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Composites thermoplastiques carbone : MAGIC valide l’utilisation de la résine Elium® pour les applications marines hautes performances

Si la résine thermoplastique recyclable Elium® est déjà utilisée dans certaines applications nautiques, le projet MAGIC visait à franchir une nouvelle étape en évaluant son utilisation avec des renforts en fibre de carbone, par infusion, pour des structures de grande dimension soumises à de fortes contraintes mécaniques. Mené par l’IRT Jules Verne avec Naval Group, Duqueine Atlantique et Arkema, le projet ciblait plus particulièrement des applications relevant du naval de défense et de la course au large.

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Composites thermoplastiques carbone : MAGIC valide l’utilisation de la résine Elium® pour les applications marines hautes performances — Projet MAGIC

Le projet MAGIC en bref

Le projet MAGIC mené par l’IRT Jules Verne avec Naval Group, Duqueine Atlantique et Arkema vise à évaluer l’utilisation de la résine thermoplastique Elium® avec des renforts carbone pour la fabrication par infusion de grandes structures composites destinées au naval de défense et à la course au large.
Pendant 15 mois, les partenaires ont étudié le comportement du matériau et du procédé d’infusion, développé et validé des modèles de simulation, puis réalisé des démonstrateurs de plusieurs mètres carrés. Les résultats ont confirmé des performances mécaniques au moins équivalentes à celles d’une solution carbone/époxy de référence et le potentiel de cette solution pour des applications marines hautes performances.

01 Enjeux

Les enjeux industriels du projet MAGIC

L'objectif était d'évaluer la pertinence d'une alternative thermoplastique aux systèmes carbone/époxy traditionnellement utilisés dans les applications marines hautes performances, tout en développant des outils de simulation permettant de sécuriser la fabrication de pièces de grande dimension par infusion.

L’enjeu : obtenir des structures performantes davantage pensées pour leur fin de vie et leur recyclabilité.

02 Technologies développées

De l’éprouvette au démonstrateur

Au cours du projet, les équipes ont travaillé à différentes échelles afin d’évaluer à la fois le comportement du matériau et sa mise en œuvre par infusion. L’étude s’est notamment intéressée à la mise en œuvre d’Elium® par infusion à température ambiante, une caractéristique susceptible de réduire certains impacts opérationnels tout en facilitant la circularité des structures composites.

Les travaux ont notamment porté sur :

la réalisation de démonstrateurs représentatifs des applications visées par les partenaires en se basant sur la simulation de leur infusion.
la fabrication et la caractérisation d’éprouvettes en composite Elium® ;
la comparaison de leurs performances avec celles obtenues avec une résine époxy ;
l’étude des paramètres du procédé d’infusion et leur influence sur la qualité des pièces obtenues ;
la modélisation de la polymérisation et de l’évolution de la viscosité du grade d’Elium® utilisé ainsi que la validation des modèles via des essais de corrélation ;

03 Résultats & impacts

Des résultats qui confirment l’intérêt des composites carbone/Elium® pour les applications exigeantes

À l’issue des 15 mois d’étude, les essais réalisés ont permis de modéliser la viabilité du procédé de mise en œuvre de la résine Elium®. Le très bon niveau de corrélation a abouti à des simulations d’infusion de grande fidélité, sur des démonstrateurs de plusieurs mètres carrés, permettant d’ores et déjà d’anticiper des difficultés d’infusions, corrigées avant la fabrication des démonstrateurs pour garantir leur infusion en intégralité et en qualité.

Les résultats mécaniques ont mis en évidence des performances au moins équivalentes et souvent supérieures à celles de la solution époxy de référence, tout en ouvrant des perspectives en matière de recyclabilité et d'assemblage des structures composites.

04 Perspectives industrielles

Préparer la suite et la montée en maturité

MAGIC avait été pensé dès son lancement comme une première étape, destinée à réduire les risques techniques avant d’envisager une montée en maturité de la technologie. Les résultats obtenus au cours de ces 15 mois permettent aujourd’hui aux partenaires de disposer d’une meilleure connaissance du comportement de la résine Elium® en infusion et de son potentiel pour leurs applications.

L’étude confirme ainsi l'intérêt des composites carbone à base de résine Elium® pour la fabrication de structures marines de grande dimension et hautes performances, notamment dans le naval de défense et la course au large. Ces résultats ouvrent désormais la voie à des études plus approfondies afin de poursuivre la montée en maturité de la solution pour les applications marines plus exigeantes.

Dans le cadre de ce projet, l’IRT Jules Verne utilise la solution « Forming & Molding (PAM-COMPOSITES) » de Keysight, une référence de la simulation des procédés de fabrication des structures composites, afin de mener ses travaux de recherche et d’innovation. Ce choix s’inscrit dans la continuité d’une collaboration technologique initiée depuis plusieurs années entre l’IRT et Keysight.