L'invention concerne un procédé et un dispositif de drapage ou de soudage d'une bande textile comprenant un chauffage par micro-ondes. L'invention est plus particulièrement, mais non exclusivement, dédiée au domaine de la réalisation d'une préforme composite fibreuse stratifiée, la stratification étant obtenue par la dépose de bandes textiles ou le placement de fibres, lesdites fibres étant dites sèches ou pré-imprégnée d'un polymère thermodurcissable ou thermoplastique, ou encore par la soudure de deux préformes composites. De manière plus précise, l'invention se rapporte aux moyens et au procédé de chauffage des couches composites assemblées lors de la réalisation de la préforme, plus particulièrement lors de la réalisation automatisée de ladite préforme, par drapage ou par soudage. L'invention est adaptée à la réalisation d'une pièce composite de grande dimension, notamment dans le domaine aéronautique, de la production énergétique et du transport terrestre.

Dans certaines circonstances, la réalisation d'une préforme fibreuse stratifiée par dépôt de fibres ou de bandes fibreuses, requiert un chauffage pour permettre l'adhésion desdites bandes ou des fibres avec la préforme. Ce chauffage vise à activer la pégosité du polymère liant les fibres, permettant ainsi l'adhésion des fibres déposées avec la préforme, ou à faciliter la conformation des bandes déposées à une forme désirée, ces deux objectifs étant compatibles l'un avec l'autre. Plus particulièrement dans le cas de la dépose de fibres dites pré-imprégnées d'un polymère thermoplastique, lequel polymère est mêlé aux fibres par exemple par poudrage ou par calandrage d'un film polymère, ce chauffage est indispensable pour obtenir au moins l'adhésion des fibres déposées à la préforme, voire, dans certaines applications, la préconsolidation de la préforme ainsi obtenue. Dans le domaine du drapage d'un composite dont la matrice est constituée d'un polymère thermoplastique, par exemple le polyétheréthercétone ou PEEK, l'adhésion des plis à la préforme nécessite que ledit polymère soit porté à une température élevée, proche de la température de fusion dudit polymère. Cette opération de chauffage est une limite à la vitesse de dépose, c'est-à-dire à la productivité d'un système automatisé, ce qui oriente l'homme du métier vers des procédés de chauffage très énergiques comme le chauffage par une source laser ou par induction. Cependant, ces moyens très énergiques présentent un risque vis-à-vis de la qualité de la pièce si la température atteinte au cours du chauffage et le temps d'exposition de la matière à cette température ne sont pas parfaitement contrôlés. De plus, ces procédés de chauffage tendent à agir différemment sur le polymère constituant la matrice et sur les renforts fibreux. Dans le domaine de l'assemblage par soudage de deux pièces composites dont la matrice est constituée d'un polymère thermoplastique, les solutions de l'art antérieur utilisent un soudage dit statique desdites pièces, celles-ci étant maintenues en pression l'une contre l'autre dans la zone de soudure par un outillage spécifique et portées à une température proche de la température de fusion du polymère constituant la matrice. Ce procédé de l'art antérieur nécessite la mise en œuvre d'un outillage de grande dimension et, en portant l'ensemble des deux pièces assemblées à une température élevée, présente le risque d'introduire des défauts dans le matériau y compris en dehors des zones de soudure. L'outillage représente une masse importante à chauffer comparativement à la masse de la pièce composite.

Le document WO 2009/138782 décrit un procédé de chauffage statique d'une pièce composite à matrice polymère contenue dans un moule, lequel moule est placé dans une cavité résonante soumise aux micro-ondes, réalisant un appiicateur multimode. L'action de chauffage desdites micro-ondes est localisée par un revêtement de l'outillage et l'introduction dans la résine constituant la matrice du polymère, de particules de magnétite.

