La présente invention concerne le domaine des pièces de structure en matériau composite, comprenant une matrice thermoplastique ou thermodurcissable renforcée de fibres, telle que des ferrures par exemple .

Elle a pour objet un procédé d'avertissement d'un risque de rupture ou de déformation d'une telle pièce de structure en fonction de son utilisation, ainsi qu'une pièce en matériau composite comportant un système d'avertissement d'un risque de rupture ou de déformation .

On notera que par fibre on entend toutes les formes sous lesquelles peuvent être présentées les fibres de renfort, et notamment, mais non limitativement, des mèches, rubans ou cordons de fibres de renfort .

Les pièces composites utilisées comme pièces de structure présentent l'inconvénient d'un risque de rupture qu'il n'est pas possible de prévenir car elles se déforment très peu avant de casser, ce qui impose aujourd'hui un surdimensionnement conséquent de ces pièces pour qu'elles ne cassent qu' au-delà d'un effort ultime, bien supérieur aux efforts maximums de fonctionnement. De plus, pouvant être occasionnellement endommagées sans que cela soit visible, elles sont également surdimensionnées pour résister aux chargements de fonctionnement, ultimes et fatigues, même après endommagement .

Il serait toutefois préférable en termes de poids et économiquement, de rendre plus lisible l'endommagement de ces pièces composites, en étant en capacité de détecter préventivement un risque de rupture.

On connaît aussi, par les documents US 2007/037462, FR 2 865 539, FR 2 980 574, DE 10 2007 032351, WO 2007/003883, WO 2009/044191, ou encore JP 3 344805, EP 2 500 706 et EP 2 112 374, des objets qui incorporent des éléments présentant une fragilité calibrée associés à des moyens capteurs, avec pour inconvénients qu'ils ne font pas partie des éléments structuraux, au mieux ils relient des éléments structuraux, en sorte qu'ils peuvent céder pour des raisons autres qu'une sollicitation de la résistance de l'objet, un choc par exemple.

La présente invention a donc pour objet de proposer un procédé de fabrication d'une pièce structurale composite, ainsi que de la pièce structurale composite obtenue, permettant de prévenir un risque de rupture en intégrant des moyens d'avertissement d'un risque dans les éléments qui créent la résistance à une sollicitation.

Selon l'invention, le procédé d'avertissement d'un risque de rupture ou de déformation d'une pièce structurale en matériau composite lorsqu'elle est soumise à un effort, selon l'invention, où ladite pièce est constituée d'une matrice thermoplastique ou thermodurcissable renforcée de fibres, se caractérise en ce qu'il consiste à :

- arranger lesdites fibres en une structure en treillis obtenue par bobinage des fibres, imprégnées ou non de résine, sur des plots ou analogues, en sorte de tendre les fibres entre des plots pour former des barres se rejoignant ou se croisant en des nœuds, où lesdites barres sont orientées de façon à être sollicitées en traction ou compression,

- à configurer au moins une barre dudit treillis et/ou à intégrer à ladite pièce au moins une barre supplémentaire créée à partir de nœuds supplémentaires et/ou d'un ou plusieurs nœuds dudit treillis, dont l'emplacement et la résistance à la rupture sont déterminés en sorte d'une part qu'à son emplacement sa rupture ne soit pas préjudiciable à l'intégrité en utilisation dudit treillis et donc de ladite pièce, et d'autre part, que ladite résistance à la rupture soit calibrée pour être d'une valeur supérieure à celle permettant de supporter une sollicitation optimale en utilisation de ladite pièce, tout en étant inférieure à celle de sollicitation maximale de ladite pièce,

- à associer à ladite au moins une barre, intérieurement à ladite pièce, un moyen capteur conçu apte à détecter sa rupture , - à associer audit moyen capteur, un moyen d'émission, extérieurement à ladite pièce, d'un signal relatif à la rupture .

Ainsi, la présente invention, utilise les propriétés d'une structure treillis pour créer à l'intérieur de celui-ci, un treillis secondaire, tendu entre les nœuds du treillis principal, et dont au moins l'une des barres est dédiée à la mesure.

