Brevet FR2826907A1 — publié le 20030110

ÉLÉMENT DE STRUCTURE RENFORCÉ, PLANCHE À VOILE INCORPORANT UN TEL ÉLÉMENT ET PROCÉDÉ DE FABRICATION DE CET ÉLÉMENT La présente invention est relative aux éléments de structure renforcés, et notamment aux éléments de structure qui doivent être renforcés selon des directions de sollicitation prédéterminées. Plus particulièrement, l'invention est relative aux éléments de structure comprenant une peau primaire et une peau secondaire. On connaît, d'après le US-A-5 622 733, des éléments de structure dans lesquels la peau secondaire est munie d'éléments de renfort qui se présentent sous la forme de longerons de volume fermé. La peau primaire et la peau secondaire sont réalisées simultanément, par exemple par une opération de polymérisation dans un autoclave. Lors de cette préparation, il est nécessaire d'utiliser des noyaux qui doivent être gonflés pour obtenir les renforts creux. De tels éléments de structure renforcés présentent l'inconvénient d'être difficilement réalisables et de ne pas permettre d'obtenir des formes relativement complexes. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients précités en fournissant un élément de structure facilement réalisable et résistant à des contraintes de direction privilégiée. A cet effet, un élément de structure renforcé du type précité est essentiellement caractérisé en ce que : - la peau primaire comporte une face de fixation sur laquelle est rapportée la peau secondaire pour être mutuellement solidarisées, - la peau secondaire comprend une première face et une deuxième face formant des reliefs de renfort qui définissent des sommets et des creux sur chaque face, les creux de la première face correspondant aux sommets de la deuxième face, la face de fixation de la peau primaire est solidarisée avec les sommets de la deuxième face de la peau secondaire, et - les reliefs de renfort s'étendent suivant au moins deux directions de sollicitation de l'élément. Ainsi, grâce à ces dispositions, la peau secondaire est une peau gaufrée dont les reliefs de renfort s'étendent suivant les directions de sollicitation de l'élément et qui est facilement réalisable puis solidarisable avec la peau primaire pour obtenir un élément de structure renforcé présentant une grande résistance aux efforts. Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : - les peaux primaire et secondaire sont réalisées en matériau synthétique et sont collées l'une à l'autre ; - la peau primaire est réalisée à partir d'une feuille mince ; - la peau primaire comprend une couche centrale en mousse synthétique et deux couches externes en fibres synthétiques qui recouvrent la couche centrale ; et - les reliefs de renfort délimitent avec la peau primaire des passages qui sont remplis d'une matière de faible densité. La présente invention a en outre pour objet un flotteur de planche à voile comprenant une carène et un pont qui sont respectivement constitués par un premier et un deuxième éléments tels que définis ci-dessus, ces éléments étant conformés en demi-coques qui sont solidarisées l'une à l'autre et qui délimitent un volume fermé. Dans des modes de réalisation préférés, on a recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : - un troisième élément s'étend longitudinalement dans le volume fermé, sensiblement perpendiculairement aux premier et deuxième éléments - le pont comprend : . plusieurs reliefs de renfort longitudinaux qui s'étendent sur la majeure partie de la longueur du pont, depuis la partie avant du pont, en étant régulièrement espacés transversalement, . plusieurs reliefs de renfort obliques formant un certain angle avec les reliefs longitudinaux, et s'étendant parallèlement entre eux dans la partie arrière du pont, . deux séries de reliefs de renfort formant sensiblement deux croix espacées sur la longueur du pont, . plusieurs reliefs transversaux qui sont perpendiculaires aux reliefs longitudinaux, et . deux séries de reliefs formant sensiblement deux formes en"V"et situées en partie avant du pont ; et - la carène comprend d'une part, des reliefs longitudinaux qui s'étendent sur la longueur de la carène, en étant régulièrement espacés transversalement et d'autre part, des reliefs transversaux régulièrement espacés sur la longueur de la carène ; - le pont comprend une peau secondaire qui se présente sous la forme d'une ossature comportant : . au moins deux reliefs de renfort longitudinaux qui s'étendent parallèlement l'un par rapport à l'autre sur la longueur du pont, et . plusieurs reliefs de renfort qui s'étendent sensiblement obliquement à partir des deux reliefs de renfort longitudinaux. - la carène comprend une peau secondaire qui se présente sous la forme d'une ossature comportant : . au moins deux reliefs de renfort longitudinaux