Domaine technique

L’invention concerne la fabrication d’un tissu, notamment un tissu tridimensionnel, en forme, c’est-à-dire présentant une épaisseur variable sur sa largeur. Un tel tissu peut notamment servir de renfort ou préforme dans la fabrication d’objets composites par moulage par transfert de résine, notamment pour des applications dans l’aéronautique.

Etat de la technique

Les tissus tridimensionnels (3D) peuvent être utilisés en tant que renforts ou préformes dans des objets composites fabriqués par moulage par transfert de résine (RTM, acronyme du terme anglo-saxon « Resin Transfer Molding »).

Selon la géométrie de l’objet, le renfort n’a pas toujours une épaisseur constante sur toute sa largeur. En particulier, la surface du moule sur laquelle le renfort est mis en place avant l’injection de la résine peut ne pas être développable. Dans ce cas, pour éviter la formation de plis lors de la mise en place du renfort dans l’empreinte du moule, il peut être avantageux que le tissu présente une épaisseur variable, par exemple, une épaisseur plus faible sur ses bords qu’en son centre.

Un tel tissu peut être fabriqué au moyen d’un métier à tisser de type Jacquard, qui est décrit notamment dans le document FR 3 074 195 A1 .

La figure 1 illustre un métier à tisser 10 de type Jacquard utilisé pour la réalisation d’un tissu tridimensionnel obtenu par tissage multicouche entre une pluralité de couches de fils de chaîne 30 et une pluralité de couches de fils de trame 31 .

Le métier à tisser 10 est équipé d'une mécanique Jacquard 11 supportée par une superstructure non représentée sur la figure 1 .

Le métier 10 comprend également un harnais 20 constitué d'une planche d'empoutage 21 et de fils de commande ou lisses 22, chaque lisse 22 étant reliée à une extrémité à un crochet de commande 12 de la mécanique Jacquard 11 et à l'autre extrémité à un des ressorts de rappel 13 fixés au bâti 14 du métier à tisser 10.

Chaque lisse 22 comprend un oeillet 23 traversé par un fil de chaîne 30. Les lisses 22 et leur oeillet 23 associé sont animés d'un mouvement d'oscillation sensiblement vertical représenté par la double flèche F sous les efforts de traction exercés respectivement par les crochets de commande 12 et les ressorts de rappel 13.

Les lisses 22 permettent de soulever certains fils de chaîne 30 et de créer ainsi une foule 15, c'est-à-dire une ouverture entre nappes inférieures et supérieures de fils de chaîne 30 permettant l'introduction de fils de trame 31 au moyen d'une lance 40.

La lance 40 est munie à son extrémité d'une pince 41 qui saisit un fil de trame 31 à partir d'une bobine 50 pour le placer au travers de l'ouverture entre les nappes de fils de chaîne 30 créée par la foule 15, le fil de trame 31 étant coupé à l'aide d'un couteau 60 après son positionnement dans la foule 15.

Un peigne 70 présent en amont de la lance 40 est alors rabattu afin de tasser le ou les fils de trame introduits dans la foule 15.

La lance 40 est alors prête pour saisir à nouveau un nouveau fil de trame 31 à partir de la bobine 50 et le placer soit à nouveau dans la foule 15, soit dans une foule différente en fonction du tissage défini.

On forme ainsi progressivement un tissu T présentant un tissage 3D ou multicouche entre les fils de chaîne 30 et les fils de trame 31 .

Le métier à tisser 10 comprend en outre un dispositif de maintien du tissu T présent en aval des lisses 22 et de la lance 40.

Le dispositif de maintien 80 comprend une mâchoire inférieure 81 et une mâchoire supérieure 82 chacune reliée à un moyen d'actionnement (non représenté). Ledit dispositif de maintien permet notamment de contrôler la position du point d’ouverture de la foule 15, c’est-à-dire l’emplacement à partir duquel deux nappes de fils de chaîne s’écartent l’une de l’autre vers l’amont.