Le document US 2012/0160834 décrit un procédé et un dispositif de drapage d'une préforme composite à matrice polymère renforcée par des fibres de carbone, dans lequel le chauffage des bandes déposées est réalisé par des micro-ondes au moyen d'une antenne se déplaçant avec la tête de drapage. Ladite antenne est constituée d'une fine plaque de métal de la forme d'une portion de disque, couvrant un secteur d'environ 90°, pour un rayon correspondant à environ 1/2 longueur d'onde du rayonnement micro-ondes utilisé, et percée d'un trou placé sensiblement au centre de gravité dudit secteur circulaire. Selon cet art antérieur, ladite antenne est placée au-dessus de la préforme à une distance d'environ 5 mm de celle-ci et connectée par un guide d'onde à un générateur de micro-ondes à la fréquence conventionnelle de 2,45 GHz, soit une longueur d'onde de 12,25 cm. Dans ces conditions, l'antenne permet de générer un champ électrique perpendiculaire aux fibres et ainsi de chauffer le polymère constituant la matrice. Afin d'obtenir ce résultat, les réflexions de l'onde doivent être confinées entre l'antenne et la matière à chauffer et les réflexions parasites notamment avec les parois de protection du dispositif doivent être évitées. Ainsi ce dispositif de l'art antérieur est placé dans une enceinte dont les parois sont spécialement traitées pour éviter les réflexions des ondes, ou dont les dimensions sont suffisantes pour éviter ces réflexions, c'est-à-dire placées à plus de 8 longueurs d'onde de l'antenne soit plus d'un mètre, quelle que soit la position de celle-ci. Un tel dispositif de l'art antérieur est peu adapté au drapage industriel d'une pièce de grande dimension et rend complexe l'installation de tout dispositif apte à appliquer une pression ou à conformer les plis déposés à proximité de l'antenne. De plus, la distance entre l'antenne et la matière à chauffer doit être rigoureusement contrôlée à tout moment.

Finalement ce procédé de l'art antérieur s'avère être sensible à tous les défauts de surface constatés sur les plis drapés, notamment les peluchas de fibres qui se comportent comme autant de pointes concentrant sur elles l'énergie électromagnétique.

L'invention vise à résoudre les inconvénients de l'art antérieur et concerne à cette fin un dispositif pour le chauffage et l'application sur une préforme d'une bande textile comprenant un renfort fibreux et un polymère, lequel dispositif comporte : a. une antenne métallique connectée à un magnétron par un guide d'onde et comportant une face rayonnante orientée vers la préforme, apte à produire un rayonnement électromagnétique à une fréquence /;

b. une cale intercalaire, constituée d'un matériau diélectrique à faible facteur de perte à la fréquence entre la face rayonnante de l'antenne et la préforme ;

c. des moyens pour fixer la cale intercalaire à l'antenne.

Ainsi, la cale intercalaire, qui se déplace avec l'antenne relativement à la préforme, assure d'une part un contrôle rigoureux de la distance entre la préforme et la face rayonnante de l'antenne. Par ailleurs, le contact entre cette cale et la matière a notamment pour effet de coucher tous les éventuels peluchas de fibres et ainsi d'éviter les effets de pointe. La cale intercalaire ne chauffe pas sous l'effet des micro-ondes du fait de son faible facteur de perte et ainsi ne pénalise pas la quantité d'énergie transmise à la matière à chauffer, mais ses propriétés diélectriques favorisent la « canalisation » des micro-ondes vers la bande textile à chauffer.

L'invention est avantageusement mise en œuvre selon les modes de réalisation et variantes exposés ci-après, lesquels sont à considérer individuellement et selon toute combinaison techniquement opérante.

Avantageusement, le dispositif objet de l'invention comporte :

d. des moyens de pression aptes à comprimer la cale intercalaire entre la préforme et la face rayonnante de l'antenne.

Ainsi la pression mécanique assure un contact uniforme de la cale sur la préforme et ainsi un contrôle de la distance de l'antenne en tout point, de sorte que le chauffage soit uniforme.

Avantageusement, le dispositif objet de l'invention comporte :

e. un rouleau d'application de la bande textile sur la préforme.

