Brevet FR2848143A1 — publié le 20040611

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'éléments stratifiés, les éléments ainsi fabriqués et l'utilisation de ce procédé dans divers domaines de construction, en particulier pour l'architecture, notamment navale. De manière classique, la fabrication d'un élément de construction à base de bois 5 et notamment d'un élément de bateau (par exemple de la coque) comprend en premier lieu la fixation par cloutage ou collage de panneau(x) de contreplaqué sur la charpente (du bateau). Les étapes suivantes consistent à recouvrir ces panneaux de couches d'enduit pour boucher les pores, masquer les aspérités, irrégularités de surface ou surépaisseurs éventuelles. L'application de chaque couche d'enduit est suivie d'un 10 séchage, puis d'un ponçage à sec. Ensuite, une ou plusieurs couches d'apprêt sont appliquées. Et enfin l'ensemble doit être peint par un professionnel pour un aspect extérieur parfait. Or les finitions sont très longues et fastidieuses, notamment les cycles répétés d'application d'enduit/séchage/ponçage, et peuvent représenter de 70 à 80 % du temps 15 de travail de la construction totale d'une coque de bateau. En outre, les opérations de ponçage induisent une importante poussière nocive pour le personnel travaillant à cette construction ou à proximité. Par ailleurs, des techniques de moulage de composites ont également été utilisées. Elles comportent l'application, sur un moule, de multiples couches successives 20 de fibres et de polymère (par exemple polyester). Les techniques tentant de combiner les procédés ci-dessus ont échoué jusqu'à présent, en raison des difficultés liées à " l'accroche " des panneaux en bois avec les autres couches, et en particulier en raison de la formation de bulles entre les couches de renfort à matrice en résine et la surface du panneau. Un des buts de la présente invention est donc de proposer un procédé de fabrication d'élément stratifié, par exemple pour coque de bateau en bois, ne présentant pas les inconvénients décrits ci-dessus, et permettant de réaliser ces éléments rapidement, sans production de déchets de ponçage, avec une qualité constante et une bonne adhésion entre les différentes couches dudit élément stratifié. A cet effet, le procédé selon la présente invention de fabrication d'élément stratifié comporte les étapes successives suivantes d'application contre la paroi d'un moule: a) d'au moins une couche de protection dudit élément, b) d'au moins une couche de renfort dans une composition de résine, c) d'au moins une couche de structure comprenant au moins un panneau en bois 5 ou dérivé du bois, au travers de laquelle est préalablement réalisé un réseau de perforations puis une étape de plaquage sous vide des couches a) à c) ci-dessus contre la paroi interne du moule, au moyen d'une poche à vide. Toutes les couches de l'élément stratifié sont ainsi assemblées dans ledit moule, 10 y compris la ou les couches de protection finale, appelées habituellement "de finition", qui sont ici introduites en premier lieu dans le moule. Après démoulage de l'élément stratifié, aucun revêtement ou traitement final n'est nécessaire, ni aucun travail de finition: cet élément est immédiatement utilisable dans la construction souhaitée. En effet, il présente également la caractéristique d'être auto- structurant, c'est à dire qu'il ne 15 nécessite pas d'être associé ou accolé à des pièces de rigidification supplémentaires. La combinaison des trois couches minimales décrites ci-dessus lui confère une rigidité suffisante, chacune des couches participant à cette propriété. Les perforations réalisées au travers de la couche dite " de structure ", qui constitue en quelque sorte "l'âme" de l'élément stratifié, ont pour but principal 20 d éliminer les bulles d'air emprisonnées au niveau de l'interface panneau de bois / résine en permettant de les drainer vers la pompe à vide par l'intermédiaire des perforations lors de la mise sous vide. Ainsi l'adhésion entre ces couches de nature différentes est renforcée. Les perforations permettent en outre une certaine pénétration de la résine dans le 25 bois, imprégnant ainsi les fibres du bois en direction du coeur même du panneau, l'humidifiant et le rendant par conséquent un peu plus malléable, et donc déformable selon la courbure souhaitée, lors de sa mise en place dans le moule et surtout lors de la mise sous vide de l'ensemble. Ce réseau de perforations est de préférence un réseau régulier. La taille et le 30 nombre des perforations sont fonction en particulier de l'épaisseur et de l'esthétique du panneau de bois. Les perforations sont avantageusement espacées de 1 à 8 cm environ les unes des autres, de préférence de 2 à 5 cm et leur