Brevet FR2699084A1 — publié le 19940617

L'invention a pour objet une voilure de propulsion pour mono et bipalme de natation et de plongée Il existe deux grandes catégories de palmes d'aide à la natation : les bipalmes et les monopalmes qui comportent pour la plupart, un élément chaussant généralement en caoutchouc , prolongé par une voilure. Les deux catégories ont chacune leurs avantages et inconvénients mais les performances sont,en tout état de cause, fonction des caractéristiques des voilures dont on connait trois sortes: - Les voilures en matière plastique ~ Les voilures en fibres de verre et résine époxy , assemblées sous presse à partir de tissus pré-imprégnés ( type italien). ~ Les voilures en fibres de verre et résine polyester réalisées à partir de plaques de stratifiés du commerce, supports de circuits imprimés utilisés en électronique que l'on déclive manuellement au moyen cutter ( spécialité des russes , des grecs ou artisanale). Les voilures en matière plastique ont été abandonnées pour la compétition à cause de leur faible rendement , nervosité ou réponse presque inexistante et de leur fragilité du fait des caractéristiques du matériau Les voilures en fibre de verre assemblées sous presse à partir de tissus pré-imprégnés à la machine sont meilleures, moins cassantes (résine époxy) mais leur relative homogénéité ne permet pas d'obtenir une nervosité optimale ni d'aménager la voilure en différentes zones de travail Les voilures déclivées - opération qui consiste à retirer au cutter une ou plusieurs épaisseurs de stratifié - à la main à partir de plaques de circuits imprimés sont utilisées par la plupart des compétiteurs en raison de leurs qualités: grande nervosité , possibilité de sculpter les zones de travail de la voilure , par exemple ,en laissant des renforts longitudinaux dans la masse de la plaque au moment du déclivage, dureté adaptable au type de compétition dans laquelle elle est utilisée (apnée , surface , longue distance). Ces voilures demeurent toutefois assez cassantes( polyester), longues et difficiles à réaliser Les voilures en fibre de verre sont également déclivées de manière à obtenir une épaisseur dégressive en escalier en s'éloignant de l'embase , soit en surface au cutter (type russe) soit dans l'épaisseur de la structure de la voilure (type italien ).Mais lors de l'assemblage sous presse , de la résine époxy en excès vient plus ou moins garnir chaque marche de l'escalier empêchant une délimitation nette entre chaque strate de sorte que l'ensemble tend à se comporter comme une structure homogène amortissant l'effet de fouet du bord de fuite Les performances de nervosité ne sont donc pas très bonnes. En outre la dureté de ce type de voilure s'obtient également en jouant sur le nombre des strates , cependant que les diverses zones de travail résultent d'un découpage particulier de ces strates de renfort, généralement en forme de courbes sculptant des zones plus ou moins épaisses . La jonction de toutes ces strates est le siège du défaut déjà évoqué de remplissage des marches d'escalier par de la résine époxy, conjugué à l'écrasement sous presse des tissus pré-imprégnés. Tout se passe comme si les trois fonctions actives : nervosité, dureté,sculpture des zones de travail étaient obtenues par l'accumulation de couches d'une même substance dont l'élasticité serait affectée par un excès de liant. L'invention se propose de remédier à ces inconvénients en mettant en oeuvre des matériaux connus en eux-mêmes, fibres de verre , résine époxy , fibres de carbone L'on connait notamment l'utilisation d'une trame de fibres de verre et de carbone pour armer d'un composite semi rigide le support d'une mono palme dont la voilure est en Kevlar (demande de brevet n0 2 . 612. 407).Aussi l'invention consiste à combiner et à mettre en oeuvre différemment trois matériaux connus : fibres de verre , fibres de carbone , résines époxy pour obtenir une nouvelle voilure L'invention sera mieux comprise en se référant aux dessins annexés sur lesquels - La figure 1 représente , vu de face , une voilure mono-palme - La figure 2 représente , vu de face , une voilure bipalme - La figure 3 représente, une coupe de la structure commune à la voilure mono et bipalme - Les figures 4-5-6-7-8 représentent , vu de face , les tracés des divers bords de fuite. - Les figures 9,10,11,12,13,14,15 et 16 représentent , vu de face , les diverses possibilités d'utilisation des renforts (à noter que la forme des bords de fuite représentée dans cette série de figures , concave rayon de courbure 55 à 60 centimètres est donnée à titre d'exemple , les possibilités d'utilisation des renforts ne sont pas liées à cette forme et