Simulation du chauffage infrarouge des composites

National audienceRESUME: 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 qui leur permettent de concurrencer les métaux. 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 injectée 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. Le composite est modélisé par une plaque composée de plusieurs plis de carbone imprégnés d'une résine époxy (RTM6). La plaque est soumise à un flux radiatif incident, lequel est absorbé par le premier pli de carbone présent à la surface du composite. 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. L'ICA Albi a développé un logiciel (RAY-HEAT) qui calcule le terme source radiatif en 3D induit par le four infrarouge. Ce logiciel a été utilisé dans cette étude essentiellement pour calculer les rayons qui impactent la surface du composite ainsi que pour le calcul du flux radiatif. Le flux radiatif calculé à l'aide du logiciel RAYHEAT est imposé comme condition aux limites dans le logiciel commercial COMSOLMULTIPHYSICS. 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 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