qui s'étendent parallèlement l'un par rapport à l'autre sur la longueur de la carène, et . plusieurs reliefs de renfort transversaux qui s'étendent perpendiculairement à partir des deux reliefs de renfort longitudinaux. En outre, la présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un élément de structure tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - placer des couches de fibres de matériau composite noyées dans une résine dans un premier moule possédant une empreinte de forme complémentaire de celle de la peau primaire ; - placer des couches de fibres de matériau composite noyées dans une résine dans un deuxième moule possédant une empreinte de forme complémentaire de celle de la deuxième face de la peau secondaire, un noyau de forme complémentaire de celle de la première face de la peau secondaire étant ensuite rapporté sur les couches de fibres ; - appliquer une pression dans le premier moule et une dépression dans le deuxième moule ; et - démouler les peaux primaire et secondaire, et les coller l'une sur l'autre. De manière préférée, une pression est appliquée dans le premier moule par gonflage d'une vessie, et une dépression est appliquée dans le deuxième moule par une bâche à vide elle-même superposée sur le noyau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre de deux de ses formes de réalisation, données à titre d'exemples non limitatifs, en regard des dessins joints, sur lesquels : - la figure 1 est une vue de dessus d'un flotteur de planche à voile selon la présente invention, incorporant des éléments de structure renforcés selon la présente invention ; - la figure 2 est une vue en perspective, partiellement arrachée, d'un tronçon du flotteur de planche à voile selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue en coupe transversale du flotteur de la planche à voile selon le premier mode de réalisation ; - la figure 4 est une vue partielle d'un élément de structure renforcé selon le premier mode de réalisation de l'invention ; - les figures 5 et 6 sont des vues en plan du pont et de la carène du flotteur selon le premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 7 est une vue schématique en perspective du pont du flotteur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - les figures 8 et 9 sont des vues en plan du pont et de la carène du flotteur selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, et - les figures 10 à 12 sont des vues en coupe transversale schématique des moules de fabrication des éléments de structure renforcés selon la présente invention. Le flotteur 1 de planche à voile représenté à la figure 1 comprend un élément de structure renforcé supérieur conformé en demi-coque ou pont 2 et un élément de structure renforcé inférieur conformé en demi-coque complémentaire ou carène 3. Le pont 2 et la carène 3 sont de forme convexe et sont rapportés l'un sur l'autre de manière à définir un volume fermé creux. De manière préférentielle, un troisième élément de structure renforcé 4 (figures 2 et 3) s'étend sur la longueur du flotteur, entre le pont 2 et la carène 3. Cet élément 4 prend la forme d'une paroi résistante. Comme le montre plus particulièrement la figure 4, chacun des éléments renforcés 2,3, 4 est constitué par l'assemblage de deux peaux, une peau primaire 10 et une peau secondaire 11. Selon un premier mode de réalisation de l'invention représenté sur les figures 2 à 6, la peau primaire 10 se présente sous la forme d'une feuille mince conformée suivant la forme extérieure du pont 2 ou de la carène 3, ou des faces latérales de la paroi longitudinale 4. La peau primaire 10 possède une face d'apparence 12 qui est opposée à une face de fixation 13 sur laquelle est rapportée la peau secondaire 11. La peau secondaire 11 est constituée de reliefs de renfort 15 de forme ondulée dont les sommets 16 et les creux 17 délimitent une première face 19 et une deuxième face 20 de la peau secondaire 11. Les sommets 16 et les creux 17 se succèdent alternativement sur chacune des première et deuxième faces 19,20, un sommet de l'une des faces correspondant à un creux sur l'autre face. La peau secondaire 11 forme ainsi une peau gaufrée qui recouvre en quasi totalité la peau primaire 10 et qui est solidarisée sur la face de fixation 13 de la peau primaire 10 par sa deuxième face 20. Les reliefs de renfort 15 s'étendent selon plusieurs directions qui dépendent de la direction des sollicitations auxquelles l'élément de structure est destiné à être soumis. Les reliefs de renfort 15 sont de sections transversales identiques les unes aux autres ou différentes. Cette section transversale est de tout type et peut par exemple prendre la forme d'un triangle, d'un rectangle, d'un trapèze, d'un oméga, d'un rond ou d'une portion de rond continu ou discontinu. Chacune