Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
NOTE DE L'ÉDITEUR
La norme NF EN ISO 527-1 d'avril 2012 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN ISO 527-1 (T51-034-1) : Plastiques - Détermination des propriétés en traction - Partie 1: Principes généraux (Révision 2019)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1909 (Octobre 2019).
La norme NF EN ISO 527-3 d'octobre 1995 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN ISO 527-3 (T51-034-3) "Plastiques - Détermination des propriétés en traction - Partie 3 : Conditions d'essai pour films et feuilles" (Révision 2018)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1812 (décembre 2018).
La série de normes NF EN ISO 12215 citée dans cet article a été remplacée par : NF EN ISO 12215-1 à -6 (J95-046-1 à -6) : Petits navires - Construction de coques et échantillons :
– Partie 1 : Matériaux : Résines thermodurcissables, renforcement de fibres de verre, stratifié de référence
- Partie 2: Matériaux: Matériaux d'âme pour les constructions de type sandwich, matériaux enrobés
- Partie 3 : matériaux : acier, alliages d'aluminium, bois, autres matériaux
- Partie 4 : ateliers de construction et fabrication
- Partie 5 : pressions de conception pour monocoques, contraintes de conception, détermination de l'échantillonnage
- Partie 6 : Dispositions structurelles et détails de construction
Révision 2018.
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1810 (novembre 2018).
RÉSUMÉ
En raison de leur importante qualité, les matériaux composites sont très largement utilisés dans le domaine « marine ». Ils y ont supplanté la construction classique en bois depuis nien des années. L’objectif de cet article est de s’intéresser aux applications marines des matériaux composites de façon générale, mais plus précisément au cas des voiliers de compétition. En effet, le domaine de la voile de compétition oblige de toujours progresser dans la conception, la mise en oeuvre ou encore l’utilisation des composites à hautes performances, tant il constitue un moteur de développement important. Les structures, les matériaux utilisés, la conception, le calcul des structures marines et la durabilité sont autant d’aspects étudiés dans cet article.
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Lire l’articleABSTRACT
Due to their high quality, composite materials are widely used in the "marine" domain. They replaced traditional wood construction many years ago. The aim of this article is to deal with the marine applications of composite materials in general and more specifically with the case of competition sailboats. Indeed, as the domain of competition sailing is a major driving force for development, it requires constant advances in design, implementation or even the use of high-performance composites. Structures, used materials, design, calculation of marine structures and sustainability are many of the aspects dealt with in this article.
Auteur(s)
-
Pascal CASARI : Maître de conférences, Université de Nantes
-
Dominique CHOQUEUSE : Ingénieur de recherche à l'IFREMER de Brest
-
Peter DAVIES : Docteur – ingénieur de recherche à l'IFREMER de Brest
-
Hervé DEVAUX : Docteur – ingénieur - Directeur de la société HDS à Brest
INTRODUCTION
Les matériaux composites sont utilisés dans la construction nautique depuis la fin des années 1950. Ils se sont généralisés entre 1960 et 1965, la démocratisation de la plaisance ayant permis une production en série. Grâce à leurs avantages, ils ont supplanté la construction classique en bois.
La part grandissante des matériaux composites dans le domaine « marine » est due aux qualités de ces matériaux. En effet, ils permettent de construire, à faible coût, des pièces complexes (coques par exemple) en une seule partie, sans problèmes d'étanchéité ou de tenue à long terme (corrosion).
Leurs méthodes de mise en œuvre sont adaptées à la production de prototypes, comme des multicoques et mâts en carbone-époxy, par exemple, ainsi que de petites séries, comme des bateaux de plaisance en verre-polyester, permettant, entre autres, de renforcer localement les zones les plus sollicitées et, ainsi, de réparer facilement des navires. Désormais, les embarcations de moins de 24 mètres utilisées pour la navigation de plaisance sont réglementées par la norme ISO 12215 qui établit un ensemble de règles de dimensionnement et de construction, limitant ainsi les évolutions de la technologie des composites structurels.