Ainsi, le rouleau permet de maintenir la bande textile au contact de la préforme pour en réaliser l'adhésion et coopère avec l'ensemble de chauffage pour appliquer la pression nécessaire de la bande textile sur la préforme, selon l'application visée.

Selon un exemple de réalisation, la cale intercalaire est constituée de mica. Ce mode de réalisation permet de réaliser un chauffage à température élevée, notamment dans le cas d'un composite à matrice thermoplastique à haute performance.

Selon un autre exemple de réalisation, la cale intercalaire est constituée d'un polytétrafluroéthylène (PTFE). Selon ce mode de réalisation, la cale intercalaire présente une certaine souplesse ce qui lui permet de se conformer à la forme de la préforme. De plus, ce matériau présente un faible coefficient de frottement ce qui limite les risques de dégradation des bandes textiles et le rend également adapté au drapage de bandes pégueuses.

Avantageusement, la cale intercalaire est conformée à la forme de la préforme. Selon des variantes de réalisation cette conformation est obtenue par déformation de ladite cale intercalaire, lorsque sa souplesse le permet, notamment par la pression d'application de la cale sur la préforme, ou par usinage de la cale à la forme adaptée. Ce mode de réalisation assure un contact uniforme entre la bande textile et la préforme.

Selon un mode de réalisation avantageux, du dispositif objet de l'invention, l'antenne et la cale intercalaire sont déformables et il comprend :

f. des moyens de conformation pour déformer l'antenne et la plaque intercalaire de sorte à les adapter à la forme de la préforme.

Ce mode de réalisation assure une maîtrise parfaite, en tout point, de la distance de l'antenne par rapport à la préforme.

Avantageusement, les moyens de conformation comprennent des zones d'articulations de l'antenne et de la cale intercalaire. Selon des variantes de réalisation, lesdites zones sont constituées par des articulations mécaniques ou, plus avantageusement par des articulations ou rotules élastiques obtenues en modifiant localement la rigidité de l'antenne ou de la cale intermédiaire. Ces points d'articulation permettent de contrôler de manière prévisible la forme de l'ensemble antenne et cale intermédiaire en fonction d'une sollicitation qui leur est appliquée.

Ainsi, les moyens de conformation comprennent avantageusement des moyens de sollicitation de l'antenne ou de la cale intermédiaire. Le pilotage de ces moyens permet ainsi d'adapter la forme de l'antenne à la forme de la préforme au cours du drapage.

Selon un mode de réalisation particulier, la cale intercalaire comporte une zone dont l'épaisseur est contrôlée pour obtenir une répartition particulière de température dans la bande textile lors de son chauffage.

Selon un autre mode de réalisation particulier, compatible avec le précédent, la cale intercalaire comporte une zone écran, apte à interdire un passage de l'onde électromagnétique au travers de ladite zone écran.

Ces modes de réalisation offrent des degrés de liberté supplémentaires comparativement à l'art antérieur, pour contrôler le champ électrique induit dans les plis déposés et la répartition de température de chauffage.

L'invention concerne également un procédé pour le drapage d'une bande textile sur une préforme composite, mettant en œuvre un dispositif selon l'un quelconque des modes de réalisation du dispositif objet de l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à :

i. appliquer la bande textile sur la préforme au moyen d'un rouleau d'application ;

ii. chauffer l'interface entre la bande textile et la préforme par microondes, en pressant ladite bande textile sur la préforme au moyen de la cale intercalaire.

Ainsi, le procédé objet de l'invention permet de répartir de manière homogène la puissance de chauffage sur la surface juste nécessaire à l'opération de drapage et ainsi d'obtenir des vitesses de dépose élevées sans risque de dégradation de la matière.