des peaux primaire 10 et secondaire 11 est formée de matériaux thermoplastiques chargés ou non, ou bien encore de matériaux thermodurcissables chargés ou non, ou encore est réalisable en métal. De manière préférée, on utilise des matériaux composites dont la matrice est en polyester, polyuréthane, époxy ou phénolique et des fibres de renfort telles que des fibres de verre, de carbone, de bore ou en matières naturelles. Afin de résister au mieux aux contraintes à reprendre, les matériaux de chaque peau peuvent être équilibrés, ou bien encore l'orientation des fibres peut être évolutive selon les zones de l'élément de structure. L'assemblage de la peau primaire 10 à la peau secondaire 11 peut être obtenu par collage, par soudure ultra son ou à haute fréquence, par laser, par faisceaux d'électrons, ou bien encore électriquement ou autre. Dans le cas où ces peaux sont en métal, l'assemblage peut être mécanique tel que par exemple par rivetage ou par boulonnage. La liaison est réalisée le long de retours longitudinaux 24 ménagés le long de chaque de demi-coques. L'assemblage des deux peaux permet d'obtenir une liaison intime des deux peaux, la peau secondaire 11 reprenant exactement la contreforme de l'intérieur de la peau primaire et la liaison des deux peaux étant réalisée sans contrainte. Le pont 2 représenté à la figure 5 possède une peau secondaire 11 qui recouvre la quasi totalité de la peau primaire 10 et dont les reliefs de renfort 15 sont orientés selon plusieurs directions. Une première série 30 de reliefs de renfort 15 s'étendent longitudinalement sur la majeure partie de la longueur du flotteur 1. Une deuxième série 31 de reliefs de renfort 15 s'étendent de façon oblique par rapport à la première série 30 sur la partie arrière 28 du flotteur. Ces éléments permettent de reprendre les efforts liés à un aileron (non représenté) du flotteur 1. Le pont 2 possède également plusieurs renforts 32 qui s'étendent transversalement, sensiblement perpendiculairement aux éléments de renfort longitudinaux. La partie avant 29 de ce pont possède une série 33 de reliefs de renfort 15 qui s'étendent obliquement pour former des"V". En outre, deux séries 34 d'éléments de renfort 15 forment des "croix". Par ailleurs, la carène 3 représentée à la figure 6 possède une série 37 d'éléments de renfort 15 longitudinaux régulièrement espacés sur la largeur du flotteur et plusieurs éléments de renfort transversaux 38 sensiblement régulièrement espacés sur la longueur du flotteur. Le pont 2 et la carène 3 forment ainsi des éléments de renfort dont la structure est plus particulièrement résistante selon les directions de contrainte privilégiées. La paroi longitudinale 4 possède des éléments de renfort 15 qui s'étendent tous perpendiculairement au pont 2 et à la carène 3. Certains des reliefs de renfort 15, comme par exemple les reliefs obliques, peuvent être, en section transversale, de dimensions supérieures à celles des reliefs longitudinaux. Lorsque deux reliefs de renfort 15 de direction différente se croisent comme cela est représenté à la figure 3, l'un des renforts, par exemple le renfort oblique est privilégié par rapport à l'autre des renforts, dans le cas présent le renfort longitudinal. Le renfort longitudinal est ainsi interrompu au niveau de l'intersection mais est intimement lié au renfort oblique. Selon un second mode de réalisation de l'invention représenté sur les figures 7 à 9, la peau primaire 100 présente une rigidité accrue afin de simplifier la configuration de la peau secondaire 110. A cet effet, la peau primaire peut, par exemple, comprendre trois couches superposées (non représentées) dont une couche centrale ou intermédiaire réalisée à partir de mousse alvéolaire synthétique en PVC ayant par exemple une épaisseur de 5 mm et deux couches externes disposées de part et d'autre de la couche centrale. Ces couches externes peuvent être en tissu réalisé à base de fibres de verre et/ou de carbone et/ou de fibres aramide telles que des fibres de Kevlar (marque déposée). Les couches externes entre lesquelles est interposée la couche centrale, présentent ainsi une inertie et une rigidité plus importantes, ce qui permet la réalisation de la peau secondaire 110 sous la forme d'une ossature comprenant des reliefs de renfort 150 s'étendant uniquement suivant les principales directions de sollicitation auxquelles l'élément de structure est destiné à être soumis. Le pont 2 représenté aux figures 7 et 8 possède ainsi une peau secondaire 110 dont les reliefs de renfort 150 se composent d'au moins deux reliefs de renfort longitudinaux 130 qui s'étendent parallèlement entre eux sur la majeure partie de la longueur du pont 2 et d'une pluralité de reliefs de renfort 131 qui s'étendent sensiblement en oblique à partir