Marina Voisin

Tenue aux chocs des collages : Application à l’adhérence moléculaire

Résumé :
Le collage par adhérence moléculaire consiste à adhérer deux surfaces entre elles sans l’utilisation de matière adhésive ou autres matériaux. Des assemblages complexes de verre de Silice sont réalisés par cette procédure ; ils ont l’avantage d’avoir de très bonnes propriétés optiques dues au contact direct entre les deux surfaces en verre. Cette application permet la fabrication de découpeurs d’images, actuellement utilisés pour l’optique terrestre dans les télescopes. Étendue à l’optique spatiale, cette technologie amènerait à de nouvelles observations. Or, les contraintes d’utilisation dans le spatial sont différentes de celles sur terre.

Durant les opérations de lancement, un satellite peut être exposé à un environnement de chocs énergétiques. Les dispositifs pyrotechniques tels que les boulons explosifs par exemple génèrent lors de leur fonctionnement des chocs mécaniques qui se caractérisent par de très forts niveaux d’accélération à très hautes fréquences. Ces chocs peuvent causer des problèmes au niveau des équipements du satellite. L’étude de ce type de chocs permettra de valider la possible utilisation de l’adhérence moléculaire renforcée dans un satellite.

Cette présentation expose les travaux menés pour la caractérisation aux chocs de l’adhérence moléculaire. Le banc d’essais de chocs conçu pour la caractérisation expérimentale est décrit. Les résultats d’une pré-étude sur des assemblages d’aluminium adhérés avec des colles sont présentés, puis les premiers résultats issus des essais sur l’adhérence moléculaire sont commentés, une maquette sera ensuite testée en condition plus proche de l’application. La méthodologie de dimensionnement de ces structures pourra alors être détaillée.

Maverick Martin

Vers un outil de modélisation de systèmes déployables à base de mètres-rubans pour applications spatiales

Résumé :
Les structures déployables sont largement étudiées dans l’industrie spatiale afin de réduire l’envergure des systèmes spatiaux lors du lancement. Cela permet ainsi d’envoyer un ou plusieurs satellites de grande envergure à l’aide d’un unique lanceur. Avec une masse relativement faible, une grande compacité et une capacité de déploiement autonome, les mètres-rubans sont au cœur de plusieurs projets de structures spatiales déployables. Ces structures minces et élancées à section semi-circulaire présentent un comportement complexe lié à leur géométrie. Sous l’effet de sollicitations mécaniques externes, des plis peuvent se former et se déplacer le long du ruban, mais aussi fusionner ou disparaître. La formation de ces plis permet d’emmagasiner de l’énergie de déformation qui est ensuite libérée pour déployer la structure.

Un modèle de poutre à section flexible a été initialement développé par Guinot et al. [1] au LMA dans le but de représenter le comportement complexe des rubans. Ce premier modèle est capable de retrouver qualitativement le comportement des rubans lors des essais plans (comportements 2D) de flexion ou de déploiement dynamique. Picault et al. [3] ont ensuite étendu le modèle en ajoutant le gauchissement de section, permettant ainsi de réaliser des essais où la torsion du ruban intervient (comportements 3D). Marone-Hitz [2] a réalisé le développement d’un outil numérique basé sur la résolution du modèle de poutre à section flexible afin de prédire le comportement 2D des rubans sous sollicitations mécaniques.

La cinématique du ruban a été enrichie afin d’obtenir des résultats similaires à ceux obtenus par les modèles de coque, généralement pris comme référence pour la modélisation des mètres-rubans. La méthode d’implémentation numérique suivie lors de la thèse est présentée pour le modèle prenant en compte les comportements 2D. Les expressions analytiques complètes y sont factorisées permettant d’implémenter simplement un élément linéaire à deux nœuds basé le modèle de poutre à section flexible complet. Des rubans ont été fabriqués pour réaliser des essais de flexion dans le but de confronter les résultats numériques obtenus avec le modèle à des résultats expérimentaux.

[1] F. Guinot, S. Bourgeois, B. Cochelin, L. Blanchard. A planar rod model with flexible thin-walled cross-sections. Application to the folding of tape springs. Int. J. Solids Structures, 49 (1), 73-86, 2012.
[2] P. Marone-Hitz. Modélisation de structures spatiales déployées par des mètres ruban : vers un outil métier basé sur des modèles de poutre à section flexible et la méthode asymptotique numérique. Thèse de doctorat, Ecole Centrale Marseille, 2014.
[3] E. Picault, S. Bourgeois, B. Cochelin, F. Guinot. A rod model with thin-walled flexible cross-section : Extension to 3D motions and application to 3D foldings of tape springs. Int. J. Solids Structures, 84 (18), 64-81, 2016.