Brevet FR2616739A1 — publié le 19881223

La présente invention concerne un procédé de construction -de bordé de coque d'embarcation synthétisant 3 procédés traditionnels, à savoir la construction en bois ioulé, en bois latté et la construction sandwich, ou la combinaison de deux ou des trois procédés entre eux. La construction en bois ioulé est pratiquée en collant ensemble selon une orientation différente par divers doyens (agrafage, pressage, collage sous vide d'air), des lattes (1) de bois tranchées, sciées ou de contreplaqué d'épaisseur variant de 1 à 6 n (la figure 1 représente cette technique). Le premier pli(2) de ces lattes de bois est soit appliqué sur un ioule mâle, dans ce cas le bordé pourra se passer de raidisseurs (coque auto-porteuse), soit tendu sur un ensemble de lisses (3) et membru- res (4), qui restera intégré au bordé. Les principawl avantages sont : - outillage et connaissances réduits - lanutention aisée des matériaux mis en oeuvre - légèreté, solidité transversale et longitudinale - réparabilité aisée - esthétique agréable (intérieur tout bois) - étanchéité - longévité - ne se fatigue pas. - Les inconvénients majeurs sont - n'autorise pas toutes les formes (demande des courbures douces) - très long à mettre en oeuvre - les collages et ajustage doivent être précis - ne permet pas de moduler l'épaisseur du bordé en fonction des zones de contrainte (étrave, cadènes, lest, gouvernail) - ne présente pas une excellente isolation phonique et thermique - ne peut recevoir sans risques de délaminage une plastification de pro tection ou de renfort - offre une trop grande raideur à l'impact ponctuel (épave flottante, ro cher, etc ) La construction en bois latté est pratiquée en juxtaposant collant et fixant par clouage (7), agrafage ou vissage, sur un ensemble de membrures (4) et de lisses, des lattes (5) de bois dans le sens longitudinal. La figure 2 représente cette technique. Les lattes de bois sont généralement bouvetées (8). La figure 3 représe te ce bouvetage. Les avantages Principaux sont ceux du bois ioulé mais avec une raide transversale amoindrie et une réparabilité plus délicate. Par contre, raideur longitudinale est accentuée, et la rapidité de mise en oeuvre an liorée. Le principal point faible vient du fait que des lattes passives sont ju: taposées sans joint souple pouvant absorber les variations d'épaisse dûes au gonflement du bois par suite d'un changement de son taux d'hygr pétrie (surtout dans les fonds de la coque et en cas de blessure du rev testent protecteur, soit extérieur, soit intérieur), et que de ce fait décollement des lattes entre elles et leur support peut survenir, av toutes les conséquences connues (perte d'étanchéité, de solidité, pourri sement, abaissement de la valeur vénale du produit) La construction en sandwich polyester se compose général nuent d'une àie (9) d'un matériau léger (balsa "bois debout" ou plus gén ralement mousse de polyuréthane > collée en "sandwich" entre deux peaux i stratifié de fibre de verre + résine polyester (13) La figure 4 représe te cette construction. Il existe une grande diversité de mise en oeuvre (sur moi le mâle, ou femelle, voire sans ioule) et de produits utilisés qu'il 5 rait fastidieux et inutile de décrire ici. Les principaux avantages sont les suivants - relative rapidité de mise en oeuvre - autorise toutes les formes - excellente isolation thermique et phonique - bonne raideur du bordé - entretien faible - bonne longévité - légèreté - excellente étanchéité. Les principaux inconvénients sont - mise en oeuvre des matériaux délicate (respect des contraintes chia: ques) - intérieur du bateau å retravailler (vaigrage) - risques de délaminage - nécessite l'investissement d'un moule. Le tableau suivant compare ces 3 procédés au procédé de la présente inve tion, qui sera décrit plus loin. TABLEAU COMPARATIF DES DIFFéRENTS PROCEDES Points de Comparaison Bois ourlé Bois latté Sandwich Présente Polyester Invention Outillage et Connais Excellents Excellents Bons Bons sances Efforts Physiques Restreints Restreints