Newsletter N°27 - Les Instituts Fraunhofer mettent le paquet sur les composites

A quelques jours du JEC Composites show, allons faire un petit tour du côté des composites. Il n'y a plus débat, ces nouveaux matériaux, et notamment les composites thermoplastiques en fibre longues (LFTP), à la fois légers, résistants et qui ne rouillent pas, s'imposent peu à peu dans la construction nautique, dans l'automobile et dans les industries aéronautique et spatiale.

Mais les processus de fabrication utilisés sont encore contraignants et nécessitent un savoir-faire très particulier : il faut placer des lais de fibre sur des outillages (la direction des lais est très importante), puis aspirer l'air dans ces lais avant de les imprégner de résine. Le durcissement des pièces nécessite des autoclaves assez volumineux pour recevoir les composants qu'il faudra encore coller à la fin du processus.

Enfin, ça, c'était avant que les Instituts Fraunhofer s'en mêlent. Car les Allemands ont mis au point un processus qui permet de fabriquer et assembler des composites thermoplastiques en fibre longues, sans ces manipulations. Leur secret ? Le laser !

Le laser au centre du procédé

La matière première se présente sous forme de rouleaux de fibres (carbone ou verre) ré-imprégnées de résine thermoplastique « fondable ». « Pour fabriquer des composants à partir des bandes au kilomètre, on empile plusieurs couches de bandes, on amorce leur fusion au laser juste avant leur pose et on les comprime ensuite pour obtenir une structure compacte. De cette façon, les bandes fusionnent entre elles puis refroidissent rapidement, étant donné que le laser fournit au matériau une énergie ciblée précisément et correctement dosée. Le procédé permet donc de minimiser les dépenses d'énergie et de temps. Comparativement aux procédés de fabrication utilisés jusqu'ici - notamment l'assemblage des bandes par air chaud - on améliore aussi la qualité. La demande du secteur industriel pour ce nouveau procédé est donc d'ores et déjà forte, même pendant la phase prototype du procédé », commentent les Allemands.

Aussi du collage

Au JEC de Paris, les chercheurs du Fraunhofer vont également présenter une nouvelle technique d'assemblage par collage applicable aux composites thermoplastiques en fibre longues de verre. « Tout ce dont nous avons besoin, c'est d'un laser qui émet de la lumière infrarouge », précise Wolfgang Knapp, de l'Institut Fraunhofer des Techniques laser ILT. Le rayon laser infrarouge provoque la fusion de la surface des pièces en thermoplastique. Lorsqu'on les comprime, tant qu'elles sont encore liquides, et qu'ensuite on les laisse durcir, on obtient un assemblage extraordinairement solide ». Cette technique est valable pour des petites pièces, comme des éléments très volumineux. Les équipes allemandes peaufinent leur procédé. Dernièrement, elles se sont attardé sur le réglage de la distance entre la tête laser et la surface à traiter, sur la durée pendant laquelle le rayon laser est en contact avec la cible, et sur le calibrage de la pression avec laquelle les surfaces sont pressées l'une contre l'autre.

Un processus polyvalent

Selon les chercheurs du Fraunhofer, l'intérêt de cette technique réside dans sa polyvalence : le laser infrarouge permet de souder entre eux des éléments quelconques en composites à base de fibres - éléments de fuselage d'aéronefs, structures portantes d'automobiles, pièces de coques de bateaux, réservoirs de fusées. Et « les nouvelles techniques d'assemblage conviennent à tous les matériaux thermoplastiques soumis à de fortes sollicitations », résume M. Knapp.