Brevet FR2679973A1 — publié le 19930205

La présente invention concerne un procédé d'ancrage sur une structure creuse allongée en matériau composite, du type mât ou bôme de navire à voile. Bien que ce procédé ne s'applique pas qu'aux bateaux, il trouve dans ce secteur un champ d'application préférentiel ; c'est pourquoi, dans la suite du texte, pour la commodité du développement de l'exposé, on a choisi comme exemple les mâts de voilier. Dans ce domaine, les matériaux composites sont de plus en plus présents. Les fibres représentent un gain de poids important, apprécié notamment pour les bateaux de compétition, ainsi qu'une excellente tenue aux contraintes axiales. L'essor médiatique des courses de voilier, phénomène relativement récent, accélère les mutations technologiques dans le monde de la voile. II faut aller de plus en plus vite par n'importe quelles conditions météorologiques, tout en préservant une fiabilité maximale. La nécessité de conjuguer ces deux objectifs, vitesse et fiabilité, en d'autres termes légèreté et solidité, ne va pas sans poser quelques problèmes techniques ardus à résoudre. L'un de ceux-ci concerne l'ancrage dans des mâts composites. Classiquement, L'ancrage nécessite la perforation du mât, afin de fixer le hauban ou la flèche, etc...qui en est issu. Les possibilités d'ancrage utilisées dans les techniques actuelles de construction sont extrêmement variées. Elles vont des chapes articulées aux barres de fixation externes, en passant par les liaisons en Té, en canne, en boucle ou encore par les diverses fixations par boule ou par oeil. Dans chacune des solutions énumérées, il y a de multiples variantes de conception possibles, combinables avec des modes de fixation des éléments de la liaison qui sont également variées: boulonnage, soudage, rivetage etc... Dans le cas des mâts en carbone, ou autres matériaux composites, certaines des solutions classiquement appliquées aux mâts métalliques sont inadaptées, notamment parce que les matériaux ne réagissent pas de la même manière aux efforts auxquels ils sont soumis. Ainsi, si la perforation d'un mât en métal ne présente que des inconvénients techniquement relativement mineurs, il n'en va pas de même pour un mât en carbone, par exemple, dont les fibres sont beaucoup moins résistantes aux efforts radiaux. De même, les techniques de soudage sur mâts métalliques, transposables en techniques de collage sur mâts composites, sont souvent inadéquates, du fait des contraintes axiales importantes sur les haubans ou flèches de haubans à fixer au mât. Enfin, dans la plupart des cas, les mâts en fibres sont réalisés à partir d'enroulements filamentaires enduits de résine synthétique. Par conséquent, un perçage se fait perpendiculairement à l'axe des fibres bobinées et parallèlement à I'une des composantes de l'effort de traction exercé sur le hauban à ancrer. L'autre composante, parallèle au mât, est aussi perpendiculaire aux fibres. En d'autres termes, la décomposition de l'effort axial, exercé par le hauban à ancrer en deux composantes dans le plan formé par le mât et le hauban, suivant ledit mât et un axe qui lui est perpendiculaire, fait apparaître le fait suivant: les deux composantes de cet effort sont perpendiculaires aux fibres du mât. Le problème technique auquel on se heurte est ici clairement montré. Diverses parades ont été essayées. En premier lieu, on a tenté de renforcer la paroi du mât aux abords du trou de perçage, en doublant, voire triplant l'épaisseur. Cela ne constitue qu'une solution partielle qui n'évite pas le problème que l'on vient de mettre en évidence. Le renforcement permet cependant de différer l'apparition de problèmes à cet endroit. Un autre renforcement possible consiste en l'installation d'une plaque en aluminium à l'intérieur du mât, qui répartit beaucoup mieux sur les fibres les efforts radiaux. Mais cette solution présente des inconvénients, notamment au stade de la fabrication. Selon une autre solution possible, deux plaques en carbone reliées, comportant des oreilles dépassant du mât par deux orifices pratiqués dans celui-ci en vis à vis, permettent l'ancrage aux deux paires d'oreilles dépassant de chaque côté, à la manière des systèmes à chape. L'avantage de cette solution est que les efforts ne s'exercent pas directement sur le mât, mais sur la pièce incluse dans ledit mât. Le problème ne se transpose pas d'une manière identique sur les oreilles que l'on doit évidemment percer pour y ancrer le hauban, car on peut les renforcer à l'aide de fibres bobinées à l'extérieur du mât, et qui vont dans le sens des efforts exercés par le hauban. On utilise donc les fibres, dans ce renforcement, à bon escient eu égard à leurs qualités intrinsèques de résistance à la traction. Cette troisième solution, techniquement plus satisfaisante que les autres, a cependant d'autres inconvénients, qui sont notamment la complexité de la mise en oeuvre, I'exigence d'une ou plusieurs pièces supplémentaires, la nécessité, éventuellement, d'un renfort sous la forme d'un collier externe au mât pour le rigidifier à l'endroit des orifices par lesquels les oreilles sortent du mât. L'invention objet du présent document propose une solution techniquement satisfaisante destinée à résoudre ce délicat problème de l'ancrage de haubans, flèches, etc... sur des mâts, bômes, etc... en matériau composite. D'une manière plus générale, ce procédé est bien entendu