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THIOT INGENIERIE, partenaire du programme Impagrel sur les grêlons

By 12 décembre 2017 No Comments

THIOT INGENIERIE est partenaire du programme IMPAGREL dans le cadre du dispositif RAPID, qui a pour objet d’étude la mise au point d’une glace de synthèse représentative d’un grêlon réel pour les essais sur structures aéronautiques. Paul Deconinck, l’un de nos docteurs en physique des chocs, nous en dit plus…

Paul, pouvez-vous nous expliquer dans quel cadre s’inscrit IMPAGREL ?

Il s’inscrit dans le cadre du dispositif RAPID (Régime d’Appui aux PME pour l’Innovation Duale). Avec RAPID, la DGA souhaite faciliter le transfert de technologies des universités vers les PME. Une des conditions, c’est que les sujets d’étude doivent être applicables à la fois dans le domaine civil et dans le domaine militaire. C’est le cas d’IMPAGREL, qui s’intéresse à la vulnérabilité des structures aéronautiques civiles et militaires à l’impact de grêlons. Le programme se déroule sur quatre ans, et nous entamons la dernière année.

Quel en est l’objectif ?

A l’heure actuelle, les essais aéronautiques d’impact de grêlon sont règlementés par la norme ASTM-F320 qui définit un protocole d’élaboration de la glace utilisée pour ces essais. On sait qu’un grêlon réel est plus résistant que la glace de synthèse fabriquée en congélateur. La norme ASTM-F320 propose par conséquent de renforcer cette glace, en lui ajoutant du coton.  Or les tolérances sur la quantité de de coton imposée par la norme sont très larges, il en résulte un comportement de la glace qui peut être significativement différent selon la proportion qu’elle contient. Avec IMPAGREL, l’objectif est de s’affranchir de l’ajout de coton en mettant au point une glace au comportement à l’impact le plus représentatif possible de celui d’un grêlon réel.

Quels sont les différents partenaires associés au projet, et le rôle de chacun d’entre eux ?

Nos partenaires sont L’IGE (Institut des Géosciences de l’Environnement) à Grenoble, dont la mission est l’étude et l’élaboration de la glace, et le LaMCoS (Laboratoire Mécanique des Contacts et des Structures) à Lyon, qui se consacre à l’étude du comportement quasi-statique de la glace et au développement d’un modèle de comportement adapté. Chez THIOT INGENIERIE, nous sommes en charge de l’étude du comportement dynamique de la glace.

Pourquoi votre entreprise a souhaité participer à ce programme collaboratif ?

Pour nous, qui proposons dans notre laboratoire des essais d’impact notamment pour certifier les structures aéronautiques, l’objectif est double. Nous allons pouvoir réaliser pour nos clients des essais d’impact avec une glace qui sera la plus représentative possible d’un véritable grêlon tout en bénéficiant d’un modèle de comportement fiable et adapté.

Quelles sont les étapes du programme ?

L’étude a débuté par l’organisation d’une récolte de grêlons en septembre 2015, qui a permis de récupérer environ 30 grêlons de diamètres compris entre 30 et 50 mm. Elle s’est déroulée lors d’un orage de grêle survenu dans le sud-ouest de la France.
l’IGE a ensuite analysé la microstructure de ces grêlons, et l’étude du comportement quasi-statique a été assurée par le LaMCoS. Un des points importants du comportement mécanique des grêlons réside dans leurs microstructures complexes. Une étude fine de celles-ci a donc permis de connaître la taille des grains, leur forme et leurs orientations cristallographiques. Ce sont ces analyses qui ont guidé tout le programme.

Pouvez-vous nous détailler les essais que THIOT INGENIERIE a réalisés ?

Ci-dessus à gauche, une tranche de grêlon. La modélisation à droite montre la complexité des différentes microstructures qui la composent.

Nous avons eu en charge l’étude du comportement à l’impact. Les tests ont été réalisés dans notre laboratoire de physique des chocs dans plusieurs gammes de vitesse : jusqu’à 300 m/s pour une application civile, et entre 800 et 1000 m/s pour une application militaire. Toutes les glaces développées par l’IGE ont été caractérisées sur différentes configurations d’essais, ainsi que quelques grêlons que nous avons mis en forme grâce à un procédé innovant afin qu’ils correspondent aux géométries testées sur les autres glaces.

Il y a eu plusieurs types d’essais, tous très instrumentés de manière à récupérer le maximum d’informations. Les premiers consistaient à tirer la glace sur une structure rigide tout en mesurant l’effort transmis et en visualisant les mécanismes de rupture avec notre caméra ultra-rapide. L’objectif de ce type d’essai était d’étudier le comportement de la glace en elle-même. Nous avons également réalisé des essais sur des plaques déformables, cette fois afin d’évaluer la capacité de ces glaces à endommager une structure aéronautique. Enfin des impacts de plaques ont été effectués, permettant de remonter au comportement sous choc de la glace et d’étudier les changements de phases et leurs effets lors d’un impact. La modélisation était bien entendue le fil rouge de l’étude : elle a été améliorée et enrichie tout au long des essais.

Ci-dessus : impact d’un grêlon (diamètre : 40 mm) à 720 km/h.

Les résultats sont-ils à la hauteur de vos attentes ?

Absolument. A travers une démarche scientifique, nous sommes devenus des experts en comportement dynamique de la glace. Nous sommes à présent capables de proposer à nos clients des essais d’impact avec une glace représentative du grêlon réel, en maîtrisant tout ce qui relève par exemple des problèmes de tenue à l’accélération dans nos lanceurs. Quant au modèle numérique développé, il nous permet de converger efficacement vers les conditions d’essais les mieux adaptées, et ainsi de diminuer le nombre d’essais. Ce qui signifie pour nos clients encore plus de fiabilité dans les résultats des essais d’impact que nous réalisons et des phases de développement considérablement réduites.

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