Une difficulté rencontrée lors du tissage d’un tissu tridimensionnel est le foisonnement du tissu, c’est-à-dire le phénomène de gonflement du tissu du fait de l’entrelacement des fils de chaîne et de trame.

A cause de ce foisonnement, le tissu tridimensionnel sortant du métier à tisser présente une épaisseur supérieure à l’épaisseur prévue, ce qui peut engendrer des défauts lors de la mise en oeuvre du procédé RTM.

En particulier, le renfort peut former des bosses localisées, qui peuvent donner lieu à un pincement du tissu lors de la fermeture du moule, se traduisant, dans l’objet final, par des zones dont les propriétés mécaniques ne sont pas maîtrisées.

Le document WO 2021/048486 décrit ainsi un procédé de fermeture d’un moule destiné à éviter un tel pincement.

Brève description de l’invention

Un but de l’invention est donc de concevoir un métier à tisser permettant de contrôler le foisonnement du tissu en forme et ainsi améliorer le procédé RTM susceptible d’être mis en oeuvre par la suite.

A cet effet, l’invention propose un métier à tisser de type Jacquard pour la fabrication d’un tissu, notamment un tissu bidimensionnel ou tridimensionnel, présentant une épaisseur variable sur sa largeur par tissage entre une pluralité de fils de chaîne et une pluralité de fils de trame, ledit métier à tisser comprenant : - une pluralité de fils de commande, reliés à une mécanique apte à déplacer les fils de commande suivant une direction verticale entre une position de référence et une première position d'ouverture des fils de chaîne, chaque fil de commande étant en outre muni d'un oeillet traversé par l’un des fils de chaîne,

- une lance agencée en aval des fils de commande, apte à tirer un fil de trame à partir d'une bobine,

- un dispositif de maintien du tissu agencé en aval de la pluralité de fils de commande et de la lance, comprenant au moins deux surfaces d’appui, dont au moins une première surface d’appui et une seconde surface d’appui agencées de part et d’autre du tissu pour comprimer le tissu entre lesdites surfaces d’appuis.

Ledit métier à tisser est caractérisé en ce qu’au moins la première surface d’appui est conformée de manière au moins partiellement complémentaire d’une surface du tissu.

Du fait de la variation d’épaisseur du tissu, au moins une surface du tissu est non plane.

Par « conformée de manière au moins partiellement complémentaire », on entend dans le présent texte que la première surface d’appui présente une forme non plane dont la concavité est orientée vers la surface du tissu. De préférence, la surface d’appui épouse au moins en partie la surface non plane du tissu, c’est-à-dire que, lorsque l’on amène la première surface d’appui vers la surface du tissu en suivant la direction verticale, la distance entre la première surface d’appui et la surface du tissu est sensiblement constante au moins dans une partie de la largeur du tissu.

Dans le présent texte, les termes « amont » et « aval » s’entendent dans le sens de l’avancement du tissage des fils.

De manière avantageuse, le dispositif de maintien comprend au moins une barre de maintien présentant ladite au moins une première surface d’appui.

Dans certains modes de réalisation, ladite barre de maintien comprend un corps et une portion amovible portant la première surface d’appui, la portion amovible étant liée de manière réversible au corps de la barre de maintien.

Ladite portion amovible peut se présenter sous la forme d’une barre métallique pleine, dans laquelle la première surface d’appui est formée.

Dans certains modes de réalisation, le dispositif de maintien comprend une table présentant la seconde surface d’appui, ladite seconde surface d’appui étant plane.

De manière particulièrement avantageuse, la distance entre les première et seconde surfaces d’appui est choisie de manière à réduire le foisonnement du tissu pour atteindre un seuil de foisonnement minimal.