Restreints Restreints Formes spécifiques A courbures Courbures Courbures Courbures douces et bouchains Rigidité longitudinale Bonne Excellente Très bonne Excellente Rigidité transversale Excellente Moyenne - Très bonne Excellente Points faibles Faiblesse Décollement Délaminage Inconnus ponctuelle des lattes Points forts Légêrete Facilité de Isolation Raideur Isol. construc. aspect Int. Coût du matériau Moyen Moyen Moyen Moyen Déplacement type Léger à - Moyen à Léger à Léger à moyen lourd moyen moyen Itanchéité générale Bonne Moyenne Excellente Excellente Facilité de finition Moyen Moyen Moyen Bonne Construction en série Petite - Petite Série Petite série série moyenne série Points de Comparaison Bois Moulé Bois Latté Sandwich Présente Polyester Invention Valeur revente Bonne Faible Bonne Très bonne Risques décollement Faibles - trops Moyens Faibles délaminage grands Nécessité d'un moule Non Non Oui géné- Non ralement Résistance aux chocs Faiblesse Faiblesse Moyenne Bonne ponctuelle liaison latérale Combinaison de procé- Quelques Parfois Faible Plusieurs dés de mise en oeuvre variantes associé au combinai bois moulé sons Tarets Très bonne Point Inatta- Inattaqua faible quable ble IEKLROUK IMPORTANTE En construction nautique, la grande diversité des mat riaux utilisés et des "tours de main" des chantiers fait qu'il est impo sible de définir précisément un procédé, et on peut considérer que da ceux décrits ci-dessus il existe en moyenne au moins une variante par c que construite. De plus, une coque d'embarcation reste une "oeuvre d'art" dans le sensbeaucoup de paramètres ne sont pas cernables par des calculs scientif ques et que les bons bateaux sont la synthèse de connaissances emplir ques, d'une expérience parfois séculaire et de calculs scientifiques r goureux. BIBLIOGRAPHIE- On pourra se référer aux documents suivants : 1- Hors série N 4 Loisirs Nautiques :"Connaissance de la construction n derme des bateaux en bois" (ouvrage de vulgarisation) 2- Les méthodes modernes pour construire un bateau en bois (ouvrage tecl nique) de Pierre Gutelle aux EMOM 3- Structure et Construction du voilier TENON de Piere Aubry (ouvrage tec ] nique). 4- Hors série N010 Loisirs Nautiques :"La Construction polyester dans plaisanee" 5- Hors série N016 Loisirs Nautiques "Alu-Acier-lnox" 6- Haliotis dessiné par J.P BROUNS, Architecte Naval La présente innovation découle de la combinaison nouvelle de moyens connus, elle vise à supprimer les inconvénients majeurs des procédés précités et à conserver leurs principaux avantages Le principe de départ est celui de la construction en bois latté, dont nous connaissons les avantages, les inconvénients majeurs étant rappelés :: - faiblesse des liaisons transversales - risque de décollement des lattes entre elles et leur support par suite de leur variation de volume Le procédé inventé utilise des lattes (ll) dont la section est indiquée sur la figure 5, la forme de cette section n'étant pas exhaustive, seul le principe est ici décrit Dans la rainure triangulaire laissée libre entre les lattes, sont collés des profilés de mousse (12) et sur la surface plane ainsi obtenue est stratifié un revêtement de tissus de verre (13).Ces lattes sont obtenues à partir de profilés triangulaire, tronqués sur deux angles afin d'obtenir deux faces (26 et 27) qui assureront la liaison avec les autres lattes.La face comprise entre ces deux dernières sera située à l'intérieur de la coque, elle seule restera visible (28). Les deux faces restantes du triangle initial (29) et (30) recevront le profilé de mousse. Pour aider à la compréhension, comparons le procédé inventé A comme indiqué sur la figure (6), à une construction semblable hypothétique B qui utiliserait un lattage conne indiqué sur la figure 7. Le calcul démontre que les volumes de bois et de mousse sont identiques. 10- Gonflement En A, les lattes peuvent accepter une légère variation d' paisseur (nous verrons plus loin la solution utilisée pour circonscri cette variation d'épaisseur) car leur dilatation se répartit dans la mou se, matière apte à accepter une légère compression. En B, le gonflement fait varier la longueur L, et le su port (la membrure 4) restant invariable, le décollement est inévitable. 