L'invention est exposée ci-après selon ses modes de réalisation préférés, nullement limitatifs, et en référence aux figures 1 à 4, dans lesquelles :

- la figure 1 est une vue en coupe d'un exemple schématique de mise en oeuvre de l'invention pour l'application d'une bande textile sur une préforme composite, figure 1A, dans une configuration de soudage et figure 1 B dans une configuration de drapage ou de placement de fibres ;

- la figure 2 montre selon une vue en coupe AA définie figure 1A, un exemple d'assemblage de l'antenne et de la cale intercalaire du dispositif objet de l'invention, figure 2A selon une configuration plane, et figure 2B selon une configuration adaptée à un drapage ou un soudage sur une préforme en forme ;

- la figure 3 représente schématiquement un exemple de réalisation d'un ensemble antenne et cale intercalaire conformable à la forme de la préforme, figure 3A en configuration plane et figure 3B en forme ;

- et la figure 4 est une vue selon la même coupe que les figures 2 et 3, d'un exemple de réalisation du dispositif objet de l'invention dans lequel la cale intercalaire comprend des zones écran faisant barrage aux micro-ondes.

Dans tout le texte, les termes « bande textile » sont utilisés avec une signification large et couvrent à la fois une bande fibreuse ou des fibres monopli, une superposition de plusieurs plis, voire une bande rigide préconsolidée ou partiellement consolidé dans le cas d'un assemblage par soudure d'une préforme et d'une bande à matrice thermoplastique. Le terme partiellement consolidé désigne une stratification de plis composites à matrice thermoplastique, soudés entre eux préalablement à la dépose par la mise en fusion du polymère constituant la matrice, mais dont les chaînes moléculaires dudit polymère ne s'étendent pas entre deux plis, les liaisons entre lesdits plis restant essentiellement surfaciques. Le terme pré-imprégné, s'agissant d'un polymère thermoplastique désigne une bande textile fibreuse comportant un poudrage de polymère, un filmage ou des fibres polymères co- mêlées, ou encore une bande composite à matrice thermoplastique partiellement consolidée.

