Matériaux architecturés géopolymères pour des radomes pour les bandes X et L – MATGEORXL

La conception d’un radôme représente un challenge car les critères de performance des matériaux et technologies employés sont généralement en opposition et leur design doit être optimisé de façon à ce que l’ensemble des paramètres concurrents soit satisfaits. Le processus de conception est issu d’un compromis entre les propriétés de transparence électromagnétique et résistance mécanique. Il existe un choix important de matériaux diélectriques, chacun avec leurs propriétés intrinsèques : électriques, mécaniques, résistances aux agressions environnementales, et coûts.
Le développement des plateformes militaires pour répondre à des missions de plus en plus pointues impose de nouvelles exigences aux processus de conception des composants et structures utilisés dans les radômes. Les évolutions dans leur design sont accélérées par les exigences complexes liées aux nouvelles générations de plateformes avec ou sans pilote. Celles-ci nécessitent une transparence accrue aux ondes électromagnétiques, une discrétion visuelle, des surfaces sélectives en fréquence, un poids réduit et des propriétés mécaniques améliorées. L’utilisation de radômes pour les applications civiles est massive. Ceux-ci doivent avant tout assurer une protection face aux contraintes météorologiques et un impact minimal sur les fonctionnalités de l’antenne. Un design pertinent pour un radôme peut globalement améliorer la longévité du système en simplifiant les opérations de maintenance, améliorer la sécurité vis-à-vis d’actes de vandalismes et augmenter la discrétion dans le paysage urbain. Par ailleurs les matériaux employés pour la fabrication peuvent contribuer à diminuer l’impact environnemental du radôme à la fois pour sa fabrication et pour son démantèlement. Pour les applications militaires, les radômes aériens utilisés dans les avions et les missiles sont soumis à des forces aérodynamiques élevées ainsi qu’à une élévation importante de la température due au frottement de l’air. Leurs structures et les matériaux doivent être choisis en fonction de la vitesse de la plateforme aéroportée. Pour ces raisons les céramiques sont couramment employées pour la fabrication des radômes.
Les géopolymères (IRCER) sont des matériaux minéraux à base d’argile. Ils se consolident à basse température (20 à 120°C) contrairement aux céramiques traditionnelles qui nécessitent des traitements à température élevée. Cette nouvelle génération de matériaux, qu'ils soient utilisés purs, avec des charges ou renforcés, a déjà trouvé de nombreuses applications dans l'industrie (mousse isolante pour l’habitat, plaques réfractaires pour protection au feu, revêtements sur métal pour la corrosion). Il est possible de synthétiser des matériaux à porosité variable, des matériaux denses ainsi que des mousses en géopolymère. Cette diversité de structures et de propriétés a déjà conduit à la réalisation d’antennes Ultra Large Bande [300 MHz – 3 GHz] et de charges absorbantes en bande S en collaboration avec XLIM.
Au fur et à mesure que progressent les connaissances et la maitrise dans la fabrication de substrats géopolymères, nous avons pu constater l’intérêt que peuvent représenter ces céramiques pour le secteur de la défense (0.050 < l< 1.2 W/(m.K) ; 100 < s< 75 MPa ; 3 = er = 5 et 2.10-2 = tand = 5.10-2). Ainsi, il apparait clairement que le développement de nouvelles compositions et structurations de matériaux ouvrira de nouveaux champs applicatifs à la fois dans le secteur civil et de la défense. Notre ambition est donc de développer de nouvelles briques technologiques pouvant intéresser tout à la fois la défense pour le développement de radômes pour les interfaces de communications et l’industrie des télécommunications au sens large à travers la conception de dispositifs de protections urbains et maritimes, dont le cycle de vie et le bilan carbone proposerait une solution alternative pertinente vis-à-vis des matériaux pétro-sourcés habituellement utilisés.