Selon une caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, on calibre la résistance de la au moins une barre supplémentaire, en réduisant sa section par rapport à celle des autres barres, ou en utilisant un matériau moins résistant que celui utilisé pour les autres barres, ou en créant sur ladite barre un accident de forme apte à provoquer une sur-contrainte, ou en sous-dimensionnement un nœud supplémentaire.

Selon une autre caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, on incorpore à la structure treillis, associés à des éléments de ladite structure, des seconds moyens capteurs de détection de la rupture de l'un desdits éléments.

Sous l'effet d'une sollicitation importante, il est possible, en plus de la structure treillis secondaire dédiée à la détection, que la structure treillis principale soit également détériorée sans pour autant que cela soit détectable ou visible dans le comportement de la pièce composite ou de l'objet comportant ladite pièce. Aussi les seconds moyens capteurs sont destinés à donner l'alerte en vue d'une prise de décision rapide.

La présente invention a également pour objet une pièce structurale en matériau composite comportant un système d'avertissement d'un risque de rupture ou de déformation lorsqu'elle est soumise à un effort, ladite pièce en matériau composite étant constituée d'une matrice thermoplastique ou thermodurcissable renforcée de fibres, qui se caractérise en ce que lesdites fibres sont arrangées en une structure en treillis obtenue par bobinage des fibres, imprégnées ou non de résine, sur des plots ou analogues, en sorte de faire cheminer les fibres entre lesdits plots pour former des barres se rejoignant ou se croisant en des nœuds, lesdites barres étant orientées de façon à être sollicitées en traction ou compression, ladite pièce composite comportant en outre, au moins une barre créée à partir de nœuds supplémentaires et/ou d'un ou plusieurs nœuds dudit treillis, dont l'emplacement ainsi que la résistance à la rupture sont prédéterminés, en sorte d'une part que sa résistance à la rupture soit calibrée pour être inférieure à celle que doit avoir ladite pièce et supérieure à celle permettant de supporter une sollicitation optimale en utilisation de ladite pièce, et d'autre part que sa rupture ne soit pas préjudiciable à l'intégrité en fonctionnement de ladite pièce ; en ce que ladite au moins une barre, est associée à un moyen capteur conçu apte à détecter sa rupture ; et en ce que ledit moyen capteur est associé à un moyen d'émission d'un signal relatif à la rupture.

La rupture de la au moins une barre dédiée à la mesure consiste ainsi le premier dommage constatable sur la pièce, celle- ci conservant son intégrité en fonctionnement nominal .

Lors de la sollicitation de la pièce, la rupture constatée de la barre dédiée à la mesure est le signe d' une surcharge par rapport à une charge nominale. Le passage à ce seuil d'alerte pourra déclencher une action d'avertissement ou de maintenance.

Le moyen capteur peut se présenter sous différentes formes, et notamment, non limitativement :

- un conducteur électrique, ou une fibre optique, disposé dans la barre dédiée à la mesure, qui se brise simultanément avec cette barre,

- une jauge de déformation par allongement de la barre, constituée par exemple d'une bobine ou d'un conducteur, la variation de longueur dudit conducteur pendant la déformation impactant directement la résistance du conducteur,

- ou tout autre système permettant de mesurer une déformation ou une contrainte .

Il est à noter que l'inclusion dans la résine du treillis peut permettre de placer le capteur à proximité de la barre dédiée à la mesure, car la résine constituant la matrice ayant une rigidité négligeable devant celle du matériau composite constituant le treillis, la déformation locale à proximité de la barre dédiée à la mesure sera similaire dans la résine à celle de la barre.

Le moyen d'émission d'un signal peut être réalisé de différentes manières, notamment, non limitativement :

- par une liaison filaire au capteur, traversant la matrice,

- par une liaison sans fil, au travers d'une électronique de communication directement noyée dans la matrice, ou imprimée sur la matrice,

- par un moyen de transmission optique, en utilisant une matrice transparente,

- ou en utilisant comme capteur une antenne RFID interrogeable à distance par une source active capable de détecter sa rupture ou déformation.

