Projet METEOR : rupture technologique dans la réalisation de pré-imprégnés et composites thermoplastiques hautes performances

Le projet

Le projet METEOR est né de la volonté du GIFAS (Groupement des Industries Françaises Aéronautiques et Spatiales) d’optimiser la qualité et le coût de production de composites hautes performances à partir de semi-produits thermoplastiques compétitifs, issus à 100% de la filière française d’approvisionnement et consolidables par des procédés hors autoclave.

La mission de l’équipe scientifique du projet METEOR a été d’identifier, d’élaborer et d’optimiser toutes les étapes de la chaîne de valeur permettant d’aboutir à des composites carbone à matrice thermoplastique pour des applications sur de structures aéronautiques.

Pour une meilleure compréhension de l’ensemble des phénomènes rencontrés, l’implication et l’intervention de l’équipe du projet ont été essentielles sur toutes les étapes, à savoir : la synthèse et la micronisation du PEKK, l’imprégnation de divers renforts fibreux, le drapage et la consolidation hors autoclave, en plus de l’ensemble des tests et essais nécessaires à cette compréhension.

Les réussites de METEOR

Les applications aéronautiques qui utilisent des thermoplastiques hautes performances pour l’imprégnation sont encore peu développées. Ainsi, METEOR a apporté une meilleure compréhension des étapes clé rencontrées lors des différentes phases de transformation amenant à la fabrication de semi-produits (pré-imprégnés), puis à celle des composites, en optimisant le procédé de consolidation en étuve.

METEOR a aussi permis de mettre en avant le savoir-faire des acteurs français de la filière thermoplastique, dans l’optique finale d’optimiser et de réduire le coût et l’impact énergétique de la fabrication des pré-imprégnés et composites pour application aéronautique. Cette réduction de coût peut, ainsi, être obtenue au travers des matières premières, mais également à partir d’une meilleure compréhension et maîtrise des procédés de transformation utilisés.

Ce projet a, enfin, représenté une étape de compréhension et d’optimisation à l’échelle du laboratoire. Grâce aux résultats très prometteurs, le passage à l’échelle industrielle des différentes technologies impactées va pouvoir se faire dans un avenir proche. L’IRT Saint Exupéry pourra, ainsi, continuer à apporter son expertise dans une deuxième étape, qui demandera de nouveaux essais pour affiner encore plus la compréhension et la maîtrise de la réalisation des pré-imprégnés et composites à matrice thermoplastique.

La synergie des membres

L’objectif principal de METEOR peut donc être résumé en deux mots : compréhension et optimisation. Les travaux ont été entrepris à partir des spécifications fournies par Airbus et des échanges entre tous les membres experts.

Effectivement, Arkema – un des membres du projet – a levé certains verrous technologiques pour optimiser les procédés de synthèse de la résine PEKK. Ceci a permis de mettre en avant des perspectives de développement technique à l’échelle industrielle.

Un autre membre de METEOR, SDTech, a su identifier et maîtriser des techniques de micronisation de la matière brute, afin de fournir des poudres optimisées pour les procédés d’imprégnation.

L’échange collaboratif entre l’IRT Saint Exupéry, Hexcel Composites, Chomarat et Porcher Industries a permis d’associer des résines PEKK, fibres de carbone ou renforts fibreux spéciaux. Tout cela était dans le but de travailler à la compréhension des phénomènes rencontrés lors de l’imprégnation et de la consolidation et, par conséquent, à l’optimisation de la morphologie des pré-imprégnés nécessaires à la réalisation des composites.

Aussi, Hutchinson a accompagné l’ensemble des campagnes d’essais en effectuant, entre autres, les caractérisations des composites réalisés, afin d’apporter les éléments nécessaires à leur compréhension et optimisation.

Enfin, deux thèses ont été réalisées avec l’ICA et le CNRT Matériaux. Ces thèses avaient pour objectif d’affiner la compréhension de certaines phases de la fabrication des pré-imprégnés :

• « Étude de l’imprégnation de mèches par une suspension aqueuse polymère thermoplastique. Application à l’élaboration de rubans pré-imprégnés », CNRT Matériaux
• « Modélisation de la phase de fusion / imprégnation. Application sur ligne pilote d’imprégnation », ICA

Cette synergie des membres du projet a permis d’aboutir à un ensemble de résultats solides, qui, à la fois, ont donné accès à une meilleure compréhension des différentes étapes clé de la fabrication d’un composite carbone ou résine thermoplastique haute performance. En présentant un niveau de performance, après consolidation en étuve, en accord avec les exigences techniques du secteur aéronautique, le projet METEOR a, ainsi, répondu en grande partie au challenge lancé par le GIFAS.