FR3032908A1 - Panneau composite renforce - Google Patents

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Abstract

Panneau composite (1, 1') renforcé comportant une première peau (2) et une seconde peau (3) en fibres liées par une résine polymère de part et d'autre d'une âme (4) de mousse polymère ou d'un nid d'abeille, pour lequel au moins un profilé (5, 6) est disposé dans le panneau entre des plaques (4a, 4b, 4c, 4'a, 4'b) de ladite âme et collé avec lesdites peaux, ledit profilé comportant au moins une première paroi (5a, 6a) appliquée contre la seconde peau (3) côté âme et au moins une seconde paroi (5b1, 5b2, 6b) appliquée contre la première peau (2) côté âme, lesdites première et seconde parois étant reliées par au moins une paroi latérale du profilé interrompant l'âme, le panneau comportant dans le ou les profilés (5, 6) une plaquette renfort (8) s'appliquant sous la paroi supérieure du profilé (5a, 6a), ladite paroi étant prise en sandwich entre la plaquette renfort et la seconde peau.

Description

1 PANNEAU COMPOSITE RENFORCE Domaine de l'invention La présente invention concerne un panneau composite renforcé pour lequel des renforts munis de plaquettes elles mêmes renfort réalisent des dispositif de liaison pour ledit panneau composite.
La fixation d'accessoires sur des panneaux composites comportant un sandwich constitué de deux peaux et d'une âme en matériau léger collés ensemble ou la fixation de panneaux composites avec d'autres éléments, notamment d'autres panneaux composites ou non, nécessite de renforcer mécaniquement les panneaux dans la zone de liaison.
Arrière plan technologique Pour fixer des éléments sur un côté d'un panneau composite, il est connu d'utiliser des collages avec éventuellement des lais de renfort, d'utiliser des inserts ponctuels au droit de la fixation, par exemple en perçant un trou borgne dans le panneau et en disposant dans ce trou un insert dont la partie se trouvant dans le panneau est enrobée de résine. Dans le cas où une rangée de fixations ou des fixations multiples sont nécessaires, ces solutions restent complexes à mettre en oeuvre et sont dans tous les cas à réaliser après la constitution du panneau. Il est souhaitable en outre d'éviter tout risque de délaminage des peaux et 20 des renforts composites et de permettre des perçages précis pour fixer des accessoires sur les panneaux. Brève description de l'invention La présente invention a pour but de réaliser un panneau composite renforcé comportant dès sa fabrication des moyens de renfort formant dispositifs de liaison 3032908 2 adaptés à recevoir des moyens de fixation et notamment des moyens de fixation alignés. Pour ce faire, la présente invention propose un panneau composite renforcé comportant une première peau et une seconde peau en fibres liées par 5 une résine polymère de part et d'autre d'une âme de mousse polymère ou d'un nid d'abeille, pour lequel au moins un profilé est disposé dans le panneau entre des plaques de ladite âme et collé avec lesdites peaux, ledit profilé comportant au moins une première paroi appliquée contre la seconde peau côté âme et au moins une seconde paroi appliquée contre la première peau côté âme, lesdites première 10 et seconde parois étant reliées par au moins une paroi latérale du profilé interrompant l'âme, comportant dans le ou les profilés une plaquette renfort s'appliquant sous la paroi supérieure du profilé, ladite paroi étant prise en sandwich entre la plaquette renfort et la seconde peau. La plaquette renfort permet d'évier tout risque de délaminage des peaux et 15 des renforts composites, permet des perçages précis pour fixer des accessoires sur les panneaux et réalise un moyen d'ancrage solide et continu sous les lignes de fixation. Selon un mode de réalisation particulier, la plaquette renfort est une tôle métallique intégrée dans le profilé.