La présente invention a également pour objet une variante du procédé d'avertissement d'un risque de rupture ou de déformation d'une pièce structurale en matériau composite lorsqu'elle est soumise à un effort, ladite pièce étant constituée d'une matrice thermoplastique ou thermodurcissable renforcée de fibres, le procédé se caractérisant en ce qu'il consiste à :

- arranger lesdites fibres en une structure en treillis obtenue par bobinage des fibres, imprégnées ou non de résine, sur des plots ou analogues, en sorte de tendre les fibres entre lesdits plots pour former des barres se rejoignant en des nœuds, lesdites barres étant orientées de façon à être sollicitées en traction ou compression,

- concevoir au moins une partie de ladite pièce au travers d'au moins une barre dudit treillis et/ou d'au moins une barre supplémentaire créée à partir de nœuds supplémentaires et/ou d'un ou plusieurs nœuds dudit treillis, dont l'emplacement et la résistance à la rupture sont déterminés en sorte d'une part qu'à son emplacement, lorsque la pièce subit un effort atteignant ou dépassant l'effort nominal, elle subisse un effort provoquant sa rupture, et que sa rupture ne soit pas préjudiciable à l'intégrité en utilisation dudit treillis et donc de ladite pièce, d'autre part que ladite résistance à la rupture soit calibrée pour être d'une valeur supérieure à celle permettant de supporter une sollicitation optimale en utilisation de ladite pièce, tout en étant inférieure à celle de sollicitation maximale de ladite pièce, et en ce que ladite partie de ladite pièce consiste en une portion identifiable extérieurement, et qui est conçue apte à subir une déformation lors de la rupture de ladite au moins une barre .

Ainsi, selon cette variante, on crée une pièce composite de type à structure treillis, destinée à être soumise à des efforts, et qui comporte une partie, également soumise auxdits efforts, dont la structure treillis est d'une résistance à la rupture moindre que celle du reste du treillis, mais supérieure à la résistance souhaitée de la pièce composite et inférieure à la résistance maximale de cette dernière. De plus, cette partie de la pièce composite est identifiable, et la rupture de sa structure en génère une modification visible extérieurement, telle qu'une déformation .

La déformation de la partie comprenant la au moins une barre dédiée à la mesure consiste ainsi le premier dommage constatable sur la pièce, celle-ci conservant son intégrité en fonctionnement nominal .

Il est donc possible de détecter avant un risque de rupture de la pièce composite, que celle-ci a été soumise à un effort supérieur à l'effort nominal.

Lors de la sollicitation de la pièce, la rupture constatée de la barre dédiée à la mesure est le signe d' une surcharge par rapport à une charge nominale. Le passage à ce seuil d'alerte pourra déclencher une action de prévention ou de maintenance.

La présente invention a également pour objet une pièce structurale en matériau composite comportant un moyen d'avertissement d'un risque de rupture ou de déformation lorsqu'elle est soumise à un effort, ladite pièce en matériau composite étant constituée d'une matrice thermoplastique ou thermodurcissable renforcée de fibres, qui se caractérise en ce que lesdites fibres sont arrangées en une structure en treillis obtenue par bobinage de fibres, imprégnées ou non de résine, sur des plots ou analogues, en sorte de tendre les fibres entre lesdits plots pour former des barres se rejoignant en des nœuds, lesdites barres étant orientées de façon à être sollicitées en traction ou compression,

en ce que ladite pièce comporte au moins une partie qui incorpore au moins une barre dudit treillis et/ou au moins une barre supplémentaire créée à partir de nœuds supplémentaires et/ou d'un ou plusieurs nœuds dudit treillis, dite barre de mesure, dont l'emplacement et la résistance à la rupture sont déterminés en sorte d'une part qu'à son emplacement, lorsque la pièce subit un effort atteignant ou dépassant l'effort nominal, elle subisse un effort provoquant sa rupture, et que sa rupture ne soit pas préjudiciable à l'intégrité en utilisation dudit treillis et donc de ladite pièce, d'autre part que ladite résistance à la rupture soit calibrée pour être d' une valeur supérieure à celle permettant de supporter une sollicitation optimale en utilisation de ladite pièce, tout en étant inférieure à celle de sollicitation maximale de ladite pièce,

et, en ce que ladite partie consiste en une portion identifiable extérieurement, et qui est conçue apte à subir une déformation lors de la rupture de ladite au moins une barre .

