Caractérisation expérimentale des écoulements capillaires dans les renforts fibreux à double échelle de porosité

Aujourd'hui, les matériaux composites à matrice polymère renforcés jouent un rôle important dans des secteurs technologiques de pointe comme l'aéronautique par exemple. En effet, ces matériaux conservent des propriétés mécaniques intéressantes pour un poids réduit en comparaison avec des matériaux plus standards comme les différents alliages métalliques. L'autoclave reste la principale méthode de fabrication des composites, mais les procédés d'injection sur renforts (« Liquid Composite Molding (LCM) ») sont de plus en plus utilisés pour la fabrication des composites à haute performance. Dans les procédés LCM, le renfort fibreux est d'abord déposé dans la cavité du moule. Ensuite, le moule est fermé et une résine polymère est injectée ou infusée sous vide à travers le renfort. Après consolidation et cuisson, la pièce finale est démoulée. Les renforts utilisés dans les procédés LCM possèdent en général une architecture à double échelle de porosité avec des macropores entre les mèches et des micropores dans les mèches. Dans ces procédés la capillarité joue un rôle important au niveau de l'imprégnation des mèches. Cependant, ce même phénomène est aussi responsable en grande partie de la formation de « vides ». Il est important de différencier la notion de « porosité » et les « vides ». La « porosité » d'un renfort fibreux représente la somme des espaces libres entre les mèches du renfort et à l'intérieur de celles-ci, avant imprégnation par la résine. Les « vides » sont les espaces résiduels qui n'ont pas été remplis par la résine après l'injection. Les porosités constituent une caractéristique du renfort, alors que les vides sont propres à la pièce composite finie et dépendent du procédé de mise en oeuvre. Afin de minimiser la formation des vides, il est primordial de comprendre les mécanismes d'imprégnation du renfort fibreux dans les procédés LCM. C'est pourquoi une étude des écoulements capillaires dans les renforts fibreux à double échelle de porosité est nécessaire. A cette fin, un nouveau montage expérimental fondé sur la montée capillaire a été développé afin de suivre l'évolution de l'écoulement capillaire dans les mèches et les renforts.