Étude et prédiction numérique des modes d'écoulement à travers un renfort fibreux à double échelle de porosité

Les pièces composites fabriquées par des méthodes de moulage liquide («Liquid Composite Molding» ou LCM) sont de plus en plus utilisées dans l'industrie. L'une de ces méthodes est le moulage par transfert de résine («RTM»), qui consiste à injecter la matrice polymère sous forme d'une résine à l'état liquide à travers un renfort fibreux. La robustesse de ce procédé repose sur la connaissance des différents modes d'écoulement lors de l'injection et des propriétés du renfort imprégné. L'étude expérimentale ou par simulation numérique, des mécanismes d'imprégnation capillaires et à pression imposée vise à prédire et limiter certains défauts de fabrication reliés à ce procédé. L'objectif général du projet est de généraliser au cas tridimensionnel un code d'écoulement à frontière libre par différences finies simulant le remplissage d'un moule d'injection. L'objectif est de prédire l'imprégnation de renforts fibreux de structure complexe afin de reproduire numériquement des expériences de montée capillaire. Un second objectif serait d'adapter un tel logiciel pour prédire la perméabilité d'un renfort fibreux. Les résultats obtenus lors des travaux antérieurs suggèrent en effet que la modélisation cellulaire des renforts fibreux pour un calcul par différences finies représente une démarche prometteuse. Dans un premier temps, les modèles cellulaires utilisés ici sont obtenus à partir d'une voxélisation de la structure fibreuse des renforts. À partir des dimensions caractéristiques des renforts mesurées expérimentalement, on peut modéliser numériquement la géométrie des renforts. Un algorithme a été développé afin de créer des cellules de calcul qui représentent le renfort fibreux à partir du modèle voxélisé. Chaque cellule a plusieurs paramètres qui décrivent le volume du renfort que la cellule représente. Le paramètre majeur est un tenseur donnant la perméabilité dans les trois directions de l'espace, qui dépend du taux de fibres directionnel de la cellule. Dans un deuxième temps, un code d'écoulement tridimensionnel à frontière libre est développé afin de simuler des expériences de montée capillaire et des mesures de perméabilité. Les lois qui gouvernent l'écoulement sont la loi de Darcy et la conservation de la masse.