Figure 1 , selon un exemple schématique de réalisation, le dispositif objet de l'invention est adapté sur une tête (190) d'application pour l'adhésion d'une bande (11 1 , 1 12) textile comprenant un renfort fibreux continu et un polymère, sur une préforme (100). La tête (190) d'application est, par exemple, supportée par une machine-outil à commande numérique, permettant de contrôler les déplacements relatifs de ladite tête (190) par rapport à la préforme et également de piloter les conditions d'application et chauffage de la bande textile (11 1 , 1 12). Selon différentes variantes de réalisation cette opération consiste en un drapage d'une bande large, comprenant éventuellement plusieurs plis, ou une opération de placement de fibres d'une mèche étroite, ou une opération de soudage d'une bande rigide. Le polymère constituant la matrice de la bande (1 1 1 , 112) textile est un polymère thermoplastique, par exemple un polyétheréthercétone ou PEEK ou un polyétherétherimide ou PEI, ou encore un polysulfure de phénylène ou PPS, ou un polyamide, sans que ces exemples ne soient limitatifs ni exhaustifs. Le renfort fibreux est constitué de fibres de carbone ou de verre ou encore de fibres thermoplastiques ayant une température de fusion supérieure à celle du polymère constituant la matrice. Selon une variante, le polymère constituant la matrice de la bande textile (11 1 , 1 12) est un polymère thermodurcissable, par exemple une résine époxy ou polyester, et la préforme (100) ou la bande textile comporte une bande de polymère thermoplastique à l'interface entre ladite bande textile (1 1 1 , 112) et la préforme. Selon un mode de réalisation particulier (non représenté), le pli de la bande textile se trouvant à l'interface avec la préforme ou le pli de la préforme se trouvant à l'interface avec la bande textile comprennent une dispersion de particules aptes à concentrer l'effet des micro-ondes, par exemple des ferrites. L'ensemble de chauffage comporte une antenne (120) reliée par l'intermédiaire d'un guide d'onde (121 ) à un magnétron (non représenté) porté par la tête d'application. Ladite antenne (120) est séparée de la préforme (100) par une cale (130) intercalaire. Des moyens (140) de pression, ici symbolisés par un ressort de compression, appliquent l'ensemble constitué de l'antenne (120) et de la cale (130) intercalaire sur la préforme (100) ou sur la bande (1 11 ) textile avec une pression comprise entre 0 et 1 bar (10 ⁵ .Pa). L'épaisseur de ladite cale (130) intercalaire définit la distance entre l'antenne (120) et la surface soumise aux microondes, cette distance et l'épaisseur de la cale, sont avantageusement comprises entre 0,5 mm et 5 mm, préférentiellement comprises entre 1 mm et 3 mm, et idéalement de l'ordre de 2 mm, ceci afin d'obtenir une répartition homogène du chauffage sur une surface sensiblement équivalente à celle de l'antenne. Ladite cale (130) intercalaire est constituée d'un matériau diélectrique à faible facteur de perte, c'est-à-dire un facteur de perte inférieur ou égale à 10 ^"2 à la fréquence des micro- ondes générées par le magnétron. Cette fréquence est comprise entre 1 GHz et 3 GHz (10 ⁹ à 3.10 ⁹ Hz) soit une longueur d'onde comprise entre 30 cm et 10 cm, et plus communément égale à 2,45 GHz. À titre d'exemples non limitatifs, ladite cale (130) intercalaire est constituée de mica de type muscovite, ce qui lui permet de résister à haute température, notamment pour l'application d'une bande textile (11 1 , 1 12) pré-imprégnée de PEEK. Selon d'autres exemples de réalisation, la cale (130) intercalaire est constituée d'un matériau céramique, de PTFE, de polyéthylène ou encore de verre ou de silicates comme du quartz, sans que cette liste ne soit exhaustive. Selon d'autres modes de réalisation (non représentés), la cale intercalaire est constituée d'un composite combinant plusieurs des matériaux cités ci-avant. Ainsi, par exemple, ladite cale est constituée d'un polymère intégrant des barreaux de mica ou de quartz, de sorte que la cale reste souple en flexion mais rigide en compression, les barreaux rigides assurant cette rigidité en compression. Selon un autre exemple de réalisation composite, la cale est constituée d'un matériau rigide, tel du mica ou de la céramique et reçoit sur sa face en contact avec la bande textile un revêtement de PTFE. Selon l'épaisseur de ce revêtement, celui assure une réduction du coefficient de frottement avec la préforme et la bande textile, ou, si son épaisseur est suffisante, permet une adaptation de la forme du contact assurant la pression de la bande textile sur la préforme, particulièrement lorsque la préforme présente un grand rayon de courbure, par exemple un rayon de courbure supérieur à 5 mètres.

Figure 1A, selon un mode de mise en oeuvre du dispositif objet de l'invention, la bande textile (1 1 1 ) est une stratification rigide, consolidée ou préconsolidée, et l'opération réalisée est une opération de soudage de ladite bande textile (1 1 1 ) sur la préforme (100). Selon un exemple de réalisation, ladite bande textile (1 11 ) est une aile d'un profilé soudé sur la préforme (100). Un ou plusieurs rouleaux (150) permettent de maintenir la bande textile (11 1 ) au contact de la préforme (100) pendant l'opération de soudage. Selon cet exemple de réalisation non limitatif, le rouleau (150) suit l'ensemble de chauffage dans le sens (191 ) relatif de progression de la tête d'application par rapport à la préforme. La configuration inverse est également possible, où le rouleau précède l'ensemble de chauffage dans le sens progression de la tête (190), ou encore, l'ensemble de chauffage est placé entre deux rouleaux d'application. Selon l'effort appliqué par les moyens (140) de pression, la cale (130) intercalaire est apte à agir comme un sabot de pression pour favoriser l'adhésion, la soudure ou la co-consolidation avec la préforme de la bande textile

(11 1 ) , en coopération ou non avec le rouleau (150).

Figure B, selon un autre exemple de mise en oeuvre, le dispositif objet de l'invention est adapté au drapage d'une bande (112) textile, pré-imprégnée d'un polymère thermoplastique, sur une préforme (100). Selon ce mode de mise en œuvre l'ensemble de chauffage est positionné de sorte à chauffer l'interface entre la bande

(112) textile et la préforme (100).

