylgard™ 182. Un article (Article A7) présente une zone micro-texturée formée par une pluralité de microsillons, les microsillons présentant une largeur b = 22 pm, et une profondeur c = 42 pm, et sont espacés entre eux, deux à deux, d’une largeur a = 22 pm. Les microsillons s’étendent sur toute la longueur de la zone micro-structurée, soit 70 mm. Les microsillons sont remplis avec de la résine époxy.

Un article (Article A8) présente une zone micro-texturée formée par une pluralité de microcavités de forme cylindrique présentant une section carrée. Les microcavités présentent quatre côtés de longueur égale à 22 pm et une profondeur c égale à 42 pm. Les microcavités sont espacées entre elles, deux à deux, d’une distance égale à 22 pm. Les microcavités sont remplies avec de l’élastomère silicone Sylgard™ 182.

A titre d’exemple comparatif, sont également soumis au test six pièces de référence. Une pièce (pièce P1 ) comporte uniquement un substrat en aluminium 2024 T3. Le substrat est une plaque de dimensions 120*80 mm (longueur*largeur) ne présentant pas de surface présentant localement une zone micro-texturée. Une pièce (pièce P2) comporte uniquement un substrat en alliage de titane TA6V. Le substrat est une plaque de dimensions 120*80 mm (longueur*largeur) ne présentant pas de surface présentant localement une zone micro-texturée.

Une pièce (pièce P3) comporte uniquement un substrat en aluminium 2024 T3. Le substrat est une plaque de dimensions 120*80 mm (longueur*largeur) ne présentant pas de surface présentant localement une zone micro-texturée. La surface du substrat est entièrement recouverte d’une couche en résine époxy, d’épaisseur 50 pm.

Une pièce (pièce P4) comporte uniquement un substrat en aluminium 2024 T3. Le substrat est une plaque de dimensions 120*80 mm (longueur*largeur) ne présentant pas de surface présentant localement une zone micro-texturée. La surface du substrat est entièrement recouverte d’une couche d’élastomère silicone Sylgard™ 182, d’épaisseur 36 pm.

Une pièce (pièce P5) comporte un substrat en aluminium 2024 T3. Le substrat est une plaque de dimensions 120*80 mm (longueur*largeur). Le substrat présente une surface présentant localement une zone micro-texturée. La zone micro-texturée présente une dimension de 70*70 mm (longueur*largeur). La zone micro-structurée est formée par une pluralité de microsillons, les microsillons présentant une largeur b = 26 pm, et une profondeur c = 56 pm, et sont espacés entre eux, deux à deux, d’une largeur a = 15 pm. Les microsillons s’étendent sur toute la longueur de la zone micro-structurée, soit 70 mm. Les microsillons ne sont remplis par aucun matériau de remplissage.

Une pièce (pièce P6) comporte un substrat en alliage de titane TA6V. Le substrat est une plaque de dimensions 120*80 mm (longueur*largeur). Le substrat présente une surface présentant localement une zone micro-texturée. La zone micro-texturée présente une dimension de 70*70 mm (longueur*largeur). La zone micro-structurée est formée par une pluralité de microsillons, les microsillons présentant une largeur b = 22 pm, et une profondeur c = 42 pm, et sont espacés entre eux, deux à deux, d’une largeur a = 22 pm. Les microsillons s’étendent sur toute la longueur de la zone micro-structurée, soit 70 mm. Les microsillons ne sont remplis par aucun matériau de remplissage.

Les quatorze échantillons sont récapitulés dans le tableau suivant :

Le but du test est d’évaluer les propriétés glaciophobes des articles et pièces sélectionnés, en calculant notamment la force d’adhésion en cisaillement de la glace.

Le protocole du test est le suivant :

- un moule en silicone de 60*20 mm est positionné sur l’échantillon à tester, et 7 ml d’eau ionisée y sont versés ;

- l’ensemble échantillon/moule est placé dans une enceinte thermostatée à - 15 °C ;

- une fois le glaçon formé, le moule est retiré et une tige poussoir est positionnée contre le glaçon, parallèlement à la surface du substrat de l’échantillon ; la tige poussoir est liée à un vérin pneumatique ;

- une rampe de force linéaire, d’ 1 N/s, est appliquée, via le vérin pneumatique, sur le glaçon pour simuler des conditions quasi-statiques ;

- une force à l’arrachage Fmax est mesurée au moyen d’un capteur de force ;

- une force d’adhésion au cisaillement (en kPa) est calculée à partir de la formule suivante :

