le BOis pOur les STructures des véhicules – BOOST

Le bois est une ressource locale, à très faible empreinte carbone et renouvelable. Largement utilisé dans l’aéronautique mais aussi en automobile en tant que structure travaillante dans le passé, son réemploi aujourd’hui devient un enjeu de la bioéconomie. Dans ce domaine, des travaux récents montrent que le bois est un matériau « crédible » pour la substitution de matériaux métalliques dans les structures de véhicules. En outre, il contribue à leur allégement. Les résultats antérieurs de l’Institut Clément Ader démontrent les très bonnes qualités mécaniques du bois contreplaqué associé à des peaux métalliques ou composites en statique, impact et crash. Le LaboMap a pour sa part développé une méthode d’identification optique de l’orientation des fibres de chaque pli déroulé composant le contreplaqué. L’objectif de l’ANR BOOST est triple :
1) Définir une stratégie de modélisation jusqu’à rupture des contreplaqués en utilisant l’expérience acquise avec le Discrete Ply Model (DPM) de l’ICA. Ce dernier fait partie des meilleurs modèles de la littérature et permet de modéliser la rupture des stratifiés carbone/époxy dans de nombreuses configurations. Le DPM possède une forte capacité d’intégration de la problématique des variabilités et des défauts avec une programmation spécifique élément par élément ce qui permettra d’intégrer une cartographie de défauts pli par pli.
2) Caractériser mécaniquement complétement les plis en 3D ainsi que le collage afin de déterminer les paramètres matériaux nécessaires au modèle composite (DPM). Pour valoriser au mieux la ressource locale tout en maîtrisant les coûts, ces matériaux devront être pris en compte avec leurs défauts comme la présence des nœuds, les variations locales d’orientation des fibres induite par ces derniers et les fissurations induites lors du procédé de déroulage. L’objectif sera donc de générer une cartographie des plis en incluant ces caractéristiques et un relevé densitométrique, révélateur des caractéristiques mécaniques locales. La constitution de ces cartographies de propriétés sera réalisée sur la ligne de déroulage industriel du LaBoMaP pour démontrer la faisabilité du transfert de technologie.
3) Caractériser le contreplaqué à l’échelle de détails structuraux et réaliser et tester un démonstrateur de crash-box. En effet, dans la perspective de démontrer l’intérêt des structures bois pour les moyens de transports, il n’est pas possible de se limiter à la caractérisation matériau et à une stratégie de modélisation éprouvée au niveau du coupon seul. Comme pour la certification des structures aéronautiques, une démarche multi-niveau de type « pyramide des essais » semble pertinente. Aussi, il est primordial de connaitre le comportement de jonctions boulonnées à base de contreplaqué : influence de l’orientation des plis, jonction contreplaqué/contreplaqué, contreplaqué/aluminium et contreplaqué/composites. Les jonctions boulonnées ont été choisies car elles sont utilisées dans de nombreux domaines et n’ont pratiquement pas été étudiées dans les contreplaqués. Pour des véhicules de transport, il est aussi important de démontrer leur survivabilité. Ce point sera réalisé par le design d’une crash-box base bois qui sera testée en statique et en dynamique.
Le choix des essences de l’étude s’est porté sur le peuplier et le hêtre qui sont des essences locales prisées par l’industrie du déroulage. Au bilan, les résultats attendus de l’ANR BOOST sont la mise en place des briques scientifiques et technologiques indispensables pour permettre le développement des structures bois pour les véhicules dans le cadre de la bioéconomie : méthodes de caractérisation, méthodes de calcul et applications à des détails structuraux : jonctions boulonnées et crash-box.