Jonctions multimatériaux Multiphysique – MUJU

Le projet MUJU vise à développer des jonctions multimateriaux permettant l’assemblage mécanique de matériaux composites, tout en garantissant de très bonnes propriétés de continuité thermique et électrique. Ces nouvelles jonctions permettront d’exploiter le potentiel multifonctionnel des renforts fibreux présents dans les composites mal maitrisé à cause de leur anisotropie (mauvaises propriétés dans le sens transverse des fibres). Leur application pourra s’étendre entre autres à la dissipation de chaleur (plaques froides, dissipateurs) et au passage d’un courant fonctionnel.

Le verrou dans l’utilisation des composites pour des éléments mécaniques sur des applications où le matériau est censé aussi travailler thermiquement et/ou électriquement est lié aux faibles caractéristiques physiques dans le sens transverse des fibres. Ce problème se manifeste au moment où un assemblage entre pièces est requis. D’une part, des pertes dans le transfert de chaleur imposent des gradients de température trop élevés afin d’évacuer le flux de chaleur provoquant ainsi des point chauds. D’autre part l’échauffement local dû à l’effet joule associé au passage de courant électrique peut même provoquer l’inflammation du composite.
A ce jour, ce sont souvent les métalliques qui sont utilisés afin de faire face à ces problématiques multiphysiques. L’utilisation des composites nécessite de déployer de manière découplée des éléments métalliques qui ne permettent pas d’optimiser la masse globale de la solution (retour de courant sur avion).

Les solutions de base que nous voulons donc remplacer et qui constituent notre référence en termes de masse et de performances globales sont celles basées sur des alliages à base d’aluminium.

Pour cela, une approche originale multi-matériaux et multi-échelle est proposée qui vise à concevoir au cours du projet des plaques et leur système de jonction associé.

L’approche multi-matériaux est indispensable car les solutions proposées sont basées sur un assemblage d’éléments fibreux, résineux et métalliques. Le renfort fibreux constitue l’élément qui apporte les meilleures caractéristiques physiques (thermique, électrique et mécaniques). L’élément résineux crée le lien indispensable à la tenue mécanique de l’ensemble, mais apporte des très faibles propriétés thermiques et électriques constituant un isolant qui confère des caractéristiques macroscopiques très faibles dans le sens transverse du matériau stratifié ainsi généré. L’élément métallique quant à lui, apporte de l’isotropie, des propriétés thermiques assez bonnes, d’excellentes propriétés électriques et des bonnes propriétés mécaniques mais au prix d’une masse volumique élevée.

L’approche multiéchelle est nécessaire afin de garantir le bon fonctionnement des interfaces générées par ce multi-matériau. Un travail sur l’architecture du multi-matériau et sur la géométrie des insertions métalliques est nécessaire. Un traitement local sur les matériaux apportera une continuité des propriétés.

Les applications seraient le capotage des électroniques embarquées qui servent à la fois à la dissipation thermique, à la reprise de masse électrique et à la protection CEM. La méthodologie devra permettre d’orienter la conception pour pouvoir réaliser un gain de masse de 20% à 40%.

Dans un second temps, nous retrouverions ces solutions pour les reprises de masse électriques sur des composites, ou des puits thermiques où seront ancrés des éléments dissipatifs de chaleur tels que des convertisseurs de puissance.

Finalement, le cadre industriel visé, impose le développement d’une démarche méthodologique de conception qui permettra de capitaliser l’ensemble des réflexions apportées au cours du projet de façon à pouvoir rendre aux concepteurs un outil pour l’application des ces technologies de base.