diamètre est compris approximativement entre 0,5 et 3 mm, de préférence entre 1 et 2 mm environ. Le procédé selon la présente invention permet aussi de conférer à cet élément stratifié des formes ou courbures impossibles à réaliser en construction classique (par exemple de bateau en bois). Cet avantage est notamment accentué lorsque le panneau 5 en bois ou dérivé du bois est préalablement imprégné de résine avant son application à l'étape c). La couche de protection dudit élément a pour rôle de le protéger contre les.. agents extérieurs de son environnement, par exemple les intempéries, l'eau de mer, les rayons ultra-violets, et de lui conférer une certaine étanchéité. Elle correspond à la 10 couche de " finition " classique, mais comme indiqué ci-dessus, elle est appliquée ici en premier. De manière avantageuse, la couche de protection peut être une peinture, un vernis ou une résine de protection, notamment contre les rayons U.V.. Elle peut être appliquée en une seule passe ou en plusieurs passes, suivies ou non d'un séchage. Cette première couche, qui peut être par exemple à base de polyuréthane ou de 15 composé époxy, peut renfermer aussi de la silice collodale (avantageusement jusqu'à % en poids environ) qui permet d'augmenter sa thixotropie lors de l'application (évitant ainsi les phénomènes de coulages) et de lui conférer une certaine dureté une fois sèche. La couche de protection peut également être une couche ayant aussi une fonction 20 de décoration telle qu'une couche de tissu (par exemple du tissu de soie) ou de papier imprimé, imprégnée d'une résine, une couche de bois (par exemple des lattes en teck pour un élément de pont de bateau) , ou autre feuille ou panneau décoratifs. De manière avantageuse, la couche de renfort b) renferme des fibres, qui peuvent être des fibres végétales, des fibres organiques synthétiques, des fibres 25 minérales telles que des fibres de carbone ou de verre. La composition de résine imprégnant ces fibres pour constituer la couche de renfort comprend avantageusement une résine choisie parmi les résines acrylique, polyuréthane, époxy, phénolique, ou les gommes végétales. Cette composition de résine peut également, tout comme la couche de protection, renfermer de la silice collodale, 30 ainsi que des charges telles que des micro-sphères de verre, pleines ou creuses, et/ou de PVC, permettant d'alléger le mélange et de lui donner du volume. En outre la présence de ces micro-sphères conduit à des couches d'aspect mat et légèrement abrasives et permet ainsi une meilleure adhérence avec les couches voisines. Si nécessaire, l'application des couches des étapes a) et b) du procédé selon la présente invention est suivie d'un séchage; ce séchage est recommandé dans les cas o les solvants utilisés dans les compositions des différentes couches sont incompatibles 5 entre eux, leur présence résiduelle risquant de provoquer un délaminage. Ce séchage peut être réalisé à température ambiante ou dans une étuve, par exemple entre 40 0C et 'C environ. En outre, une première mise sous vide peut être effectuée entre les étapes b) et c) du procédé, permettant de renforcer l'adhésion des premières couches entre elles, 10 notamment lorsque l'élément stratifié à réaliser est de grandes dimensions. Cette première mise sous vide est avantageusement réalisée sous une dépression comprise entre 200 et 400 millibars environ, de préférence voisine de 300 millibars. Le panneau de bois ou dérivé du bois peut être un panneau en bois massif, un contreplaqué, un lamellé-collé, un panneau à fibres et/ou particules agglomérées 15 etc... Le procédé selon la présente invention peut s'adapter à toute épaisseur de panneau. Cependant si l'épaisseur totale requise est trop importante, il est possible d'appliquer plusieurs panneaux plus fins au lieu d'un seul. Dans des situations o l'on souhaite par exemple améliorer la flottabilité, ou l'isolation thermique ou acoustique, de l'élément stratifié, il est avantageux de 20 remplacer le panneau de bois unique par une couche plus légère ou d'isolation telle qu'une couche en matériau alvéolaire, comme une mousse (de préférence rigide) ou un matériau à structure en nid d'abeille (aluminium, PVC, carton, aramide, etc..), prise en sandwich entre un panneau en bois ou dérivé du bois, éventuellement d'épaisseur plus fine, et un autre panneau de bois ou une nouvelle couche de renfort à matrice de résine. 