Titre de l'invention : Procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite avec compactage liquide

Domaine Technique

La présente invention se rapporte au domaine général de la fabrication des pièces en matériau composite, notamment à matrice céramique (CMC) ou organique (CMO).

Technique antérieure

Les pièces en matériau composite à matrice céramique ou organique sont généralement fabriquées par imprégnation d'une préforme fibreuse. La préforme fibreuse peut être disposée dans un moule, fermé par un contre-moule. La préforme fibreuse est ensuite imprégnée avec une barbotine chargée de particules d'un précurseur de matrice ou avec une résine, selon le type de matrice souhaité. L'imprégnation est réalisée en injectant la barbotine ou la résine dans la cavité de moulage qui contient la préforme fibreuse, de sorte à faire pénétrer progressivement la barbotine ou la résine dans la préforme fibreuse.

Les solutions d'imprégnation utilisant un moule et un contre-moule sont toutefois peu satisfaisantes pour la fabrication de pièces de grandes dimensions mais de faible épaisseur, comme par exemple les pièces d'arrière-corps aéronautiques. En effet, les tolérances dimensionnelles que doivent respecter le moule et le contre-moule sont extrêmement restreintes, ce qui complique fortement la fabrication d'un moule et d'un contre-moule adaptés à de telles pièces.

Ainsi, pour fabriquer des pièces de grande taille mais de faible épaisseur, il est possible d'utiliser une membrane déformable à la place du contre-moule. On s'affranchit par conséquent des problématiques de tolérancement des outillages. Une telle solution est par exemple décrite dans le document US2017334791A1, qui décrit un procédé de moulage par injection (RTM). Dans ce document, la barbotine est injectée dans la chambre d'imprégnation dans laquelle est disposée la préforme fibreuse, puis une pression est exercée sur la membrane souple afin de faire pénétrer la barbotine au travers de la préforme fibreuse. Toutefois, cette méthode ne permet pas un contrôle satisfaisant du taux volumique de fibres.

Pour remédier à cet inconvénient, le document US2021046671A1 décrit un procédé dans lequel une membrane sépare une chambre d'imprégnation, dans laquelle la préforme fibreuse est disposée, d'une chambre de compaction. Dans cette solution, on applique d'abord une pression sur la membrane en injectant un fluide de compression dans la chambre de compaction, avant d'injecter la barbotine. Pendant l'injection de la barbotine, on poursuit l'injection du fluide de compression de sorte à maintenir la pression de compactage sur la préforme fibreuse.

Toutefois, dans le cas où la pièce à infiltrer selon ce procédé est disposée de sorte à présenter une surface étendue selon une direction inclinée ou verticale, ou lorsque la pièce présente des dimensions telles qu'elle s'étend sur une hauteur significative dans la chambre d'imprégnation, des variations non désirées du taux volumique de fibres dans la hauteur de la pièce fabriquée, voire des variations d'épaisseur non souhaitées, peuvent apparaître. On constate alors que la pression de compactage appliquée sur la préforme par la membrane, résultant de la différence de pression entre le fluide de compression et le fluide d'imprégnation, n'est pas identique sur toute la hauteur de la membrane.

En outre, les procédés existants ne permettent pas l'application d'une pression très faible sur la préforme, nécessitant ainsi une maîtrise permanente et précise de la différence de pression entre le fluide d'imprégnation et le fluide de compression. En particulier, dans le cas où le fluide d'imprégnation est une barbotine, la pression de compactage appliquée sur la préforme fibreuse est trop élevée et difficilement pilotable, du fait des variations importantes de pression dans la chambre d'imprégnation.

Exposé de l'invention

La présente invention a donc pour but de remédier aux inconvénients précités en proposant une solution de fabrication d'une pièce en matériau composite à renfort fibreux. Ainsi, l'invention propose un procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant les étapes suivantes :

- disposition d'une préforme fibreuse dans un moule comprenant une chambre d'imprégnation étant en contact avec une première face de la préforme sur une surface de support de la chambre d'imprégnation, la chambre d'imprégnation étant fermée par une membrane souple placée en regard d'une deuxième face de la préforme opposée à la première face, ladite membrane séparant la chambre d'imprégnation d'une chambre de compaction,

- injection d'un fluide de compression dans la chambre de compaction et injection d'un fluide d'imprégnation comprenant un précurseur de matrice dans la chambre d'imprégnation,

- traitement de solidification du précurseur de matrice au sein de la préforme fibreuse de sorte à obtenir une pièce en matériau composite comprenant un renfort fibreux lié par une matrice solide, le procédé étant caractérisé en ce le fluide de compression est un liquide dont la valeur de la masse volumique correspond à entre 60% et 125% de la valeur de la masse volumique du fluide d'imprégnation.

De préférence, le fluide de compression est un liquide dont la valeur de la masse volumique correspond à entre 90% et 110% de la valeur de la masse volumique du fluide d'imprégnation.

Ainsi, en utilisant un fluide de compression ayant une masse volumique proche de celle du fluide d'imprégnation, on obtient un taux de compactage sensiblement constant sur toute la hauteur de la membrane. En effet, la différence de pression entre deux points du liquide d'imprégnation situés à des altitudes différentes Zi et Z ₂ sera sensiblement identique à la différence de pression entre deux points du liquide de compression situés aux mêmes altitudes Zi et Z ₂ , car ces différences de pression sont directement proportionnelles à la masse volumique du fluide. Par conséquent, la différence de pression fluide due à l'altitude évoluera de manière sensiblement identique de part et d'autre de la membrane, ce qui permet de maîtriser des différences de pression très faibles entre le fluide de compression et le fluide d'imprégnation. En outre, en utilisant un liquide comme fluide de compression, on obtient un fluide de compression quasi-incompressible, ce qui permet de maîtriser facilement la pression différentielle entre le fluide de compression et le fluide d'imprégnation, que ce soit durant l'étape de remplissage de la chambre de compaction ou durant l'infiltration dans la préforme. Ainsi, on peut par ailleurs obtenir une différence de pression réduite voire nulle de part et d'autre de la membrane.