La moindre résistance à la rupture de la barre dédiée à la mesure peut être obtenue de différentes manières telles que, non limitativement, une section réduite par rapport à celles des autres barres du treillis, une zone de fragilisation, donner à cette barre une forme initiale pour réduire sa tenue au flambage en faisant passer l'enroulement sur un point de passage particulier par exemple, intégrer à cette barre une bobine intermédiaire dont la résistance est limitée en sorte qu'elle se rompe au-delà d'un certain effort exercé sur la barre.

Selon un mode de réalisation particulier, la barre de mesure comporte des fibres tendues et des fibres moins tendues, ces dernière étant aptes à autoriser un débattement augmenté de la pièce après rupture desdites fibres tendues .

Selon un mode de réalisation particulier de la pièce en matériau composite selon l'invention, la partie de ladite pièce destinée à l'identification de la rupture, comporte une structure primaire de treillis réalisée à partir d'une fibre de renforcement présentant un haut module et un faible taux d'allongement à rupture, ladite structure primaire étant associée à une structure secondaire, concourante ou non avec ladite structure primaire et réalisée à partir de fibres de renforcement présentant un module plus faible, un allongement à rupture plus élevé et/ou une contrainte à rupture plus élevée que les fibres de ladite structure primaire .

La rupture de la structure primaire à un effort défini par le dimensionnement de la pièce entraîne un transfert du chemin d'effort vers la structure secondaire. Ce changement de chemin d'effort se traduit par une modification de la raideur globale, un allongement détectable et/ou des fissures visibles permettant une détection du dommage subit par la pièce .

Avantageusement, la structure secondaire pourra supporter une charge finale avant rupture plus importante que la structure primaire, de manière à assurer le bon fonctionnement de la pièce malgré le dommage subi.

Ainsi par exemple, dans une structure treillis réalisée à partir de fibres de carbone HM (haut module) , la ou les barres dites de mesure sont doublées de fibres de carbone (HR) (haute résistance) , en sorte d' obtenir une baisse de la raideur après la rupture des fibres HM, l'effort maximum final étant plus élevé que l'effort de première rupture, en utilisant des fibres HR présentant un allongement à rupture et des admissibles plus élevés que les fibres HM.

On notera que le doublage peut également être réalisé avec des fibres de verre de type S.

Les avantages et les caractéristiques des procédés et des pièces en matériau composite qui en sont issue selon l'invention, ressortiront plus clairement de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, lequel en représente des modes de réalisation non limitatifs.

Dans le dessin annexé :

- la figure 1 représente une vue schématique en élévation d'une pièce en matériau composite relative au domaine de l' invention . - la figure 2 représente la même pièce en matériau composite équipée d'un système d'avertissement d'un risque de rupture ou de déformation selon l'invention.

- la figure 3 représente la même pièce en matériau composite équipée d'un autre système d'avertissement d'un risque de rupture ou de déformation selon l'invention.

- la figure 4 représente une vue schématique en élévation d'une pièce en matériau composite relative au domaine de l'invention, équipée d'un moyen d'avertissement d'un risque de rupture ou de déformation selon l'invention.

- la figure 5 représente la même pièce en matériau composite équipée d'une variante du moyen d'avertissement d'un risque de rupture ou de déformation selon l'invention.

En référence à la figure 1, on peut voir une pièce 1 en matériau composite selon l'invention. Cette pièce composite 1 utilisée pour illustrer non limitativement la présente invention, consiste en une potence, propre à supporter des sollicitations mécaniques S lors de son utilisation.

La pièce composite 1 comprend une matrice thermoplastique ou thermodurcissable 10 renforcée de fibres qui sont arrangées en une structure en treillis 2 constituée de l'enroulement filamentaire, selon un parcours judicieusement choisi autour de bobines ou poulies pour former les nœuds 20 du treillis 2, tandis que les parties rectilignes s'étendant entre les nœuds 20 constituent des barres 21. Les fibres peuvent être préalablement enduites d'une résine thermoplastique ou thermodurcissable.

La préforme constituée du treillis 2 est ensuite intégrée à une matrice 10 pour bloquer les déformations transverses des fibres, soit par trempage dans un bain de matériau constituant la matrice, à une température permettant de présenter une viscosité suffisante pour couvrir le treillis de fibres 2, soit par moulage dans un moule, le volume de comblement de la pièce étant injecté en complément du treillis 2 préalablement disposé dans le moule .