La plaquette renfort est avantageusement maintenue contre ladite paroi supérieure par au moins un pli de matériau composite. Pour assurer la tenue du collage entre la plaquette métallique et le profilé en composite ainsi que l'absence de contraintes internes susceptibles de générer des déformation du profilé après polymérisation, selon un premier mode de réalisation, la plaquette est réalisée dans un métal compatible des dilatations différentielles lors du cycle de polymérisation du composite du profilé et collée à ce profilé. Selon un second mode de réalisation, la plaquette est préalablement enduite d'un couche d'un agent démoulant, visant à laisser la plaquette se dilater librement lors du cycle de polymérisation, sans adhésion. Dans ce cas, il n'est plus nécessaire que le matériau de la plaquette présente une compatibilité de déformation avec le profilé composite. En revanche, l'absence de liaison nécessite le maintien de la plaquette contre la paroi supérieure du profilé par quelques plis 3032908 3 de composite permettant de maintenir la plaquette en contact avec ladite paroi supérieure lors des efforts de coupe du profilé renfort. Selon un premier mode de réalisation, le profilé est un tube pourvu d'une première paroi dite paroi supérieure appliquée contre la seconde peau côté âme 5 et une deuxième paroi dite paroi inférieure appliquée contre la première peau, la paroi inférieure et la paroi supérieure étant reliées par des parois latérales chacune en contact avec une plaque de l'âme, la plaquette étant insérée dans le tube. Selon un mode de réalisation alternatif, le profilé est sous forme d'un 10 oméga et comporte une première paroi dite paroi supérieure appliquée contre ladite seconde peau côté âme et deux pattes inférieures appliquées contre ladite première peau côté âme et formant ladite au moins une seconde paroi, chacune desdites pattes étant reliée à la paroi supérieure par des parois latérales inclinées. L'âme comporte avantageusement des plaques s'arrêtant de part et d'autre 15 du profilé, des blocs de matériau de l'âme conformés en tasseaux comportant des flancs d'inclinaison complémentaire à l'inclinaison des parois latérales du profilé oméga étant disposés sur les pattes du profilé et entre le profilé et les plaques. La plaquette renfort peut notamment être maintenue contre ladite paroi supérieure du profilé en oméga par au moins un bloc, notamment un bloc de 20 mousse, positionné dans la partie creuse du profilé. De manière avantageuse, ledit au moins un profilé forme un longeron ou une traverse du panneau. Le profilé peut notamment être réalisé à partir d'un drapage de plis de fibres 25 imprégnés de résine puis polymérisés. De manière avantageuse, le profilé est réalisé à partir d'un drapage de nappes de fibres sèches, une imprégnation des fibres par injection de résine et une polymérisation de la résine. L'invention propose en outre un assemblage comportant un panneau 30 composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un élément à fixer au panneau pourvu d'une patte, embase ou bordure, s'appliquant sur la seconde peau du panneau et pourvue d'au moins un trou, pour lequel le profilé constitue un support d'ancrage de l'élément à fixer et pour lequel 3032908 4 le panneau comporte au moins un perçage traversant la seconde peau, la première paroi du profilé et la plaquette renfort en regard du trou et recevant un moyen de fixation adapté à serrer ladite patte, embase ou bordure, la seconde peau et la première paroi.
5 Le moyen de fixation est avantageusement un boulon, un rivet ou autre moyen de serrage à tige, pied et tête de serrage. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront apparents à la lecture de la description qui suit d'un exemple non limitatif de réalisation de 10 l'invention en référence aux dessins qui représentent: En figure 1: une vue en coupe d'un assemblage de panneau selon un premier mode de réalisation de l'invention; En figure 2: une vue en perspective de l'assemblage de la figure 1; En figure 3: une vue en perspective d'un assemblage de panneau selon 15 un second mode de réalisation de l'invention; En figure 4: une vue en coupe de l'assemblage de la figure 3; En figure 5: une vue en perspective d'un profilé avec renfort de l'invention selon un premier mode de réalisation; En figure 6: une vue en perspective d'une variante du profilé de la figure 5; 20 En figure 7: une vue perspective éclatée d'un panneau de l'assemblage de la figure 3; En figure 8: une vue perspective éclatée d'une variante de réalisation du panneau de l'assemblage de la figure 1; En figure 9: un détail de la figure 8.