Le fluide d'imprégnation peut être une barbotine comprenant des particules de précurseur de matrice ou une résine.

Selon une caractéristique particulière de l'invention, la préforme fibreuse disposée dans le moule s'étend sur une hauteur supérieure ou égale à 300 mm selon la direction de l'accélération de pesanteur.

Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, la différence entre la pression exercée par le fluide d'imprégnation sur la membrane et la pression exercée par le fluide de compression sur la membrane est inférieure à 0,5 bar.

De préférence, la différence entre la pression exercée par le fluide d'imprégnation sur la membrane et la pression exercée par le fluide de compression sur la membrane est inférieure à 0,3 bar.

De préférence, la différence entre la pression exercée par le fluide d'imprégnation sur la membrane et la pression exercée par le fluide de compression sur la membrane est inférieure à 0,1 bar.

Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, l'injection du fluide de compression est réalisée au moins en partie pendant le remplissage de la chambre d'imprégnation par le fluide d'imprégnation. En particulier, l'injection du fluide de compression est réalisée au moins en partie pendant le remplissage de la chambre d'imprégnation par le fluide d'imprégnation de sorte que la différence de hauteur de remplissage entre le fluide de compression et le fluide d'imprégnation mesurée au niveau de la membrane selon la direction de l'accélération de pesanteur soit positive ou nulle, et inférieure à 500 mm, et de préférence inférieure à 300 mm, et de sorte que la différence de pression entre le fluide de compression et le fluide d'imprégnation de part et d'autre de la membrane soit inférieure à 0,3 bar, et de préférence inférieure à 0,1 bar.

Une « différence de hauteur de remplissage entre le fluide de compression et le fluide d'imprégnation mesurée au niveau de la membrane selon la direction de l'accélération de pesanteur » positive ou nulle signifie que la hauteur de remplissage du fluide de compression mesurée au niveau de la membrane est supérieure ou égale à la hauteur de remplissage du fluide d'imprégnation mesurée au niveau de la membrane selon la direction de l'accélération de pesanteur.

Ainsi, en remplissant la chambre d'imprégnation et la chambre de compaction à la même vitesse, on facilite l'application et le maintien d'une pression différentielle faible sur la membrane.

Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, on augmente la pression exercée sur la membrane par le fluide de compression après le remplissage de la chambre d'imprégnation.

Ainsi, il est plus facile d'appliquer une faible pression de compactage sur la préforme fibreuse, ou de maintenir la membrane en place si la pression exercée par le fluide d'imprégnation sur la membrane augmente. Par conséquent, selon une autre caractéristique particulière de l'invention, l'augmentation de la pression exercée sur la membrane par le fluide de compression après le remplissage de la chambre d'imprégnation est réalisée tandis que la pression exercée par le fluide d'imprégnation sur la membrane augmente.

Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, l'augmentation de la pression exercée sur la membrane par le fluide de compression est réalisée en augmentant la hauteur de remplissage du fluide de compression. En particulier, l'augmentation de la pression exercée sur la membrane par le fluide de compression est réalisée en augmentant la hauteur de remplissage du fluide de compression de sorte que la différence de hauteur de remplissage entre le fluide de compression et le fluide d'imprégnation selon la direction de l'accélération de pesanteur soit supérieure à 50 mm. Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, le fluide d'imprégnation et le fluide de compression ont la même composition.

Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, le fluide d'imprégnation est une suspension comprenant une pluralité de particules de précurseur de matrice, la surface de support de la chambre d'imprégnation du moule comprenant un filtre configuré pour retenir les particules de la suspension dans la chambre d'imprégnation.

Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, au moins une partie du fluide de compression introduit dans la chambre de compaction est ensuite introduite dans la chambre d'imprégnation par un réseau en série.

Au moins une partie du fluide de compression peut être ensuite utilisée comme fluide d'imprégnation, sous réserve que ladite partie du fluide de compression comprenne un ou des précurseurs de matrice. Cette circulation du fluide de compression dans la chambre de compaction puis dans la chambre d'imprégnation peut être réalisée par un réseau en série.

Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, un dispositif permanent de contrôle de pression est présent dans ledit réseau en série reliant la chambre de compaction à la chambre d'imprégnation.

Ainsi, selon une caractéristique particulière de l'invention, l'introduction d'une partie du fluide de compression dans la chambre d'imprégnation est réalisée par un réseau en série reliant la chambre de compaction et la chambre d'imprégnation, ledit réseau comprenant un dispositif permanent de contrôle de pression.

Ce mode particulier permet de dissocier la gestion du différentiel de pression entre la chambre de compaction et la chambre d'imprégnation du pilotage de la circulation du ou des fluides et de leur pression statique. Le dispositif permanent de contrôle de pression peut être un dispositif permanent de réduction de pression.

Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, le fluide de compression présente une compressibilité isotherme inférieure à W ⁹ Pa ¹ et les parois de la chambre de compaction sont indéformables à l'exception de la membrane, l'augmentation de la pression exercée sur la membrane par le fluide de compression étant réalisée en fermant la chambre de compaction de sorte qu'elle soit remplie par le fluide de compression.

