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RÉSUMÉ
Les structures composites sous forme de sandwich trouvent des applications dans de nombreux secteurs industriels (construction, transport, automobile,...), elles sont particulièrement bien adaptées pour répondre à des modes de sollicitation en flexion. Leurs caractéristiques physiques, entre autres l’isolation thermique, le poids, l’amortissement et la tenue aux chocs, ont considérablement évoluées ces dernières années. La construction sandwich dispose donc, à l’heure actuelle, d’une formidable diversité de structures d’âme. Cet article présente tous les procédés de mise en œuvre des structures sandwich acier/polymère/acier, aborde les problématiques autour de l’adhésion substrat/âme, ainsi que les paramètres clés impactant les propriétés finales d’adhésion et de durabilité.
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Didier VERCHERE : Doctorat Matériaux macromoléculaires et composites. INSA Lyon - ArcelorMittal Global Research and Development Montataire (F)
INTRODUCTION
Les structures sandwich sont constituées de différentes couches, et généralement avec :
-
deux faces souvent rigides, appelées encore « parements » (ou peaux) ;
-
une âme centrale au milieu et, parfois, une couche de liaison lorsque le panneau est collé.
La colle est ainsi déposée sur le substrat, ou sur les deux faces de l’âme organique.
Les structures composites sous forme de sandwich trouvent des applications dans de nombreux secteurs industriels (construction, transport, automobile,…). Ils sont particulièrement bien adaptés pour répondre à des modes de sollicitation en flexion.
En plus de leur très bonne rigidité intrinsèque, de nombreuses autres fonctions peuvent être apportées par ces structures sandwich, notamment :
-
l’allègement ;
-
l’isolation thermique, électrique et acoustique ;
-
l’amortissement ;
-
la tenue aux chocs (résistance à l’impact) ;
-
la sécurité incendie (âme autre que polymère) ;
-
l’esthétique…
Au-delà de l’amélioration des propriétés mécaniques, thermiques ou acoustiques des panneaux sandwich, son aptitude à la fabrication industrielle à grande échelle est indispensable pour satisfaire aux contraintes de coût. Suivant les applications visées, des exigences de mise en forme et d’assemblage peuvent également être demandées.
Depuis de nombreuses années, l’âme des matériaux sandwich n’a cessé d’être l’objet d’évolution et d’innovations, aussi bien structurales, que morphologiques. La construction sandwich dispose donc, à l’heure actuelle, d’une formidable diversité de structures d’âme :
-
âmes pleines (matériaux massifs ou cellulaires) (moussés) ;
-
films tissés ou non tissés ;
-
âmes nids d’abeille à section circulaire, hexagonale, carrée…, âmes ondulées ou gaufrées, âmes en forme de grillages…
Les différents produits proposés ici sont des sandwich avec des parements en acier laqué, ou non, et une âme organique (thermoplastique et thermodurcissable). Ainsi, les autres matériaux : bois, cellulose, tissus, aluminium, cuivre, alliages, acier inoxydable, mousses métalliques, laines minérales, perlites,… ne sont pas pris en compte.
Ce document présente les structures sandwich acier/polymère/acier pour apporter, notamment, l’isolation thermique, l’allègement, la tenue aux chocs, l’amortissement. Le procédé de mise en œuvre des structures sandwich, l’adhésion substrat/âme, et les paramètres clés sur les propriétés finales d’adhésion et de durabilité sont aussi abordés.
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5. Perspectives
Les structures sandwich peuvent être une solution pour apporter allègement et rigidité et ouvrent d’immenses possibilités pour de nombreux marchés (automobile, voiture électrique, transport, naval, remorque de camion, bâtiment, construction, électroménager, industrie,…). Le niveau d’allègement sera d’autant plus important que le parement d’acier sera faible. Sur la rigidité de l’ensemble du matériau, le polymère, quel que soit sa nature et son niveau de rigidité, a un rôle minime, même s’il est fortement renforcé par des charges ou fibres.
Le monde des structures sandwich peut s’ouvrir sur différentes voies possibles.
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Allègement dans l'automobile
Pour l'automobile ( ) et des structures sandwich acier de 0,2 à 0,3/polymère de 0,4 mm à base de mélange polyamide et de polyéthylène/acier de 0,2 mm. En prenant un acier avec un module de 210 MPa, une tôle d'acier monolithique de 0,7 mm d’épaisseur aura la même rigidité (rigidité de flexion de plaque) qu’une structure sandwich à base du même acier mais dans une configuration suivante : acier de 0,15 mm/polymère de 0,47 mm/acier de 0,15 mm.
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Perspectives
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - XIAO (X.), HSIUNG (C.K.), ZHOA (Z.) - Analysis and modelling of flexural deformation of laminated steel - Int. J. of Mechanical Sciences, vol. 50, p. 69-82 (2008).
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(2) - PALKOWSKI (H.), LANGE (G.) - Production of tailored high strength hybrid sandwich structures - Steel research int., n° 3, pp. 178-185 (2008).
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(3) - BÉRANGER (G.), HENRY (G.), SANZ (G.), SOLLAC - Le livre de l'acier - Technique et Documentation – Lavoisier, p. 1491 (1994).
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(4) - SANZ (G.) - L’acier, un matériau qui n’a pas fini d’étonner - La revue de métallurgie, pp. 395-409 (Mars 1999).
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(5) - AMIRUDIN (A.), THIERRY (D.) - Corrosion mecanisms of phosphated zinc layers on steel as substrates for automotive coatings - Progress in Organic Coatings, vol. 28, p. 59-76 (1996).
-
(6) - GRAEDEL (T.E.) - Corrosion...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Aciers d’usage général. Propriétés et produits. Les Techniques de l’Ingénieur
-
Tôles d’aciers prélaqués
-
Structures en matériaux composites. Les Techniques de l’Ingénieur
-
Fabrication de mousses en polyuréthane. Les Techniques de l’Ingénieur
-
...
Association Européenne des panneaux sandwich (Panels and Profiles Association)
http://www.panandpro.eu/activities.php
Association Professionnelle EURIMA (European Insulation Manufacturers Association)
E2BA (Energy Efficient Buildings Association)
HAUT DE PAGE
NF EN ISO 1461. A91-121. (Juillet 2009), Revêtements par galvanisation à chaud sur produits finis en fonte et en acier.
NF EN ISO 2080. A91-013. (Août 2009), Revêtements métalliques et autres revêtements inorganiques. Traitement de surface, revêtements métalliques et autres revêtements inorganiques.
NF EN 13523. (Juillet 2010), Tôles prélaquées. Méthodes d’essai.
EN 14509. (July 2006), Self-supporting double skin metal faced insulating panels – Factory made products – Specifications.
NF EN 15804, Contribution des ouvrages de construction au développement durable.
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