Brevet FR2244663A1 — publié le 19750418

Les bateaux pneumatiques utilisés actuellement peuvent Btre classés en deux catégories qui se distinguent notamment par les facteurs suivants - nature du matériau des constituants, tels que les enceintes gonflables en forme de cylindre, de tore ou de cône, et les toiles de liaison, - mode a'assemblage des éléments, - comportement du matériau des enceintes sous l'effet du gon flage, - tenue à la mer et performances. Dans la catégorie I, le matériau utilisé est une feuille de chlorure de polyvinyle (PVO) de forte élasticité. Da fait de cette élasticité, z la pression intérieure d'une enceinte réalisée à partir de ce matériau, et donc les contraintes subies par celui-ci sont peu modifiées soit par une augmentation de température, soit par un choc accidentel, de sorte qutil est possible a exécuter des assemblages, travaillant à l'arrachement, par soudage des lèvres repliées jointivement des éléments à réunir, c'est-à-dire suivant une technique d'assemblage à haute productivité. Les bateaux obtenus sont de faibles dimensions - leur longueur est en principe ineérieu- re à 3 m - et leurs qualités nautiques sont modestes. Dans la catégorie II, le matériau utilisé est un tissu enduit d'élastomère, qui présente une faible élasticité. Bu fait, cette fois, de ce manque d'élasticité, une enceinte réalisée à partir de ce matériau se comporte comme une enceinte à, volume constant, et donc toute élévation de température et tout ehoc se traduiront par une augmentation maximum de la pression intérieure. Le matériau est, de ce fait, soumis à des tractions élevées rendant nécessaires des assemblages à haute résistance, mais plus longs à réaliser, obtenus par recouvrement à plat des bords de l'assemblage. Les bateaux,dont la longueur peut atteindre 6 m, avec un moteur de plusieurs dizai- nes de CV, ont des performances élevées. Depuis plusieurs années,a été reconnu l'intérêt de réaliser des bateaux de dimensions et de performances intermédiaires, à un prix de revient modéré. De façon plus précise, il est souhaitable - et c'est le problème qui est à la base de l'invention - de réaliser des bateaux pneumatiques suivant la technique d'assemblage par lèvres åointives de la classe I, qui puissent répondre à certaines exigences nautiques de la classe II. Des tentatives déjà faites dans ce sens, consistant à utili ser une feuille de PVC armée soit d'un tissu chaîne et trame, soit d'une grille de rayonne, ont abouti à des échecs car, sous l'effet de la température, le matériau, privé de son élasticité en raison de la présence d'une armature à deux dimensions inextensible, est soumis à des contraintes beaucoup plus élevées que dans la feuille sans armature, et qui rendent les assemblages très vulnérables. lies considérations qui précèdent peuvent être éclairées par une étude théorique du comportement d'une enceinte gonflée. Pour une bande de matériau supposé isotrope ayant une largeur de 1 cm, on peut définir le coefficient d'allongement Oc à partir de la relation suivante, où 10 est la longueur initiale de la bande et 1 sa longueur sous une charge F en kg, 1 = 1o ( I + &alpha;; F) Si l'on considère maintenant un cylindre de ce m8me matériau ayant à l'état initial un volume V0, un rayon Ro et une hauteur ho, les variations du rayon R et de la hauteur h pour une surpression Ar, à partir de la pression initiale P0, peuvent s'écrire comme suit où # FI est la contrainte radiale égale à # P x où # F2 est la contrainte longitudinale égale à a P x R Etant donné que le volume V est donné par V = # R2 h, on peut écrire ou II est facile de voir que l'expressionoQR0 a les dimensions de l'inverse d'une pression, de sorte que, si l'on pose 2 I x I 5 &alpha; B@ l'équation devient : On en déduit que PE, qui sera appelé "pression d'élasticité", est la surpression qu'il est nécessaire