Ainsi, le fluide de compression quasi-incompressible applique sur la membrane une pression supérieure à celle appliquée par le fluide d'imprégnation, même lorsque que la pression du fluide d'imprégnation est augmentée. L'eau est un exemple de fluide de compression présentant une compressibilité isotherme inférieure à lO’ ⁹ Pa ¹ . En outre, certaines huiles dont la compressibilité isotherme est inférieure à lO ^-9 Pa ¹ peuvent également être utilisées comme fluide de compression.

Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, le fluide de compression présente une compressibilité isotherme inférieure à W ⁹ Pa ¹ et les parois de la chambre de compaction sont indéformables à l'exception de la membrane, et le fluide d'imprégnation est injecté dans la chambre d'imprégnation une fois que la chambre de compaction est remplie par le fluide de compression et fermée.

Selon une autre caractéristique particulière de l'invention, le moule comprend un dispositif d'ajustement du volume de la chambre de compaction comportant au moins un élément mobile.

Cet élément mobile peut être un piston ou une vis. Un tel dispositif d'ajustement du volume peut être configuré pour compenser une variation du volume de la chambre de compaction engendrée par la déformation des parois de ladite chambre de compaction et par la déformation de la membrane souple sous l'effet de la pression lors du procédé, de sorte à maintenir un volume de la chambre de compaction constant pendant le procédé.

Brève description des dessins

[Fig. 1] La figure 1 est une vue en coupe d'une portion d'un premier moule de fabrication lorsque le liquide de compression commence à être injecté.

[Fig. 2] La figure 2 est une vue en coupe d'une portion du moule de la figure 1 lorsque le liquide de compression et le fluide d'imprégnation sont injectés simultanément.

[Fig. 3] La figure 3 est une vue en coupe d'une portion du moule des figures 1 et 2 lorsque le fluide d'imprégnation remplit la chambre d'imprégnation. [Fig. 4] La figure 4 est une vue en coupe d'une portion du moule des figures 1, 2 et 3 lorsque le niveau de remplissage de la chambre de compaction est supérieur au niveau de remplissage de la chambre d'imprégnation.

[Fig. 5] La figure 5 est une vue en coupe d'une portion d'un moule de fabrication pour l'injection d'une barbotine.

[Fig. 6] La figure 6 est une vue en coupe d'une portion d'un deuxième moule de fabrication lorsque le liquide de compression commence à être injecté.

[Fig. 7] La figure 7 est une vue en coupe d'une portion du moule de la figure 6 lorsque les chambres d'imprégnation et de compaction sont remplies.

[Fig. 8] La figure 8 est une vue en coupe d'une portion du moule des figures 6 et 7 lorsque la chambre de compaction est remplie et fermée.

[Fig. 9] La figure 9 est une vue en coupe d'une portion de moule comprenant un dispositif d'ajustement du volume de la chambre d'imprégnation.

Description des modes de réalisation

Comme représenté sur les figures 1 à 4, un système de fabrication d'une pièce en matériau composite selon un premier mode de réalisation comprend un moule 100 qui comporte d'une part une chambre d'imprégnation 110 dans laquelle est disposée une préforme fibreuse 10 et dans laquelle un fluide d'imprégnation 1000 est injecté, et d'autre part une chambre de compaction 120 dans laquelle un liquide de compression 2000 est injecté.

La chambre d'imprégnation 110 et la chambre de compaction 120 du moule 100 sont séparées par une membrane souple 130. La membrane 130 permet d'appliquer une pression de compactage sur la préforme fibreuse 10 disposée dans la chambre d'imprégnation 110, la pression de compactage restant de préférence assez faible. Cette pression de compactage est produite par le liquide de compression 2000 qui, en appliquant une pression sur la membrane 130, déforme la membrane 130 contre la préforme fibreuse 10 et la maintient en place quand la pression augmente dans la chambre d'imprégnation 110. La membrane 130 est par exemple en silicone. La membrane 230 doit être réalisée dans un matériau résistant aux températures auxquelles ladite membrane 230 peut être soumise lors du procédé, ainsi qu'aux fluides avec lesquels la membrane 230 va être en contact. La membrane 230 doit présenter une compressibilité cohérente avec la tolérance dimensionnelle recherchée pour la pièce. Par exemple, la membrane 230 peut présenter une épaisseur moyenne d'environ 5 mm et peut être réalisée dans un matériau de type caoutchouc, présentant un module d'Young d'environ 2000 MPa. Une telle membrane 230 s'amincira d'environ 1,5 pm sous une pression de 6 bars, garantissant une très bonne tolérance dimensionnelle.

L'invention s'applique particulièrement bien aux pièces ayant une faible épaisseur et une grande hauteur, par exemple des carters de turbomachine comme des carters de soufflante, des carters de compresseur et des carters d'échappement ou arrières corps. Typiquement, l'invention est particulièrement intéressante pour des pièces tronconiques d'épaisseur allant de 1 mm à 6 mm, de diamètre d'environ 1 m et de hauteur supérieure à 1 m. Ainsi, la préforme fibreuse est destinée à former le renfort fibreux d'une pièce en matériau composite présentant une taille importante dans chacune des trois dimensions. Lorsque la préforme fibreuse est disposée dans la chambre d'imprégnation, elle s'étend sur une distance significative en hauteur, de préférence supérieure ou égale à 300 mm.

La préforme fibreuse présente par exemple une géométrie complexe, fermée ou non. La préforme fibreuse peut présenter une géométrie de révolution avec une génératrice courbe ou rectiligne. La préforme fibreuse peut par exemple présenter une forme au moins partiellement cylindrique ou tronconique.

