Direction de la Recherche Technologique Commissariat à l’ Énergie Atomique – R.C.S. PARIS B Revue à mi-parcours (11 mars 2009) – ELICo-CP – 07 P2IC 003page 1 CONFIDENTIEL Revue à “mi-parcours” – 11 mars 2009 – ANR Paris Pierre Ferdinand – Laurent Maurin (CEA/Saclay – DETECS-SYSSC-LMO) – Jean-José Orteu – Laurent Robert (Armines / CROMeP) – M me Sylvie Niessen (ANR) – M. Grandidier (expert ENSMA) ELICo-CP ÉLaboration Intelligente de pièces structurales Composites – Capteur de Pression

Direction de la Recherche Technologique Commissariat à l’ Énergie Atomique – R.C.S. PARIS B Revue à mi-parcours (11 mars 2009) – ELICo-CP – 07 P2IC 003page 2 CONFIDENTIEL Présentation Objectifs scientifiques et techniques Rappel du contexte La mesure de la pression de contact Exemple d’un capteur existant [salon JEC 2008] Solution à base de réseaux de Bragg et positionnement Méthodologie, collaboration, planification, coordination Le partenariat CROMeP (Ecole des Mines d’Albi) – CEA LIST (Saclay) Objectifs du projet et contraintes techniques Schéma de principe Dissémination et valorisation Propriété intellectuelle et publications Plateforme du CROMeP Transfert industriel Points divers Prochaines étapes

Direction de la Recherche Technologique Commissariat à l’ Énergie Atomique – R.C.S. PARIS B Revue à mi-parcours (11 mars 2009) – ELICo-CP – 07 P2IC 003page 3 CONFIDENTIEL Méthodologie, collaboration, planification, coordination ELICo-CP ÉLaboration Intelligente de pièces structurales Composites – Capteur de Pression

Direction de la Recherche Technologique Commissariat à l’ Énergie Atomique – R.C.S. PARIS B Revue à mi-parcours (11 mars 2009) – ELICo-CP – 07 P2IC 003page 4 CONFIDENTIEL Quelques chiffres et planning Durée : 30 mois (2½ ans) – 5/12/2007  04/06/2010 (21/03/2008  20/09/2010) Main d’oeuvre : 44 homme.mois Montant total du projet (CEA+CROMeP) : €uros TTC (coûts complets) Réunions Démarrage (21/03/2008) Suivi n°1 (26/06/2008) Suivi n°2 (02/10/2008) Revue annuelle (08/12/2008) Revue à “mi-parcours” (11/03/2009) Livrables L1 (20/06/2008) Accord de consortium (18/12/2008) L2 et L5 (à venir : 20/03/2009) Bilans semestriels N°1 (16/06/2008) N°2 (11/12/2008) Budget dépensé CEA LIST MO CROMeP MO

Direction de la Recherche Technologique Commissariat à l’ Énergie Atomique – R.C.S. PARIS B Revue à mi-parcours (11 mars 2009) – ELICo-CP – 07 P2IC 003page 5 CONFIDENTIEL Organisation et fonctionnement Réunions régulières entre le CEA et le CROMeP à un rythme régulier de 3 mois environ Visio-conférences ou réunions classiques Circulation fréquente et non contrainte d’informations Pas de souci particulier à signaler Le planning est jusqu’à présent respecté Un glissement pourrait néanmoins se produire compte tenu : de délais fournisseurs importants concernant certains produits d’une conception de capteur itérative avec un nombre consécutif d’améliorations assez important Partage d’informations sur un site web sécurisé mis en place par le CROMeP [à usage interne projet] Documents de travail et comptes-rendus de réunions Livrables Plannings Dessins techniques

Direction de la Recherche Technologique Commissariat à l’ Énergie Atomique – R.C.S. PARIS B Revue à mi-parcours (11 mars 2009) – ELICo-CP – 07 P2IC 003page 6 CONFIDENTIEL Planning Revue à “mi-projet” Durée : 30 mois (2½ ans) – 5/12/2007  04/06/2010 (21/03/2008  20/09/2010) Les rapports d’avancement semestriels sont calés sur la date de démarrage officielle du projet (5/12/2007) Les livrables (L1 à L9) sont calés sur la date effective de démarrage du projet (21/03/2009) Premier capteur en cours de réalisation Devis pour un premier mécanisme de test par simple pesée Conception parallèle d’un système de test de mise en pression hydrostatique + étanchéité capteur Planning effectif mars 2009 mars 2010 mars 2008