applicable à tout problème d'ancrage sur une structure creuse en matériau composite. Ce procédé se caractérise en ce que l'on rapporte, à l'emplacement prévu pour l'ancrage d'un élément tel que ceux mentionnés cidessus, une pièce auxiliaire sur laquelle on bobine des fibres qui sont orientées dans le sens de l'effort exercé par l'élément extérieur. Cette pièce auxiliaire peut être moulée en matériau composite. Elle peut être collée sur le mat, avant le bobinage supplémentaire de renforcement. C'est dans cette pièce que l'on procède à la perforation, afin de fixer le hauban. Selon la direction de l'axe du hauban, ou plus généralement de l'élément à ancrer, le bobinage de renforcement effectué sur la pièce auxiliaire est effectué de sorte que chaque fibre de ce bobinage soit sollicitée en traction, type d'effort pour lequel les fibres sont extrêmement résistantes. Le mât est donc préservé indemne de perforations et sa résistance à long terme n'est par conséquent pas mise en cause. Les moyens d'ancrage sur la pièce auxiliaire s'inspirent des moyens classiques évoqués auparavant. II y a par conséquent un grand nombre de possibilités techniques de résoudre ce problème. On peut en citer quelques-unes: - Une bague à l'extérieur fileté, vissée dans un filetage correspondant de la pièce auxiliaire. Le diamètre interne de la bague est bien entendu inférieur aux dimensions de la tête du hauban, qui se trouve par suite bloquée entre la pièce auxiliaire et le mât. - Au lieu d'une bague, une pièce s'évasant progressivement pour réaliser un siège à la tête de hauban, afin de la bloquer entre le mât et ladite pièce auxiliaire. Plus généralement, un orifice pratiqué dans la pièce auxiliaire est destiné à recevoir une pièce démontable s'ajustant dans ledit orifice, et permettant le blocage de la tête de hauban. Quelques configurations montrant l'esprit de l'invention vont être explicitées plus en détail en référence aux figures annexées, pour lesquelles: - La figure 1 montre une vue en coupe d'un ancrage de hauban schématiquement représenté avec le bobinage dans le sens de l'effort exercé. - La figure 2 représente également une coupe schématique d'une flèche de hauban dont la tête est du type à boule. L'exemple présenté en figure 1 montre la pièce auxiliaire (2) rapportée sur le mât (1). Cette pièce est enveloppée dans un bobinage filamentaire (3). La direction générale du bobinage est telle qu'elle est globalement parallèle à la direction de l'effort exercé sur le hauban (4), représenté par le vecteur F. La pièce auxiliaire comprend, noyée dans les fibres, une bague filetée (5) qui permet de bloquer la tête du hauban (6). Sur la figure 1, la représentation du bobinage filamentaire (3) est bien entendu extrêmement schématique. En réalité, ce bobinage est bien plus conséquent, basé sur la même technique que pour la réalisation des mâts eux-mêmes, lorsqu'ils sont en bobinage filamentaire. La pièce auxiliaire (2) est en fait intégrée au mât par ce bobinage, ménageant un volume creux entre elle et le mât d'origine proprement dit, et il faut considérer qu'il s'agit plus d'une conception particulière du mât que d'un ajout d'un élément extérieur rapporté audit mât. Selon la configuration montrée en figure 2, la modification provient de l'organe de blocage de la tête dans la cavité : il s'agit ici d'un siège de ladite tête, sous la forme d'une pièce présentant un évasement (7) sur lequel vient reposer la tête de l'élément à ancrer. Afin d'illustrer les diverses possibilités de têtes possibles, on a choisi ici une extrémité en boule (8). Mais, même avec ce type d'organe de blocage, bien d'autres solutions sont possibles. II est à noter que dans la représentation de la figure 2, I'élément à ancrer est une flèche de hauban, induisant par conséquent des efforts perpendiculaires au mât, globalement horizontaux. Par suite, les fibres(3) sont bobinées horizontalement afin d'exercer leur réaction dans une direction axiale. Comme on l'a dit à plusieurs reprises, les exemples pris au cours de la description ne sont pas limitatifs de l'invention, qui englobe au contraire d'autres solutions. REVENDICATIONS 1. Procédé d'ancrage sur une structure creuse allongée en matériau composite destiné à des éléments tels que des haubans, caractérisé en ce que l'on rapporte à l'emplacement de l'ancrage de l'élément une pièce auxiliaire (2) fixée au moyen d'un bobinage filamentaire (3) dont les fibres sont orientées dans le sens de l'effort exercé par ledit élément à ancrer, lequel est ancré sur ladite pièce auxiliaire (2). 2. Procédé d'ancrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce auxiliaire (2) est moulée en matériau composite, puis collée sur le mât, avant d'être recouverte par un bobinage filamentaire. 3. Procédé d'ancrage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la pièce auxiliaire (2) est perforée pour permettre l'ancrage de la tête (6) de l'élément à ancrer et dotée d'un moyen de blocage (5) de ladite tête. 4. Procédé d'ancrage selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'orifice perforé est destiné à recevoir une pièce démontable (5) s'ajustant dans ledit orifice, dont le diamètre intérieur est inférieur aux dimensions de la tête (6) de l'élément à ancrer. 5. Procédé d'ancrage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de blocage de la tête de l'élément à ancrer est une pièce évasée (7) servant de siège à ladite tête (8).