Projet METEOR : percée dans l'optimisation de la production de préimprégnés thermoplastiques

Après trois ans de recherche et d'essais et un budget de 6,5 millions d'euros, l'équipe scientifique de l'institut de recherche IRT Saint Exupéry (Toulouse, France) et les membres du projet METEOR (coMpEtitive ThErmOplastic pRpreg) ont achevé une étude pour la production optimisée de préimprégnés thermoplastiques haute performance avec des résultats prometteurs.

Origines et objectifs du projet METEOR

Le projet METEOR est né du désir du groupe aérospatial GIFAS (Groupement des Industries Françaises Aéronautiques et Spatiales, Paris, France) d'optimiser la qualité et le coût de production de composites haute performance à partir de demi-produits thermoplastiques compétitifs, 100 % issus de la chaîne d'approvisionnement française et pouvant être consolidés par des procédés hors autoclave (OOA).

De là, la mission de METEOR était d'identifier, développer et optimiser toutes les étapes de la chaîne de valeur — et ainsi réduire le coût et l'énergie de la fabrication de préimprégnés — menant à des thermoplastiques renforcés de fibres de carbone (CFRTP) pour applications sur structures aéronautiques à l'échelle industrielle, un domaine dit sous-développé. Les étapes du projet incluent la synthèse et la micronisation de polyetherketoneketone (PEKK), l'imprégnation de divers renforts fibreux et le drapage et la consolidation OOA, pour n'en nommer que quelques-unes.

Selon METEOR, des résultats prometteurs indiquent que la transition à l'échelle industrielle sera bientôt possible. À partir de là, IRT Saint Exupéry continuera d'apporter son expertise dans une seconde étape, qui nécessitera de nouveaux tests pour affiner davantage la compréhension et le contrôle de la production de préimprégnés CFRTP.

Collaborations clés et résultats

Le travail entrepris était basé sur des spécifications fournies par Airbus (Toulouse, France) et des échanges entre tous les membres du projet. Arkema (Colombes, France), par exemple, a pu lever plusieurs barrières technologiques pour optimiser les processus de synthèse de la résine PEKK, permettant à l'équipe scientifique de mettre en évidence les perspectives de développement technique à l'échelle industrielle. SDTech (Alès, France) a identifié et maîtrisé la micronisation de la matière première, fournissant des poudres optimisées pour les processus d'imprégnation.

De même, les échanges collaboratifs entre IRT Saint Exupéry, Hexcel Composites (Stamford, Connecticut, États-Unis), Chomarat (Le Cheylard, France) et Porcher Industries (Erbach, Allemagne) ont encore élargi la compréhension de ce qui est rencontré lors de l'imprégnation et de la consolidation des fibres, et par conséquent, sur l'optimisation de la morphologie des préimprégnés nécessaire à la réalisation des composites. Hutchinson (Paris, France) a également accompagné toutes les campagnes de test en réalisant, entre autres, la caractérisation des composites produits, pour fournir les éléments nécessaires à leur compréhension et optimisation.

Enfin, deux thèses ont été menées avec l'ICA et l'institut de recherche CNRT Matériaux (Caen, France). L'objectif des thèses était d'affiner la compréhension de certaines phases de la fabrication de préimprégnés :

• « Étude de l'imprégnation de mèches par une suspension polymère thermoplastique aqueuse. Application au développement de rubans préimprégnés » (CNRT Matériaux).
• « Modélisation de la phase de fusion/imprégnation. Application sur une ligne d'imprégnation pilote » (ICA).

Après consolidation au four et présentation d'un niveau de performance suivant les exigences techniques du secteur aéronautique, le projet METEOR a été rapporté comme ayant largement relevé le défi lancé par GIFAS.