La préforme fibreuse est considérée ici comme la structure fibreuse de la pièce en composite, obtenue par toute technique ou combinaison de technique de constitution de textile, de disposition et de déformation pour l'appliquer dans un outillage.

La préforme peut être ainsi réalisée au moins en partie par empilements de strates ou plis obtenus par tissage bidimensionnel (2D). La préforme peut également être réalisée directement en une seule pièce par tissage tridimensionnel (3D). Par « tissage bidimensionnel », on entend ici un mode de tissage classique par lequel chaque fil de trame passe d'un côté à l'autre de fils d'une seule couche de chaîne ou inversement. Par « tissage tridimensionnel », on entend ici un tissage par lequel des fils de chaîne traversent plusieurs couches de fils de trame, ou des fils de trame traversent plusieurs couches de fils de chaîne.

La préforme peut également être réalisée au moins en partie par des nappes de fibres unidirectionnelles (UD), qui peuvent être obtenues par dépose de rubans ou par placement automatique des fibres (AFP pour « Automated Fibre Placement »), ou par enroulement filamentaire.

La préforme peut être réalisée à partie de fibres constituées des matériaux suivants : l'alumine, la mullite, la silice, un aluminosilicate, un borosilicate, du carbure de silicium, du carbone, ou un mélange de plusieurs de ces matériaux. La préforme fibreuse peut être réalisée à partir de tout type de fibres de verre.

Dans l'exemple illustré sur les figures 1 à 4, la préforme fibreuse 10 est une pièce tronconique d'axe de révolution X. La préforme fibreuse 10 comprend ainsi une première face intérieure 11 tronconique et une deuxième face extérieure 12 tronconique également.

La chambre d'imprégnation 110 est délimitée par la membrane 130 et par au moins une surface 111 située en regard de la membrane 130. Lorsque la préforme fibreuse 10 est disposée dans la chambre d'imprégnation 110, la première face intérieure 11 de la préforme 10 repose sur la surface 111 de la chambre d'imprégnation 110 et la deuxième face extérieure 12 de la préforme 10 est placée en regard de la membrane 130. Par conséquent, la surface 111 de la chambre d'imprégnation 110 présente une géométrie adaptée à la première face intérieure 11 de la préforme 10. Dans l'exemple illustré sur les figures 1 à 4, la surface 111 de la chambre d'imprégnation 110 a donc une géométrie tronconique d'axe de révolution X identique à l'axe de révolution X de la préforme fibreuse 10.

Le moule 100 comprend au moins un orifice d'entrée 110a du fluide d'imprégnation 1000 et peut comprendre au moins un orifice de sortie 110b du fluide d'imprégnation 1000. De préférence, le ou les orifices d'entrée 110a sont situés à une extrémité de la surface 111 de la chambre d'imprégnation 110 et le ou les orifices de sortie 110b du fluide d'imprégnation 1000 sont situés à l'autre extrémité de la surface 111 de la chambre d'imprégnation 110. De préférence, les orifices d'entrée 110a et les orifices de sortie 110b sont répartis sur la longueur ou la circonférence de la préforme fibreuse 10.

Le système de fabrication comprend en outre un dispositif d'injection du fluide d'imprégnation 1000 configuré pour injecter ledit fluide d'imprégnation 1000 dans la chambre d'imprégnation 110 à une pression piooo-

La chambre de compaction est délimitée par la membrane 130 et par au moins une paroi 131 située en regard de la membrane 130. De préférence, la ou les parois 131 ne sont pas déformables, en particulier sous l'effet du liquide de compression 2000.

Le moule 100 comprend au moins un orifice d'entrée 120a du liquide de compression 2000 et peut comprendre au moins un orifice de sortie 120b du liquide de compression 2000. De préférence, le ou les orifices d'entrée 120a sont situés à une extrémité de la paroi 212 de la chambre de compaction 120 et le ou les éventuels orifices de sortie 120b du liquide de compression 2000 sont situés à l'autre extrémité de la paroi 212 de la chambre de compaction 120. De préférence, les orifices d'entrée 120a et les orifices de sortie 120b sont répartis sur la longueur ou la circonférence de la chambre de compaction 120.

Le moule 100 peut également comprendre des orifices de sortie de gaz, par exemple pour permettre la purge d'air dans la chambre de compaction 120. Ces orifices de sortie de gaz peuvent déboucher dans la partie haute de la chambre de compaction 120. Ces orifices de sortie de gaz peuvent être confondus au moins en partie avec les orifices de sortie 120b du liquide de compression 2000.

Le système de fabrication comprend en outre un dispositif d'injection du liquide de compression 2000 configuré pour injecter ledit liquide de compression 2000 dans la chambre de compaction 120 à une pression p ₂ ooo-

Pour la fabrication d'une pièce en matériau composite à matrice céramique, le fluide d'imprégnation peut être une barbotine c'est-à-dire un liquide dans lequel sont dispersées et maintenues en suspension des particules de céramiques. La phase liquide de la barbotine peut notamment être constituée par de l'eau, de l'éthanol, ou tout autre liquide dans lequel il est possible de mettre la poudre désirée en suspension.

Les particules de céramique de la barbotine peuvent être en alumine, en mullite, en silice, en zircone, en aluminosilicate ou en aluminophosphate, ou un mélange de ces composants. Les particules de céramique peuvent également être en carbure, par exemple en carbure de silicium, ou être des poudres de carbone, par exemple en graphite ou en noir de carbone.