d'introduire dans le cylindre pour en doubler le volume initial V0. PE est dtautant plus élevé quelle corps est plus rigide et tend vers l'infini pour le cas, purement théorique, où le matériau est inextensible (= = 0). On peut également établir une relation, dans laquelle apparait la pression d'élasticité PE, donnant les variations de la pression d'un boudin cylindrique plastique en fonction de la ta6rature. Parmi les valeurs possibles de PE, celle qui est égale à la pression atmosphérique ( I kg/cm2 ), c'est-à-dire une valeur peu différente de la pression initiale P0, est a priori critique. En effet, on peut montrer que si l'on soumet à une augmentation de température une enceinte dont PE est égale à cette valeur, l'élé- vation de pression qui en résultera sera égale à la moitié de la variation que subirait un corps en matériau inextensible.A partir de cette constation, il est tentant de classer les enceintes en 2 catégories : - les enceintes fortement extensibles : FE - les enceintes faiblement extensibles : FE > 1 kg/Gm2 En fait, ces deux cas correspondent aux catégories I et II défi- nies précedemment, comme le montreront les résultats d'essais dont il sera rendu compte dans la suite. Pour un bateau pneumatique dont les caractéristiques seraient intermédiaires entre celles des deux catégories, on doit donc s'attendre à une valeur de PE voisine de l'unité. Tel est bien le cas du bateau suivant l'invention, qui est caractérisé en ce qu'il est constitué en un matériau consistant en une feuille stratifiée formée de trois couches en matière plastique comprenant une tme en un premier polymère dimensionnellement stable, à faible thermoplasticité et à résistance mécanique élevée, disposée en sandwich entre deux pellicules d'un second polymère, différent de celui de l'ame, thermoplastique, et ayant de bonnes caractéristiques de soudabilité. Ce complexe triple confère aux enceintes gonflées une bonne aptitude à supporter les efforts de traction dus à la pression, en raison de la présence de la couche centrale qui joue le rôle d'une armature et est par exemple en Nylon, tout en permettant, par l'effet des deux pellicules de revetement qui sont de préférence en chlorure de polyvinyle, un assemblage facile au moyen de soudures travaillant à l'arrachement entre les sèvres jointives. L'utilisation d'une simple feuille de polyamide, de polyester, ou d'un polymère analogue, aurait comme inconvénient majeur de rendre l'assemblage extrêmement difficile. En effet, si la soudure haute fréquence de ce genre de matériau est théoriquement possible, elle steffectue dans des conditions défavorables et nta pas conduit, jusqu'à présent, à des applications pratiques suffisantes. La double pellicule de polymère de bonne soudabilité, par exemple par soudure à haute fréquence, a donc un rôle nécessaire et offre en outre l'avantage de conférer au bateau une bonne résistance à la déchirure, aux chocs et à l'abrasion, dont est dépourvu un po lymère relativement rigide, tel que le Nylon. Par rapport aux tissus enduits, le matériau proposé par l'invention présente aussi comme avantage d'être à l'abri des "fuites de tranche", qui se produisent dans les tissus enduits lorsqu'une fuite a lieu sur la face intérieure de l'enduetion, du fait que la pression intérieure se transmet alors par effet de mèche le long des fils du tissu. Parmi les matériaux utilisables pour l'ame du complexe proposé, on peut citer outre les polyamides étirés ou non, tels que le Nylon 6, 6/6, 6/10 et 11, les polyesters (téréphtalate d'éthylène), le polyuréthane, le polybutène, les polycarbonates, etc... Les pellicules sont assemblées par des moyens d'adhérence classiques tels que colle, solvant, ou érnuision, plastisol réticulable ou non. Deux matériaux ont été étudiés particulièrement - Matériau A destiné à la confection de bateaux répondant à la