Direction de la Recherche Technologique Commissariat à l’ Énergie Atomique – R.C.S. PARIS B Revue à mi-parcours (11 mars 2009) – ELICo-CP – 07 P2IC 003page 7 CONFIDENTIEL Objectifs scientifiques et techniques ELICo-CP ÉLaboration Intelligente de pièces structurales Composites – Capteur de Pression

Direction de la Recherche Technologique Commissariat à l’ Énergie Atomique – R.C.S. PARIS B Revue à mi-parcours (11 mars 2009) – ELICo-CP – 07 P2IC 003page 8 CONFIDENTIEL Rappel du contexte Répondre à la problématique de la fabrication intelligente des pièces en matériaux composites Mesures in-situ et temps réel pour procédés RTM et autoclave Pression de contact, température Jusque dans les congés de raccordement De façon peu intrusive Pilotage versus contrôle de fabrication Disposer de paramètres d’analyse in-situ afin de garantir la reproductibilité, d’anticiper les non conformités, et disposer d’un outil d’aide à la décision Acquérir de la connaissance sur les procédés de fabrication Créer une synergie entre le LIST et le CROMeP, deux Instituts Carnot, complémentaires sur cette thématique État de l’art Essentiellement des mesures globales de dépression Très peu de capteurs à même le moule (réf. salon JEC 2008)

Direction de la Recherche Technologique Commissariat à l’ Énergie Atomique – R.C.S. PARIS B Revue à mi-parcours (11 mars 2009) – ELICo-CP – 07 P2IC 003page 9 CONFIDENTIEL Objectifs spécifiques du projet Démarche de “fabrication intelligente” de matériaux composites structuraux Introduction d’une instrumentation à fibre optique de grande performance dans la chaîne de fabrication Amélioration de la qualité des pièces réalisées Réduction du taux de rebus Diminution des coûts de maintenance associés Démarche d’amélioration continue du procédé de fabrication Développement d’un micro-capteur de pression de contact faiblement intrusif Intégrable dans les outillages (autoclave et RTM) Au niveau des accidents de géométrie (faibles rayons de courbure) 1 démonstrateur technologique 1 méthodologie de visant à réduire / éliminer le CND Consolidation de la PI et des liens entre les 2 Instituts Carnot

Direction de la Recherche Technologique Commissariat à l’ Énergie Atomique – R.C.S. PARIS B Revue à mi-parcours (11 mars 2009) – ELICo-CP – 07 P2IC 003page 10 CONFIDENTIEL Contraintes techniques [cahier des charges L1] Gamme de mesure Pression de contact entre 0 et 10 bar Résolution de 0,1 bar (  100 points dans la gamme de mesure) Précision de 0,2 bar Stabilité de 0,1 bar/h Températures jusqu’à 240°C Mesures relatives en temps réel [1 Hz] Possibilité de faire une mise à zéro en début de procédé Option de mesure simultanée des variations de température Peu intrusif (partie sensible de 2 mm de diamètre) Mesures dans les congés de raccordement Insensible aux environnements du procédé Contraintes d’agressions chimiques (démoulants, produits de nettoyage)

Direction de la Recherche Technologique Commissariat à l’ Énergie Atomique – R.C.S. PARIS B Revue à mi-parcours (11 mars 2009) – ELICo-CP – 07 P2IC 003page 11 CONFIDENTIEL La mesure de la pression de contact Mesures dépendantes des interactions de la résine avec la paroi lors de son passage au niveau du capteur Fonction :_ de la pression et de la viscosité du fluide _ des propriétés d’adhésion en surface _ des transformations subies par le matériau en cours de cuisson (polymérisation, retrait, …) _ du cycle thermique _ de la géométrie du capteur (forme, surface, …) _ … Le capteur développé dans ELICo-CP ne mesurera que les efforts normaux à la surface interne du moule L’interprétation du signal de pression de contact restera à la discrétion de l’homme du métier Pression hydrostatique (phase fluide) Effort normal de contact (état polymérisé) Du fait de la sensibilité croisée en déformation et température, ce capteur pourra fournir une valeur de variation de température locale