des deux reliefs de renfort longitudinaux 130. Les reliefs de renfort obliques 131 peuvent, par exemple, coopérer deux par deux pour former des triangles ayant chacun une base formée par l'un des deux reliefs longitudinaux 130 tandis que les deux côtés du triangle sont formés par des reliefs obliques 131. La peau secondaire peut également comprendre des reliefs de renfort transversaux 132 qui s'étendent perpendiculairement à partir des reliefs de renfort longitudinaux 130. Cette disposition des différents reliefs de renfort 130,131, 132 permet ainsi d'obtenir une peau secondaire 110 ajourée se présentant sous la forme d'une ossature ou d'un squelette ayant un poids nettement inférieur à celui de la peau secondaire 10 décrite dans le premier mode de réalisation. La peau secondaire 110 peut être formée de matériaux composite dont la matrice est en époxy et fibres aramide. Par ailleurs, comme on peut le voir sur la figure 8, les reliefs de renfort obliques ou curvilignes 131 sont plus nombreux sur la partie arrière 28 du flotteur afin de reprendre les efforts liés à l'aileron du flotteur. Comme représenté sur la figure 9, la carène 3 ou plus exactement la peau secondaire de la carène 3 comprend également, d'une part, deux reliefs de renfort longitudinaux 137 qui s'étendent parallèlement l'un par rapport à l'autre sur la longueur de la carène 3 et qui sont disposés au milieu de la carène suivant le plan de symétrie longitudinal, et d'autre part, une pluralité de reliefs de renfort transversaux 138 qui s'étendent perpendiculairement à partir des deux reliefs de renfort longitudinaux et également de part et d'autre desdits reliefs de renfort longitudinaux. Ces reliefs de renfort transversaux 138 sont sensiblement régulièrement espacés sur la longueur de la carène 3. Par ailleurs, les deux reliefs de renfort longitudinaux 130 et 138 du pont 2 et de la carène 3 forment respectivement des creux ou nervures 17 dans lesquels sont destinées à être logées les extrémités de la paroi longitudinale 4. Les éléments de structure renforcés du flotteur sont chacun obtenus par moulage de la peau primaire 10 et de la peau secondaire 11 indépendamment l'une de l'autre. Comme cela est plus particulièrement représenté à la figure 10, la peau primaire 10 est conformée en plaçant des couches de fibres de matériaux composites noyées dans une résine, dans un moule 40 dont l'empreinte 41 est de forme complémentaire de celle de cette peau. Une vessie 42 est ensuite gonflée dans ce moule afin d'exercer une pression sur les couches de fibres pour que celles-ci épousent de façon précise la forme de l'empreinte du moule. Dans le cas du second mode de réalisation, une couche de mousse alvéolaire sera interposée entre deux couches de fibres préalablement au gonflage de la vessie 42. Par ailleurs, la peau secondaire 11 est fabriquée par mise en place de couches de fibres de matériaux composites noyées dans une résine, dans un moule 45 dont l'empreinte 46 est de forme complémentaire de cette peau et en particulier de la forme de la deuxième face 20 de cette peau. L'empreinte 46 possède ainsi des bossages 47 qui correspondent au creux 17 de la deuxième face 20. La mise en forme de la première face 19 de la peau secondaire 11 est réalisée par l'emploi d'un contre-moule déformable 48 qui est placé au-dessus des couches de fibres. Le contre-moule est par exemple réalisé en silicone. Une bâche à vide 49 recouvre le contre-moule 48 afin d'exercer une dépression. Les couches de fibres sont ainsi prises en sandwich entre l'empreinte 46 et le contre-moule 48. L'assemblage de la peau primaire 10 et de la peau secondaire 11 précédemment obtenues est ensuite réalisé par superposition des deux peaux dans un conformateur négatif 50 et en exerçant comme précédemment, une dépression à l'aide d'une bâche à vide 49 placée au-dessus du contre-moule 48. Ainsi, selon l'invention, chaque élément de renfort est réalisé de manière simple en solidarisant l'une à l'autre les peaux primaire et secondaire, chacune réalisée indépendamment. En particulier, cette mise en oeuvre facilite l'obtention de reliefs de renfort de sections transversales et de directions les plus adaptées aux sollicitations exercées sur l'élément. Il est ainsi possible d'obtenir des formes complexes et évolutives. REVENDICATIONS 1. Elément de structure renforcé comprenant une peau primaire (10) et une peau secondaire (11), caractérisé en ce que : la peau primaire (10i100) comporte une face de fixation (13) sur laquelle est rapportée la peau secondaire (11 ; 110) pour être mutuellement solidarisées, la peau secondaire (11 ; 110) comprend une première face (19) et une deuxième face (20) formant des reliefs de renfort (15 ; 150) qui définissent des sommets (16) et des creux (17) sur chaque face, les creux (17) de la première face (19) correspondant aux sommets (16) de la deuxième face (20), la face de fixation (13) de la peau primaire (10 ; 100) est solidarisée avec les sommets (16) de la deuxième face (20) de la peau secondaire (11i110), et les reliefs de renfort (15 : 150) s'étendent suivant au moins deux directions de sollicitation de l'élément (2,3, 4). 