Un autre objet de l’invention concerne un procédé de fabrication d’un tissu, notamment un tissu 3D, présentant une épaisseur variable sur sa largeur, comprenant : - le tissage d’une pluralité de fils de chaîne et une pluralité de fils de trame au moyen d’un métier à tisser de type Jacquard tel que décrit plus haut, de sorte à former ledit tissu, et

- l’application, par le dispositif de maintien, d’une compression du tissu par l’intermédiaire desdites première et seconde surfaces d’appui.

De manière particulièrement avantageuse, la distance entre les surfaces d’appui est contrôlée de sorte à réduire le foisonnement du tissu pour atteindre un seuil de foisonnement minimal.

Dans certains modes de réalisation, les fils de chaîne et les fils de trame comprennent du carbone et/ou du verre.

Un autre objet de l’invention concerne un procédé de fabrication d’un objet composite comprenant un tissu, notamment un tissu bidimensionnel ou tridimensionnel, présentant une forme déterminée, ledit procédé comprenant :

- la fabrication dudit tissu par le procédé tel que décrit plus haut ;

- l’enroulement d’un renfort formé d’une portion dudit tissu dans une empreinte d’un moule définissant une surface extérieure de l’objet ;

- la fermeture du moule ;

- l’introduction d’une résine dans l’empreinte pour imprégner le renfort.

Dans certains modes de réalisation, l’objet présente une forme de révolution.

L’objet peut être en particulier un carter de soufflante, un carter de turbine, un carter de tuyère ou un carter de mélangeur pour un moteur aéronautique.

Brève description des figures

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :

- la figure 1 présente une vue d’ensemble d’un métier à tisser de type Jacquard connu ;

- les figures 2A, 2B et 2C sont des vues en coupe d’un tissu tridimensionnel présentant une épaisseur variable sur sa largeur ;

- la figure 3 est une vue en coupe du tissu tridimensionnel de la figure 2A et d’une barre du dispositif de maintien selon un mode de réalisation ;

- la figure 4 est une vue en coupe du tissu tridimensionnel de la figure 2A et d’une barre du dispositif de maintien selon l’état de la technique ;

- la figure 5 présente une vue d’ensemble d’un métier à tisser de type Jacquard selon un mode de réalisation de l’invention ;

- la figure 6 est un graphique de principe de l’évolution du foisonnement en fonction de la distance entre les surfaces d’appui du dispositif de maintien. Pour des raisons de lisibilité des figures, les dessins n’ont pas nécessairement été représentés à l’échelle.

Les signes de référence identiques d’une figure à l’autre désignent des éléments identiques ou remplissant une même fonction.

Description détaillée de modes de réalisation

L'invention concerne la fabrication d’un tissu en forme présentant un foisonnement contrôlé. Dans la suite du texte, il sera fait essentiellement référence à un tissu tridimensionnel, mais la description s’applique également à un tissu bidimensionnel.

La figure 2A illustre un exemple d’un tissu tridimensionnel en forme, vu en coupe. Dans cet exemple, le tissu présente une surface inférieure plane et une épaisseur croissant successivement de son bord (épaisseur ei) vers son centre (épaisseur es) avec une épaisseur intermédiaire e2, formant ainsi une surface supérieure non plane. Naturellement, ce profil de variation d’épaisseur n’est donné qu’à titre illustratif et non limitatif.

Par ailleurs, les deux surfaces principales du tissu peuvent présenter une forme non plane.

La figure 2B illustre un deuxième exemple d’un tissu tridimensionnel en forme, vu en coupe.

La figure 2C illustre un troisième exemple d’un tissu tridimensionnel en forme, vu en coupe.

D’une manière générale, le tissage en forme consiste à tisser un profil proportionnel au profil intérieur de l’objet composite à réaliser. De manière connue en elle-même, ce profil est obtenu par un appel différentiel de fils au moyen d’un rouleau d’appel non cylindrique qui permet d’avoir des longueurs de fils différentes suivant l’emplacement de chaque fil sur le rouleau.