25 Description détaillée de modes de réalisation de l'invention L'invention concerne un panneau composite 1, 1' dont des exemples sont représentés en perspective éclatée aux figures 7 et 8. Le panneau comporte une première peau 2 et une seconde peau 3 en particulier des peaux réalisée en matériaux composites et notamment à partir de 30 lais de fibres telles que des fibres de verre, fibres de carbone, fibres d'aramide ou autre drapés les uns sur les autres et enrobés dans une matrice de résine polymère comme une résine époxy, polyester, vinylester au autre. Les peaux sont disposées de part et d'autre d'une âme 4 de mousse polymère, mousse 3032908 5 polyuréthane, mousse PET (polyéthylène tetraphtalate) ou d'un nid d'abeille par exemple un nid d'abeille aluminium. Selon l'invention, au moins un profilé 5, 6 est disposé dans le panneau entre des plaques 4a, 4b, 4c, 4'a, 4'b de l'âme et collé avec les peaux.
5 Le profilé comporte au moins une première paroi 5a, 6a appliquée contre la seconde peau 3 côté âme et au moins une seconde paroi 5b1, 5b2, 6b appliquée contre la première peau côté âme, lesdites première et seconde parois étant reliées par au moins une paroi latérale du profilé interrompant l'âme. Dans le cas des figures 1, 2, 8 et 9 le profilé est un profilé en oméga 5 qui 10 comporte une paroi supérieure 5a selon le schéma appliquée contre la seconde peau 3 à l'intérieur du panneau côté âme et deux pattes inférieures 5b1, 5b2 appliquées contre la première peau 2 côté âme et qui forment une seconde paroi en deux parties. Les pattes sont reliées à la paroi supérieure par des parois latérales 15 inclinées 5c, 5d. Dans le cas des figures 1 et 2, l'âme comporte des plaques 4'a, 4'b s'arrêtant de part et d'autre du profilé et des blocs 7a, 7b conformés en tasseaux comportant des flancs d'inclinaison complémentaire à l'inclinaison des parois latérales 5c, 5d du profilé oméga et disposés sur les pattes du profilé et entre le 20 profilé et les plaques. Les blocs peuvent notamment être réalisés dans le même matériau que l'âme et collés aux plaques 4a, 4b et au renfort. Dans l'exemple de la figure 8, les plaques 4'a, 4'b sont interrompues et les tasseaux 7a, 7b comportent un flanc en pente pour s'appliquer contre les flancs 25 inclinés du profilé et ont une hauteur réduite côté seconde peau pour recevoir les pattes 5b1, 5b2 du profilé. Il est envisageable toutefois de découper directement les plaques avec un flanc en pente côté renfort et de réduire leur épaisseur au niveau des pattes du renfort pour qu'elles s'appliquent directement sur ces pattes.
30 Dans l'exemple des figures 3 à 7, le profilé est un tube 6 pourvu d'une première paroi 6a, paroi supérieure selon le schéma, appliquée contre la seconde peau 3 côté âme et une deuxième paroi 6b, paroi inférieure selon le schéma, appliquée contre la première peau 2, la paroi inférieure et la paroi supérieure étant 3032908 6 reliées par des parois latérales 6c, 6d chacune en contact avec une plaque 4a, 4b, 4c de l'âme. Dans le cas de la figure 6 notamment, le profilé est réalisé à partir d'un drapage de plis de fibres imprégnés de résine dont la résine est polymérisée 5 après drapage. Le profilé peut aussi être réalisé dans un métal compatible en terme de dilatation différentielle avec le cycle de polymérisation du panneau composite. Selon l'invention, les profilés 5 et 6 sont munis d'une plaquette renfort 8 par exemple de la longueur du profilé, s'appliquant sous la paroi supérieure 5a, 6a du 10 profilé 5, 6, cette paroi étant prise en sandwich entre la plaquette 8 et la seconde peau 3. Selon la figure 5 représentant un profilé tubulaire, un support 15, réalisée en tissu imprégné et polymérisé est prévu pour retenir la plaquette 8 sous la paroi 6a notamment lors des efforts de coupes induits lors du perçage de trous de 15 fixation d'accessoires sur le panneau. Dans le cas des profilé oméga de la figure 1, la plaquette 8 est positionnée entre la paroi supérieure 5a du profilé 5 et le bloc de mousse 7c dans la partie creuse du profilé. L'objet de cette plaquette renfort 8 est de renforcer la tenue mécanique de 20 la liaison lors de l'utilisation de boulons aveugles de grade industriels à forte prétention installée. De tels boulons ne sont pas spécifiquement développés pour une application dans une pièce composite, et dont par conséquent les contraintes induites en bord de trou par la formation du bulbe du boulon sont susceptibles de générer des délaminages dans de tels matériaux. Un exemple de boulon 25 aveugle est connu sous la marque Visulock de la société Alcoa Fastening System). La plaquette renfort 8 