Image thermographique infrarouge d'un composite nanotechnologique chauffé via des sondes électriques (des clips peuvent être vus en bas de l'image). La barre d'échelle des couleurs est en degrés Celsius. Le logo MIT a été usiné dans le composite, et les points chauds et froids autour du logo sont causés par les interactions thermiques-électriques du chauffage résistif et le logo "endommage" le composite. La détection thermographique améliorée décrite dans l'article fonctionne de la même manière. Titre de l'image :Roberto Guzman de Villoria, MIT
Dans les années récentes, de nombreux avionneurs ont commencé à construire leurs avions à partir de matériaux composites avancés, qui se composent de fibres à haute résistance, comme le carbone ou le verre, noyé dans une matrice plastique ou métallique. Ces matériaux sont plus solides et plus légers que l'aluminium, mais ils sont aussi plus difficiles à inspecter pour les dommages, parce que leurs surfaces ne révèlent généralement pas de problèmes sous-jacents.
"Avec l'aluminium, si vous le frappez, il y a une bosse là. Avec un composite, souvent si vous le frappez, il n'y a pas de dommages superficiels, même s'il peut y avoir des dommages internes, " dit Brian L. Wardle, professeur agrégé d'aéronautique et d'astronautique.
Wardle et ses collègues ont mis au point une nouvelle façon de détecter ces dommages internes, à l'aide d'un simple appareil portatif et d'une caméra sensible à la chaleur. Leur approche nécessite également l'ingénierie des matériaux composites pour inclure des nanotubes de carbone, qui génèrent la chaleur nécessaire à l'essai.
Leur approche, décrit dans l'édition en ligne du 22 mars de la revue Nanotechnologie , pourrait permettre aux compagnies aériennes d'inspecter leurs avions beaucoup plus rapidement, dit Wardle. Ce projet s'inscrit dans une démarche pluriannuelle, effort financé par l'industrie aérospatiale pour améliorer les propriétés mécaniques des composites avancés de qualité aérospatiale existants. L'US Air Force et la Navy s'intéressent également à la technologie, et Wardle travaille avec eux pour le développer pour une utilisation dans leurs avions et leurs navires.
Découvrir les dommages
Les matériaux composites avancés sont couramment trouvés non seulement dans les avions, mais aussi des voitures, ponts et pales d'éoliennes, dit Wardle.
Une méthode que les inspecteurs utilisent maintenant pour révéler les dommages dans les matériaux composites avancés est la thermographie infrarouge, qui détecte le rayonnement infrarouge émis lorsque la surface est chauffée. Dans un matériau composite avancé, toute fissure ou délaminage (séparation des couches qui forment le matériau composite) redirigera le flux de chaleur. Ce modèle d'écoulement anormal peut être vu avec une caméra (thermographique) sensible à la chaleur.
C'est efficace mais encombrant car cela nécessite de placer de gros radiateurs à côté de la surface, dit Wardle. Avec sa nouvelle approche, des nanotubes de carbone sont incorporés dans le matériau composite. Lorsqu'un petit courant électrique est appliqué à la surface, les nanotubes chauffent, ce qui élimine le besoin de toute source de chaleur externe. L'inspecteur peut voir les dommages avec une caméra thermographique ou des lunettes.
"C'est un moyen très intelligent d'utiliser les propriétés des nanotubes de carbone pour fournir cette énergie thermique, à l'envers, " dit Douglas Adams, professeur agrégé de génie mécanique à l'Université Purdue. Adams, qui n'a pas participé à la recherche, note qu'il reste deux défis fondamentaux :développer un moyen pratique de fabriquer de grandes quantités du nouveau matériau, et s'assurer que l'ajout de nanotubes ne porte pas atteinte à la fonction première du matériau de résister aux charges lourdes.
Les nouveaux matériaux hybrides de nanotubes de carbone que Wardle développe ont jusqu'à présent montré de meilleures propriétés mécaniques, comme la force et la ténacité, que les composites avancés existants.
