Des mousses intelligentes pour alléger les avions et faciliter la maintenance des appareils
Diplômé ESTACA, spécialisation Architecture et Structure pour les Aéronefs, Antoine Poirot a souhaité poursuivre en thèse au sein d’ESTACA’LAB, dans une équipe qui travaille sur les matériaux intelligents dans les véhicules. Objectif de ses recherches : remplacer certains capteurs des avions par des mousses de polyuréthane électro-actives très légères et souples pour alléger l’appareil et réduire la consommation de carburant tout en détectant les défauts, sollicitations, impacts en temps réel pour améliorer les opérations de maintenance de l’avion.
Ses travaux de recherche sont en continuité avec son projet d’études initié en 5e année qui portait sur le potentiel des mousses pour la détection de chocs dans les structures. Le sujet de thèse d’Antoine s’intitule : « Développement et modélisation de structures fonctionnelles basées sur l’implémentation de mousses électro-actives. Application aux structures subissant des impacts ».
Intégrer des fonctionnalités aux matériaux pour alléger les appareils
Parmi les critères d’éco-conception dans les transports, la masse est une priorité : l’allègement des véhicules impacte directement leur consommation de carburant. A travers de nouveaux matériaux composites on cherche à réunir les meilleures propriétés des matériaux pour répondre aux problématiques liées au coût, poids, résistance mécanique et sécurité. L’objectif est à la fois d’alléger les structures mais aussi d’intégrer des fonctionnalités nouvelles au matériau.
Dans le cadre de sa thèse, Antoine s’intéresse à une structure composite particulière qu’on retrouve dans tous les transports. L’une des limites de cette structure est sa sensibilité à l’impact basse énergie (grêle, choc aviaire…) qui peut entrainer un endommagement localisé non visible en surface et donc particulièrement dangereux. Les contraintes de maintenance sur ces structures peuvent donc être particulièrement coûteuses en temps d’immobilisation pour une inspection précise et complète.
Améliorer les opérations de maintenance grâce à des mousses polyuréthane électro-actives
Les opérations de maintenance sur les appareils visent à assurer le contrôle de santé des structures pour connaitre en temps réel leur état. Traditionnellement on intègre des capteurs qui détectent les défaillances. Ils permettent de visualiser les sollicitations, impacts ou défauts (liés aux intempéries, chute d’outils, choc aviaire, vibration…) qui sont parfois invisibles à l’œil nu. Ces systèmes couteux et compliqués à mettre en œuvre touchent à l’intégrité de la structure.
La mousse électro-active étudiée est en fait une mousse piézorésistive qui a la particularité de modifier ses caractéristiques électriques lorsqu’elle subit une déformation. L’objectif est de remplacer les capteurs par des mousses de polyuréthane électro-actives. Ces mousses très légères et souples permettraient de détecter les défauts en temps réel et ne perturbent pas l’intégrité de la structure les accueillant. Ces mousses permettraient d’alléger l’appareil et identifier les dégâts en temps réels pour rendre la maintenance plus fiable, plus efficace et plus rapide.
Les travaux d’Antoine doivent définir le potentiel de détection offert par les mousses piézorésistives à base de polyuréthane en s’intéressant à leur comportement électromécanique. Dans un premier temps, l’enjeu de la thèse est de caractériser ce matériau pour connaitre son comportement sous plusieurs types de sollicitations (à basse et haute vitesse de déformation) et de le calibrer pour l’utiliser de manière stable, répétable tout en étant suffisamment sensible en tant que capteur. Il travaille également sur l’élaboration même de la mousse en y intégrant des nanomatériaux conducteurs pour contrôler son niveau de conductivité électrique et donc sa sensibilité électrique. Enfin, il faudra intégrer cette mousse dans une structure et caractériser sa nouvelle fonction intelligente.
Il pourra ensuite proposer un modèle numérique de tout ce système pour simuler et avoir un outil pour anticiper les réactions de cette structure intelligente en fonction de sa géométrie, sa dimension par rapport au capteur…
Cette thèse est menée en collaboration avec l’ENSTA Bretagne. La soutenance est prévue pour fin 2023.
