Autres méthodes

Il existe des procédés bien souvent mieux adaptés à l'infiltration en continu puisqu'ils ne nécessitent pas l'utilisation d’enceintes sous pression, comme dans certaines des méthodes précédentes. Nous détaillerons ici plus particulièrement les infiltrations à l'aide de forces de Lorentz et sous ultrasons. Toutefois, il faut savoir qu'il existe des méthodes d'infiltration à l'aide de la force centrifuge ou de réactions chimiques (préforme contenant différentes phases qui réagissent avec le métal liquide pour promouvoir l'infiltration).

a) Infiltration à l’aide de forces de Lorentz

Ce procédé est basé sur des forces électromagnétiques générées dans le métal conducteur par un champ magnétique fluctuant rapidement. Ce dernier produit des courants de Foucault dans le bain, qui interagissent avec le champ magnétique pour créer une force de Lorentz. Cette force de Lorentz peut être utilisée pour propulser le métal liquide de la bobine produisant le

champ magnétique vers la préforme. Ce procédé ne nécessite pas de container sous pression puisque le métal liquide est poussé vers la préforme par une force directionnelle. C'est pourquoi il peut être aisément adapté à la production de composites en continu.

Andrews et al. ont démontré la faisabilité d'un tel procédé et ont breveté deux appareils permettant l'élaboration de CMM sous forme cylindrique, tubulaire ou de plaque par cette méthode [52, 53]. Les composites ainsi obtenus, à base de fibres courtes d'alumine Saffil et d'aluminium, ont une fraction volumique de fibres de 25 % et ne contiennent pas de porosité.

b) Infiltration sous ultrasons

Dans le cas de ce procédé, le métal liquide est poussé dans la préforme par des pulsations de pressions transitoires élevées, créées par une sonotrode placée en contact avec le métal liquide. La physique de l'infiltration sous ultrasons n'est pas complètement cernée. Toutefois, des observations expérimentales semblent montrer que l’infiltration ne peut se faire dans de bonnes conditions que si une cavitation dans le bain intervient, par laquelle des bulles d’air croissent et éclatent à haute pression en libérant de l'énergie. Un inconvénient de cette méthode est la rupture des fibres proches de la sonotrode sous les vibrations ultrasoniques [54, 55].

Ce procédé est couramment utilisé pour la production en continu de fils composites renforcés par des fibres longues. Une mèche de fibres passe alors en continu sous une sonotrode trempant dans le métal liquide et vibrant à une fréquence de 20 kHz, par l'intermédiaire d'une connexion à un dispositif, typiquement un piézoélectrique, produisant les vibrations. Avec un tel dispositif Cheng et al. ont produit des fils composites C/Al constitués d'une mèche de 3000 fibres de carbone ex-PAN (fibres de diamètre 6,5 µm et de résistance en traction 2810 MPa) et d'une matrice d'aluminium de pureté industrielle [54]. Après optimisation des paramètres du procédé (température de l'aluminium liquide : 720°C, vitesse de défilement : 1,8 m/min), des torons complètement infiltrés ont été obtenus. Ils ont une fraction volumique de fibres de 26 %, un diamètre de 0,7 mm et une résistance en traction de 491 MPa. C'est également avec ce type de dispositif que seraient élaborés les fils composites 3M constitués de fibres d'oxydes (2800 MPa de résistance en traction)/aluminium pur (cf. paragraphe 1.3.1. de ce même chapitre) [11]. Une résistance en traction de 1000 à 1300 MPa est atteinte pour une fraction volumique de fibres de 40 %.

D'autres versions de ce procédé permettent l'infiltration en discontinu, la préforme est alors statique dans le bain de métal liquide et se trouve non loin de la sonotrode [56]. Dans certains cas, l'application d'une pression ou l'addition d'éléments d'alliage dans le métal liquide est utilisée pour assister les vibrations dues aux ultrasons.

3.2. Construction des câbles électriques

3.2.1. Le câblage : définitions

Le câblage est l’opération qui consiste à rendre mutuellement solidaire un certain nombre d’éléments en leur imposant une torsion autour d’un axe commun. Cette opération est réalisée de telle sorte que l’assemblage ainsi formé conserve une partie de la souplesse des éléments constituants. Le câblage en couches concentriques est typique des conducteurs pour lignes aériennes, nommés encore câbles pour lignes aériennes (cf. Figure I-24).

Figure I-24 : Toron : conducteur constitué de l’assemblage concentrique de 19 fils.

Le câblage d’éléments identiques non compressibles en couches concentriques est régi par des lois géométriques simples. La construction idéale, i.e. celle qui offre le meilleur cœfficient de remplissage du câble, est dite en 1 + 6 : 1 fil au centre, 6 fils pour la première couche, 6n fils pour la énième couche. La loi du câblage concentrique, ou toronnage, dit que chaque couche contient six éléments de plus que la précédente.

Le pas de câblage est une valeur caractéristique vu qu’il a une influence directe sur la flexibilité du câble. Le pas d’un câble est la distance, mesurée parallèlement à l’axe, nécessaire à chaque élément composant le câble pour faire un tour complet autour de l’axe. En général, le pas de câblage, P, est choisi en fonction du diamètre de l’élément, D : pour un pas court P < 10D, pour un pas normal P ∈ [10D ; 15D], pour un pas long P ∈ [15D ; 20D].

On distingue deux sortes de câblage : à torsion et à détorsion. Dans le câblage à torsion, qui est mécaniquement le plus simple à réaliser, l’orientation de chaque élément varie en même temps et d’un même angle que sa position angulaire dans la circonférence du câble (cf. Figure

I-25). Ce type de câblage est réalisé chaque fois que la constitution des éléments à assembler supporte

la torsion infligée. Dans le câblage à détorsion, l’orientation des éléments reste invariable quelle que soit leur position angulaire dans la couche au cours du pas (cf. Figure I-26). On choisit en général le câblage à détorsion pour l’assemblage de gros éléments qui résisteraient à la torsion ou en souffriraient. C’est ce type de câblage que l’on choisira pour les fils composites C/Al.

Figure I-25 : Variation de position et d’angle d’un élément dans le câblage à torsion.

Figure I-26 : Variation de position et d’angle d’un élément dans le câblage à détorsion.