P > ¹ max m ^ax aire du contact glace /substrat

Pour chaque échantillon, une dizaine de mesures sont réalisées dans les mêmes conditions pour obtenir une valeur moyenne et un écart-type permettant de déterminer l'incertitude sur la mesure de la force d’adhésion. Les résultats obtenus sont les suivants :

Ces résultats montrent que les articles A1 à A5, basés sur un substrat en aluminium Al 2024 T3, présentent une force d’adhésion au cisaillement bien inférieure aux pièces P1 et P5, également basées sur un substrat en aluminium Al 2024 T3, à la pièce P3 basée sur un substrat en aluminium AI2024 T3 recouvert d’une couche en résine époxy, et à la pièce P4 basée sur un substrat en aluminium AI2024 T3 recouvert d’une couche d’élastomère silicone Sylgard™ 182, et présentent donc de meilleures propriétés glaciophobes.

De même, les articles A6 à A8, basés sur un substrat en alliage de titane TA6V, présentent une force d’adhésion au cisaillement bien inférieure aux pièces P2 et P6, également basés sur un substrat en alliage de titane TA6V, à la pièce P3 basée sur un substrat en aluminium AI2024 T3 recouvert d’une couche en résine époxy, et à la pièce P4 basée sur un substrat en aluminium AI2024 T3 recouvert d’une couche d’élastomère silicone Sylgard™ 182, et présentent donc de meilleures propriétés glaciophobes.

Tests de résistance à l’érosion

Des échantillons ont été soumis à des tests visant à évaluer leur résistance à l’érosion par des particules liquides (érosion pluie).

Le but du test est d’évaluer la résistance des échantillons sélectionnés à un jet de gouttelettes d’eau sous pression afin de simuler un environnement de type « pluie >> à haute vitesse. Ce test est communément dénommé PJET (de l’acronyme anglais Pulsating Jet Erosion Test). Ce test simule de manière approchante le phénomène d’érosion rencontré par exemple par un bord de pale d’hélicoptère ou d’aile d’avion en environnement pluie.

Le protocole du test est le suivant, comme illustré sur la figure 4 :

Une pompe à haute pression 50 éjecte de l’eau sous pression, provenant d’un réservoir, au travers d’une buse 51 de diamètre prédéfini. Le jet d’eau en sortie de la buse 51 est un jet d’eau continu 53. Ce jet d’eau continu est projeté sur un disque rotatif 52, placé perpendiculairement au jet d’eau continu, et dans lequel deux orifices diamétralement opposés ont été percés, ce qui permet de sectionner le jet d’eau continu en segments 54 plus courts. La forme avant des segments d'eau acquièrent une forme hémisphérique en raison de la tension superficielle et de la traînée aérodynamique. Les segments 54 viennent ensuite frapper l’échantillon.

Les conditions opératoires sont les suivantes :

Diamètre de la buse (donc du jet) : 2 mm

Vitesse des gouttes : 225 m/s

Fréquence d’impact sur l’échantillon : 40 Hz

Angle d’impact sur l’échantillon : 90 degrés

Pression sur la buse : 3 bars

Distance entre la buse et l’échantillon : 60 mm

L’échantillon est décalé horizontalement (en ligne) et verticalement (en colonne), selon le schéma illustré sur la figure 5. Sur une même ligne, cinq zones d’impacts sont testées, distantes de e= 5 mm. Le nombre d’impacts par zone d’impacts sur une même ligne est identique. Sur une même colonne, dix zones d’impacts sont testées, distantes de e= 5 mm. Le nombre d’impacts par zone d’impacts sur une même colonne varie, de manière incrémentale, entre 40 à 10000.

Dans l’exemple de la figure 5, le nombre d’impacts sur la première ligne est de 40, sur la quatrième ligne de 240, sur la sixième ligne de 1000, sur la huitième ligne de 3000 et la dixième ligne de 10000.

Le test de résistance à l’érosion a été réalisé sur les articles A1 , A3, A4 et A6 et les pièces P4, P5 et P6 tel que décrit ci-avant dans le test d’évaluation des propriétés glaciophobes.

Les résultats obtenus sont les suivants :

On constate que les articles A1 , A3, A4, traités selon l’invention et basés sur un substrat en aluminium Al 2024 T3, présentent un comportement bien supérieur, en termes de résistance à l’érosion pluie, que les pièces P4 et P5, également basées sur un substrat en aluminium Al 2024 T3.

De même, l’article A6, traité selon l’invention et basé sur un substrat en alliage de titane TA6V, présente un comportement bien supérieur, en termes de résistance à l’érosion pluie, que la pièce P6, également basée sur un substrat en alliage de titane TA6V.