Figure 2A, selon un exemple de réalisation, l'antenne (120) est constituée d'une plaque mince en métal et la cale (130) intercalaire est liée de manière amovible à ladite plaque par des moyens (231 ) de fixation de sorte que ladite cale est interchangeable pour s'adapter à la forme de la pièce, ou en cas d'usure, ou encore pour varier la distance entre l'antenne et la bande textile selon l'application visée. La plaque constituant l'antenne est constituée d'un matériau électriquement conducteur, par exemple un métal, comme un alliage d'aluminium, de cuivre ou un acier inoxydable. Selon un autre mode de réalisation ladite antenne est constituée de graphite. Selon un exemple de mise en œuvre, figure 2B, la cale (230) intercalaire est conformée selon une forme cylindrique et la plaque (220) constituant l'antenne est suffisamment flexible pour prendre la forme de ladite plaque intercalaire. Ce mode de réalisation est, par exemple, adapté au drapage en forme d'une portion de fuselage composite d'un aéronef, ou au soudage en continu de raidisseurs à l'intérieur d'un tel tronçon de fuselage. Alternativement, la cale intercalaire est flexible et sa conformation est imposée par la forme de la plaque constituant l'antenne (220) configurée dans ce cas pour être rigide.

Figure 3A, selon un autre mode de mise en œuvre, la plaque (320) constituant l'antenne et la cale (330) intercalaire, comportent des zones (321 , 331 ) d'articulation leur permettant de se déformer selon un sens de courbure privilégié. Selon cet exemple de réalisation, ces zones d'articulation sont des articulations élastiques constituées par des zones affaiblies mécaniquement de l'antenne et de la cale intercalaire. Ainsi, figure 3B, les moyens de pression (340), symbolisés ici par des ressorts, mettent en œuvre la souplesse conférée par ces articulations pour conformer la forme de cet ensemble (320, 330) à la forme (300) de l'outillage ou de la préforme sur laquelle le drapage est réalisé. La rigidité en compression de la cale intermédiaire reste suffisante pour assurer le contrôle de la distance de l'antenne (320) par rapport à la préforme. Au besoin cette rigidité en compression est améliorée par une constitution composite de la cale. Les moyens de pression (340) sont ici représentés comme des moyens localisés agissant sur l'antenne et la plaque intercalaire pour les adapter à une forme convexe. Les mêmes moyens de pression sous la forme de ressorts ou de vérins sont également adaptés à conférer à cet ensemble une forme appropriée à une préforme concave. Selon un mode de réalisation alternatif (non représenté), ou de manière complémentaire, lesdits moyens de pression sont constitués par une vessie dont le gonflage permet de modifier la forme de l'antenne et de la cale. Selon un mode de réalisation particulier, non représenté, ladite vessie est intégrée dans la cale intercalaire.

Figure 4, selon un mode de réalisation particulier, le dispositif objet de l'invention comprend des zones formant écran pour moduler la répartition des micro- ondes émises par l'antenne (420) dans la bande textile, la préforme et dans l'environnement. Ces zones sont ici représentées aménagées dans la cale (430) intercalaire sans que cet exemple de réalisation ne soit limitatif. Ainsi, ladite cale intègre par exemple une ou plusieurs tresses (461 ) métalliques et une ou plusieurs cavités (462) en liaison hydraulique avec des moyens (non représentés) permettant de créer une circulation d'eau dans lesdites cavités (462).

La description ci-avant montre que l'invention atteint les objectifs visés, en particulier elle permet de contrôler de manière rigoureuse la distance entre l'antenne et la matière déposée sur la préforme, en drapage automatisé, sur une préforme de forme complexe. Ce contrôle est réalisé au niveau de l'antenne par des moyens de pression et de conformation sans nécessiter, pour certains d'entre eux, un pilotage spécifique, de sorte que le dispositif de chauffage objet de l'invention est notamment adaptable sur une machine de drapage ou de placement de fibre existante.