2 - Déla inave En B la contrainte au délaminage de la mousse sur le bo se fait au pelage. En A, cette contrainte se fait au cisaillement ce qui e nettement préférable, surtout pour un matériau comme la mousse. 30 Surface d'Ancrage En B la surface d'ancrage de la mousse sur le revèteme: bois est égale à la surface d'ancrage du stratifié sur la mousse. En A cette surface est doublée. Donc grâce aux avantages d crits en 2 et 3; il y a quasi-impossibilité-de décollement de la mous. sur son support bois. 40 Compression En B en cas de compression du bordé (choc de toute nature la peau de stratifié n'appuie que sur la mousse, matériau nettement pl compressible que le bois. En A cette compression est répartie entre la mousse et le bois, celui-ci affleurant le stratifié. 3 - Moment d'Inertie L'inertie des profils A est nettement supérieure aux profilés B d'où une plus grande raideur longitudinale du bordé. 6 - Poids A surface de bordé égale, les poids sont quasiment identiques.Cet exposé des 6 points principaux de comparaison suffit à dégager la nouveauté technique apportée. On décrira ci-dessous les avantages apportés par ce procédé sandwich uélioré : -Possibilité de construire à l'unité sans moule des embarcations à un prix concurrentiel, le temps de main d'oeuvre n'étant pas prohibitif. -Très faible investissement technologique et investissement matériel nul pour les chantiers pratiquant déjà la construction bois et la technique du vide. -Suppression radicale des inconvénients propres au bois latté. - Isolation thermique et phonique très satisfaisante (l'isolation thermi que n'est pas quantifiée, elle peut varier avec la densité de la mous se, la ou les essences de bois utilisées, le profil de latte choisi) - Possibilité d'utiliser des profilés d'un alliage d'aluminium, assem blés soit par soudage, soit par rivetage, soit par collage, soit par en boitement. - Possibilité de moduler grâce au stratifié, la résistance du bordé en fonction des zones de contrainte. - Intérieur de la coque tout bois. - Très peu de reprise de travail å l'intérieur. - Les risques de délaminage, f iblesse principale de la construction sand winch, sont circonscrits. - Résistance générale améliorée, excellente raideur longitudinale, très recherchée pour les yachts à voile (résistance aux contraintes indui tes par la compression du mât et la traction des haubans), et meilleu re résistance à l'impact ponctuel. RKWQUE On ne peut quantifier ici les valeurs de résistance train versale, longitudinale, ni au poinçonnement, ni les poids de bordé, ni valeur du coefficient d'isolation thermique. En effet, la richesse du procédé permet de moduler, en fonction de ch; que construction : - le profil et le matériau des lattes - la densité de la mousse - l'échantillonnage du stratifié et la nature de ses fibres - la densité du réseau de membrures (et de lisses si employées) - le choix ou non d'un deuxième sandwich comme décrit à l'aide de la fig re (16) et de son commentaire. Seul l'art de l'architecte allié à l'expérience du chantier définira ces choix. A titre d'exemple non limitatif, on va décrire ci-desso un prototype qui a été réalisé selon l'invention. La figure (8) représente ce prototype. Sur deux membrures (4) en lamellé collé de section 30x30 n, espacé d'axe en axe de 400 n, offrant une face concave (16) et une face co vexe (17), et de longueur développée de 2 m, liées entre elles par d lisses (3) de section 20 x 40 n, espacées d'axe en axe de 400 MI, o: été collées entre elles, puis collées et agrafées sur leur support, un e semble de lattes de bois (5) (épicéa de montagne), comme décrites sur figure (8). Ces lattes ont été obtenues à l'aide d'une scie circulaire fixe à lame i clinable par sciage de planches d'épaisseur égale à la hauteur du prof des lattes, en retournant ces planches à chaque passe (double parement). La figure(5) décrit le profil des lattes