Etat de l’art des matériaux « Intelligents » et leur Application dans la Maintenance industrielle Intelligente

Abstract

Les structures internes des technologies modernes dans les domaines des systèmes mécaniques, aéronautiques, génie civil ou même de la biomécanique, sont souvent composées de matériaux anisotropes vu leur légèreté leur état de fabrication et leur souplesse. De nos jours, le contrôle de santé de ces structures devient indispensable afin d’éviter leur déformation maximale, leur fissuration ou même leur ruine pour augmenter leur durée de vie et prédire leur destrcution qui peut apparaître à tout moment. Pour cela des matériaux adaptables intelligents ou « smart materials » sont utilisés pour contrôler l’état de santé de ces systèmes mécaniques ou médicaux. En fait, ces matériaux ont connus une grande évolution dans ce domaine et ils sont utilisés pour prévenir la déformation maximale des structures, leur fissuration ou même leur endommagement et leur ruine sous l’effet des forces d’excitation extérieures, d’impacts, de choc ou de vibrations à haute fréquence (glissement de terrain ou tremblement de terre). Pour détecter et surveiller l’état de santé de ces structures, des matériaux intelligents sont introduits dans les matériaux composites afin de déterminer les contraintes limites élastiques dans le corps et d’éviter sa totale déformation ou sa totale destruction, et ce par la production des charges impulsives capables de remettre le corps à sa position ou à son état initial. De ce fait, l’emplacement des matériaux « intelligents » tels que les pastilles piézoélectriques de type PZT dans une structure composite permet de détecter les différents types de défauts dans la structure et qui peuvent être aménager et remédier en conséquence : d’où la maintenance industrielle. De ce fait, l’emplacement des matériaux « intelligents » tels que les pastilles piézoélectriques de type PZT dans une structure composite ou dans un système mécanique permet de détecter les différents types de défauts et qui peuvent être aménager et remédier en conséquence, tout en produisant une tension électrique lorsqu’ils subissent des contraintes ou des forces mécaniques. Aussi, soumis à un courant électrique, ils peuvent aussi se déformer mécaniquement et l’emplacement des pastilles piézoélectriques de type PZT sur une structure permet de détecter les différents types de défauts. En fait, sous l’effet d’une contrainte, il apparaît des charges électriques (effet direct). L’application d’une tension engendre une déformation. Ce phénomène s’observe uniquement dans les matériaux non conducteurs. Le déplacement des charges se fait dans une direction privilégiée sous les efforts de traction ou de compression dans la structure cristalline de la céramique (effet inverse). Dans notre étude, la définition générale des différents types de matériaux intelligents, leur concept, avantage et inconvénient, leur application ainsi que leur état de l’art sera considérée. Un exemple de contrôle de santé utilisant le matériau adaptable intelligent de type « piézoélectrique » pour prédire la fissuration d’un stratifié verre E/époxyde sous l’effet des efforts extérieurs sera considéré et analyser par la méthode des éléments finis. Il a été constaté que durant l’apparition de la fissuration dans la matrice, une discontinuité de la courbe contrainte/déformation est observée, aussi cette apparition des fissures augmente d’une façon plus particulière quand les charges sont appliquées perpendiculairement aux fibres. Il a été noté que dans le cas de la présence d’un délaminage, la capacité statique du PZT se traduit par une augmentation brutale de tension.