Le foisonnement d’un tel tissu peut être défini comme étant le rapport entre le volume total occupé par le tissu, tel que produit par le métier à tisser, et un volume de référence pour ce tissu, correspondant par exemple au plus petit volume auquel on pourrait amener ce tissu en le comprimant.

Dans l’invention, le foisonnement est contrôlé par l’utilisation d’un dispositif de maintien qui présente une surface d’appui conformée de manière au moins partiellement complémentaire à la forme de la surface du tissu en vis-à-vis.

La figure 3 illustre une vue en coupe du tissu de la figure 2A et d’une barre 92 du dispositif de maintien selon un mode de réalisation de l’invention.

La surface d’appui 93, qui vient en contact du tissu T, permet de comprimer l’assemblage des fils de chaîne et de trame et ainsi de réduire le foisonnement du tissu. Au contraire, dans un dispositif de maintien de type connu, tel qu’illustré sur la figure 4, la surface de la mâchoire 82 en regard du tissu est plate et ne peut donc venir en contact avec la totalité de la surface du tissu ni comprimer de manière homogène le tissu.

La figure 5 illustre un métier à tisser 10 de type Jacquard comprenant un dispositif de maintien selon l’invention.

De manière connue en elle-même, le métier à tisser 10 est équipé d'une mécanique Jacquard 11 supportée par une superstructure non représentée sur la figure 5.

Le métier 10 comprend également un harnais 20 constitué d'une planche d'empoutage 21 et de fils de commande ou lisses 22, chaque lisse 22 étant reliée à une extrémité à un crochet de commande 12 de la mécanique Jacquard 11 et à l'autre extrémité à un des ressorts de rappel 13 fixés au bâti 14 du métier à tisser 10.

Chaque lisse 22 comprend un oeillet 23 traversé par un fil de chaîne 30. Les lisses 22 et leur oeillet 23 associé sont animés d'un mouvement d'oscillation sensiblement vertical représenté par la double flèche F sous les efforts de traction exercés respectivement par les crochets de commande 12 et les ressorts de rappel 13.

Les lisses 22 permettent de soulever certains fils de chaîne 30 et de créer ainsi une foule 15, c'est-à-dire une ouverture entre nappes inférieures et supérieures de fils de chaîne 30 permettant l'introduction de fils de trame 31 au moyen d'une lance 40.

La lance 40 est munie à son extrémité d'une pince 41 qui saisit un fil de trame 31 à partir d'une bobine 50 pour le placer au travers de l'ouverture entre les nappes de fils de chaîne 30 créée par la foule 15, le fil de trame 31 étant coupé à l'aide d'un couteau 60 après son positionnement dans la foule 15.

Un peigne 70 présent en amont de la lance 40 est alors rabattu afin de tasser le ou les fils de trame introduits dans la foule 15.

La lance 40 est alors prête pour saisir à nouveau un nouveau fil de trame 31 à partir de la bobine 50 et le placer soit à nouveau dans la foule 15, soit dans une foule différente en fonction du tissage défini.

Le métier à tisser 10 comprend en outre un dispositif de maintien 90 du tissu T présent en aval des lisses 22 et de la lance 40.

Conformément à l’invention, ledit dispositif de maintien 90 comprend deux surfaces d’appui 93, 94 agencées de part et d’autre du tissu.

La surface d’appui 93 en regard de la surface supérieure du tissu, qui est une surface en forme du tissu, présente une forme complémentaire de la surface du tissu.

Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, la forme de la surface d’appui est complémentaire de la surface du tissu dans la mesure où, en tout point de la largeur du tissu, la distance entre la surface d’appui et la surface du tissu est constante (cette distance étant nulle lorsque la surface d’appui est en contact avec le tissu). Cependant, dans d’autres modes de réalisation, la surface d’appui pourrait avoir une forme partiellement complémentaire de celle de la surface du tissu, c’est-à-dire que la distance entre la surface d’appui et le tissu pourrait être constante dans une partie de la largeur du tissu (par exemple une partie centrale), mais différente dans une autre partie de la largeur du tissu (par exemple une partie périphérique). Dans d’autres modes de réalisation, la forme de la surface d’appui pourrait ne pas coïncider parfaitement avec la forme de la surface du tissu, mais présenter une forme intermédiaire entre une forme plane et la forme de la surface du tissu, cette forme intermédiaire présentant une concavité orientée vers la surface du tissu (en d’autres termes, si la surface du tissu présente un creux, la partie correspondante de la surface d’appui présente une bosse et inversement, si la surface du tissu présente une bosse, la partie correspondante de la surface d’appui présente un creux). D’une manière générale, l’écart relatif de distance entre la surface d’appui et la surface du tissu selon la largeur du tissu est en moyenne inférieur à 30%, voire inférieur à 10%.

Ladite surface d’appui 93 appartient à une barre de maintien 92. La barre de maintien 92 peut être solidaire du bâti 14 du métier à tisser 10.

Eventuellement, le métier à tisser peut présenter plusieurs surfaces d’appui agencées chacune sur une barre de maintien respective, lesdites barres de maintien étant disposées parallèlement les unes aux autres.

Par ailleurs, la surface d’appui 93 n’est pas nécessairement continue. Par exemple, ladite surface d’appui peut s’étendre sur au moins deux barres de maintien parallèles.

Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 5, la surface d’appui 94 en regard de la surface inférieure du tissu, qui est plane, appartient à une table 91 solidaire du bâti 14.

De manière alternative (non illustrée), si la surface opposée du tissu présente également une forme non plane, la table 91 peut être remplacée par une ou plusieurs barre(s) de maintien présentant également une surface d’appui complémentaire de la surface inférieure du tissu, et agencée(s) à l’opposé de la surface d’appui 93 de la barre de maintien 92 dans une direction Z perpendiculaire à la surface principale du tissu.

La surface d’appui 93 est donc spécifiquement conformée pour épouser au moins partiellement la forme de la surface non plane du tissu.

Pour fabriquer un tissu 3D présentant une forme différente, il suffit de remplacer la ou les barre(s) de maintien par une ou deux barre(s) de maintien présentant une surface d’appui complémentaire à celle de la surface du nouveau tissu. Il s’agit donc d’une modification particulièrement simple du métier à tisser. Pour simplifier une telle modification, les barres de maintien peuvent se présenter sous la forme d’un assemblage d’un corps solidaire du bâti du métier à tisser et d’une portion amovible portant la surface d’appui. La portion amovible peut par exemple être liée au corps par des vis ou tout moyen de liaison réversible.

Par ailleurs, la distance d entre les surfaces d’appui 93 et 94 est choisie de manière à appliquer la surface d’appui contre la surface du tissu et à exercer une force de compression du tissu entre la barre de maintien 92 et la table 91 , ou, le cas échéant, entre les deux barres de maintien.

La barre de maintien et la table sont réalisées sous la forme de structures suffisamment rigides pour résister à l’effort de compression exercé sur le tissu. Par exemple, chaque barre de maintien (ou, dans le cas d’un assemblage démontable, la portion amovible de la barre de maintien) peut se présenter sous la forme d’une barre métallique pleine, dans laquelle la surface d’appui est usinée.

Du fait de la complémentarité des surfaces en contact, cette compression est sensiblement homogène sur toute la surface de contact, et de préférence sur toute la largeur L du tissu. La compression a pour effet de compacter les fils de chaîne et de trame dans le sens de l’épaisseur du tissu (direction Z) et ainsi de réduire le foisonnement du tissu.

La distance d entre les surfaces d’appui est généralement fixe pendant le tissage, la barre de maintien 92 et la table 91 étant fixes par rapport au bâti. Cependant, cette distance peut éventuellement être ajustée, notamment lors de la mise au point du tissage, par exemple à l’aide de cales de différentes épaisseurs.