norme ARNOR NF-J 37825, catégorie I, dont la constitution est la suivante film PVC plastifié 250 microns film Polyamide 6 60 microns film PVC plastifié 250 microns - Matériau B destiné à la confection de bateaux répondant à la norme A!NOR NF-J 37825, catégorie II, dont la constitution est la suivante film PVC plastifié 400 microns film Polyamide 6 60 microns film PVC plastifié 400 microns Dans le tableau I, ont été réunies les différentes caractéristiques mécaniques de ces matériaux, suivant les essais classiques décrits dans les normes ARSOR, tandis que le tableau 2 donne les valeurs comparées du coefficient d'allongement et de la pression d'élasticité PE pour des boudins cylindriques de 15 centimètres de rayon, en feuille PVC plastifiée, en un complexe triple conforme à l'invention et en tissu enduit, respectivement. TABIEAU I A B Epaisseur moyenne 1/100 mm 57 90 Résistance Rupture kgf/5 cm C 70 130 T T 65 120 kgf/cm2 C 250 290 T 230 270 Module à 20 % kgf/cm C 4,8 7,7 T 4,6 7,4 kgf/cm2 C 85 85 T 80 82 Allongement rupture % C 310 400 T 330 400 Déchirure haricot kgf C 4,3 7,5 ASTM T 4,2 7,5 kgf/cm C 75 83 T 74 83 Déchirure pendulaire kgf C 7 10 T | 6 10 Allongement sous 10 kgf/cm2 20 % C 1,5 1,5 T 1,5 1,5 600 5 6 T 6 7 sous 33 kgf/cm2 20 % C 6 8 T 6 8 60 % C 30 60 T 40 70 Feuille PVC Plastifiée Matériau suivant Tissu Nylon enduit de Effort l'invention Néoprène Température lKg/cm Epaisseur Epaisseur Epaisseur Epaisseur Tissu Nylon Tissu Nylon 0,3 mm 1 mm 0,57 mm 0.9 mm 210 deniers 840 deniers 20x20 12x12 &alpha; &alpha; = 0,500 &alpha; = 0,080 &alpha; = 0,028 &alpha; = 0,0175 &alpha; = 0,01 &alpha; = 0,0038 20 PE = 0,053 kg = 0,333 kg = 0,95 kg = 1,52 kg = 2,67 kg = 7 kg &alpha; &alpha;= 3,000 &alpha;= 0,55 &alpha;= 0,117 &alpha;= 0,095 peu différent à des 60 valeurs à 20 PE = 0,009 kg = 0,048 kg 0,228 kg 0,28 kg peu différent à des valeurs à 20 TABIEAU 2 Les chiffres du tableau 2 montrent que le coefficient d'allongement des feuilles en PVC augmente fortement lorsque la température s'élève. Avec un tel matériau thermoplastique ceci se traduit, dans la pratique, par le fait qu'en gonflant, par exemple, un boudin de 30 centimètres de diamètre à une surpression initiale de 50g/cm2, ltélévation de température - qui devrait normalement, compte tenu de l'étude précédente, conduire, si le coefficient d'allongement était constant, à une élévation de la pression - amène au contraire une baisse de la pression, qui peut descendre, pour une augmentation;de température de 200 à 600 à une valeur de 5 à 10 g. Ce phénomène entraîne non seulement un manque de rigidité du produit lorsque la température est élevée, mais surtout-un risque de destruction du produit lui-même, car si lton regonfle à haute température le produit à la pression initiale de 50 g, il recommen cera à s'allonger et ce processus, reconduit plusieurs fois de suite, amènera une rupture du matériau. Avec un: matériau suivant l'invention, dont le coefficient ac augmente lui aussi lorsque la température s'élève, la rigidité relative du polymère de l' & e s'oppose à un tel processus destructif. Les essais qui ont été effectués montrent en effet que dans un boudin dont la paroi est faite d'un complexe triple, tel que défini plus haut, la pression varie peu en cas d'élévation de tempetatNre. Voici, à titre d'exemple, l'évolution de la pression dans un boudin de 30 centimètres de diamètre lorsque l'on élève la température de 170 à 6000. Le matériau utilisé était un complexe défini de la façon suivante : - feuille PVC 230 microns - polyamide 6.6 40 microns - feuille PVC 230 microns 0' à 170 2' à 170 2' à 600 50 g 46 g 40 g On constate que la pression initiale de 50 grammes devient, après 2' à 600, une pression de 40 grammes. Une augmentation de l'épaisseur du Polyamide 6 conduit facilement à la définition d'un matériau où la pression finale