utilisées. Puis des sections de profilés de mousse (12), obtenues également par sci ge d'une plaque de ce matériau, ont été collées sur le périmètre de surface en dent de scie engendrée par le collage des lattes (14). La lo gueur de ces sections de profilés étant de 10 mm supérieure à la large de l'adhésif double-face, ici partiellement représenté (15), utilisé pl loin, soit 40 n. La pression de collage a été obtenue par le placage p agrafage de lattes souples, provisoires en frêne de 4 n d'épaisseur, pr tégées de la colle par un film plastiquenon adhérent (non représentées) Après ponçage rapide de ce joint périphérique, on a essa à sec d'emboîter les profilés de mousse Malgré le faible rayon de courb re (environ 400 n > de la surface concave (16) et le grand rayon (env ron 1 200 ms) de la surface convexe (17), seuls deux angles différez ont été nécessaires pour assurer un contact correct, recommandé par le f bricant de colle (epoxy) Remarque : Cette forme en S et ses deux rayons de courbure représente dans sa partie la plus tourmentée, une section de coque yacht à voile de type "Haliotis" Après repérage au feutre de couleur des deux types de pro fil, on a apposé l'adhésif double face sur le joint périphé rique, puis encollé les rainures et emboîté les profils de mousse. Ensuite on a posé le système de drainage de l'air (18) (Scotch Brite, marque déposée) représenté dans la phase collage des tissus de verre, puis collé sur le joint périphérique un film plastique (19), appelé "poche à vide", comportant en son centre un orifice relié à un tuyau au bout duquel a été branchée une pompe à vide assurant une dépression de 700 g/cm2 (20). La dépression a plaqué la mousse dans les intervalles, et une fois la colle polymérisée, on a obtenu une surface plane qui a été légèrement poncée afin de recevoir 2 tissus de verre (21), collés également sous vide d'air. Des essais, certes subjectifs, ont montré l'extrême légèreté, raideur et élasticité de ce prototype volontairement légèrement construit, et on a été surpris de la rapidité de mise en oeuvre des matériaux. APPLICATIOl InUSTRIELE On rappelle que la présente invention n'intéresse que le bordé d'embarcation, et que les structures intérieures (lisses et oembru- res principalement) et les raccordements de ce bordé aux autres éléments de l'embarcation (quille, pont, étrave, étambot et tableau arrière) ne sont pas compris dans la présente innovation Ces raccordements font partis des techniques traditionnelles. Cependant, afin de description d'une application industrielle, non limitative, on citera ces éléments. On prendra le cas d'une coque de voilier dériveur lesté de 10m par 3,70 m, déplaçant 6 tonnes, à retour de gaîbord. L'architecte recommande en construction mixte bois latté/bois moulé, l'échantillonnage suivant : Les lattes de bois (acacia dans la partie vive, épicéa de montagne dans les hauts) d'épaisseur 12 n supportent 3 plis de bois tranché de 3 n, croisés à 45 o, soit une épaisseur totale de 21 m La structure est composée de membrures de laiellé-collé de 30 x 30 n espacées de 500 n.La rigidité longitudinale est assurée par une poutre-quille, une bauquière de 35 x 50, et par le bordé mixte. On rappelle que cette construction est critiquée et que l'expérience a parfois montré une séparation du bordé de bois ioulé sur son support de lattes, ces deux bordés travaillant différemment, soit par les contraintes mécaniques, soit par les contraintes de dilatation hygrométrique. L'idée de départ est de reprendre ce procédé, d'en améliorer les qualités et d'en éliminer les défauts majeurs. CONSTRUCTION Sur un alignement de gabarits espacésde 500 mm, sont fixés - la poutre-quille, lamellée-collée (ses caractéristiques n'intéresse pas la présente innovation) - un réseau de lisses de section 20 x 40 n espacées de 400 n dans l rayons courts (retour de galbord) Ces lisses provisoires sont maint nues à l'aide de deux sandows (rondelles de chambre à air) croisés fixés sur des taquets. A l'aide de ce réseau de lisses provisoires, nous allons mouler sur pl; ce