Les techniques de couture (Stitching)

Les techniques de couture (Stitching) 

Le procédé de couture semble le plus simple des technologies de fabrication et d’assemblage des préformes 3D qui seront présentées dans ce présent manuscrit.

En effet, les tissus cousus sont des préformes 2D renforcées dans la direction z, par une mèche  »couture » qui traverse la préforme dans son épaisseur. Ce renfort dans l’épaisseur peut être dirigé soit perpendiculaire au plan horizontal, soit incliné. Ils sont alors constitués de deux éléments principaux ; la structure non cousue et la couture.

– La structure de la préforme non cousue peut être des empilements de monocouches constituées par des mats, des stratifiés ou par des bidirectionnels (tissus, tricoté, tressé multiaxial) ou également elle peut être une structure sandwich.

– La couture est réalisée soit en piquage soit en chaînette (avec ou sans bouclette), sur des pré-imprégnés ou sur des préformes sèches. Elle peut être verticale ou inclinée avec ou sans entrecroisement.

La technologie de couture par addition de renforts dans la direction transverse des textiles pouvant être assemblés pour former des préformes complexes permet d’augmenter l’intégrité de la structure (tolérance aux dommages) et ses performances dans la direction des coutures hors-plan (Brandt, Drechsler et Filsinger, 2001). Relativement peu couteuse en termes d’investissements initiaux en comparaison aux techniques de tissage ou de tressage, la couture de textile peut être facilement automatisée et être utilisée à grande vitesse (Tong, Mouritz et Bannister, 2002). Par contre, il est certain que la perforation de textiles 2D entraine des déviations de fibres et dommages avec des effets sur les propriétés mécaniques pas complètement compris (Mouritz et Cox, 2010). Par ailleurs, ces techniques ne peuvent plus être considérées comme des méthodes de préformage directes puisqu’elles nécessitent une étape supplémentaire dans le processus de fabrication (Weimer, Mitschang et Manfred, 2002). Un exemple célèbre de l’usage de la couture pour la fabrication des préformes complexes dans le secteur aéronautique est le projet d’envergure de la NASA en collaboration avec Boeing. Ce projet était basé sur la couture d’ailes d’avion sur plus de 12 m de long, 38 mm d’épaisseur (Karal, 2001). Plus récemment, une structure composite de porte d’avion sans assemblage mécanique grâce à l’utilisation de coutures a été développée par Latécoère et ses partenaires Européens (Ichard, 2011).

Différentes techniques de fabrication et d’assemblage des préformes sèches ont été développées dont une excellente revue de littérature est donnée par Treiber (Treiber, 2011). Dans la suite de ce chapitre, de brèves descriptions seront présentées.

La couture conventionnelle 

La couture conventionnelle consiste à insérer un fils de couture à l’aide d’une aiguille à partir d’une surface, tandis que l’autre côté de la préforme est bloqué par un système de bobine. Dans la littérature (Ogale et Mitschang, 2004), on trouve que les trois techniques de couture conventionnelle les plus utilisées sont la technique de couture chaînette « Chain stitch », la couture nouée « Lock stitch » et la couture nouée modifiée « Modified Lock stitch ».

La technique de couture chaînette s’avère la plus utilisée et adaptée à la fabrication et l’assemblage des préformes dédiés aux matériaux composites structuraux. Ce potentiel d’utilisation est lié à sa simple mise en œuvre grâce à l’usage d’un seul fil de couture moins tendu. Cette distinction offre à la préforme cousue une très bonne flexibilité et drapabilité. En revanche, le fil de couture qui est peu tendu peut provoquer l’ondulation et l’écartement des fibres lors du préformage générant ainsi des zones avec un faible taux de fibres. Ces zones représentent un risque pour la structure composite vu qu’elles seront comblées par la résine lors de l’imprégnation de la préforme, ce qui mène à la création de poches ou amas de résine (Ogale et Mitschang, 2004).

Il est reporté dans la littérature (Dransfield et al., 1994; Ogale et Mitschang, 2004) que la couture nouée est la plus répandue dans l’industrie du textile. Son principe est basé sur l’introduction de deux fils de couture; le premier avec l’aiguille et le second via la bobine. La boucle est ainsi créée à l’intérieur de la préforme. Ce type de renforcement de la préforme dans l’épaisseur permet d’avoir une meilleure résistance par rapport à la couture chaînette. Par contre, l’existence de la boucle entre les plis engendre une concentration de contraintes qui peuvent affaiblir la structure. Ainsi, l’utilisation de la couture nouée est déconseillée pour l’assemblage de préformes destinée à la fabrication des pièces composites structurales.

Pour pallier aux inconvénients de couture nouée, un troisième type de renforcement conventionnel a été développé. La technique de couture nouée modifiée « modified lock stitch » permet l’entrecroisement des fils en surface et non plus au milieu de la préforme, limitant ainsi, les distorsions internes et les concentrations de contraintes (Dransfield et al., 1994; Ogale et Mitschang, 2004). Cette technique est souvent sollicitée lorsqu’il s’agit de renforcements de préformes pour composites.