Le secteur technique de la présente invention est celui des matériaux composites structuraux absorbant les ondes radar.
On utilise actuellement sur le champ de bataille de nombreuses menaces mettant en oeuvre la détection et/ou le guidage par ondes radar. Ce sont les radars de terrain portés par un véhicule ou par un fantassin, les radars aéroportés sur hélicoptères, les auto-directeurs de missiles notamment à ondes millimétriques pour munitions dites intelligentes. Vis-à-vis de ce type de détection, le char de bataille moderne et tous les véhicules blindés de reconnaissance doivent être rendus les plus discrets possible.
Une des solutions envisageables pour réduire les possibilités de détecter un char de bataille consiste à utiliser des matériaux de recouvrement ou de structure de coffres aptes à atténuer de manière importante la réflexion de l'onde radar incidente.
Une difficulté réside dans la conception d'un matériau composite ayant des propriétés d'absorption radar dans les bandes de fréquences utilisées actuellement sur le champ de bataille et qui sont situées à 8-18 GHz, à 35 GHz et à 94 GHz.
On ne connaît pas actuellement des matériaux composites aptes à offrir une telle performance.
Le brevet EP 0 121 655 décrit un matériau composite réalisé par un empilement de cinq couches de tissus préimprégné. Chacune des cinq couches est décrite comme ayant des charges conductrices avec une concentration croissante d'une couche à l'autre, les charges pouvant être de la poudre de fer, de graphite, de carbone, de ferrites ou de céramiques.
Le matériau décrit utilise donc un gradient d'impédance, par augmentation progressive des charges conductrices, afin d'obtenir des propriétés d'absorption des ondes radar.
Le but de la présente invention est de fournir un matériau composite structural apte à absorber le rayonnement radar incident.
L'invention a donc pour objet un matériau composite structural apte à absorber les ondes radar de fréquences 8 à 18 GHz, 35 GHz et 94 GHz, ce matériau étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois couches de matériaux diélectriques non magnétiques obtenues à partir d'un empilement de plis imprégnés :
Selon un exemple de réalisation, les plis imprégnés sont des fibres de verre ou de Nylon® associées à des résines époxy.
D'une manière générale, le matériau composite peut présenter une épaisseur de l'ordre de 4 à 10 mm.
A titre d'exemple, la couche externe présente une épaisseur de l'ordre de 1,5 à 4 mm, la couche intermédiaire une épaisseur de l'ordre de 0,5 à 2,5 mm et la couche interne une épaisseur de l'ordre de 1,5 à 3,5 mm.
Selon un autre exemple de réalisation, le matériau composite présente une épaisseur totale de l'ordre de 6,75 mm, les couches externe, intermédiaire et interne ayant les épaisseurs respectives de 2,75 mm, 1,5 mm et 2,5 mm.
D'une manière générale, les particules électriquement conductrices sont des grains de carbone ayant un diamètre inférieur à 0,1 mm avec une proportion inférieure à 10% en masse.
L'invention concerne également une utilisation de ce matériau pour la fabrication de parois pour véhicules blindés dotées d'une résistance mécanique résistant à une pression de l'ordre de 1 tonne/cm2 et procurant une atténuation en réflexion des ondes radar supérieure à 10 dB.
En variante, un tel matériau composite peut être également utilisé pour la réalisation de coffres de servitude ou de protection pour des véhicules blindés.
Le matériau composite selon l'invention offre l'avantage de remplacer tous les composites utilisés sur les véhicules blindés aux endroits où un besoin de réduction de la réflectivité radar est nécessaire. En plus des performances d'absorption radar, il possède toutes les caractéristiques de tenue mécanique des composites habituels mis en oeuvre sur les véhicules blindés.
Ainsi, le matériau selon l'invention peut être utilisé notamment pour fabriquer des coffres de lot de bord, le double-toit et toutes les doubles parois composites destinées à l'isolation thermique et à l'évacuation des flux de chaleur, par exemple à l'arrière près de l'échappement.
Enfin, le matériau composite selon l'invention est obtenu sans modification du procédé de fabrication actuel des composites structuraux existants.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture du complément de description qui va suivre d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple en relation avec des dessins sur lesquels :
Le concept de l'invention repose sur l'adaptation d'une structure multicouche permettant par le jeu des résonances internes des différentes couches d'obtenir une absorption importante sur plusieurs bandes de fréquences. On a donc trouvé qu'un matériau à trois couches offrait un compromis satisfaisant pour obtenir les performances d'absorption radar et les performances mécaniques. Ainsi, un coffre de servitude fabriqué avec le matériau selon l'invention peut être piétiné par un homme équipe de son paquetage, d'une masse de l'ordre de 100 kg, sans induire des cassures ou une déformation permanente, ce qui représente une résistance à une pression de l'ordre de 1 tonne par cm2.
Sur la figure 1, le matériau composite structural 1 est appliqué sur un support 2 constitué par la paroi d'un véhicule blindé (non représenté).
La couche externe 3 est constituée par un matériau diélectrique non magnétique faiblement réflecteur des ondes radar, à faible perte diélectrique et doué d'une permittivité diélectrique réelle de l'ordre de 3. Cette couche doit favoriser la pénétration de l'onde radar dans la structure par adaptation d'impédance. Une telle couche peut être constituée par des fibres de Nylon® et d'une résine époxy, par exemple.
La couche intermédiaire 4 est constituée par un matériau diélectrique non magnétique dont les pertes diélectriques sont plus importantes que celles de la couche externe 3, avec une permittivité diélectrique réelle de l'ordre de 5.
La couche interne 5 est constituée par un matériau diélectrique non magnétique chargé de particules de carbone ayant une conductivité électrique importante, et conférant à ce matériau une absorption des ondes électromagnétiques plus importante que celles des deux premières couches. La permittivité diélectrique réelle de cette couche est plus importante, de l'ordre de 15 à 20.
Il est à noter qu'aucune de ces trois couches en elle-même n'est suffisamment absorbante pour donner à elle-seule et quelle que soit son épaisseur les performances d'absorption radar recherchées.
Le matériau 1 est complété de manière connue par une couche métallique 6 constituée par un film d'aluminium de l'ordre de 0,1 mm d'épaisseur, par exemple.
Les couches 4 et 5 sont des composites fabriqués à base de résine époxy et de tissu de fibres de verre E.
Il faut noter que le procédé d'obtention de ces trois couches est tout à fait classique et ne nécessite aucune adaptation du procédé classique de fabrication des matériaux composites structuraux.
Le matériau 1 selon l'invention peut avoir une épaisseur de l'ordre de 4 à 10 mm, avantageusement 6,75 mm environ. Les couches externe 3, intermédiaire 4 et interne 5 peuvent avoir respectivement une épaisseur de l'ordre de 1,5 à 4 mm, 0,5 à 2,5 mm et 1,5 à 3,5 mm. Avantageusement, ces trois couches ont des épaisseurs respectives de 2,75 mm, 1,5 mm et 2,5 mm.
Sur les figures 2 à 4, on a représenté graphiquement la variation du coefficient de réflexion en fonction de la fréquence. On constate que pour les trois bandes 8 à 18 GHz, 35 GHz et 94 GHz, on obtient une atténuation en réflexion supérieure à 13 dB. Cette performance d'atténuation est tout à fait satisfaisante dans le domaine d'utilisation visé.