serait plus proche encore de 50 grammes. Mais le résultat obtenu est déjà tout à fait satisfaisant. Le matériau suivant l'invention donne donc au boudin une rigidité nette supérieure à celle d'un boudin en feuille de PVC. la même conclusion peut être tirée de l'examen des valeurs de la pression d'élasticité PE qui se situe bien , à la température ambiante (200C), au voisinage de l'unité, c'est à dire à un niveau intermédiaire entre les valeurs des feuilles en PVC et celles des tissus enduits. L'utilisation du matériau à trois couches qui a été défini précédemment permet d'adopter pour le bateau suivant l'invention des formes qui ne pouvaient être envisagées jusqu'à présent que pour un bateau en tissu caoutchouté, ainsi qu'il ressortira de la dea-cription qui va suivre, faite en référence au dessin annexé, sur lequel :: - la Fig. 1 est une vue schématique en perspective du bateau pneumatique - la Fig. 2 est une vue en plan correspondante,- du bateau dépourvu de son plancher - la Fig. 3 est une vue en coupe montrant un assemblage -type de deux éléments en un matériau en trois couches - la Fig. 4 est une vue en perspective montrant un raccordement torique entre les boudins cylindriques et deux éléments cylindriques définissant la pointe du bateau - la Fig. 5 est une vue schématique en élévation qui fait ap parartre la remontée du nez du bateau ; - la Fig. 6 est une vue en coupe montrant le mode de constitution des boudins et leur liaison avec le taud et avec la toile de fond sur laquelle prend appui le plancher par l'intermédiaire d'une quille. Le bateau a en plan une forme en U (Fig. 1 et 2) définie par deux boudins 1, 2, qui se terminent à l'arrière par un è8ne 3 et dont les extrémités avant se rejoignent en formant une pointe ou nez 4. Un tableau arrière 6, réuni aux boudins en avant des cônes 3 délimite avec les boudins l'habitacle de l'embarcation. la pointe 4 du bateau est réalisée par un joint d'assemblage 7, situé dans le plan médian, entre deux surfaces cylindriques 8 eut~9, raccordées chacune par une surface torique 11, 12, avec la surface cylindrique du boudin correspondant (Fig. 4). Ainsi qu'on l'a montré dans le brevet FR 1 549 242, le développement à plat des sections situées dans le plan de joint 7 est une sinusorde. Ltaxe X des surfaces cylindriques 8, 9 de pointe présente une obliquité par rapport à l'axe Y des boudins, ce qui crée une remontée du nez et une forme de proue conférant de bonnes qualités nau tiques et un aspect esthétique à l'embarcation (six. 5). Chaque boudin est obtenu par l'assemblage de trois bandes 13, 14, 15 qui sont respectivement une bande supérieure, une bande cen trale et une bande inférieure. Cette manière de faire a pour avantage de diminuer les plis qui apparaissent dans la partie arrondie constituant l'avant- du bateau, car en procédant ainsi on se rapproche de la forme géométri que d'allure torique que l'on désire obtenir au gonflage, cette surface, non développable, ne pouvant pas en théorie etre réalisée par des membranes peu élastiques se présentant initialement à l'é tat plan. De ce fait, la bande centrale 14, peut Btre considérée, au début de 1 t assemblage, comme une surface d'allure cylindrique d'axe vertical. Une légère conicité est donnée aux boudins gonflés 1, 2 dont le diamètre est plus grand aux extrémités arrière du bateau qu'au nez. Cette conicité est obtenue par la découpe judicieuse des ban des formant le dessus 13 et le dessous 15 des boudins. Pour des raisons d'économie dans l'utilisation du matériau, la bande centrale 14 a une largeur constante et égale au tiers du périmètre du boudin à la naissance de la courbure avant. La réalisation en trois bandes des boudins permet aisément de souder la toile de fond 16 et le taud 17 sur les soudures reliant ces bandes (piu. 6). Comme le suggère cette figure, et moyennant la