sont tout aussi indiquées pour toutes les formes de bord de fuite des mono et bipalme ). Le principe de l'invention consiste à affecter une fonction spécifique à chaque tissu employé; - Les tissus de strates procurent une nervosité dégressive standard suffisante à tous les cas. - Les différences de dureté sont obtenues en faisant varier le nombre de tissus de voilure - Quant à la détermination des zones de travail elle procède des fibres de carbone polymérisées en même temps que les deux autres tissus La voilure est obtenue en mettant en place , sur un gabarit rigide , préalablement ciré , successivement * des couches de tissus en fibres de verre - un premier tissu, dit de voilure , peau de la face supérieure de la voilure - un nombre variable de tissus dits de strates (1) - nerfs de la voilure - disposés perpendiculairement à son axe, empilés de l'embase vers le bord de fuite en forme d'escalier dont les marches ont une même hauteur (2) mais un giron de plus en plus long (3). - des tissus dits tissus de voilure (4) - qui donnent la dureté de la voilure - disposés dans son axe, recouvrant les marches formées par les tissus de strates. * des bandes de fibres de carbone unidirectionnelles qui arment et protègent la voilure . Elles sont disposées selon diverses épures pour déterminer des zones d'élasticité modulée dites zones de travail ( 5 ), protéger des cotés (8) renforcer l'embase Les tissus , strates et voilures , les bandes de carbone sont imprégnées successivement à la spatule , de résine époxy basse viscosité , tous ces constituants étant en place avant le début de la polymérisation Le procédé ne nécessite le recours à aucune machine, notamment à imprégner les tissus , à faire le vide, à presser. Après polymérisation la face supérieure de la voilure présente l'aspect d'une vitre translucide et réfléchissante Lorsque l'ensemble composite atteint une consistance caoutchouteuse il est façonnable manuellement par simple découpage, à l'aide d'un cutter, du bord de fuite (10 ), des cotés (11 ), de l'embase assurant la liaison avec le chausson (12).Ce découpage qui ne prend que quelques minutes permet la réalisation d'une embase modulable (12 )permettant d'utiliser tous les types de chaussons existants , qu'ils soient de fabrication artisanale (type russe) ou industrielle (type italien). Il est possible de colorer directement la résine époxy, l'on obtient alors une coloration translucide qui atténue ou prononce le dessin des strates , mais l'on peut également utiliser des colorants directement sur un ou des tissus pour dessiner des représentations graphiques indélébiles au sein même de la voilure Il convient de développer le rôle déterminant des renforts de carbone Ils sont réalisés à partir de bandes de fibres de carbone unidirectionnelles de différentes largeurs ( de 10 à 50 mm). Ils sont employés quels que soient la forme et le bord de fuite de la voilure. Ils sont de cinq types différents: - Les renforts destinés à protéger les côtés de la voilure (largeur 10 à 15 mm) , (8) - Les renforts destinés à donner une nervosité supplémentaire à l'ensemble de la voilure (largeur 10 à 25 mm), (5). - Les renforts destinés à donner une nervosité supplémentaire à une partie de la voilure , ils peuvent remplacer ou être placés contre les renforts précédents, si la voilure en comporte (6)(7) ils peuvent finir en biseau pour éviter de créer une zone de rupture de la voilure (largeur 10 à 25 mm). - Les renforts destinés à modifier la nervosité latérale de la voilure (largeur 10tus à 25 mm)(13) placés en diagonale. - Les renforts placés latéralement près de l'embase, qui tout -en evitant la rupture de la voilure dans la zone comprise entre les pieds des nageurs, servent à répartir uniformément la force exercée par les deux jambes ( largeur jusqu a 50 mm) (9) La voilure qu'elle que soit la forme du bord de fuite peut comporter l'ensemble de ces renforts ou une partie seulement selon la nervosité, les zones de dureté différentes, ou la protection désirée.L'emploi de ces renforts de carbone est le même sur la voilure de bi palme. que sur la voilure de monopalme ,sauf pour le renfort d'embase qui travaillant latéralement est inutile en bipalme L'aspect de vitre translucide et réfléchissante de la face supérieure de la voilure (face qui est tournée vers le fond du bassin quand la palme est en action) en facilite la pénétration dans l'eau , tandis que la face mate (tournée alors vers le haut) associée aux cannelures crées par les bandes de carbone , retient l'eau et la canalise vers l'arrière diminuant la tendance générale des monopalmes à sortir pendant l'ondulation en nage de surface.En apnée cette même face cannelée limite