La figure 5 présente une variante pour la fabrication d'une pièce en matériau composite à matrice céramique par injection d'une barbotine comprenant des particules. Dans cette variante, le moule 300 comprend une chambre de compaction 320 similaire à celle décrite précédemment destinée à recevoir le liquide de compression 2000, ainsi qu'une chambre d'imprégnation 310 dans laquelle repose une préforme fibreuse 30 similaire à celle décrite précédemment. Le fluide d'imprégnation 1000, qui correspond ici à la barbotine, est introduit dans la chambre d'imprégnation par au moins un orifice d'entrée 310a. Le moule 300 comprend en outre un ou plusieurs orifices de sortie 310b permettant d'évacuer la phase liquide de la barbotine. Les orifices de sortie 310b sont disposés sur une surface 311 de la chambre d'imprégnation 310, située de préférence à l'opposé de la membrane 330.

Un filtre 340 est disposé dans la chambre d'imprégnation 310 du moule 300 entre une face 31 de la préforme 30 et la surface 311 de la chambre d'imprégnation 310 présentant le ou les orifices de sortie 310b. D'une part, le filtre 340 permet le passage de la phase liquide de la barbotine, qui a circulée à travers la préforme 30, afin que ladite phase liquide soit évacuée de la chambre d'imprégnation 310 par le ou les orifices de sortie 310b. D'autre part, le filtre 340 permet de retenir à l'intérieur de la chambre d'imprégnation 310 les particules présentes dans la barbotine.

Ainsi, la taille des porosités du filtre 340 est adaptée à la dimension des particules de la barbotine afin que lesdites particules de la barbotine ne traversent pas ledit filtre 340 et soient retenues dans la chambre d'imprégnation 310. Dans la variante illustrée sur la figure 5, le moule 300 comprend en outre un dispositif de collecte 350 permettant de collecter la phase liquide de la barbotine, pour l'évacuer par un canal 350b. On ne sort bien entendu pas du cadre de l'invention si le moule ne comprend pas un tel dispositif de collecte.

Pour la fabrication d'une pièce en matériau composite à matrice céramique par injection d'une barbotine comprenant des particules, la valeur de la masse volumique du liquide de compression est comprise entre 60% et 125% de la valeur de la masse volumique de la barbotine. De préférence, la valeur de la masse volumique du liquide de compression est comprise entre 90% et 110% de la valeur de la masse volumique de la barbotine.

Pour la fabrication d'une pièce en matériau composite à matrice organique, le fluide d'imprégnation peut être une résine thermodurcissable ou thermoplastique. La valeur de la masse volumique du liquide de compression est alors comprise entre 60% et 125% de la valeur de la masse volumique de la résine. De préférence, la valeur de la masse volumique du liquide de compression est comprise entre 90% et 110% de la valeur de la masse volumique de la résine.

Pour la fabrication d'une pièce en matériau composite à matrice métallique, le fluide d'imprégnation peut être un métal liquide ou semi-solide. Le métal utilisé comme fluide d'imprégnation peut être un alliage d'aluminium, un alliage de titane ou un alliage de magnésium. Dans cette configuration, la membrane peut être réalisée en métal fin afin de résister aux températures du procédé tout en étant suffisamment souple.

De manière générale, le liquide de compression peut avoir une masse volumique très proche voire identique de celle du fluide d'imprégnation, et ainsi le liquide de compression peut avoir la même composition que le fluide d'imprégnation. En particulier, au moins une partie du liquide de compression introduit dans la chambre de compaction peut ensuite être introduite dans la chambre d'imprégnation en tant que fluide d'imprégnation par exemple par un réseau en série. Dans cette configuration, le ou les orifices de sortie 120b du liquide de compression 2000 sont reliées à le ou les orifices d'entrée 110a du liquide d'imprégnation 1000, par exemple par un réseau en série. Un dispositif permanent de gestion de la pression peut être présent dans le réseau reliant le ou les orifices de sortie 120b du liquide de compression 2000 à le ou les orifices d'entrée 110a du liquide d'imprégnation 1000. Il est ainsi possible de dissocier la gestion du différentiel de pression entre les fluides de la chambre de compaction et de la chambre d'imprégnation du pilotage de la circulation du ou des fluides et de leur pression statique.

Le procédé de fabrication de la pièce en matériau composite selon le premier mode de réalisation de l'invention comprend une étape de remplissage de la chambre d'imprégnation 110 illustrée sur les figures 1 à 3. Pendant cette étape, on injecte le fluide d'imprégnation 1000 dans la chambre d'imprégnation 110 par le ou les orifices d'entrée 110a à une pression d'injection piooo et le liquide de compression 2000 dans la chambre de compaction 120 par le ou les orifices d'entrée 120a à une pression d'injection p ₂ ooo-

De préférence, durant cette étape de remplissage de la chambre d'imprégnation 110 et lorsque les masses volumiques du fluide d'imprégnation 1000 et du liquide de compression 2000 sont quasi-identiques, l'injection du liquide de compression 2000 est réalisée de sorte que la différence de hauteur de remplissage dirigée selon la direction de pesanteur g entre le liquide de compression 2000 et le fluide d'imprégnation 1000 mesurée au niveau de la membrane 130 soit inférieure à 500 mm, de préférence inférieure à 300 mm et encore de préférence inférieure à 50 mm. De préférence, la hauteur de remplissage du liquide de compression 2000 mesurée au niveau de la membrane est supérieure ou égale à la hauteur de remplissage du fluide d'imprégnation 1000 durant toute l'étape de remplissage. Ainsi, la chambre d'imprégnation 110 et la chambre de compaction 120 sont remplies simultanément et à la même vitesse, de sorte que la hauteur de remplissage du fluide d'imprégnation 1000 mesurée au niveau de la membrane 130 soit sensiblement identique à la hauteur de remplissage du liquide de compression 2000 mesurée au niveau de la membrane 130.