Direction de la Recherche Technologique Commissariat à l’ Énergie Atomique – R.C.S. PARIS B Revue à mi-parcours (11 mars 2009) – ELICo-CP – 07 P2IC 003page 12 CONFIDENTIEL Exemple d’un capteur existant [JEC 2008] Mesure de dépression d’une poche autoclave (pas de mesure de pression de contact)

Direction de la Recherche Technologique Commissariat à l’ Énergie Atomique – R.C.S. PARIS B Revue à mi-parcours (11 mars 2009) – ELICo-CP – 07 P2IC 003page 13 CONFIDENTIEL Vœux pieux des industriels [visites] Une constante : un capteur faiblement intrusif Format pièce de monnaie, placé au fond du moule Transmission radiofréquence des données Pas de perçage de moule 1 moule ~ 100 k€ présence d’un trou  perturbation des conditions thermiques de l’écoulement Oui mais … La mesure dans les congés de raccordement impose d’avoir une surface sensible très réduite, bien plus petite qu’une pièce de monnaie ELICo-CP : insert : ø 4 mm – zone sensible : ø 2 mm Transmission radio Électronique embarquée subissant les cycles thermiques Norme militaire : -50 °C +150 °C Publications : -195°C +375°C ( ) Four métallique fermé (RTM) imperméable aux ondes EM Il faut sortir une antenne, donc percer le moule … Environnement industriel bruité, forts courants électriques Transmissions radio difficile  transmission filaire recommandée Ticket R&D minimal : 1 M€ masque + 1 M€ capteur + essais

Direction de la Recherche Technologique Commissariat à l’ Énergie Atomique – R.C.S. PARIS B Revue à mi-parcours (11 mars 2009) – ELICo-CP – 07 P2IC 003page 14 CONFIDENTIEL Solution à base de réseaux de Bragg La solution proposée repose sur l’utilisation de réseaux de Bragg fibrés (RdB) en tant que transducteurs Sensibles à la déformation et à la température Mesures possibles de température et de pression avec un conditionnement de réseaux adéquat Peu intrusifs Fibre optique télécom ø max 155 µm avec gaine polyimide Résistants à la température 300 °C typique, jusqu’à 700 °C pour certains réseaux Électronique de mesure déportée par fibre optique

Direction de la Recherche Technologique Commissariat à l’ Énergie Atomique – R.C.S. PARIS B Revue à mi-parcours (11 mars 2009) – ELICo-CP – 07 P2IC 003page 15 CONFIDENTIEL Positionnement de la solution réseaux de Bragg Une analyse des capteurs existants montre que la mesure de pression repose sur quelques principes Tubes Bourdon / membrane / soufflet / variation d’inductance, résistance, fréquence … Capteurs à quartz (Schlumberger) Capteurs optiques : 2 exemples De type Fabry-Perot (FISO) À variation d’intensité Tous ces capteurs sont essentiellement destinés à de la mesure de pression hydrostatique, avec une électronique embarquée ELICo-CP : pression de contact de la veine fluide (solidifiée après polymérisation) avec un capteur affleurant à la paroi, avec une électronique déportée par fibre optique Capteurs de pression Ashcroft ® Capteur de pression hydrostatique CEA-IFP

Direction de la Recherche Technologique Commissariat à l’ Énergie Atomique – R.C.S. PARIS B Revue à mi-parcours (11 mars 2009) – ELICo-CP – 07 P2IC 003page 16 CONFIDENTIEL Schéma de principe Capteur prototype ELICo-CP 14 mm de diamètre / fixation par vis M16 40 mm de hauteur Mesure simultanée de variations de pression et de température Mesure directe de la pression de contact Étanchéité sans joint Démontable pour les besoins de R&D 1 seule fibre optique (multiplexage en longueur d’onde des 2 mesures P et T) Voire 2 fibres optiques avec 2 réseaux accolés (après tests de validation) + coupleur Propriété Intellectuelle La brevetabilité de ce capteur sera abordée au premier semestre 2009 (sous la forme d’un co-dépôt CEA- CROMeP)