les membrures en adoptant le système de membrures (4) dévoyées (fig qui nous permet - une grande rapidité d'exécution - de ne pas entailler les membrures (ni les lisses si l'on choisissait procédé dans une autre construction) Les inconvénients sont que, surtout dans les extrémités de la coque, l aménagements devront tenir compte de ce dévoyage, et que la liaison met brures/quille sera plus longue d'exécution. Les membrures moulées sont ensuite rabotées à 30 n et toupillées afin t recevoir plus tard, dans la zone vive de la coque une stratification t protection, dont on reparlera plus loin. L'étape suivante fait intervenir l'innovation technique décrite. Sur réseau de membrures sont collées entre elles et collées et agrafées sr ce support un ensemble de lattes et ce en commençant par le pavois. liaison de ces lattes à leurs extrémités sur l'étrave et le tableau arrêt re, et plus tard sur la quille n'intéresse pas ce procédé, elle fait a pel à des techniques traditionnelles. Les bavures de colle sont, à l'intérieur, étendues au pinceau, ainsi q dans le fond des rainures (procédé époxy). L'agrafage se fera comme décrit sur la figure 5. La confection des lattes de bois et des profilés de mousse pourra s'ope rer comme elle est décrite dans le prototype. Puis on relève les angles formés par la juxtaposition des lattes, à l'ai de de gabarits de mousse différents et repérés par tout moyen (on propc se la couleur). On repère et on délimite ces zones d'angle identiques p Remarque : Aux emplacements prévus de cadène, hublots, passe coque, etc, c'est-à-dire toutes les ouvertures et zones de compression dues aux accessoires, on remplacera la mousse par des profi lés de bois, afin- de mieux supporter les contraintes. (se réf é- rer à la technique traditionnelle) La mousse collée sur toute la coque, dépoussiérée par aspiration, on procédera à la stratification (se référer aussi à la technique traditionnel le). Par exemple, pour notre coque, on proposera 5 tissus de 300 g passant par dessus la quille, venant doubler l'épaisseur dans les oeuvres vives, la portant à 10 tissus, avec les dégradés traditionnels. On collera sous vide afin d'optimiser les qualités du stratifié, d'économiser la colle et de gagner du temps lors du ponçage. Les opérations ultérieures ne sont pas concernées par l'innovation. Finalement on procédera dans les fonds à une stratification de protection et d'imperméabilisation à l'aide d'un tissu de 300 g : une bande chevauchant chaque membrure, un tissu plus large sur le bordé et recouvrant le débordement de la bande. Remarque : Dans la zone vive soumise à une forte humidité, on choisira de placer des lattes dont le fil du bois (22) est parallèle au bordé afin qu'un éventuel gonflement n'augmente pas la lar geur de la latte, favorisant son décollement (figure 10). La présente innovation cesse à cette étape de la construction. DéFINITION DES MATERIAUX Col le : La colle utilisée est exclusivement une colle époxy, par exemple système SR500 et SD 4007 pour bois/bois et bois/mousse, et S 1500 + SD 2500 pour le stratifié/mousse, de Siconîn (une de moins toxique d'emploi). Mousse On appellera mousse dans le descriptif tout produit apte à compo ser l'âme d'un sandwich, selon la mise en oeuvre traditionnell mousse polyuréthane, mousse PVC Damicelle, marque déposée, o balsa bois debout). Bois : On recommande du robinier (faux acacia) dans les zones humides, d forte contrainte, où le poids n'est pas un handicap et de l'épi céa de montagne (altitude supérieure à 1000m) pour les hauts. Bie évidemment, ceci ne peut être exhaustif, et les facilités d'appro vîsionnement guident souvent le choix parmi la très grande diversi té des essences aptes à satisfaire les exigences. Agrafes : Inox, restent intégrées à la structure. Stratifié : Le stratifié utilisera comme liant de la colle époxy et coin me tissu soit du tissu de verre, avec ensimage ad-hoc, soi une fibre moderne comme par exemple la fibre de carbone ou d kevlar (marque déposée), ou le mélange de deux de ces fibres ou des trois (tissus mixtes). On