Réparer, retraiter et recycler les composites. Telle est l’ambition du projet espagnol collaboratif « Z-WasTek », qui vise plus précisément à développer des technologies permettant d'obtenir des composites durables à base de fibres de carbone. En première ligne de ce projet, le groupe Segula Technologies a annoncé en décembre dernier le développement d'un système numérique d'inspection de pièces courbes en composite, par l'acquisition, la gestion et l'interprétation de données facilitant le processus de réparation. Cette solution devrait sortir du laboratoire entre fin 2025 et début 2026.
Les matériaux composites, reconnus pour leurs propriétés mécaniques, leur faible densité et leur résistance à la corrosion, sont de plus en plus utilisés dans l'automobile, l'industrie, l'aéronautique, l'énergie, et d'autres secteurs. Ces matériaux sont constitués d’une matrice, un polymère thermodurcissable ou thermoplastique, et d’une phase de renforcement généralement composée de fibres qui confère les propriétés mécaniques recherchées. Cette structure complexe fait toutefois de la réparation et du recyclage de ces pièces un réel casse-tête pour les industriels.
« Dans le cas de dommages, par exemple avec une aile d’avion endommagée par les intempéries, il y a une réduction des performances mécaniques, en particulier de la résistance à la fatigue », souligne Jorge Martínez Santiago, chef de projet en recherche et développement chez Segula Technologies Espagne.Plutôt que de remplacer les structures altérées, réparer pourrait être une voie « économique et durable ». Cependant, les réparations de matériaux composites, surtout dans l'aéronautique, exigent une expertise importante et sont souvent coûteuses et complexes.
De plus, dans le cas des composites, « nous avons besoin de méthodes avancées d'identification des dommages dans la pièce, d’assurer la compatibilité des matériaux de réparation avec ceux d'origine, d'une préparation de surface précise, de l'utilisation de techniques spécialisées telles que l'injection de résine, le laminage, ou l'utilisation de moules, ainsi que d'un contrôle qualité pour assurer la conformité aux normes de sécurité et de performance », ajoute-t-il.
Segula Technologies relève ce défi en développant un module technologique d'inspection et de simulation numérique pour les pièces composites, permettant de localiser précisément les dommages, d'évaluer leur profondeur et de planifier la réparation adéquate pour chaque pièce.
Inspecter, simuler et réparer
Ce projet comprend deux axes principaux. Premièrement, le développement d'un logiciel pour inspecter des pièces courbes en utilisant les données issues de capteurs thermiques. « Les mécanismes de rupture d’une pièce composite sont étudiés en faisant chauffer la pièce jusqu’à identifier les points sensibles », pointe le chef de projet en recherche et développement. Un robot inspecte la pièce fragilisée à l'aide d'un capteur thermique calibré pour avoir une précision optimale, avec des tolérances inférieures à un millimètre. Le groupe a également conçu un logiciel permettant de visualiser les éventuelles fractures et délaminations dans les composites.
La deuxième étape du projet consiste en la création d'un jumeau numérique. Alimenté par intelligence artificielle, ce système combine les données issues du scan avec celles du modèle physique de la pièce afin de guider les utilisateurs dans la définition de l'action de réparation optimale, en testant et comparant les solutions selon leur pertinence et leurs limitations, et valider la réparation une fois celle-ci est effectuée. À terme, ce système d'inspection et de simulation doit aussi permettre aux équipes de maintenance de suivre l'état de la pièce en composite tout au long de sa durée de vie pour anticiper les défaillances.
Actuellement en phase de démonstration, ce système bénéficiera d'un renforcement de ses capacités de collecte et de traitement automatisé des données. Sa base de données sur les matériaux composites sera aussi étendue. Un module déployable devrait voir le jour fin 2025, avec des applications dans l'aéronautique, le ferroviaire, l'automobile et les énergies renouvelables.
Une nouvelle résine « 3R »
La simulation numérique que développe Segula Technologies servira également à garantir la bonne combinaison physico-chimique des résines avec le matériau composite à réparer, en particulier la résine « 3R » développée par CIDETEC Surface Engineering dans le cadre du projet Z-WasTek. Cette nouvelle famille de résines pour les composites thermodurcissables offrirait des fonctionnalités sans précédent telles que le « retraitement, la réparabilité et la recyclabilité sous des conditions de température ou de pression appropriées sans l’utilisation d’un catalyseur », avance CIDETEC Surface Engineering.
La clé de l’innovation réside dans l’utilisation de « durcisseurs » qui créent des réticulations réversibles dans la matrice polymère. « Grâce à la capacité de remaniement des réticulations dynamiques de la matrice, la réparation des délaminations et des microfissures est rendue possible en appliquant de la chaleur et de la pression sur la partie endommagée, avec une récupération complète des propriétés initiales du matériau », apprend-on. Une solution qui devrait compléter le pack numérique de Segula Technologies pour allonger la durée de vie des pièces composites.
D’autres pistes sont envisagées dans le cadre du projet Z-WasTek pour la création de composites durables, soit en intégrant des composés bio-sourcés (fibres d’ortie, acide polylactique, mousse à base d’écorces d’arbres), soit en explorant des voies innovantes de recyclage.