Direction de la Recherche Technologique Commissariat à l’ Énergie Atomique – R.C.S. PARIS B Revue à mi-parcours (11 mars 2009) – ELICo-CP – 07 P2IC 003page 17 CONFIDENTIEL Dissémination et valorisation ELICo-CP ÉLaboration Intelligente de pièces structurales Composites – Capteur de Pression

Direction de la Recherche Technologique Commissariat à l’ Énergie Atomique – R.C.S. PARIS B Revue à mi-parcours (11 mars 2009) – ELICo-CP – 07 P2IC 003page 18 CONFIDENTIEL Le partenariat CROMeP – CEA LIST Le CROMeP Dispose de moyens en infusion et RTM sur activités composites, et a de nombreux contacts (Airbus, Latécoère …), et profite d’un “plan composites régional” pour le financement d’actions de R&D A une expérience dans l’optique pour la réalisation de mesures sans contact en surface de matériaux ou structures Porte un intérêt certain aux méthodes optiques dans la continuité des activités actuelles, et dans le potentiel des réseaux de Bragg pour les mesures in-situ, en particulier dans le domaine des outillages (souvent fermés) pour la caractérisation des sollicitations mécaniques et/ou thermiques Le Laboratoire de Mesures Optiques du CEA LIST Activités de développement de capteurs et systèmes de mesures pour Capteurs à Fibre Optique (dosimétrie OSL, et métrologie RdB) Impliqué dans de nombreux projets nationaux (ANR), européens ou encore dans des contrats financés à 100 % par des industriels en réponse à des besoins spécifiques Applications diverses avec dépôts de brevets Autoclave de laboratoire Système de mesure multivoie Bragg-FIT 3

Direction de la Recherche Technologique Commissariat à l’ Énergie Atomique – R.C.S. PARIS B Revue à mi-parcours (11 mars 2009) – ELICo-CP – 07 P2IC 003page 19 CONFIDENTIEL Dissémination - Valorisation Demande de dépôt de brevet Étape préliminaire à toute communication (quelle qu’en soit la forme) La demande devrait être faite ce premier semestre 2009 Nécessité de valider certaines hypothèses au préalable Configuration des réseaux de Bragg en particulier S’appuiera fortement sur les résultats consignés dans le livrable L2 « Conception du capteur » (dû pour le 20 mars 2009) Participation à diverses conférences CMOI [FR] – JNOG [FR] –IWSHM [USA] Plateforme de démonstration du CROMeP Profiter de la proximité toulousaine pour persuader les industriels du secteur (milieu aéronautique) Marché plus large : mesure de pression au contact Transfert industriel à terme si le marché est suffisant Mission du CEA LIST (et plus généralement de la DRT) Nécessité d’obtenir un brevet d’invention pour assurer une exclusivité

Direction de la Recherche Technologique Commissariat à l’ Énergie Atomique – R.C.S. PARIS B Revue à mi-parcours (11 mars 2009) – ELICo-CP – 07 P2IC 003page 20 CONFIDENTIEL Points divers ELICo-CP ÉLaboration Intelligente de pièces structurales Composites – Capteur de Pression

Direction de la Recherche Technologique Commissariat à l’ Énergie Atomique – R.C.S. PARIS B Revue à mi-parcours (11 mars 2009) – ELICo-CP – 07 P2IC 003page 21 CONFIDENTIEL Prochaines étapes Prochains livrables L2 (T2.1) : règles de conception du capteur [CEA] Mode de transduction, amplification mécanique, comportement thermique, procédure d’assemblage Réalisation d’un prototype t 0 +12mois : 20 mars 2009 L5 (T3.1) : étude de l’interface capteur / outillage [CROMeP] Résultats de conception de l’interface capteur / outillage pour procédé autoclave ou RTM en étuve t mois : 20 mars 2009 Travail de fond Préparation aux tests de validation labo Adaptation au montage pour essais au CROMeP – Prévoir le cas de l’autoclave Interrogation du tissu industriel