couture qui permettent un bon maintien et une manipulation aisée. Comme nous le voyons dans nos observations, il est primordial de caractériser le caractère intrusif de la fibre optique par rapport au type de renforts donné.
Les tissus UD les plus lisses sont les nappes de pré-imprégnés. Dans la section qui suit, nous allons quantifier les défauts associés à ce type de tissu. Le choix de ce matériau est nécessaire pour quantifier le défaut dans le cas où celui-ci esta priori minimum.
3.3 Cas de nappes UD par voie pré-imprégné
Nous nous intéressons maintenant au cas où la fibre optique est intégrée au sein de pli de pré- imprégné et dont le procédé de fabrication de la plaque est celui de la presse chauffante. L’utilisation de ce type de matériau écarte les défauts liés aux trames ou aux fils. Les fibres optiques sont introduites à mi-épaisseur d’une préforme constituée de 12 plis UD de carbone Hexply de la société Hexcel. Elles sont positionnées avec un cadre de positionnement qui a été conçu et usiné à cette occasion (figure 3.18). Ce cadre enInvar est inspiré des travaux de [Lee 95] qui avait également positionné des fibres optiques avec ce type de cadre. Il présente des créneaux de différente hauteurs avec des vis nylon qui permettent de maintenir mécaniquement les fibres des deux cotés. La fibre légèrement tendue dans le cadre est aisément positionnée parallèlement aux fibres de carbones. Après positionnement de chaque pli de pré-imprégné, l’air est chassé au moyen de rouleaux adaptés et le cadre est retiré.
Fig. 3.18 – Cadre de positionnement des fibres optiques
La préforme est placée une nuit dans une étuve à vide à 50°C afin de réduire les porosités. Puis le moule contenant la préforme est disposé sous une presse chauffante à 110°C pendant 1h30 et avec
CHAPITRE 3. INTRUSIVITÉ DE LA FIBRE OPTIQUE DANS LES MATÉRIAUX COMPOSITES
une pression de 10 bars, ce cycle est prescrit pour le matériau Hexply de la société Hexcel. Après prélèvements des éprouvettes et des échantillons avec la procédure identiques aux échantillons LRI, ces derniers sont observés au microscope optique. Les observations de la section de la fibre optique font apparaître des défauts d’un autre type que ceux rencontrés jusqu’à présent : des porosités (tâches noires) ou des poches de résines. Ces défauts apparaissent sur la majorité des observations malgré les précautions qui ont été prises lors de la pose des fibres optiques. L’origine de ces porosités est due à la superposition de 2 plis consécutifs. Cependant, dans certains cas, ils sont peu perceptibles. La moyenne de la taille des défauts (fibre optique plus poches) est 20000 µm2, soit 1,6 fois la section de la fibre optique.
Fig. 3.19 – Fibre optique intégrée dans un composite à base de pré-imprégné UD carbone
3.3.1 Influence de l’angle des fibres optiques
Trois fibres optiques sont placées dans une plaque d’UD à base de pré-imprégné de carbone/époxy. Les angles formés entre fibres optiques et fibres de carbone sont de 0°, 45° et 90°. L’angle à 45° s’obtient assez précisément avec les diagonales de la préforme. Les 3 angles permettent de donner une tendance plus affirmée qu’avec seulement deux angles. Six échantillons sont prélevés pour chaque cas afin d’avoir
3.3. CAS DE NAPPES UD PAR VOIE PRÉ-IMPRÉGNÉ
une certaine représentativité des résultats. Les observations rendent compte des défauts pour ces 3 angles (voir figure 3.20).
(a) 0° (b) 45° (c) 90°
Fig. 3.20 – Observations en fonction de l’angle entre fibre optique et fibres de carbone Les tailles des défauts sont reportées sur la figure 3.21. Les ordres de grandeurs sont du même ordre que ceux correspondants aux fibres optiques insérées dans le matériau obtenu par le procédé LRI. Les valeurs sont de 1,9 fois la surface de la fibre optique lorsque celle-ci est parallèle aux fibres de carbone et de 30 fois la surface pour le cas perpendiculaire. Le cas à 45° présente des surfaces de défauts comprises entre les deux cas extrêmes. Les tailles des défauts sont linéairement croissantes avec l’angle. Les dispersions sont croissantes avec la taille du défaut. Les écart-types sont de 2679 µm2 pour 0°, 8400 µm2 pour 45° et 30423 µm2 pour 90°.
Fig. 3.21 – Tailles des défauts en fonction des angles entre la fibre optiques et les fibres de carbone (pré-imprégnés)
Nous pouvons donner à partir de la figure 3.21 une relation empirique qui traduit la taille des défauts en fonction de l’angle noté θ de la fibre optique.
Sdéf aut(µm2) = 2959 × θ + 16487 3.9 Ou en rapportant à la surface de la fibre optique comme définit en 3.2 par :
Sdéf aut SFO = 0, 241 × θ + 1, 34 3.10
CHAPITRE 3. INTRUSIVITÉ DE LA FIBRE OPTIQUE DANS LES MATÉRIAUX COMPOSITES
3.3.2 Influence du diamètre de la fibre optique
Deux cas sont comparés ici : la fibre optique dénudée (diamètre de 125 µm) et avec sa gaine (diamètre 250 µm). Six échantillons par cas sont réalisés. La figure 3.22 montre les clichés d’un défaut pour une fibre à 125 µm et une fibre de 250 µm. L’introduction de la fibre optique a les mêmes effets pour les deux diamètres. Dans les deux cas, une poche de résine et une porosité de part et d’autre de la fibre sont présents. Les valeurs moyennes des défauts en fonction des diamètres de fibres sont
(a) 125 µm (b) 250 µm
Fig. 3.22 – Défauts induits par l’introduction de fibre de différents diamètres
reportées dans le tableau 3.2. Dans tous les cas, lorsque le diamètre de la fibre optique augmente, la
Tab. 3.2 – Défaut en fonction du diamètre de la fibre optique
surface moyenne du défaut est plus importante. Par contre, le rapport Surface défaut/surface fibre optique diminue.
D’après ces observations, l’utilisation de fibres optiques de plus petits diamètres que les fibres standards à 125 µm est préconisée. Cette solution technique a déjà été réalisée par Takeda et al. [Takeda 05] qui ont employé des fibres optiques de 50 µm de diamètre, gaines mécaniques incluses. Les clichés tirés de [Takeda 05] montrent une comparaison entre une fibre optique standard à 125 µm et une fibre optique à 50 µm (figure 3.24). Nous notons que dans le premier cas figure 3.24.a, la jonction entre la fibre optique et les fibres de carbone fait apparaître une poche de résine à la base de la fibre optique.