Les matériaux composites à renfort textile

Les matériaux composites existent depuis des siècles. L'os et le boisbois sont des matériaux composites qui existent à l'état naturel. Les os sont constitués de fibres noyées et liées entre elles par des tissus qui assurent un rôle fonctionnel en distribuant les contraintes et en assurant la protection de la structure contre l'environnement extérieur.

Quel avenir pour les matériaux composites à renfort textile ? Ici, un tissu du futur renforcé au carbone. © Kaikoro, Fotolia

Il est intéressant de noter que les recherches actuelles sur les prothèsesprothèses osseuses s'orientent vers des matériaux composites organiques-inorganiques, qui se rapprochent de la composition naturelle du tissu osseux dans lequel les fibrillesfibrilles de collagènecollagène contribuent à la rigiditérigidité de l'os.

Trame osseuse (microscopie électronique à balayage). © Groupe de recherche et d’information sur les ostéoporoses, reproduction autorisée par le GRIO, EDP Sciences, tous droits réservés

Dans les matériaux composites à renfortrenfort textile, le choix du type de matrice et de renfort, ainsi que l'arrangement des fibres sont fonction des propriétés finales recherchées (propriétés mécaniques, aspect de surface). Par contre, le choix de la mise en œuvre dépend de la pièce à réaliser et de sa géométrie.

Les pièces en matériaux composites sont réalisées en associant au moins deux composants complémentaires qui combinent ainsi leurs propriétés intrinsèques. Initiée dans les années 1940, l'industrie des composites est relativement récente. À partir des années 1980, apparaissent des tissus « composites », c'est-à-dire accolés à d'autres matériaux, voire enduits de résines spéciales, pour renforcer leurs caractéristiques respectives.

Les matériaux composites commencent juste à être utilisés en chirurgiechirurgie osseuse. Ces biomatériaux affichent des propriétés mécaniques bien supérieures aux matériaux classiques, et vont s'y substituer dans l'orthopédieorthopédie, plus particulièrement dans la chirurgie faciale et la chirurgie du dos.

La tête céramique du fémur s’adapte parfaitement dans la cavité de la hanche en composite PEEK conçue par Fraunhofer IPA. © Fraunhofer IPA, EDP Sciences, tous droits réservés

Préformes textiles et renforts multiaxiaux

Les préformes textiles donnent la dimension dans l'espace. Les composites stratifiésstratifiés sont constitués d'un empilement de monocouches, l'orientation des couches les unes par rapport aux autres permettant d'obtenir des propriétés mécaniques spécifiques. À travers leur microstructure de fibres, les composites textiles offrent un large panel d'innovation, avec la possibilité de créer des éléments adaptés aux performances désirées. Les fibres sont regroupées pour former des mèches ou torons, disponibles à échelle mésoscopique, qui servent à la confection de la préforme macroscopique.

Le renfort carbone C-PLY Bi-Angle™ développé par Chomarat. © Photo reproduite avec la permission de Chomarat, EDP Sciences, tous droits réservés

La technologie multiaxiale apporte une meilleure flexibilité dans la conception et la réalisation de textiles techniques multicouches. Le Français Ferlam Technologies développe un complexe multiaxial de fibres de carbone craquées permettant de réaliser pour un coût accessible des préformes présentant d'excellentes caractéristiques de résistancerésistance dans différents axes et qui, de plus, peuvent être embouties. Cette technologie se pose en solution économique crédible à la réalisation d'éléments de carrosserie dans le marché automobileautomobile, plus légers, donc permettant une réduction significative des consommations et recyclables.