présence entre le plancher rigide 18 et le fond 16 d'une quille 19, cette disposition contribue à donner à la eoque une forme de "triiiaran". L'extrémité arrière du fond 16-remonte en 16a perpendiculaire ment à l'axe des boudins pour faire l'étanchéité arrière du bateau. Grtce à une découpe appropriée des bords arrière de la toile de fond, un assemblage est réalisé en 21 avec les boudins. Etant donné que les boudins 1, 2, l'avant en ogive 4, les cônes arrière 5, et les toiles de liaison 16, 17, sont en un matériau constitué par un stratifié comprenant une ame a sur les faces res estives de laquelle sont réunies deux pellicules c, b en chlorure de polyvinyle, il-est possible a'exécuteur l'ensemble des assembla ges par soudage à haute fréquence et, pour assembler deux éléments A, B, de recourir très largement, en raison des contraintes de f traotion modérées qui se développent dans le matériau sous l'effet de~la pression de gonflage, à des soudures travaillant à l'arrache ment réalisées entre des lèvres m, n, repliées jointivement. De telles soudures sont prévues notamment pour l'exécution du joint 7 à la pointe du bateau, de l'assemblage 20 entre les bandes 13, 15 des boudins, du joint 22 réunissant les demi-toiles de fond 16b, 16c, du joint 23 reliant aux cônes 3 l'extrémité arrière des boudins. A titre indicatif on peut réaliser le bateau dans l'ordre suivant - soudure des valves et accessoires, - assemblage des bandes 13-13, 15-15, 14-14 des boudins, selon la sinusoïde d'intersection (soudure à l'arrachement), - assemblage des bandes supérieure et inférieure avec la bande centrale (13-14, 15-14) (par cisaillement, avec lisière), - soudure périphérique de fermeture :: 15-15 (soudure à l'arrachement), - fixation des demi-fonds 16b, 16c et du taud 17 sur les flotteurs (par cisaillement), - réunion des demi-fonds 16b, 16c (soudure à l'arrachement), - mise en place des volumes de sécurité à l'intérieur des boudins et soudure de la valve des volumes de sécurité sur chaque cbne 3, - fermeture des cônes 3 (par cisaillement), - soudure des cônes 3 sur les boudins (à l'arrachement). On met alors en place le plancher et la quille, dont le rôle principal est de tendre le fond du bateau suivant une forme de V aplati, en donnant au bateau le maximum de performances : vitesse, stabilité, manoeuvrabilité, tenue du cap, en fonction de la puissance du moteur, de la charge transportée et de sa répartition. Un bateau pneumatique ainsi exécuté peut appartenir à la classe I ou à la classe II de la norme ARNOR. Les avantages par rapport aux articles en feuille PVC sont principalement : - une plus grande rigidité des boudins et du fond, rendant possibles des performances nautiques raisonnables en utilisant des moteurs de 1,5 à 6 CV ; - un bon comportement par temps chaud et l'élimination du risque de destruction du matériau après regonflages successifs rendus nécessaires par un ramollissement sous l'effet de la température. Fn pratique, le bateau pneumatique proposé, par ses dimensions moyennes, s'intercale entre la classe des jouets gonflables de plage et celle des bateaux plus importants réalisés en tissu enduit. On a réalisé un prototype qui a 2,85 mètres de long, environ 1,30 mètres de large, et des flotteurs dont le diametre moyen est 32 centimètres, II est capable de supporter un moteur hors-bord d'au moins 6 CV. - BEVENDICATIONS 1 - Bateau pneumatique caractérisé en ce qutil est constitué en un matériau consistant en une feuille stratifiée (A, B) formée de trois couches de matière plastique (a, b, c), comprenant une âme (a) en un premier polymère dimensionnellement stable, à faible thermoplasticité et à résistance mécanique élevée, disposée en sandwich entre deux pellicules (b, c) d'un second polymère différent de celui de l'âme, thermoplastique, et ayant de bonnes caractéristiques de soudabilité. 