A)- Les produits utilisés pour la réparation des matériaux composites :

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1 II-1- Réparation des composites : Ce qui va être développé, sans que cela puisse prétendre découler d une typologie sur la réparation, parce qu il n existe vraiment pas de science exacte dans ce domaine qui devrait donner de bonnes bases théoriques. Les techniques appliquées à la réparation des matières conventionnelles utilisées, puisqu il y en a plusieurs, appropriées aux matériaux de synthèses imposent leurs règles, tant au niveau d utilisation de produits, que dans le choix des matériels. A)- Les produits utilisés pour la composites : Les produits utilisés pour réparer les éléments en matériaux composites sont identiques a ceux qu ont servi a leur fabrication, a savoir, résines, durcisseurs, accélérateurs, fibres, charges etc. Les résines : Pour les éléments en matières thermodurcissable, deux sortes de résines seulement sont utilisés : les polyesters et les époxydes. Les polyesters sont sous forme liquides, mélanger intimement avec des résines, accélérateurs, catalyseur (durcisseur) tandis que les époxydes sont plus performant mécaniquement (adhérence, dureté, flexibilité ) que les résines polyesters. Quand a matières thermoplastiques, les matériaux nécessaire a leurs réparation se pressente sous forme solides (baguettes) qu il faut chauffer pour les fondre, elles devront être de la même matière que celle de l élément a réparer. Les renforts : Pour la réparation par les renforts en utilise les fibres de verre sous forme de mat, roving, tissus et fibres courtes. Mat : tissus de fibre coupée ou continue, compresse en vrac on le choisis selon l importance d une restriction partielle d un élément endommagé. Roving : fibres tressés pour former différents tissus (taffetas, satin ou serge) principalement employé pour la finition et la consolidation de la réparation. Fibres courtes : de longueur 5-6mm essentiellement utilise pour les réparations de faible surface ou pour collage composite sur composites. Autres produits : La réparation des éléments en matériaux de synthèses nécessite bien l emploi d autres produits par exemple : les nettoyants, gel coat, etc [Martial Burat 1991]. 10

2 B)- Méthodes de réparation : Les différentes méthodes de réparation des éléments thermodurcissable se définissent surtout en fonction de la gravite de l endommagement. Les éraflures : Pour ce type d intervention l emploi de résine et de fibre n est pas justifié, l application d un mastic polyester s avère suffisante après nettoyage. L opérateur n agissant pas sur une surface suffisamment étendue risque de former des irrégularités de planiéte, cette précaution prend d autant plus d importance pour les matériaux composites car ils sont sensibles aux abrasions excessives ; en plus il faut éviter d éliminer la couche de gel coat, véritable peau protégeant les première couches de renforts contre les agents extérieurs. Les fissures : pour réparer une fissure il faut intervenir en profondeur en injectant la résine catalysée. Les cassures et trous : dans ce cas il y a rupture intégrale de l élément sur la totalité de son épaisseur. Pour redonner a l élément touts ses caractéristiques mécaniques, il est impératif de le consolider en faisant appel a un renfort qui est du mat et/ou du tissu de verre imbibé de résine catalysée. [Martial Burat 1991]. II-2- Réparation des plastiques : A)- Procédés d assemblage des plastiques : 1. Collage : Les caractéristiques d un collage dépendent des interactions entre la surface du substrat et l adhésif. On comprend donc que les forces d adhérence puissent être réduites par la présence d agents contaminants adhérents à la surface, qui empêchent le contact entre l adhésif et le substrat. Le processus de collage est directement influencé par la rugosité, les propriétés chimiques et l énergie de surface. Une bonne adhésion suppose tout d abord une bonne mouillabilité des surfaces à assembler. Autrement dit il faut que l adhésif puisse s étaler correctement et s écouler dans toutes les irrégularités et les creux du substrat. [Jean Claude Prévot 2008]. 11

3 Les thermodurcissables, qui ne sont pas soudables, sont généralement faciles à coller. Il en est de même pour quelques thermoplastiques (PS, PVC, PMMA) alors que pour d autres le collage reste difficile (PE, PP, PA), voire quasi impossible (PTFE). Dans tous les cas, on procède par une activation préalable de la surface à adhésiver (immersion ou enduction) puis on assemble les parties à coller à l aide d un solvant du polymère ou d un adhésif adapté. Le collage peut s effectuer de trois façons : par évaporation d un solvant ; par réaction chimique ; par refroidissement d un thermo fusible. Les colles les plus courantes sont alors du type : vinyliques, acryliques (dont cyanoacrylates), élastomères, polyuréthanes, époxydes et silicones. [Maurice Reyne 2003]. 2. Soudage : 2.1 Les différents procédés et leurs temps caractéristiques : La consolidation par fusion, ou le soudage, est une technique largement utilisée dans l industrie des thermoplastiques grâce à laquelle la tenue mécanique de la soudure peut approcher celle des matériaux initiaux. Les techniques de soudage peuvent être classées selon le moyen employé pour fournir de la chaleur. [Nicodeau.C 2005], dans sa revue sur la consolidation par fusion des composites à matrice thermoplastique, propose la classification donnée ci-dessous : Chauffage en volume Co -consolidation Adhésifs à chaud Assemblage avec film amorphe Consolidation par fusion Chauffage par friction Soudage par rotation Soudage par vibration Soudage ultrasons Chauffage électromagnétique Soudage par induction Chauffage microondes Chauffage diélectrique Soudage avec résistance Soudage en 2 temps Plaques chauffantes Gaz chaud Source rayonnante (Infrarouge, laser) Tableau 1 : Techniques de soudage par fusion. [Nicodeau.C 2005] 12

