Les composites

Réalisé par : ZIZI Oumaima
Les composites
Définition :
Un matériau composite est constitué de l'assemblage de deux matériaux ou
plus de natures différentes. Se complétant et permettant d'aboutir à un matériau
hétérogène dont l'ensemble des performances est supérieur à celui des composants
pris séparément. Le principal intérêt de l'utilisation des matériaux composites
provient de ses excellentes caractéristiques. Ils disposent d’atouts importants par
rapport aux matériaux traditionnels. Ils apportent de nombreux avantages
fonctionnels :
- légèreté
- grande résistance à la fatigue
- liberté de formes
- maintenance réduite
– faible vieillissement sous l’action de l’humidité, de la chaleur, de la corrosion
(sauf alu carbone)

- insensibles aux produits chimiques sauf les décapants de peinture qui attaquent
les résines.
- Une bonne isolation électrique.
Leur faible taux d'utilisation vient de leur coût
Il s’agit de deux types des composites :
• Composites à grande diffusion : Les matériaux composites à grande
diffusion offrent des avantages essentiels, qui sont : optimisation des coûts
par diminution des prix de revient, sa composition de polyester avec des
fibres de verre longues ou courtes (sous forme de mat ou tissu) et la
simplicité du principe d’élaboration du matériaux (moulage par contact,
SMC et injection).
• Haute performance : ce type est utilisé dans le domaine de l’aéronautique
où le besoin d’une grande performance déduite des hautes valeurs ajoutées,
et composé des fibres longues, le taux de renfort est supérieur à 50%.
Ces composites sont élaborés par les procédures suivantes :
- drapage autoclave, enroulement filamentaire, RTM.
- beaucoup de procédés encore manuels.
- CMM, CMC
Constituants des composites :
Renforts : Ce sont des fibres qui sert à augmenter la résistance mécanique à la
traction et la rigidité des matériaux composites, c’est eux qui donnent les
caractéristiques du matériau composite, ils peuvent être des formes commerciales
suivantes :
Rowing : fils, mèches etc.
Tissus : Composés par des fils croisés
Mat
Ils sont vendus en forme de bobine de fils ou fils tissés
En effet les rowings sont plus résistants que les mats alors que les mats sont plus
épais. (C’est pour seulement les fibres de verre ou pour toute sorte de fibre ?)

Matrice : Comme une enveloppe qui lie les renforts et qui a plusieurs rôles :
• Elle répartie les efforts
• Elle assure la protection chimique des fibres
Elles sont vendues en forme liquide ou granulé
Figure 1:différents types des renforts
Figure 2: Caractéristiques de qq renforts

On appelle toute matrice organique : une résine, Elle peut être sous forme de :
• Résine thermodurcissable : Qui est mise en forme et polymérise sous a
forme souhaitée
• Résine thermoplastique : Qui est mise en forme aussi par chauffage et
durcissent en refroidissement
Charges : c’est une substance inerte, organique (comme de fibre et de poudres
de cellulose, farine de bois), minérale (carbonates de calcium), Les charges sont
des éléments rajoutés au composite pour améliorer ses propriétés mécaniques,
Figure 3 : Types de matrices
Figure 4 : caractéristique des matrices

électriques, thermiques ou esthétiques. Les charges peuvent être rajoutées
simplement dans le but de diminuer le coût de la matière première.
Additifs : Les additifs sont des éléments chimiques qui sont ajoutés pour durcir,
protéger où colorer le composite. Les additifs sont rajoutés dans des proportions
inférieures à 3%. Dans le composite on utilise les catalyseurs, les accélérateurs,
les agents de démoulage, les anti-retraits, les ignifugeants, les fongicides…. etc.
Figure 5 : Charges sous forme de substance
Figure 6 : Additifs en forme d'argile

Interface : En plus de ces fibres et la matrice, il faut rajouter : une interface qui
assure la compatibilité renfort/matrice, qui transmet les contraintes de l’un à
l’autre sans déplacement relatif. Bonne adhérence en couche fine.
Architecture des matériaux composites :
L’architecture dépend de la distribution des fibres dans le matériau, on peut avoir
une distribution continue des fibres ou bien discontinue etc…, comme on peut
avoir un matériau monocouche ou plusieurs couches qu’on appelle stratifié.
Monocouche :
Dans cette couche, on peut trouver différents types de fibres : fibres continus,
fibres tissés, fibres mats….
Stratifié : Un ensemble de couches successives qu’on appelle « Plis »

Sandwich : Est constitué de deux peaux ou semelles de grande rigidité et de
faible épaisseur avec un corps ou une âme qui est plus épais mais moins rigide,
ce matériau possède une grande rigidité à la flexion et généralement plus léger,
et un excellent isolant thermique.
Par exemple :