De préférence, l'injection du liquide de compression 2000 est réalisée de sorte que la différence de hauteur de remplissage dirigée selon la direction de pesanteur g entre le liquide de compression 2000 et le fluide d'imprégnation 1000 mesurée au niveau de la membrane 130 génère une pression différentielle sur la membrane inférieure à 0,25 bar, préférentiellement inférieure à 0,15 bar et préférentiellement inférieure à 0,05 bar. Ainsi, les hauteurs de remplissage du liquide de compression 2000 et du fluide d'imprégnation 1000 peuvent être contrôlées et modifiées de sorte à corriger une légère différence de valeur entre la masse volumique du fluide d'imprégnation 1000 et le liquide de compression 2000, permettant ainsi d'obtenir la pression différentielle souhaitée sur la membrane.

On peut commencer par remplir uniquement la chambre de compaction 120, avec le liquide de compression 2000, jusqu'à arriver à hauteur de la membrane 130, comme illustré sur la figure 1. Puis, on commence à injecter le fluide d'imprégnation 1000 dans la chambre d'imprégnation 110 tout en poursuivant l'injection du liquide de compression 2000, en maintenant un écart de hauteur de remplissage entre le liquide de compression 2000 et le fluide d'imprégnation 1000 de sorte à ce que la pression hydrostatique appliquée par le fluide d'imprégnation 1000 sur la membrane 130 soit légèrement inférieure à la pression hydrostatique appliquée par le liquide de compression 2000 sur la membrane 130.

Ainsi, comme illustré sur la figure 2, on maintient une différence de hauteur de remplissage h entre le liquide de compression 2000 et le fluide d'imprégnation 1000 mesurée au niveau de la membrane 130 selon la direction de l'accélération de pesanteur g. Dans ce cas, la pression appliquée sur la préforme fibreuse sera inférieure ou égale à p _2O oogh. En effet, la pression p _siO oo à la surface du fluide d'imprégnation 1000 et la pression p _s2 ooo à la surface du liquide de compression 2000 sont nulles, tandis que la pression p _p2 ooo du liquide de compression 2000 à la hauteur de la surface du fluide d'imprégnation 1000 correspondra à p ₂ ooogh. Par exemple, dans le cas d'une différence de hauteur de remplissage h = 50 mm et pour un liquide ayant une masse volumique de p ₂ ooo = 1000 kg.m ³ , on applique une pression sur la préforme fibreuse 10 environ inférieure ou égale à 0,05 bars.

En utilisant un liquide de compression 2000 de masse volumique p ₂ ooo similaire à la masse volumique piooo du fluide d'imprégnation 1000, la pression de compactage appliquée sur la membrane 130 est constante sur toute la hauteur de la membrane dans la direction Z orientée selon l'accélération de pesanteur g. En effet, la différence de pression due à l'altitude entre deux points P _h izi et Phi _Z 2 d'altitudes respectives Zi et z ₂ baignant dans le fluide de compression 1000 à l'intérieur de la chambre d'imprégnation 110 est piooogfc-zi). De même, la différence de pression due à l'altitude entre deux points P _h 2zi et P _h 2z2 d'altitudes respectives Zi et z ₂ baignant dans le liquide de compression 2000 à l'intérieur de la chambre de compaction 120 est P2ooog(z2-zi). Ainsi, comme les masses volumiques piooo et p _2O oo sont sensiblement égales, les variations de pression dues à l'altitude seront sensiblement identiques de part et d'autre de la membrane 130.

On injecte le fluide d'imprégnation 1000 jusqu'à ce que la chambre d'imprégnation 110 soit entièrement remplie, comme illustré sur la figure 3.

Lorsque la chambre d'imprégnation 110 est totalement remplie par le fluide d'imprégnation 1000, on peut souhaiter augmenter la pression du liquide de compression 2000 sur la membrane 130, pour améliorer le compactage ou conserver une pression de compactage constante.

Par exemple, si le fluide d'imprégnation est une barbotine comprenant des particules, on peut poursuivre l'injection du fluide d'imprégnation 1000 dans la chambre d'imprégnation 110 même lorsque celle-ci est remplie pour assurer une bonne imprégnation de la préforme fibreuse 10. Ainsi, la pression dans la chambre d'imprégnation augmente, et la pression exercée par le fluide d'imprégnation 1000 sur la membrane 130 augmente. Afin de conserver une pression de compactage constante, il est donc nécessaire d'augmenter la pression du liquide de compression 2000 sur la membrane 130.

Dans ce premier mode de réalisation de l'invention illustré sur les figures 1 à 4, on augmente la pression exercée par le liquide de compression 2000 sur la membrane 130 en augmentant la hauteur de remplissage du liquide de compression 2000, comme illustré sur la figure 4. Ce premier mode de réalisation est particulièrement intéressant dans le cas où l'on souhaite appliquer une légère compaction sur la préforme fibreuse par pression de la membrane, par exemple lorsque le taux volumique de fibres dans la préforme fibreuse n'est pas satisfaisant. Ainsi, il est par exemple possible d'augmenter le taux volumique de fibres dans la préforme fibreuse avant l'injection. La pression de compactage appliquée par la membrane, c'est-à-dire la différence entre la pression exercée par le fluide d'imprégnation sur la membrane et la pression exercée par le fluide de compression sur la membrane, est inférieure à 0,5 bar. De préférence, cette différence de pression est inférieure à 0,3 bar, voire inférieure à 0,1 bar.

Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, on augmente la pression exercée par le liquide de compression sur la membrane par un dispositif de régulation de pression, ou par un dispositif de maintien de pression différentielle. Par exemple, on peut utiliser un automate de régulation avec asservissement d'une pression par rapport à l'autre. On peut également modifier la hauteur des réservoirs du fluide d'imprégnation et du fluide de compression afin de faire varier la pression exercée sur la membrane.

Les figures 6 à 8 décrivent un troisième mode de réalisation de l'invention, dans lequel la pression exercée par la membrane est maîtrisée en remplissant entièrement la chambre de compression et en la fermant. Les figures 6 à 8 illustrent un système de fabrication d'une pièce en matériau composite comprenant un moule 200 qui comporte d'une part une chambre d'imprégnation 210 dans laquelle est disposée une préforme fibreuse 20, et d'autre part une chambre de compaction 220 dans laquelle un liquide de compression 4000 est injecté. Dans ce troisième mode de réalisation de l'invention, le liquide de compression est de préférence très faiblement compressible. Il présente ainsi de préférence une compressibilité isotherme inférieure à W ⁹ Pa ^-1 .

Dans ce troisième mode de réalisation de l'invention, si le liquide de compression n'est pas très faiblement compressible, on peut compenser la perte de volume due à la compression en réduisant progressivement le volume de la chambre de compaction, par exemple par le biais d'un dispositif d'ajustement du volume de la chambre de compaction. Ce dispositif d'ajustement permet de réduire le volume de la chambre de compaction par le biais d'un piston ou d'une vis. La figure 9 illustre un exemple de dispositif 401 d'ajustement du volume de la chambre de compaction par le biais d'un piston et un exemple de dispositif 402 d'ajustement du volume de la chambre de compaction par le biais d'une vis. On ne sort bien entendu pas du cadre de l'invention si le moule possède un seul dispositif d'ajustement du volume de la chambre de compaction ou plus de deux dispositifs d'ajustement du volume de la chambre de compaction. En outre, la figure 9 illustre un exemple d'orifice 403 permettant la purge des gaz.

La chambre d'imprégnation 210 et la chambre de compaction 220 du moule 200 sont séparées par une membrane souple 230. La membrane 230 permet d'appliquer une pression de compactage sur la préforme fibreuse 20 disposée dans la chambre d'imprégnation 210, la pression de compactage restant de préférence assez faible. Cette pression de compactage est produite par le liquide de compression 4000 qui, en appliquant une pression sur la membrane 230, déforme la membrane 230 contre la préforme fibreuse 20 et la maintient en place quand la pression augmente dans la chambre d'imprégnation 210. La membrane 230 peut présenter les mêmes caractéristiques que la membrane 130 décrite précédemment.

La préforme fibreuse 20 peut présenter les mêmes caractéristiques que celles décrites dans le premier mode de réalisation de l'invention, et peut être réalisée selon l'un quelconque des moyens décrits dans ce premier mode. Dans l'exemple illustré sur les figures 6 à 8, la préforme fibreuse 20 est une pièce ouverte ou fermée autour de l'axe X, qui comprend une première face intérieure 21 et une deuxième face extérieure 22.

La chambre d'imprégnation 210 est délimitée par la membrane 230 et par au moins une surface 211 située en regard de la membrane 230. Lorsque la préforme fibreuse 20 est disposée dans la chambre d'imprégnation 210, la première face intérieure 21 de la préforme 20 repose sur la surface 211 de la chambre d'imprégnation 210 et la deuxième face extérieure 22 de la préforme 20 est placée en regard de la membrane 230. Par conséquent, la surface 211 de la chambre d'imprégnation 210 présente une géométrie adaptée à la première face intérieure 21 de la préforme 20.

Le moule 200 comprend au moins un orifice d'entrée 210a du fluide d'imprégnation 3000 et au moins un orifice de sortie 210b du fluide d'imprégnation 3000. De préférence, le ou les orifices d'entrée 210a sont situés à une extrémité de la surface 211 de la chambre d'imprégnation 210 et le ou les orifices de sortie 210b du fluide d'imprégnation 3000 sont situés à l'autre extrémité de la surface 211 de la chambre d'imprégnation 210. De préférence, les orifices d'entrée 210a et les orifices de sortie 210b sont répartis sur la longueur ou la circonférence de la préforme fibreuse 20.

Le système de fabrication comprend en outre un dispositif d'injection du fluide d'imprégnation 3000 configuré pour injecter ledit fluide d'imprégnation 3000 dans la chambre d'imprégnation 210 à une pression p _3O oo-

La chambre de compaction 220 est délimitée par la membrane 230 et par au moins une paroi 231 située en regard de la membrane 230. Dans ce troisième mode de réalisation de l'invention, la ou les parois 231 ne sont pas déformables, en particulier sous l'effet du liquide de compression 4000.

Le moule 200 comprend au moins un orifice d'entrée 220a du liquide de compression 4000. Cet orifice d'entrée 220a du liquide de compression 4000 est susceptible d'être bouché hermétiquement. Le moule 200 peut comprendre au moins un orifice de sortie du liquide de compression 4000.

Le moule 200 comprend, comme dans le mode de réalisation précédent, un ou des orifices (non représenté) pour l'évacuation des gaz pendant le remplissage de la chambre de compaction 220 par le liquide de compression 4000, situés de préférence en haut de ladite chambre de compaction 220 et positionnés selon la géométrie du moule 200.