4 A)- Chauffage en volume : Les techniques de chauffage volumique pour réaliser une co-consolidation peuvent par l autoclave, le moulage par compression ou le formage avec diaphragme. Le principe de ces techniques est de mettre en contact sous pression les deux parties à assembler et à les maintenir à une température constante. La co-consolidation est une méthode de soudage quasi-idéale car aucun matériau étranger n est introduit à l interface et la zone soudée doit pouvoir atteindre la même résistance mécanique que le matériau initial. Cependant, étant donné que toute la pièce est chauffée au dessus de la température de fusion, cette technique nécessite un outillage complexe pour maintenir la pression sur toute la pièce et éviter la déconsolidation. L ajout de colles à chaud ou d un film amorphe peut également être utilisé. La technique qui consiste à introduire avant la consolidation un film thermoplastique amorphe pour souder deux parties semi -cristallines peut permettre une bonne consolidation sans dépasser la température de fusion du matériau semi cristallin. [Nicodeau.C 2005] B)- Chauffage par friction : Parmi les techniques où l énergie nécessaire à la fusion est générée par frottement, on trouve les techniques de soudage par rotation et par vibration, elles ne semblent pas efficaces pour les matériaux composites car le mouvement des matériaux l un par rapport à l autre peut causer une détérioration des microstructures ou casser des fibres.en revanche la technique de soudage par ultrasons est couramment utilisée pour les thermoplastiques. Les pièces à souder sont alors tenues ensemble sous pression et sujettes à des vibrations ultrasonores perpendiculaires à la surface de contact. Les contraintes hautes fréquences produisent de la chaleur dans le matériau et on vise à ce que celle-ci soit générée de façon sélective pour provoquer la fusion de l interface. Les fréquences utilisées sont généralement élevées (20-40 Hz) et les amplitudes relativement faibles (15-60 μm). [Nicodeau.C 2005] 13

5 Fig.3- Schéma de principe d un appareil de soudage par rotation Fig.4 - Schéma de principe du soudage par ultrasons Fig.5 - Schéma de principe du soudage par vibration C)- Chauffage électromagnétique : Parmi les techniques de chauffage électromagnétiques, le soudage par induction et par résistance, Le chauffage par induction est observé lorsque les matériaux sont soumis à un champ électromagnétique induit par une bobine. Ce champ induit génère des courants dans le matériau conducteur. [Nicodeau.C 2005]. Dans le soudage par résistance, un courant électrique parcourt le matériau composite dans le cas où les fibres sont conductrices. Si ce n est pas le cas, on implante une grille conductrice sur l interface à souder. L augmentation de la température du matériau sera provoquée par effet joule. Arias [1996] a montré que la technique de soudage par résistance avec impulsion (IRW) dans laquelle la chaleur est introduite via des pulsations électriques haute puissance -jusqu à 600 kw/m², en comparaison à une puissance de 30 à 160 kw/m² pour la technique classique- conduit à des propriétés mécaniques prometteuses. Le principal avantage de ce 14

6 système est de réduire le temps de chauffage jusqu à 5 fois par rapport à la technique classique de soudage par résistance. Ceci permet alors de réduire les problèmes de sur -chauffages ou de dé -consolidation. [Nicodeau.C 2005] Fig.6- Schéma de principe du soudage par induction D)- Soudage en deux temps : Enfin, les techniques de soudage en deux temps nécessitent d ôter l outillage chauffant de la surface du matériau entre l étape de chauffage et celle de consolidation. Etant donné que toute la surface doit être uniformément chauffée, Les temps de chauffe sont généralement longs et notons qu entre la première et la seconde étape, la température en surface diminue et la chaleur est conduite à l intérieur du matériau, ce qui est gênant. [Nicodeau.C 2005 et Maurice R 2003] Fig.7 - Schéma de principe de soudage par miroir Fig.8 - Schéma de principe du soudage par air chaud laser Fig.10 - Schéma de principe du soudage Fig.9- Schéma de principe du soudage par par infrarouge 15

7 Parmi toutes ces techniques de chauffage, chacune a des paramètres spécifiques différents et est plus ou moins avantageuse selon les utilisations. A l échelle industrielle, l optimisation des coûts pousse d une manière générale à réduire les temps de fabrication ; on aura donc intérêt à avoir une technique de consolidation par fusion rapide. D autre part, la surchauffe du matériau a tendance à provoquer la déconsolidation des plis dans les zones adjacentes ou à dégrader le matériau. Les paramètres typiques des différents procédés de soudage par fusion sont donnés. Nous récapitulons en Fig. 11 les temps de chauffe typiques selon les techniques. Fig. 11-Temps de chauffe caractéristiques des procédés de soudage Les procédés de drapage et de consolidation en continu de matériaux composites à matrice thermoplastiques visent à fabriquer des grandes pièces à une cadence soutenue (vitesse de dépose d environ 40 mm/s). Avec les paramètres procédés classiquement utilisés et disponibles sur les machines actuelles, Le temps pendant lequel les deux surfaces à souder sont en contact à une température supérieure à leur température de fusion est typiquement de l ordre de la seconde. L analyse de la Fig. 11permet de constater que le temps de chauffage de cette technique innovante est nettement réduite par rapport aux techniques classiques. [Nicodeau.C 2005] 16