Structures XXL en conditions extrêmes

Adnan Ibrahimbegovic

Comment réussir la conception d'une mégastructure ultra-légère et résistante ? La réponse réside peut-être dans l'utilisation d'un matériau composite CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymere). En 2016, la chaire mécanique de l'UTC a lancé un nouveau projet sur ce sujet. L'objectif : étudier si une mégastructure en CFRP soumise à des contraintes extrêmes tiendrait le choc.

"Deux applications, en particulier, nous intéressent, explique Adnan Ibrahimbegovic, titulaire de la chaire. La première porte sur les éoliennes offshore géantes du futur, qui produiront plus de 10 MW - le double des installations actuelles en Europe. Leurs pales mesureront plus de 100 m. Les fabriquer dans un matériau très léger permettrait d'augmenter la puissance de l'éolienne, mais encore faut-il qu'elles puissent résister à des tempêtes majeures. La seconde application concerne les avions gros porteurs fabriqués en composite extrêmement léger et résistant, ce qui permettrait de dépasser le plus grand avion actuel, l'Airbus A 380, dont les ailes de 80 m sont en aluminium. Ces gros porteurs de demain devraient être équipés d'un système anti-crash placé sous leur nez, capable de redresser l'appareil s'il pique à la verticale après une perte de portance. Or, en pareil cas, les ailes seraient soumises à de très violents efforts aérodynamiques."

Aucun banc d'essais au monde ne permet de reproduire de telles contraintes sur des structures de cette taille. En revanche, le laboratoire mécanique, acoustique et matériaux (Roberval) est équipé pour produire et tester des éprouvettes en CFRP (des pièces de quelques centimètres). L'équipe va donc d'abord mesurer la résistance à la rupture de ces modèles réduits, et surtout sa variabilité. Tout composite comporte en effet de petits défauts en raison desquels ses propriétés (contrainte de rupture...) peuvent varier d'un point à l'autre d'une pièce et ce, de façon totalement aléatoire. Ensuite, les chercheurs s'appuieront sur le laboratoire de mathématiques appliquées de l'UTC, le LMAC, pour projeter les résultats obtenus sur une structure XXL. "Le mode de rupture de deux pièces réalisées dans un même matériau diffère selon leur taille, souligne Adnan Ibrahimbegovic. Afin de quantifier cet effet d'échelle, nous allons faire appel à de nouvelles méthodes probabilistes permettant de dire comment s'amplifient les risques de rupture sur un élément de 100 m de long." Une approche inédite pour un projet à fort enjeu.

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