le glissement latéral Après avoir décrit les avantages apportés par des renforts de carbone qui délimitent diverses zones d'élasticité modulée et se comportent comme des éléments de ressorts plats emmagasinant de l'énergie à la déformation pour la restituer en reprenant la forme initiale , il convient de décrire le rôle dévolu au bord de fuite des voilures Ce rôle , commun aux voilures bi et monopalmes, revêt une importance particulière dans le cas d'une voilure monopalme. En effet, en observant les mammifères marins l'on s'aperçoit que la forme de leurs nageoires caudales permet , pour une masse déplacée très différente selon les espèces , d'optimiser par des formes hydrodynamiques les évolutions de l'animal. Pour une force musculaire connue ,disponible chez un humain, l'invention va donc offrir une adaptation des bords de fuite aux différents usages : natation, spectacle nautique, plongée sous-marine, et le cas particulier de la voilure pour bipalme: - La natation procède d'une recherche de vitesse horizontale, le mammifère marin pris pour référence est le lamantin. En effet , il obtient pour une grosse masse déplacée et de modestes caractéristiques hydrodynamiques des performances remarquables notamment en raison des faibles turbulences, provoquées par sa nageoire caudale . Le tracé du bord de fuite inspiré de cette nageoire est caractérisé par une forme convexe dont le rayon de courbure est compris entre 55 et 60 centimètres avec un optimum de 57,5 cm (14). La longueur de la courbure varie avec la largeur de la voilure . Cette forme est appelée lamantin (14). Comme pour toutes les disciplines sportives en évolution il est organise, depuis quelques années, des épreuves officielles de natation monopalme. Le tracé du bord de fuite déjà connu est généralement droit ou biseauté aux deux extrémités.Le nouveau bord de fuite mieux adapté à la compétition est dérivé de la forme lamantin dont la courbure convexe a été divisée en trois arcs égaux et la surface de la voilure limitée aux trois cordes réunissant les extrémités de ces arcs. D'où la forme caractéristique convexe brisée, composée de trois segments d'égale longueur bord central horizontal (15) raccordé aux côtés de la voilure par deux segments de droites (16) avec des angles de raccordement adoucis (17). Cette forme est appelée compétition. Le spectacle nautique : c'est une discipline dans laquelle il faut allier l'harmonie des formes et les mouvements servie par des performances propulsives qui effacent l'effort Le mammifère marin de référence dans ce domaine à la fois pour des raisons hydrodynamiques réelles mais aussi du fait de l'image dont il jouit mondialement est le dauphin commun (delphinus delphis). Le tracé du bord de fuite inspiré de cette nageoire est caractérisé par une forme concave dont le rayon de courbure est compris entre 55 et 60 centimètres, avec un optimum de 57,5 cm (19).L'efficacité de ce tracé est considérablement améliorée par les renforts latéraux en fibres de carbone (5) sur les côtés de la voilure qui, en leur absence , tendrait fâcheusement à se plier aux extrémités , perturbant les performances propulsives de ce bord de fuite La courbure peut comporter, au milieu de l'arc, une échancrure en forme de V plus ou moins ouvert. Chez l'animal , en raison des vitesses atteintes ,il s'agit d'un dispositif contribuant à la stabilisation . Chez l'entre humain en raison des performances plus limitées, le rôle de cette échancrure relève plus de l'esthétique que de la technique . Ce bord de fuite est appelé delphis (19). - Plongée sous-marine : en apnée l'avantage est recherché à la descente mais surtout à la remontée . Le mammifère marin pris pour référence est la baleine de SOWERBY (Mésoplodon bidens) dont la nageoire caudale de forme légèrement concave brisée en trois segments procure une grande puissance d'impulsion pour décoller rapidement du fond et , par l'amplitude des ondulations de remonter plus vite en surface avec une faible dépense d'énergie, Le tracé du bord de fuite inspiré de cette nageoire est caractérisé par une forme générale concave dont la courbure a été divisée en trois arcs égaux et la surface de la voilure limitée aux trois cordes réunissant les extrémités de ces arcs .D'où la forme caractéristique concave brisée composée de trois segments d'égale longueur bord central horizontal (20 ) raccordé aux cotés de la voilure par deux segments de droites (21 ) avec des angles de raccordement adoucis (22 ). Ce bord de fuite est appelé sowerby (23). Cas particulier de la voilure bipalme. Ce type de voilure s'adresse principalement à des plongeurs en apnée qui, pour pénétrer dans des enfractuosités ou se glisser entre