2. Elément de structure selon la revendication 1, dans lequel les peaux primaire (10 ; 100) et secondaire (11 ; 110) sont réalisées en matériau synthétique et sont collées l'une à l'autre. 3. Elément de structure selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la peau primaire (10) est réalisée à partir d'une feuille mince. 4. Elément de structure selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la peau primaire (100) comprend une couche centrale en mousse synthétique et deux couches externes en fibres synthétiques qui recouvrent la couche centrale. 5. Elément de structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les reliefs de renfort (15 ; 150) délimitent avec la peau primaire (10 ; 100) des passages qui sont remplis d'une matière de faible densité. 6. Flotteur de planche à voile comprenant une carène (3) et un pont (2) qui sont respectivement constitués par un premier et un deuxième éléments selon l'une quelconque des revendications précédentes, ces éléments étant conformés en demi-coques qui sont solidarisées l'une à l'autre et qui délimitent un volume fermé. 7. Flotteur selon la revendication 6, dans lequel un troisième élément (4) s'étend longitudinalement dans le volume fermé, sensiblement perpendiculairement aux premier (3) et deuxième (2) éléments. 8. Flotteur selon la revendication 7, dans lequel le pont (2) comprend : - plusieurs reliefs de renfort longitudinaux (30) qui s'étendent sur la majeure partie de la longueur du pont (2), depuis la partie avant du pont, en étant régulièrement espacés transversalement, - plusieurs reliefs de renfort obliques (31) formant un certain angle avec les reliefs longitudinaux (30), et s'étendant parallèlement entre eux dans la partie arrière (28) du pont, - deux séries (34) de reliefs de renfort formant sensiblement deux croix espacées sur la longueur du pont, - plusieurs reliefs transversaux (32) qui sont perpendiculaires aux reliefs longitudinaux (30), et - deux séries (33) de reliefs formant sensiblement deux formes en"V"et situées en partie avant du pont. 9. Flotteur selon la revendication 8, dans lequel la carène (3) comprend d'une part, des reliefs longitudinaux (37) qui s'étendent sur la longueur de la carène, en étant régulièrement espacés transversalement et d'autre part, des reliefs transversaux (38) régulièrement espacés sur la longueur de la carène. 10. Flotteur selon la revendication 7, dans lequel le pont (2) comprend une peau secondaire (110) qui se présente sous la forme d'une ossature comportant : - au moins deux reliefs de renfort longitudinaux (130) qui s'étendent parallèlement l'un par rapport à l'autre sur la longueur du pont (2), et - plusieurs reliefs de renfort (131 ; 132) qui s'étendent sensiblement obliquement à partir des deux reliefs de renfort longitudinaux (130). 11. Flotteur selon la revendication 10, dans lequel la carène (3) comprend une peau secondaire (110) qui se présente sous la forme d'une ossature comportant : - au moins deux reliefs de renfort longitudinaux (137) qui s'étendent parallèlement l'un par rapport à l'autre sur la longueur de la carène (3), et - plusieurs reliefs de renfort transversaux (138) qui s'étendent perpendiculairement à partir des deux reliefs de renfort longitudinaux (137). 12. Procédé de fabrication d'un élément de structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à : - placer des couches de fibres de matériau composite noyées dans une résine dans un premier moule (40) possédant une empreinte (41) de forme complémentaire de celle de la peau primaire (10 ; 100) ; - placer des couches de fibres de matériau composite noyées dans une résine dans un deuxième moule (45) possédant une empreinte (46) de forme complémentaire de celle de la deuxième face (20) de la peau secondaire (11 ; 110), un noyau (48) de forme complémentaire de celle de la première face (19) de la peau secondaire (11 ; 110) étant ensuite rapporté sur les couches de fibres ; - appliquer une pression dans le premier moule (40) et une dépression dans le deuxième moule (45) ; et - démouler les peaux primaire (10 ; 100) et secondaire (11 ; 110), et les coller l'une sur l'autre. 13. Procédé de fabrication selon la revendication 12, dans lequel une pression est appliquée dans le premier moule (40) par gonflage d'une vessie (42), et une dépression est appliquée dans le deuxième moule (45) par une bâche à vide (49) elle-même superposée sur le noyau (48).