peut notamment être une tôle métallique(acier ou alliage d'aluminium) et dans ce cas il peut être nécessaire d'utiliser un métal compatible en terme de dilatation différentielle avec le cycle de polymérisation du 30 profilé et également du panneau composite en sorte de ne pas dégrader les collages. Dans une solution préférentielle, la plaquette renfort 8 est une bande de tôle en acier d'épaisseur 1mm, ébavurée et préalablement enduite d'un 3032908 7 démoulant, ce qui permet d'autoriser les déformations différentielles entre cette plaquette et les pièces composites sans générer de problèmes de contraintes/déformations résiduelles. Pour la fabrication du profilé, la plaquette renfort est avantageusement 5 maintenue contre ladite paroi supérieure par au moins un pli de matériau composite. Dans un premier cas, la plaquette est collée au profilé et pour assurer la tenue du collage entre la plaquette métallique et le profilé en composite ainsi que l'absence de contraintes internes susceptibles de générer des déformation du 10 profilé après polymérisation, dans une première version de l'invention, la plaquette est réalisée dans un métal compatible des dilatations différentielles du composite du renfort lors du cycle de polymérisation. Le matériau composite du profilé étant dans ce cas collé sur la plaquette lors de la polymérisation. De manière alternative, la plaquette n'est pas collée au profilé et est 15 préalablement enduite d'un couche d'un agent démoulant, visant à laisser la plaquette se dilater librement lors du cycle de polymérisation, sans adhésion. Dans ce cas, il n'est plus nécessaire que le matériau de la plaquette présente une compatibilité de déformation avec le profilé composite. En revanche, l'absence de liaison nécessite le maintien de la plaquette contre la paroi supérieure du profilé 20 par quelques plis de composite permettant de maintenir la plaquette en contact avec ladite paroi supérieure lors des efforts de coupe du profilé et d'insertion des moyens de fixation dans le profilé. Les figures 1 à 4 schématisent un assemblage comportant un panneau composite de l'invention et comportant au moins un élément 10 à fixer au 25 panneau. L'élément à fixer qui peut être de forme variée et n'est pas limité au dispositif représenté pour le but de la compréhension de l'assemblage, est pourvu d'une patte, embase ou bordure 11 s'appliquant sur la seconde peau 3 du panneau, à l'extérieur du panneau et pourvue d'au moins un trou pour recevoir un 30 moyen de fixation. De retour aux figures 7 et 8, le profilé 5, 6 constitue un support d'ancrage de l'élément à fixer et le panneau comporte selon l'exemple une ligne de perçages 13, 14 traversant la seconde peau 3, ladite première paroi et la plaquette 8, les 3032908 8 profilés renfort constituant en outre des longerons ou des traverses intégrées au panneau. Selon les figures 1 et 2, pour fixer l'élément 10 sur le panneau on positionne le trou en regard du perçage 13, 14 et on insère un moyen de fixation 12 adapté à 5 serrer ensemble ladite patte, embase ou bordure, la peau, ladite première paroi et la plaquette elle même percée. Le moyen de fixation 12 est par exemple un boulon, un rivet, un insert fileté à sertir ou autre moyen de serrage à tige, pied et tête de serrage. Il est à noter que l'invention permet de ne pas réaliser de trous traversant totalement le 10 panneau ce qui conserve l'intégrité de la face inférieure 2. Les avantages de cette solutions sont donc d'apporter un renfort mécanique continu au niveau d'une ligne de fixation structurelle. Pour les sollicitations en cisaillement, le renfort et la plaquette assurent un renfort local de la peau autour de la fixation permettant d'augmenter la tenue en 15 matage, Pour les sollicitations en traction (arrachement), le renfort et la plaquette: - assurent un renfort local de la peau autour de la fixation permettant d'augmenter la tenue au cisaillement; - diffusent les efforts introduits localement au niveau de la fixation sur 20 les deux peaux du panneau, ce qui évite le risque de rupture par décollement peau/âme et/ou par rupture de l'âme. Pour les sollicitations en compression, le renfort supporte la charge de compression. Pour réaliser le panneau 1, 1', on fabrique la première peau 2 par drapage 25 de lais de fibres, imprégnation des lais par une résine polymérisable et polymérisation de la résine. Dans le cas du panneau de la figure 8, un bloc de mousse 7c est positionné dans la partie creuse du profilé. Ce bloc de mousse peut notamment servir de support de drapage in-situ du profilé 5 constitué de tissus ou nappes pré-30 imprégnées de