25 Dans ce cas, la couche de structure comprend alors au moins une couche en matériau alvéolaire (de préférence rigide) entourée d'au moins deux panneaux en bois ou dérivés du bois, la couche de matériau alvéolaire et les panneaux étant pré-perforés, et assemblés au moyen d'une colle. Il peut aussi être envisagé d'incorporer, dans cette couche de structure sandwich 30 une armature métallique ou une feuille métallique, par exemple en aluminium ou en plomb, ou encore des panneaux ou profilés en PVC ou autres polymères, entre au moins deux panneaux en bois, en vue de conférer à l'ensemble des propriétés particulières. La seule exigence est que cette couche ou feuille supplémentaire soit également pourvue d'un réseau de perforations, permettant le drainage des bulles lors de la mise sous vide. On peut également faire passer, au sein de cette structure sandwich, des câbles, tels que des câbles électriques, lors de la superposition des différentes couches. L'étape de mise sous vide est effectuée au moyen d'une pompe à vide, sous une dépression la plus poussée possible, c'est à dire avantageusement d'au moins 700 millibars environ, de préférence jusqu'à 1000 millibars, lorsque le procédé est réalisé sous atmosphère et à température ambiantes. Le procédé selon l'invention peut également être réalisé en autoclave, si nécessaire. Le procédé selon l'invention permet également l'assemblage entre eux de panneaux en bois ou dérivés du bois juxtaposés au moyen de joints appelés joints congés. Dans ce cas la composition de base utilisée à l'étape b) peut servir à effectuer ces pièces de raccord et de renfort ponctuel: la résine peut contenir des charges telles que de la silice collodale, des micro fibres de coton, des micro-sphères de verre et/ou 15 de PVC, des fibres minérales ou organiques, de la poudre de bois,etc. ., selon les cas. Ce renfort ponctuel est aussi incorporé dans le moule, sur les couches déjà appliquées sur la paroi de ce moule, sans s'occuper s'il existe des surépaisseurs ou non au niveau de ces joints, car ce dernier va ensuite être masqué par les couches ultérieures et se retrouvera au coeur de l'élément stratifié final. Ce type de joints permet de lier entre eux, 20 au moment même de leur assemblage, des éléments stratifiés, ou des parties de ceux-ci, qui ne sont pas forcément identiques (dans leur constitution, leur épaisseur, etc...). le procédé selon l'invention n'est par conséquent pas limité à la fabrication d'éléments stratifiés à couches continues, mais permet de joindre des ensembles de couches superposées formant des angles entre eux. La présente invention concerne également les éléments stratifiés obtenus par le procédé décrit ci-dessus, qui ont la propriété d'être autostructurants. Sont concernés en particulier les éléments stratifiés autostructurants comprenant les couches successives suivantes: - au moins une couche de protection - au moins une couche de renfort à matrice de résine - au moins une couche de structure comprenant au moins un panneau en bois ou dérivé du bois pourvu d'un réseau de perforations. De manière avantageuse, la couche dite de structure peut comprendre au moins une couche en matériau alvéolaire (telle que décrite ci-dessus) prise en sandwich entre au moins deux panneaux en bois ou dérivés, la couche en matériau alvéolaire et les panneaux étant chacun pourvus d'un réseau de perforations. De tels éléments stratifiés 5 sont par exemple particulièrement utiles pour la conception de parties insubmersibles dans les bateaux, ou pour l'amélioration de l'isolation acoustique:ou thermique dans divers types de constructions. Dans certains éléments stratifiés selon l'invention, la couche de structure peut être recouverte d'au moins une nouvelle couche de renfort à matrice de résine sur sa face 1o libre, elle-même étant éventuellement revêtue d'au moins une couche de finition. La couche de finition peut être une couche de peinture, un vernis, un gel-coat, une résine de protection, ou une couche décorative. Le procédé selon l'invention trouve des utilisations intéressantes pour la fabrication d'éléments destinés notamment à l'architecture navale, au domaine du 15 bâtiment (et notamment de bâtiments préfabriqués), à la construction ou l'aménagement de véhicules, au domaine du mobilier d'intérieur ou urbain, ou encore au domaine aéronautique, sans que ces exemples d'utilisation soient limitatifs. D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront encore de la description qui va suivre de plusieurs variantes de réalisation, données à 20 titre d'exemples non limitatifs, du procédé de fabrication d éléments stratifiés, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe transversale partielle d'un élément stratifié fabriqué selon une première variante du procédé de l'invention, destiné à la construction navale, - la figure 2 est une vue en coupe transversale partielle d'un élément stratifié fabriqué selon une seconde variante du procédé de l'invention, destiné aussi à la construction navale, et - la figure 3 est une représentation en coupe