Le système de fabrication comprend en outre un dispositif d'injection du liquide de compression 4000 configuré pour injecter ledit liquide de compression 4000 dans la chambre de compaction 220 à une pression p _4O oo-

Dans ce troisième mode de réalisation, les caractéristiques du fluide d'imprégnation 3000 peuvent être celles décrites dans le cadre du premier mode de réalisation de l'invention. Dans le cas d'une barbotine comprenant des particules, un filtre (non représenté) peut être disposé dans la chambre d'imprégnation à l'endroit où débouchent le ou les orifices de sortie du fluide d'imprégnation. Ce filtre peut être interposé entre la première face intérieure 21 de la préforme 20 et la surface 211 de la chambre d'imprégnation 210 dans l'exemple illustré sur les figures 6 à 8. Le filtre peut par exemple présenter les mêmes caractéristiques que celles décrites dans le cadre de la figure 5. Le procédé de fabrication de la pièce en matériau composite selon ce troisième mode de réalisation de l'invention comprend une étape de remplissage de la chambre de compaction 220 illustrée sur la figure 6. Pendant cette étape, on injecte le fluide de compression 4000 dans la chambre de compaction 220 par le ou les orifices d'entrée 220a à une pression d'injection p _4O oo-

On injecte le fluide d'imprégnation 3000 jusqu'à ce que la chambre d'imprégnation 210 soit entièrement remplie, comme illustré sur la figure 7.

Lorsque la chambre de compaction 220 est totalement remplie, on obture le ou les orifices d'entrée 220a du fluide de compression 4000 en réglant la pression du fluide de compression 4000 à l'intérieur de la chambre de compaction 220, comme illustré sur la figure 8.

Selon un premier exemple de réalisation de ce troisième mode illustré sur les figures 6 à 8, l'injection du fluide d'imprégnation 3000 dans la chambre d'imprégnation 210 est réalisée pendant l'étape de remplissage de la chambre de compaction 220. De préférence, dans cet exemple, l'injection du fluide d'imprégnation 3000 est réalisée de sorte que la différence de hauteur de remplissage dirigée selon la direction de pesanteur g entre le liquide de compression 4000 et le fluide d'imprégnation 3000 mesurée au niveau de la membrane 230 génère une pression différentielle sur la membrane inférieure à 0,5 bar, préférentiellement inférieure à 0,3 bar et préférentiellement inférieure à 0,1 bar.

On peut commencer par remplir uniquement la chambre de compaction 220, avec le liquide de compression 4000, jusqu'à arriver à hauteur de la membrane 230, comme illustré sur la figure 6. Puis, on commence à injecter le fluide d'imprégnation 3000 dans la chambre d'imprégnation 210 tout en poursuivant l'injection du liquide de compression 4000, de sorte à ce que la pression hydrostatique appliquée par le fluide d'imprégnation 3000 sur la membrane 230 soit légèrement inférieure à la pression hydrostatique appliquée par le liquide de compression 4000 sur la membrane 230.

Dans le cas où les masses volumiques p _3O oo et p _4O oo sont quasi-identiques, cela correspond à réaliser l'introduction du fluide d'imprégnation 3000 et l'introduction du liquide de compression 4000 de sorte que les niveaux du fluide d'imprégnation 3000 et du liquide de compression 4000 soient sensiblement identiques de part et d'autre de la membrane 230, comme illustré sur la figure 7.

Lorsque la chambre de compaction 220 est totalement remplie par le liquide de compression 4000, on obture le ou les orifices d'entrées 220a du liquide de compression 4000, comme illustré sur la figure 8.

Selon un deuxième exemple de réalisation de ce troisième mode, l'injection du fluide d'imprégnation 3000 n'est réalisée qu'une fois que la chambre de compaction 220 a été intégralement remplie par le liquide de compression 4000 et que les orifices d'entrées 220a du liquide de compression 4000 ont été obturés, comme illustré sur les figures 6 et 8, figure 7 exclue.

Ainsi, dans ce troisième mode de réalisation de l'invention, lorsque la pression du fluide d'imprégnation 3000 dans la chambre d'imprégnation 210 augmente, la membrane 230 est maintenue en place. En effet, comme le liquide de compression 4000 est quasi incompressible, du fait de sa nature de liquide, et comme les parois 231 de la chambre de compaction 210 sont quasi indéformables, la membrane 230 sera maintenue en place malgré l'augmentation de la pression du fluide d'imprégnation 3000 sur ladite membrane 230. La pression de compactage exercée par la membrane sur la préforme fibreuse 20 sera donc constante malgré l'augmentation de pression dans la chambre d'imprégnation 210. De préférence, le liquide de compression est un liquide le plus incompressible possible, par exemple de l'eau.

Ce troisième mode de réalisation est particulièrement intéressant dans le cas où le taux volumique de fibres dans la préforme fibreuse est déjà satisfaisant et que l'on ne souhaite pas appliquer de compactage supplémentaire à la préforme fibreuse par pression de la membrane. Ainsi, la pression de compactage appliquée par la membrane, c'est-à-dire la différence entre la pression exercée par le fluide d'imprégnation sur la membrane et la pression exercée par le fluide de compression sur la membrane, est inférieure à 0,5 bar. De préférence, cette différence de pression est inférieure à 0,3 bar, voire inférieure à 0,1 bar. Un compactage supplémentaire peut cependant être réalisé en augmentant la hauteur de remplissage du liquide de compression, par exemple en utilisant une chambre de compaction sensiblement plus haute que la chambre d'imprégnation, ou en utilisant un dispositif de régulation de pression. Dans chacun des modes de réalisation décrits précédemment, la préforme fibreuse imprégnée par le fluide d'imprégnation est ensuite traitée de manière bien connue de sorte à solidifier le précurseur de matrice dans la porosité de la préforme fibreuse, afin d'obtenir une pièce ayant la forme de la pièce en matériau composite à fabriquer. Le mode de traitement doit être adapté de manière bien connue au type de fluide d'imprégnation utilisé.