Des composites thermoplastiques bio-sourcés

Sirris étudie la mise en œuvre de composites à fibres naturelles sous différents aspects : moulage, assemblage, contrôle qualité. Les résultats sont très intéressants.

Voici 2 ans que Sirris travaille dans le cadre d'un projet Feder sur la mise en œuvre de composites biosourcés avec d'autres centres de recherche et organismes universitaires belges.

Mise en œuvre de composites thermoplastiques biosourcés

Fort de son expérience relative à la mise en œuvre de composites thermoplastiques à fibres continues, Sirris étudie dans ce projet Macobio le potentiel de substitution des composites classiques par des produits biosourcés. Une des difficultés spécifiques à ces matériaux est la température maximale admissible par les fibres naturelles, nettement inférieure à celle des fibres synthétiques. Cette caractéristique nécessite, par exemple, d'optimiser finement la thermique des outillages pour homogénéiser la température et éviter les zones chaudes qui pourraient dégrader le produit.

Le choix s'est porté sur la mise en œuvre de matières disponibles commercialement, c’est-à-dire à base de matrices pétro-sourcées classiques (comme le PP), mais aussi à base de matrices PLA biosourcées, et bien sûr de fibres naturelles (le lin notamment), matières vendues soit sous forme de demi-produits consolidés, soit sous forme de tissus hybrides à fibres co-mêlées.

Parmi les techniques testées, le moulage en autoclave a pu être transposé et un démonstrateur a été réalisé pour déterminer la pertinence des choix technologiques adoptés. En l'occurrence, il s'agit d'une selle de vélo de course.

Outre la gestion de la thermique, la difficulté de l’exercice a été de pallier le manque de formabilité d’un tissu conventionnel pour produire une bonne pièce. Après optimisation des paramètres de mise en œuvre, des résultats plus que satisfaisants ont été obtenus et les zones "sensibles", identifiées préalablement par calcul via un logiciel développé par des partenaires dans le cadre d'un autre projet, ont finalement été maîtrisées.

Afin de poursuivre ces travaux et d’initier avec un des partenaires une étude sur le LCA (analyse du cycle de vie) des composites TP biosourcés, Sirris a, grâce aux fonds Feder, acquis une étuve particulière qui complète l’autoclave déjà disponible. Pour plus de détail sur ce nouvel équipement, voir le blog Composites thermoplastiques : du nouveau pour mieux produire.

Une autre technique étudiée par Sirris dans le cadre de ce projet est le surmoulage de préformes rigides (plaques) préalablement chauffées pour les rendre formables. Cette technique mise au point dans un précédent projet a été adaptée aux demi-produits à base de PP/fibres de lin avec des résultats plus que satisfaisants.

Une nouvelle technique de mise en œuvre des composites TP biosourcés débute aujourd'hui. Elle consiste à élaborer par compoundage puis injection de polyéthylène biosourcé contenant des fibres naturelles courtes issues d’écorces de saule.

Détection de défauts

Afin de pouvoir caractériser la qualité des produits fabriqués, une deuxième facette du projet Macobio a consisté à mettre à jour un outil de détection des défauts dans les composites, outil développé il y a quelque temps dans le cadre d'un autre projet. Il s'agit d'un système de contrôle non destructif par thermographie infra-rouge active; il est performant grâce, d'une part, à l'uniformité de chauffe du composite à examiner et d'autre part à une technique d'optimisation du traitement mathématique des images.

Le logiciel a été updaté et le traitement des images a été automatisé. Cette mise à jour a permis de passer de 1 heure de traitement à 5 minutes.

Assemblage

Enfin, un troisième volet concerne l'assemblage par soudage (effet Joule) des pièces fabriquées. Les essais de faisabilité ont été réalisés d'abord sur des échantillons. Il s'agit maintenant de pouvoir assembler des pièces réelles en positionnant des éléments chauffants selon un parcours lié à la forme tridimensionnelle des interfaces.

Un cobot, également acquis dans le cadre de Macobio, sera bientôt mis en service pour automatiser ce processus.

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