résine. Les panneaux d'âme 7a, 7b puis 4'a, 4'b sont ensuite positionnés, avant le drapage final de la seconde peau 3 puis la mise en polymérisation de l'ensemble sous pression. Les liaisons entre l'ensemble des pièces constituant l'assemblage 3032908 9 (peau sur âme, profilé sur peau, profilé sur âme) sont réalisées par l'utilisation de films d'adhésifs supportés tels que par exemple un film époxy de 300g/m2 de référence « ST1035 » de la société Structil. Il est à noter que l'angle de découpe des blocs 7a, 7b, 7c permet 5 l'application d'une pression de compactage nécessaire à la bonne réalisation des voiles 5c et 5d. Selon la figure 9, le bloc de mousse 7c peut comporter une forme en creux de réception de la plaquette 8 et retenir la plaquette 8 contre la paroi supérieure 5a du profilé.
10 Dans le cas du panneau de la figure 7, les profilés 6 sont déjà cuits et intégrés tels quels sur la première peau 2 tout comme les panneaux d'âme 4a, 4b, 4c. Le drapage de la seconde peau 3, les liaisons par film de colle et la polymérisation sont identiques au panneau de la figure 8. Le profilé de section carrée ou rectangulaire selon l'épaisseur de l'âme et la 15 surface souhaitée pour la première face du profilé offre l'avantage de simplifier les découpes dans les panneaux d'âme par rapport au oméga. En outre, le temps opératoire au stade de réalisation du panneau est minimisé puisque le profilé est déjà réalisé. Le profilé étant réalisé dans une phase préalable, la santé matière dudit profilé est mieux maitrisé, ainsi que la géométrie finale du panneau.
20 Compte-tenu des sollicitations, l'orientation optimale des fibres des drapages est constituée de nappes à 90° et de ±u° (l'axe 0° étant orienté dans l'axe du profilé). Un drapage préférentiel est constitué de 50% de 90° et 50% de ±45°. Pour fabriquer les renforts 6 dans le cas de renforts composites, deux 25 solutions préférentielles sont proposées : Une première solution consiste à déposer des nappes pré-imprégnées sur un mandrin par enroulement filamentaire, puis à polymériser le tube ainsi réalisé. Pour obtenir deux faces externes 6a et 6b planes et parallèles, une conformation par un outillage externe doit être réalisée lors de la polymérisation.
30 Une autre solution consiste à réaliser en préalable une préforme en fibres sèches, puis ensuite de draper cette préforme autour d'un noyau et placer l'ensemble dans un moule femelle. Après fermeture et étanchéification du moule, 3032908 10 la réalisation du profilé est assurée par injection de résine dans la préforme, suivi d'une polymérisation. Dans ce mode de fabrication qui donne le renfort représenté en figure 6, la continuité des fibres n'est pas assurée, ce qui n'a pas de conséquence sur la 5 performance mécanique de la solution. Pour les renforts 5 en oméga, le mode de fabrication préférentiel consiste à draper le renfort en pré-imprégné sur son noyau 7c in situ lors de la fabrication du panneau. Dans ce cas, la polymérisation du renfort sera réalisé dans le même opération que le cycle de polymérisation du panneau 10 Une fois le panneau fini on peut réaliser ou les perçages 13, 14, visibles aux figures 7 et 8 au travers de la seconde peau 3 et de la première paroi 5a, 6a du profilé. Le ou les profilés 5, 6 forment avantageusement des longerons ou des traverses dans un panneau de grande surface et permettent de fixer des 15 accessoires ou des pièces allongées sur toute la longueur ou la largeur du panneau. L'invention n'est pas limitée aux exemples représentés et les renforts peuvent avoir plusieurs, en particulier deux lignes de perçages, la plaquette étant pour sa part de la longueur du renfort ou en plusieurs tronçons. 20

Claims (4)

  1. REVENDICATIONS1 - Panneau composite (1, 1') renforcé comportant une première peau (2) et une seconde peau (3) en fibres liées par une résine polymère de part et d'autre d'une âme (4) de mousse polymère ou d'un nid d'abeille, pour lequel au moins un profilé (5, 6) est disposé dans le panneau entre des plaques (4a, 4b, 4c, 4'a, 4'b) de ladite âme et collé avec lesdites peaux, ledit profilé comportant au moins une première paroi (5a, 6a) appliquée contre la seconde peau (3) côté âme et au moins une seconde paroi (5b1, 5b2, 6b) appliquée contre la première peau (2) côté âme, lesdites première et seconde parois étant reliées par au moins une paroi latérale du profilé interrompant l'âme, caractérisé en ce qu'il comporte dans le ou les profilés (5, 6) une plaquette renfort (8) s'appliquant sous la paroi supérieure du profilé (5a, 6a), ladite paroi étant prise en sandwich entre la plaquette renfort et la seconde peau.
