Design de voilures architecturées fabriquées par impression 3D composite à fibres continues - Application au cas des ailes de drones

Résumé : L'impression 3D représente une opportunité extraordinaire pour repenser toutes les structures qui nous entourent, en particulier dans le secteur aéronautique, comme pour les ailes d'avion. Les avantages sont nombreux, allant de l'utilisation directe de l'optimisation topologique à l'intégration de fonctionnalités avancées, telles que le morphing. Cependant, la fabrication additive conventionnelle à base de polymères présente des performances mécaniques limitées, ce qui restreint son application aux structures soumises à de faibles charges. Les ailes modernes, généralement fabriquées à partir de stratifiés carbone/époxy, ne peuvent donc pas être directement remplacées par des matériaux purement plastiques. Ces dernières années, l'introduction d'imprimantes 3D « composites » capables de déposer des fibres de carbone continues (par exemple, Anisoprint) a permis de combiner les avantages de la fabrication additive avec les excellentes propriétés mécaniques des renforts en fibres continues. Dans ce contexte, la présente recherche doctorale, menée en collaboration avec le LMA (Marseille) et le CREA (École de l'Air) et financée par l'AID-DGA, poursuit un double objectif : proposer un nouveau concept de longeron d'aile basé sur des techniques innovantes d'impression 3D composite, et définir des lignes directrices pour la conception d'une aile de drone de taille moyenne (2,4 m d'envergure). Pour atteindre ces objectifs, plusieurs étapes ont été mises en œuvre. Le premier travail concerne la caractérisation des matériaux composites imprimés. Les propriétés de ces matériaux en traction semblent être très bonnes. Cependant, un des points clés sera l'étude de ce matériau en compression, car la fabrication additive risque d'introduire des défauts. L'étude des propriétés en compression a été réalisée à l'aide d'essais de flexion sur sandwich. En suite, sur la base des spécifications de l'aile, un premier élément représentatif non optimisé de l'aile a été développé, puis affiné à l'aide d'un modèle d'optimisation numérique visant à réduire le coût et la masse totale tout en respectant les contraintes de rigidité et de résistance définies lors de la phase de caractérisation des matériaux. Enfin, le prototype optimisé a été fabriqué et testé dans le cadre d'un essai à grande échelle sous la charge critique correspondant à un facteur de charge de 3,75.

Jury

Professeur     M. HOCHARD Christian     AMU - Directeur de thèse
Professeur     M. BERNASCONI Andrea     Politecnico di Milano
Ingénieur de recherche     M. IRISARRI François-Xavier     ONERA
Professeure     Mme CATAPANO Anita     Bordeaux INP
Professeur     M. OLIVIER Philippe     Université Paul Sabatier Toulouse III
Enseignant-Chercheur     M. MONTAGNIER Olivier     Ecole de l'air et de l'espace - Co-Directeur de thèse
Maître de conférences     M. MACHADO Guilherme     AMU - Co-Directeur de thèse

La soutenance de thèse de Matteo Chimienti est prévue le 4 décembre à 10h30 - amphithéâtre du LMA