En référence à la figure 2, on peut voir que, selon l'invention, le treillis 2 comporte une barre supplémentaire 3, obtenue par bobinage entre un nœud 201 du treillis 2 et un nœud supplémentaire 30, lui-même issu d'un bobinage avec deux nœuds 202 et 203 du treillis 2.

La barre supplémentaire 3 ne participe pas à la résistance nominale de la pièce composite 1, par contre elle est sollicitée en traction ou en compression lorsque la pièce composite 1 est sollicitée .

La barre supplémentaire 3 est configurée, pour offrir une résistance moindre que les autres barres 21, au travers, non limitativement, d'une section moindre, ou de l'utilisation d'un matériau moins performant, soit de la présence, à un endroit quelconque, ou d'un accident de forme provoquant une sur contrainte, ou un sous dimensionnement du nœud 30, ou bien une combinaison de plusieurs de ces caractéristiques.

Toujours selon l'invention, à la barre supplémentaire 3 est associé un moyen capteur 4, destiné à être intégré à la matrice 10, et apte à mesurer une déformation ou une rupture de la barre supplémentaire 3. Dans le mode de réalisation représenté, le moyen capteur 4 est lié à des moyens 5 d'émission d'un signal disposés extérieurement à la pièce 1, et connecté au moyen capteur 4 par une liaison filaire 50.

Le moyen capteur 4 peut détecter une déformation ou une rupture de la barre supplémentaire 3, et transmettre cette information aux moyens 5 d'émission d'un signal.

En référence maintenant à la figure 3, on peut voir un mode de réalisation particulier du système d'avertissement selon 1' invention .

Dans ce mode de réalisation une barre supplémentaire 6 dédiée à l'avertissement est réalisée par enroulement d'un conducteur filaire 60 autour de deux nœuds supplémentaires 61 et 62, chacun d'eux venant de la création de deux barres supplémentaires, respectivement 63 et 64, et 65 et 66, par des enroulements avec des nœuds du treillis 2, respectivement 204 et 205, et 206 et 207.

Les barres supplémentaires 6, 63, 64, 65 et 66, ainsi que les nœuds supplémentaires 61 et 62 , forment un treillis secondaire tendu intérieurement au treillis 2 entre les nœuds 204, 205, 206 et 207, et dont la barre 6 constitue une jauge de déformation soumise aux sollicitations . On comprendra que la variation de longueur de la barre 6 et donc du conducteur 60 impacte directement la résistance du conducteur.

En référence maintenant à la figure 4, on peut voir la pièce 1 en matériau composite selon l'invention, et qui comprend un élément vertical 11 et un élément horizontal 12.

Selon cette variante de l'invention, la pièce composite 1 comporte une partie 7, identifiable extérieurement, comprenant une barre 22 du treillis 2, s'arcboutant comme une étai entre un nœud 20 de l'élément vertical 11 et un nœud 20 de l'élément horizontal 12.

La barre 22, dite barre de mesure, est positionnée pour ne pas participer à la résistance de la pièce 1 lorsque celle-ci est soumise à un effort, en sorte qu'en cas de rupture, l'intégrité de la pièce 1 soit intacte. Elle est configurée pour présenter une résistance à la rupture d' une valeur supérieure à celle permettant de supporter une sollicitation optimale en utilisation de la pièce 1, tout en étant inférieure à celle de sollicitation maximale de cette pièce 1.

Ainsi, la rupture de la barre 22, amenant à la déformation ou la rupture de la partie 7 de la pièce 1, visible extérieurement, permet de détecter que la pièce 1 a été ou est soumise à un effort supérieur à celui nominal requis .

En référence à la figure 5, on peut voir dans une variante, que la partie 7 de la pièce 1 est parcourue par une portion du treillis 2, comprenant une barre 23 s'étendant entre un nœud 20 de l'élément vertical 11 et un nœud 20 de l'élément horizontal 12 et présentant dans une portion médiane, un enroulement sur une bobine 24, dont la résistance à l'écrasement, sous l'effet d'une traction, est calibrée pour rompre lorsque la pièce 1 est soumise à un effort supérieur à l'effort nominal requis.