Méthodes de fabrication :
Il y a des méthodes en communs entre la fabrication des matières plastiques et la
fabrication des composites comme l’injection, dans l’autre côté il y a des
méthodes qui sont spécifiques pour les composites comme le moulage à contact,
la projection simultanée, la pultrusion etc. Nous allons détailler chaque procédé
de fabrication tout seul,
Moulage à contact :
-Par ce procédé, on peut avoir des pièces de différentes formes avec une faible
cadence (de 1000 à 10000 pièces) –
Les étapes de ce procédé sont comme suit :
➢ L’application de l’agent de démoulage
➢ L’application du gel Coat (surface de gel), une résine thermodurcissable
(généralement la résine polyester chargée qui est utilisée pour augmenter la
finition et protéger la surface visible du matériau, la quantité de gel Coat
dépend de l’épaisseur désirée et la charge appliquée dépend de la fonction
de gel Coat désirée )
➢ L’application de voile de surface pour diminuer les traces des fibres
➢ L’application du mat pour augmenter la qualité de la surface
➢ L’application du stratifié qui est sous forme d’étages de résine et de fibre
sous forme de tissus ou mats avec l’application de l’opération de l’ébullage
ou le débullage qui consiste à éliminer les bulles de gaz
-Normalement il faut qu’il y aura un contact direct entre la résine et le gel
coat au temps de gel de la résine de gelcoat pour avoir un bon collage des
deux résines)-

Parmi les avantages de ce procédé :
➢ Faible cout d’outillages
➢ Produire des grandes pièces
➢ Faible temps de mise en production
➢ L’existence d’une face lisse éventuellement gelcoatée
Parmi les inconvénients :
➢ Cout dépend de la main d’œuvre
➢ Tolérance large
➢ Dégagement de styrène
➢ Seulement pour les produits à petite cadence
Le moule utilisé peut-être :
➢ En bois ou contre-plaqué
➢ En aluminium ou en acier
➢ En époxyde ou en polyester
Exemple d’application :
➢ Des cabinets de toilettes
➢ Des piscines
➢ Des bateaux de plaisance
Moulage par projection simultanée :

Ce type de moulage consiste à projeter simultanément de la résine catalysée et de
stratifié coupé dans un moule tout en débullant le mélange
Les propriétés qu’il faut prendre en considération :
➢ Une main d’œuvre qualifiée
➢ Un bon drainage
➢ Un contrôle difficile des épaisseurs
➢ Un cout de production
➢ Facilité de moulage des grandes pièces

Le drainage :
Le drainage est une opération qui consiste à transformer une matière première
imprégnée à une pièce finie. Il consiste à découper les prés imprégnés aux
dimensions souhaités et à les déposer (draper) sur la surface du moule.
L’application de drainage sont les pièces structurelles à grandes qualité et
performantes dans l’aéronautique, le spatial, et d’autres utilisations, tel que les
dérives et ailes d’avions, les éléments de fuselage et des pales et élément
d’hélicoptère.

Le moulage par compression à froid :
On utilise des moules fermés et une presse, dans ce genre des moulages on a
besoin plus de mains d’œuvre qualifiée, la fermeture consiste à répartir la résine
d’une manière homogène aux renforts, l’exemple ci-dessous est un exemple
concret du moulage par compression à froid
La pression est relativement basse, ce qui permet de diminuer le cout de l’outillage
par rapport au moulage à chaud, mais la cadence n’est pas trop élevée, elle est
moyenne entre 1000 et 10000 , ils sont utilisés pour fabriquer des pièces de faibles
épaisseurs de forme plane ou voisine de celle d’une boite, des bottes en
caoutchouc sont fait par moulage par compression.
Enroulement filamentaire :
Technologie pour les HP. Le principe consiste en un enroulement sous tension
sur un mandrin tournant autour de son axe de fibres continues préalablement
imprégnées d’un liant, les types des bobinages sont comme suit :

On fabrique des pièces en révolution, comme des tubes.

Malgré que cette méthode soit peu utilisé, mais elle demeure la meilleure
méthode de fabrication des matières composites, c’est pour fabriquer des tubes et
des profilés, comme ce qui est montré ci-dessous

Moulage des composites liquides :
Dans ce sens, on utilise de la résine liquide avec des renforts en tissu ou en
préforme , il y a :
➢ Le moulage par transfert de résine (RTM)
➢ Le moulage par transfert de résine à vide (VARTM)
Elle consiste à mettre des préformes des renforts dans un moule et le fermer
puis injecter de la résine. Il s’agit de faible pression d’où le cout d’outillage
dépend de la taille de la pièce, si on ajoute du vide après mettre les renforts et
avant injecter la résine, on parle de VARTM
Parmi les avantages de ce procédé :
➢ Variété de type d’orientation
➢ Basse pression
➢ Bas investissement
➢ Pièces larges et complexes

Parmi ces inconvénients :
➢ La préparation des renforts ou de préforme
➢ La cadence dépend du matériau du moule
➢ Cycle à améliorer
Parmi ses applications :
➢ Sport et loisir : cadre de vélo
➢ Transport : siège, porte, pare-chocs
➢ Matériau agricole : capotage, ailes
Il y a encore d’autres procédé parmi eux :
Le moulage à haute température est un procédé ou on utilise un moule fermé à
haute température et à haute pression, Son avantage est qu’on a des courts cycles
de production et donc on obtient des pièces de grandes séries à cause de
l’utilisation des demi-produits.

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