2 - Bateau pneumatique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'ame (a) est -en polyamide tel que le Nylon 6. 3 - Bateau pneumatique suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'åme est en une matière telle qu'un polyester, le polyuréthane, le polybutène, un polycarbonate. 4 - Bateau pneumatique suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les pellicules de revêtement (b,c) sont en chlorure de polyvinyle plastifié. 5 - Bateau pneumatique suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les pellicules de revêtement (b, o) sont réunies à l'âme (a) par autocollage ou au moyen d'un agent adhésif. 6 - Bateau pneumatique suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le coefficient d'allongement &alpha; étant défini par la relation suivante : 1 = lo (1 + oB), dans laquelle lo est la longueur initiale d'une bande de matière dont la largeur est de un centimètre et un sa longueur sous une charge F en kg, ce eoeffi- cient,-pour une épaisseur d'une bande dudit matériau inférieur à un millimètre, est inférieur à 0,05, à la température de 200, et de préférence de l'ordre de 0,02. 7 - Bateau pneumatique auivant la revendication 6, caractérisé en ce que la pression d'élasticité Ps étant définie par la surpression qu'il est nécessaire d'appliquer dans un boudin cylindrique de 15 centimètres de rayon, pour en doubler le volume initial VO, la valeur en kg PE d'un tel boudin, dont la paroi est formée dudit matériau, est voisine de l'unité à la température de 200 et pour une épaisseur comprise entre 0,5 et 1 millimètre. 8 - Bateau pneumatique suivant la revendication 7, caractérisé en ce que pour une épaisseur de matériau de l'ordre du millimètre la pression d'élasticité PE est d'environ 1,5 kg. 9 - Bateau pneumatique suivant l'une des revendications précé dentes, caractérisé en ce que 1' épaisseur de l'âme (a) est comprise entre 30 et 100 microns. 10 - Bateau pneumatique suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ltépaisseur des couches de revêtement (b, c) est comprise entre 200 et 500 microns. 11 - Bateau pneumatique suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux pellicules de revêtement (b, c) ont la même épaisseur. 12 - Bateau pneumatique suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé encre qu'il a en plan une forme en U définie par deux boudins (1, 2) qui se terminent à l'arrière par un cône (3), et dont les extrémités avant se rejoignent en formant une pointe ou nez (4). 13 - Bateau pneumatique suivant la revendication 12, caractérisé en ce que les assemblages (23) entre l'extrémité arrière des boudins (1, 2) et les cônes (3), et l'assemblage (7), situé dans le plan médian du bateau, entre les extrémités avant des boudins (1, 2), sont des soudures travaillant à l'arrachement formées entre deux lèpres repliées jointivement (m, n) des éléments correspon dants. 14 - Bateau pneumatique suivant l'une des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que chaque boudin (1, 2) est formé par l'assemblage de trois bandes (3, 14, 15). 15 - Bateau pneumatique suivant la revendication 14, caractérisé en ce que l'assemblage de fermeture des boudins (1, 2) est constitué par une soudure travaillant à 11 arrachement formée entre deux lèvres repliées jointivement (m, n) des éléments correspondants. 16 - Bateau pneumatique suivant l'une des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que la toile de fond (16) qui réunit les boudins (1, 2) à leur partie inférieure est formée de deux demi-largeurs (16b, 16c) assemblées dans le plan médian du bateau par une soudure (22) travaillant à 11arrachement formée entre deux lèvres repliées joîntivement (m, n) des éléments correspondants. 17 - Bateau pneumatique suivant l'une des revendications 12 à 16, caractérisé en ce que le nez (4) du bateau est relevé par rapport aux boudins (1, 2).