Cependant, le domaine de la voile de compétition, qui constitue un formidable moteur de développement, permet toujours de progresser dans la conception, le dimensionnement, la mise en œuvre et l'utilisation des composites à hautes performances. En effet, la volonté d'aller plus vite oblige les architectes, bureaux d'études et chantiers de construction à repousser les limites en allégeant les structures et en optant naturellement pour l'emploi des matériaux composites qui offrent des performances mécaniques spécifiques élevées (composites carbone-époxy de résistance élevée pour une masse volumique faible, ou câbles utilisant des fibres aramides ou PBO).
Le présent dossier portera donc sur les applications des matériaux composites dans le domaine, encore très ouvert, de la voile de compétition.
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Conclusions et perspectives
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7. Durabilité
Le contact des structures en matériaux composites avec le milieu marin pose le problème de leur durabilité. Plusieurs facteurs quantitatifs intéressent alors le concepteur :
-
la quantité d'eau potentiellement diffusée dans le matériau ;
-
l'impact de la présence de l'eau sur les propriétés mécaniques, élastiques, et à rupture du matériau ;
-
l'effet d'un couplage contraintes mécaniques – reprise en eau sur les résistances du matériau.
Les deux premières questions trouvent une réponse de plus en plus précise, mais la troisième demeure un problème ouvert.
7.1 Reprise en eau
La reprise en eau d'un stratifié ne peut être directement reliée au niveau de reprise en eau de la résine pure. L'interface fibre/matrice joue souvent un rôle prépondérant. Dans certaines conditions les fibres de verre elles-mêmes se dégradent (fibres en verre E qui contiennent du bore, pour des conditions de température élevées, corrosion sous contrainte). Pour la même température de vieillissement, le comportement en eau de mer semble meilleur que le comportement en eau douce.
On utilise souvent ce résultat pour justifier les essais de vieillissement au laboratoire dans l'eau douce, mais ceci ajoute un facteur d'incertitude à des essais déjà très peu représentatifs de l'application (essais sur petites éprouvettes, dans l'eau non renouvelée, avec bords non protégés et une immersion complète... !). La température des essais, souvent très élevée, peut également provoquer des mécanismes de rupture qui ne sont pas représentatifs de ceux rencontrés en service. Il est couramment admis que pour les essais accélérés la température maximale doit être limitée à Tg – 30 °;C (Tg : température de transition vitreuse).
HAUT DE PAGE7.2 L'influence de l'eau sur les propriétés mécaniques
Il semble parfois être noté une perte de performances avec le temps sans que celle-ci ait pu être directement attribuée à un phénomène de reprise en eau ou de fatigue. Pour les applications bateau de compétition...
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Durabilité
BIBLIOGRAPHIE
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-
(2) - JOURDAIN (R.), CASARI (P.) - Development of operational monitoring sensors for the Veolia racing monohull - . JEC Composites Magazine / no 35 September 2007.
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-
(4) - ZENKERT (D.) - The Handbook of Sandwich Construction - . EMAS, 1997.
-
(5) - DEVAUX (H.), CASARI (P.), CHOQUEUSE (D.), DAVIES (P.) - Comportement en compression et dimensionnement de composites à fibres très hauts modules pour mâts de voiliers de compétition - . Proc. JNC14, Vol. 3, pp. 975-984.
-
(6) - MANGANELLI (P.), WILSON (P.A.) - An experimental investigation of slamming on ocean racing yachts - . 15th Chesapeake Sailing...
(liste non exhaustive)
• Hexcel ( www.hexcel.com/)
• Structil ( www.structil.fr/)
• Airex ( www.alcanairex.com/)
• Schutz ( www.schuetz.net/)
• Diab ( www.diabgroup.com)
• Gurit ( www.gurit.ch)
HAUT DE PAGE
(liste non exhaustive)
• FIN ( www.fin.fr/)
• IFREMER ( www.ifremer.fr/)
HAUT DE PAGE
• ISO 12215 - 2006 - Construction de la coque – Échantillonnage – Partie 5 : Pression de conception pour monocoques, contraintes de conception, détermination des échantillonnages - -
• ISO 527 – Plastiques. Détermination des propriétés en traction 20/09/2007 (date de confirmation européenne de la norme)
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