appellera parfois stratifié des feuilles de bois contrecol lées. Aluminium Sera utilisé un alliage d'aluminium (par exemple C51S de Al can) choisi parmi la très grande variété proposée sur le marché, en fonc tion des critères de facilité d'extrusion, de qualités mécaniques, et d soudabilité Un traitement (dérochage chimique ou mécanique) pourra opti miser l'accrochage de la colle liant la mousse En résumé, dans le descriptif seuls sont utilisés les termes de : colle mousse, bois, agrafes, stratifié, alu inìum, afin de simplifier le texte. DESCRIPTIONS DES DESSINS La plupart des remarques aident à la compréhension du descriptif, suggèrent des utilisations industrielles possibles de l'innovation, mais ne couvrent pas l'étendue de cette dernière Figure 11 : Exemple de profil dont la surface de liaison est constituée d'arcs de cercle. ha liaison entre profilés de mousse est ali gnée ici avec la liaison entre lattes, afin de plus de sou- plesse en (23), ce qui permet de compenser les variations d'angle dues aux courbures de la coque. Figure 12 : On a donné ici une plus grande isolation et augmenté l'iner tie du bordé par une plus grande épaisseur. Figure 13 : Il s'agît ici d'une planche rainurée, qui permet de-gagner du temps lors de la pose, améliore l'aspect intérieur de la co que (soins de lignes de joint). Figure 14 : On a apposé ici un bois moulé et non un stratifié de tissus ce qui peut intéresser un chantier qui ne désirerait pas uti liser la technique du stratifié et celle du collage sous vi de. Figure 15 : Ce relief à dépouille négative nécessite l'inclusion de la mousse lors de la pose des lattes. L'orientation des fibres du bois sera nécessairement parallèle au bordé. Figure 16 : Un deuxième sandwich est constitué sur le premier, afin d'amé liorer l'isolation et la raideur. Figure 17 : Exemple d'emboîtement qui augmente la surface de collage en tre lattes et aligne parfaitement celles-ci lors de la pose. j Figure 18 : Exemple d'emboîtement de profilés en aluminium qui évite le soudage et ses inconvénients (court, affaiblissement des quali tés de l'alliage, détérioration d'un éventuel revêtement). Ces profilés sont collés (colle en noir sur le dessin) et "clipsés" en force. Ils peuvent être liés à une "structure bois" en lamellé-collé (quille, bauquière, étrave et tableau arriéré) par collage et vissage Figure 19 : Liaison de profilés en aluminium par soudage. Figure 20 : Idem Figure 21 : Exemple de liaison avec latte intermédiaire qui peut simpl fier la fabrication de ces dernières (rainures identiques, peut inverser les lattes au montage) surface de collage au mentée, allégement, augmentation de l'isolation par exemple dans les hauts du bateau) Figure 22 : Des fibres de verre, carbone ou Kevlar sont insérées dans fond des rainures afin d'améliorer la rigidité longitudinale. Figure 23 : Les rainures sont usinées dans les profils, la mousse est i sérée au montage des lattes. En (24) le profil est tel qu dans les parties de la coque convexe, les flancs du profil resserrent et assurent la pression entre lattes et enserre aussi la mousse. En (25) ce profil est utilisé dans les parties concaves. RZVINDICATIOIS 1- Procédé de construction de coque d'embarcation utilisant des lattes as sociées à de la mousse, caractérisé en ce que les lattes sont profi lées, et laissent lorsqu'elles sont côte à côte un espace qui est rem pli par de la mousse 2- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les lattes de bois ont un profil triangulaire. 3- Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que le triangle du profilé est tronqué sur deux angles pour permettre un plus grand con tact entre deux lattes adjacentes. 4- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que plusieurs lat tes sont obtenues par rainurage d'une planche et restent solidaires par les faces (26) et (27). 5- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les lattes sont des profilés d'un alliage d'aluminium, sont creuses, et comportent sur les faces (26) et (27) des systèmes d'emboitement nâle et femelle.