L’homme du métier est à même de définir la force à appliquer en fonction de la structure du tissu pour obtenir un foisonnement minimal. Par exemple, on peut mesurer le foisonnement du tissu sans appliquer de compression par le dispositif de maintien, puis appliquer progressivement une force de compression croissante en diminuant la distance entre les surfaces d’appui jusqu’à obtenir le foisonnement requis.

Il est en particulier possible de mesurer le foisonnement du tissu pour différentes distances entre les surfaces d’appui.

La figure 6 illustre ainsi de manière schématique le foisonnement F pour un tissu du type de celui de la figure 2A, obtenu empiriquement en fonction de la distance d entre la surface d’appui de la barre de maintien et la surface d’appui de la table. On observe que plus l’on réduit la distance d, plus le foisonnement se réduit jusqu’à atteindre une limite (qui peut être non nulle) correspondant au foisonnement minimal Fmin que l’on peut obtenir pour ce tissu. L’homme du métier est donc à même, à l’aide d’essais simples, de déterminer la distance entre les surfaces d’appui pour obtenir un foisonnement déterminé (de préférence minimal) pour un tissu donné.

La barre de maintien 92 est alors fixée à la distance souhaitée de la table 91.

On forme ainsi progressivement un tissu T présentant un tissage 3D ou multicouche entre les fils de chaîne 30 et les fils de trame 31 et présentant un foisonnement minimal, c’est-à-dire que l’épaisseur du tissu sortant du métier 10 est sensiblement égale à l’épaisseur prévue, tout en respectant la forme définie par les variations d’épaisseur.

En particulier, dans le cas où le tissu est destiné à former une préforme ou un renfort pour la fabrication d’un objet composite par le procédé RTM, l’épaisseur du tissu sortant du métier 10 est sensiblement égale à l’épaisseur pour laquelle le moule a été conçu.

Pour fabriquer un tel objet composite, on dispose d’une certaine longueur du tissu 3D fabriqué grâce au métier 10, qui constitue une préforme ou un renfort.

On met en place ledit renfort dans l’empreinte du moule du procédé RTM.

Par exemple, dans le cas d’un carter de soufflante, on enroule le renfort sur un mandrin.

Même si le mandrin présente une forme non développable, la forme du renfort, due aux variations d’épaisseur du tissu, est adaptée pour minimiser la formation de plis ou de bosses.

Par ailleurs, dans la mesure où l’épaisseur du renfort est identique à l’épaisseur prévue pour la conception du moule, la fermeture du moule n’engendre pas de pincement du tissu.

Une fois le moule refermé, on injecte une résine dans l’empreinte du moule. La résine imprègne les mailles du tissu.

On maintient l’objet composite moulé dans l’empreinte pendant une durée suffisante pour permettre le durcissement de la résine.

Ensuite, on démoule l’objet composite et l’on pratique d’éventuels traitements de finition, qui sont conventionnels et ne seront donc pas décrits dans le présent texte.

On pourra notamment se référer au document EP 1 961 923 qui décrit un procédé de fabrication d'un carter de turbine à gaz en matériau composite.

La qualité de l’objet composite est sensiblement améliorée par rapport à celle d’un objet fabriqué à partir d’un tissu dont le foisonnement n’a pas été maîtrisé lors du tissage. En particulier, l’absence de plis ou bosses lors de la mise en place dans l’empreinte permet de préserver la structure du tissu en tout point de l’objet, et ainsi éviter des changements de propriétés mécaniques localisées. L’invention trouve application pour la fabrication de tout type de carter ou d’élément de carter présentant une forme de révolution, notamment pour un moteur aéronautique, tel qu’un carter de soufflante, un carter de turbine, un carter de tuyère ou un carter de mélangeur.