partielle d'un élément stratifié fabriqué selon une autre variante du procédé de l'invention, destiné au domaine du 30 bâtiment Exemple 1: En référence à la figure 1, on applique sur la paroi interne 1 d'un moule femelle 2 recouverte d'un agent de démoulage, une peinture polyuréthane 3 à deux composants, chargée en silice collodale, sur environ 0,5 mm d'épaisseur par pulvérisation au 5 pistolet. Cette application est suivie d'un séchage de 72 heures à 20 'C. Une couche de renfort constituée de fibres de verre 4 imprégnées et recouvertes de résine époxy 5, renfermant de la silice collodale et chargée en micro-sphères de verre, est ensuite appliquée sur la couche de peinture 3 sèche, selon une épaisseur d'environ 0,3 mm. Puis est immédiatement appliqué, avant la prise de la résine époxy, un premier panneau 6 de 10 contreplaqué de 5 mm d'épaisseur, présentant un réseau de perforations 7 de 3 mm de diamètre à environ 3 à 5 cm d'intervalle les unes des autres. Ensuite un second panneau 9 de contreplaqué de 5.mm d'épaisseur vient recouvrir le panneau 6 précédemment installé, une nouvelle couche de résine époxy 8 non chargée jouant le rôle de colle entre ces deux panneaux de bois 6, 9. Le panneau 9 est également pré-perforé de trous 10 de 15 3.mm de diamètre, espacés de 3 à 5 cm les uns des autres. Les périphériques de vide, ainsi qu'une poche à vide (non représentés) sont mis en place à proximité immédiate de la superposition des couches schématisée sur la figure 1 et une aspiration sous un vide correspondant à une dépression de 700 millibars minimum est appliquée au moyen d'une pompe à vide pendant environ 5. heures, c'est à dire durant un temps 20 correspondant au moins à la prise de la peinture et des différentes couches de résine introduites. On obtient après démoulage un élément stratifié auto-structurant, correspondant ici à une partie de coque de bateau en bois de type " Corsaire ". Exemple 2: Un élément de pont de ce même type de bateau en bois est préparé selon la même méthode que celle décrite ci-dessus, la superposition des couches étant présentée à la figure 2 (des parties identiques portant des numéros de référence identiques sur les figures présentées). Les étapes d'application de la peinture 3, des fibres de verre 4 dans une matrice de résine 5, puis du premier panneau 6 de contreplaqué de 5 mm 30 d'épaisseur, muni de perforations 7, sont réalisées de manière similaire à celles de l'exemple de la figure 1. Ensuite une couche 12 de mousse PVC à 45 kg/m2,de 15 mm d'épaisseur et pourvue de perforations 13, est collée au moyen de la résine époxy 8 sur le premier panneau de bois 6, puis un second panneau 14 de contreplaqué de 5mm d épaisseur, muni de perforations 15 de 2 mm de diamètre, identique au premier panneau 6, y est appliqué, au moyen d'une couche 16 de la même résine époxy. L'ensemble est mis sous un vide de 700 millibars pendant 5 heures jusqu'à la prise de la 5 résine. L'élément stratifié obtenu après démoulage présente des propriétés d'insubmersibilité, et peut' être incorporé immédiatement, sans aucune finition supplémentaire, dans la construction du bateau. Exemple 3: Le procédé selon l'invention est utilisé ici pour la construction d'un bâtiment hémisphérique ayant la forme d'une coupole de 30 mètres de diamètre constituée par l'assemblage, sur une clef de vote, de 16 éléments préfabriqués identiques triangulaires. Chacun de ces éléments présente la structure montrée en coupe sur la figure 3 (les épaisseurs des différents constituants ne sont pas représentés à l'échelle). 15 Sur la paroi interne 1 d'un moule femelle 2 on a appliqué successivement: - une couche 20 de 500 micromètres d'épaisseur de peinture à base de polyuréthane, renfermant de la silice collodale, - un tissu de verre 21 de 600 g/m2, imprégné d'une résine époxy, renfermant de la silice collodale et chargée en micro-sphères de verre, - deux panneaux 22, 23 de contreplaqué de 5 mm d'épaisseur chacun, séparés par une couche de résine époxy (non représentée), chargée, servant de colle, - d'une couche 24 de mousse PVC ignifugée de 150 mm d'épaisseur dans laquelle est inséré un squelette 25 en bois lamellé-collé pour renforcer la structure, les deux faces de cette couche de mousse 24 étant recouvertes de 25 résine époxy chargée (non représentée), - deux panneaux 26, 27 de contreplaqué de 5 mmn d'épaisseur chacun, séparés par une couche de résine époxy (non représentée), chargée, servant de colle, - un tissu 28 de verre de 600 g/m2, imprégné d'une résine époxy, renfermant de la silice collodale et chargée en micro-sphères de verre, - et enfin une couche 29 de peinture intérieure de finition classique, à base de polyuréthane. Chaque panneau de contreplaqué (22, 23, 26 et 27), ainsi que la couche de mousse (24) étaient préalablement perforés d'un réseau de trous 30 de 3 mm de diamètre, uniformément répartis tous les 8 cm environ. Un vide correspondant à une dépression comprise entre 200 et 400 millibars a été appliqué après la pose de chacun des deux tissus de verre, et un vide plus poussé, correspondant à une dépression proche de 1 bar, a été appliqué après la mise en place des doubles couches de contreplaqué, durant des périodes suffisantes pour la prise de la 10 résine. Les éléments stratifiés ainsi fabriqués suivant le procédé de la présente demande ont permis la construction de cette charpente auto-portée isolante, de grande surface. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'élément stratifié, comportant les étapes successives suivantes d'application contre la paroi (1) d'un moule (2): a) d'au moins une couche de protection (3, 20) dudit élément, b) d'au moins une couche de renfort (4, 21) dans une composition de résine, c) d'au moins une couche de structure comprenant au moins un panneau (6, 22) en bois ou dérivé du bois, au travers de laquelle est préalablement réalisé un réseau de perforations (7, 30), puis une étape de plaquage sous vide des couches a) à c) ci-dessus 10 contre la paroi (1) du moule (2), au moyen d'une poche à vide. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le panneau (6) en bois ou dérivé du bois est préalablement imprégné de résine avant son application. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de protection (3, 20) est une peinture, un vernis ou une résine de 15 protection contre les rayons U.V. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de protection (3, 20) et/ou la composition de résine de la couche de renfort (4, 21) renferme(nt) de la silice collodale. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en 20 ce que la couche de renfort (4, 21) renferme des fibres. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la composition de résine de la couche de renfort (4, 21) comprend une résine choisie parmi les résines acrylique, polyuréthane, époxy, phénolique, ou les gommes végétales. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les étapes a) et/ou b) sont suivies d'un séchage. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une première mise sous vide est effectuée entre les étapes b) et c). 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en 30 ce que les perforations (7, 30) sont espacées de 1 à 8 cm environ les unes des autres et leur diamètre est compris approximativement entre 0,5 et 3 mm. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de protection et/ou la composition de résine renferme(nt) des microsphères de verre et/ou de PVC. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de structure comprend au moins une couche en matériau alvéolaire 5 (12, 24) rigide entourée d'au moins deux panneaux (6,14, 23, 26) en bois ou dérivés du bois, la couche en matériau alvéolaire (12, 24) et les panneaux (6,14, 23, 26) étant préperforés et assemblés au moyen d'une colle. 12. Elément stratifié auto-structurant obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant les couches successives 10 suivantes: - au moins une couche de protection (3, 20) - au moins une couche de renfort (4, 21) à matrice de résine - au moins une couche de structure comprenant au moins un panneau (6) en bois ou dérivé du bois pourvu d'un réseau de perforations (7, 30). 13. Elément stratifié selon la revendication 12, caractérisé en ce que la couche de structure comprend au moins une couche en matériau alvéolaire (12, 24) rigide prise en sandwich entre au moins deux panneaux (6,14, 23, 26) en bois ou dérivés, la couche en matériau alvéolaire (12, 24) et les panneaux (6,14, 23, 26) étant chacun pourvus d'un réseau de perforations (7,13,15, 30). 14. Elément stratifié selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que la couche de structure est recouverte d'au moins une nouvelle couche de renfort (28) à matrice de résine sur sa face libre, elle-même étant éventuellement revêtue d'au moins une couche de finition (29). 15. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 pour 25 la fabrication d'éléments destinés à l'architecture navale. 16. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1 pour la fabrication d'éléments destinés au domaine du bâtiment. 17. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 pour la fabrication d'éléments destinés à la construction ou l'aménagement de véhicules. 18. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 pour la fabrication d'éléments destinés au domaine du mobilier d'intérieur ou urbain. 19. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 pour la fabrication d'éléments destinés au domaine aéronautique.