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Résumé thèse Sawsane NAKOUZI

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Modélisation du procédé de cuisson de composites infusés par chauffage infra rouge

 

Sawsane NAKOUZI - 26 septembre 2012

L'utilisation des matériaux composites dans les secteurs aéronautique et aérospatial a évolué au cours des dernières années. Ces matériaux à hautes performances présentent des propriétés mécaniques et physiques élevés. Une nouvelle méthode de mise en oeuvre de ces matériaux qui pourrait amener un gain en temps et d'énergie est la polymérisation du composite à l'aide d'un four infrarouge. Cette technique de chauffage infrarouge peut s'appliquer en particulier au processus d'infusion de résine LRI (Liquid Resin Infusion) où la résine est infusée à pression atmosphérique dans un demi moule qui contient le renfort fibreux et ayant une surface de recouvrement semi-transparente aux rayons infrarouges. L'injection se fait à l'aide d'une pompe à vide et le composite est placé face aux émetteurs infrarouges. Ces émetteurs sont de type halogène et sont fournis par la société TOSHIBA LIGHTING. Le chauffage commence après injection totale de la résine et sa stabilisation dans le moule. Par conséquent, le composite est soumis à un flux radiatif incident, lequel est absorbé par le premier pli de carbone présent à sa surface. Ceci est due au fait que les fibres de carbone présentent une absorptivité assez élevée qu'on peut donc considérer le composite opaque vis-à-vis de l'infrarouge.
Un modèle de calcul par éléments finis basé sur la méthode des radiosités a été développé afin de prédire le flux radiatif absorbé par le composite. Ce modèle a été validé par une solution référence basée sur les algorithmes de lancer de rayons.
Ce flux radiatif absorbé est imposé comme condition aux limites dans le logiciel commercial COMSOL MULTIPHYSICS. Celui ci résout par la méthode des éléments finis l'équation de chaleur couplée avec la cinétique de réticulation de la résine afin de modéliser la polymérisation par infrarouge. La température et le degré de réticulation au sein du composite sont ainsi calculées. Un algorithme d'optimisation a été couplé avec le modèle radiatif afin d'obtenir une distribution de température optimale dans le composite. Ces données issues de l'optimisation en été utilisée dans le protocole expérimental.
Ce montage expérimental permettant le chauffage infrarouge du composite instrumenté a été réalisé au laboratoire afin de valider les résultats numériques de l'étape de chauffage à l'aide de thermocouple et de la thermographie infrarouge pour le cas d'une plaque composite et le cas d'une pièce 3D.

Mots clés : simulation numérique, chauffage infrarouge, résine époxy, température, polymérisation, optimisation.