  2. 2 - Panneau composite selon la revendication 1, pour lequel la plaquette renfort (8) est maintenue contre ladite paroi supérieure (5a, 6a) par au moins un pli de matériau composite.
  3. 3 - Panneau composite selon la revendication 1 ou 2, pour lequel la plaquette renfort (8) est une tôle métallique intégrée dans le profilé.
  4. 4 - Panneau composite selon la revendication 3, pour lequel la plaquette est réalisée dans un métal compatible des dilatations différentielles lors du cycle de polymérisation du composite du profilé et collée à ce profilé. - Panneau composite selon la revendication 2, pour lequel la plaquette est enduite d'une couche d'un agent démoulant. 6 - Panneau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel le profilé est un tube (6) pourvu d'une première paroi (6a) dite paroi supérieure appliquée contre la seconde peau (3) côté âme et une deuxième paroi (6b) dite paroi inférieure appliquée contre la première peau (2), la paroi inférieure et la paroi supérieure étant reliées par des parois latérales (6c, 6d) chacune en contact avec une plaque (4a, 4b, 4c) de l'âme, la plaquette étant insérée dans le tube. 3032908 12 7 - Panneau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, pour lequel le profilé est sous forme d'un oméga (5) et comporte une première paroi (5a) dite paroi supérieure appliquée contre ladite seconde peau (3) côté âme et deux pattes inférieures (5b1, 5b2) appliquées contre ladite première peau côté âme et formant ladite au moins une seconde paroi, chacune desdites pattes étant reliée à la paroi supérieure par des parois latérales inclinées (5c, 5d). 8 - Panneau composite selon la revendication 6 ou 7, pour lequel la plaquette renfort (8) est maintenue contre ladite paroi supérieure (5a) par au moins un bloc (7c) positionné dans la partie creuse du profilé. 9 - Panneau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour lequel ledit au moins un profilé (5, 6) forme un longeron ou une traverse du panneau. - Panneau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel le profilé est réalisé à partir d'un drapage de plis de fibres imprégnés de résine puis polymérisés. 11 - Panneau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, pour lequel le profilé est réalisé à partir d'un drapage de nappes de fibres sèches, une imprégnation des fibres par injection de résine et une polymérisation de la résine. 12 - Assemblage comportant un panneau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un élément (10) à fixer au panneau pourvu d'une patte, embase ou bordure (11), s'appliquant sur la seconde peau (3) du panneau et pourvue d'au moins un trou, pour lequel le profilé (5, 6) constitue un support d'ancrage de l'élément à fixer et pour lequel le panneau comporte au moins un perçage (13, 14) traversant la seconde peau, la première paroi (5a, 6a) du profilé et la plaquette renfort en regard du trou et recevant un moyen de fixation (12) adapté à serrer ladite patte, embase ou bordure, la seconde peau et la première paroi. 13 - Assemblage selon la revendication 12, pour lequel le moyen de fixation (12) est un boulon, un rivet ou autre moyen de serrage à tige, pied et tête de serrage.
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