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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Sollicitations mécaniques
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1. Exemples de structures
On se limitera ici à deux types de bateaux, les monocoques 60 pieds Open (figure 1), et les multicoques (trimarans et catamarans, figure 2).
La réalisation de monocoques aboutit à une optimisation de concepts développés depuis l'avènement de courses transatlantiques et autour du monde. Beaucoup de voiliers sont désormais fabriqués entièrement en matériaux composites. Sur le voilier PRB, par exemple, outre la coque réalisée en sandwich carbone-époxy, on distingue des appendices (safrans et dérives), ainsi qu'un mât et des outriggers (tubes destinés à écarter l'ancrage des haubans) entièrement en composites.
Les grands multicoques transocéaniques, comme « Geronimo » – figure 2 – (longueur : 34 m, largeur : 22 m, hauteur de mât : 40 m, déplacement : 17 t) emploient également, très largement, les matériaux composites pour la coque, le mât et les appendices. Ces nouveaux voiliers ont amené les architectes et concepteurs à extrapoler des règles de dimensionnement à cause de l'augmentation de leurs dimensions.
De l'analyse de la répartition des coûts de construction d'un multicoque de course (figure 3) on constate que la plateforme (coque centrale, flotteurs et bras de liaison), représente environ la moitié du budget [1]. Ce fait est lié au coût très important des matériaux, mais ne constitue pas une limitation, tant le gain de performances est apparu significatif.
Pour évaluer l'intérêt des matériaux composites en construction navale, des exemples de structures sont présentés ci-après.
1.1 Plateforme de multicoque de course au large
Les contraintes hydrodynamiques de finesse des coques, associées à un besoin d'élargir les bateaux afin de leur donner une plus grande stabilité, ont nécessité la construction de nouvelles coques, ou la modification de celles existantes.
Pour relier la coque centrale et les flotteurs, des bras de liaison, aux formes non développables, sont réalisés séparément, puis collés à l'aide de reprises de stratification dans des zones où les flux de contraintes sont très importants et peuvent s'avérer complexes. Les structures de multicoques ressemblent...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DELECROIX (X.) - Démontage d'une formule 1 des océans - . L'Expansion no 688, juillet 2004.
-
(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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(3) - BUNSELL (A.R.) - Fibre reinforcements for composite materials - . Elsevier 1988.
-
(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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