des parois rocheuses , seraient gênés par une voilure monopalme plus encombrante, le mammifère de référence est l'otarie .Le tracé de bord de fuite inspiré de cette nageoire est caractérisé par une forme concave dont le rayon de courbure est compris entre 12 et 14 centimètres avec un optimum de 13 cm (24). Les renforts latéraux placés en débordement sur les côtés (8) permettent de protéger le bord de fuite en fibres de verre de la voilure à l'image des doigts palmés de l'otarie et autres pinnipèdes Grâce à son embase modulable la forme otarie (25 ) s'adapte aux chaussons de plongée en apnée et de chasse sous-marine et accroit sensiblement les performances des utilisateurs par rapport aux voilures classiques disponibles actuellement (voilures en matières plastiques pour la plupart des chaussons de plongée en apnée). Son embase est percée d'un ou plusieurs trous ( 26 ) en cas de l'emploi d'un chausson vissé. Cette voilure est destinée à constituer la surface propulsive de mono et bipalme de natation et de plongée . Elle s'adapte sur tous les types de chaussons connus grâce à son embase modulable. REVENDICATIONS 1 Voilure de propulsion pour mono et bi palme de natation et de plongée caractérisée en ce qu'elle comporte une structure stratifiée alliant des tissus en fibres de verre et en fibres de carbone : tissus de strates ( 1), nerfs de la voilure empilés dégressivement de l'embase (12) vers le bord de fuite (10 ), tissus de voilure (4) , dureté de la voilure recouvrant les tissus de strates , tissus en fibres de carbone positionnés selon diverses épures pour déterminer des zones d'élasticité modulée dites zones de travail (5 )(6 ) (7)ou protéger des côtés (8),ou renforcer l'embase (9) ou la nervosité latérale, les tissus - fibres de verre et de carbone - imprégnés successivement à la spatule au moyen d'un système époxy basse viscosité, étant en place sur un gabarit avant le début de la polymérisation et , pour ce qui concerne sa géométrie, par le caractère modulable de son bord de fuite (14)(18)(19) (23 )(25 ), de sa largeur ( 11), de son embase (12) cependant qu'elle peut être plus ou moins teintée dans sa masse et que sa face supérieure présente l'aspect d'une vitre translucide et réfléchissante , enfin qu'à tous les stades de sa fabrication il n'est fait recours à aucune machine notamment à imprégner le tissu , à faire le vide ou à presser 2 Voilure de propulsion pour mono et bi palme de natation et de plongée, selon la revendication 1, caractérisée par le positionnement d'une partie ou de tous les renforts au sein ou sur une face de la voilure - en fibres de carbone unidirectionnelles, positionnés en vu soit de , déterminer des zones d'élasticité modulée , dites zones de travail affectant la nervosité de l'ensemble de la voilure ( 5 ),la nervosité latérale (13) seulement une partie de la voilure (6)(7), soit de renforcer son embase ( 9 ), soit de protéger ses côtés (8) 3 Voilure de propulsion pour monopalme de natation et de plongée selon les revendications 1 et 2 caractérisée par un tracé de bord de fuite convexe dont le rayon de courbure est compris entre 55 et 60 centimètres, avec un optimum à 57,5 centimètres ( 14). 4 Voilure de propulsion pour monopalme de natation et de plongée selon les revendications 1 et 2 caractérisée par un tracé de bord de fuite convexe brisé composé de trois segments d'égale longueur, bord central horizontal (15) raccordé aux côtés de la voilure par deux segments de droite (16) avec des angles de raccordement adoucis (17) 5 Voilure de propulsion pour mono palme de natation et de plongée selon les revendications 1 et 2 caractérisée par un tracé de bord de fuite concave dont le rayon de courbure est compris entre 55 et 60 centimètres , avec un optimum de 57,5 cm (19). 6 Voilure de propulsion pour mono palme de natation et de plongée selon les revendications 1 et 2 caractérisée par un tracé de bord de fuite concave brisé composé de trois segments d'égale longueur , bord central horizontal (20) raccordé aux côtés de la voilure par deux segments de droite (21) avec des angles de raccordement adoucis (22) 7 Voilure de propulsion pour bi palme de natation et de plongée, selon les revendications 1 et 2 caractérisée par le tracé de son bord de fuite concave dont le rayon de courbure est compris entre 12 et 14 centimètres, avec un optimum à 13 cm (25). 8 Voilure de propulsion pour mono et bi palme de natation et de plongée ,selon les revendications 1 et 2 caractérisée, par la coloration du système époxy pour atténuer ou prononcer le dessin des strates, et par la coloration d'un ou plusieurs tissus pour dessiner des représentations graphiques indélébiles au sein même de la voilure