Brevet FR2911615A1 — publié le 20080725

-1- MATERIAUX PC)UR LA CONFECTION DE VOILES ET VOILES REALISEES AVEC CE TYPE DE MATERIAUX DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION : La présente invention à trait au domaine des matériaux destinés à la confection de voile pour bateau ou tout autre engin à propulsion vélique. DESCRIPTION DE L'ART ANTERIEUR : 10 Un bateau à voile peut remonter contre le vent grâce à la dépression exercée par l'écoulement de l'air sur les profils légèrement creux de ses voiles. Ces voiles dites de prés seront d'autant plus plates et résistantes à la déformation, que le bateau sera performant et rapide. II sera recherché aussi un poids minimum, car la voile étant disposée à plusieurs mètres de hauteur, elle 15 crée, à la gîte une réduction du couple de redressement. D'autres aspects qualitatifs sont aussi importants comme la souplesse et la résistance au vieillissement. Ces voiles sont traditionnellement confectionnées à partir de pièces appelées laizes ou panneaux (20), assemblées entre elles par des coutures ou des collages. Ces panneaux peuvent être découpés dans un ou plusieurs type de matériaux à voiles. Ces 20 matériaux à voiles sont réalisés à partir de matériaux a base de tissu ( Fig 1A) ou de non-tissés (Fig 1E3 / 16 ou 17 ) contrecollés en multi-couches avec des films plastiques (15). Une partie du marché des voiles de bateau est destinée aux bateaux de courses amateurs ou professionnelles. Le faible allongement des matériaux est recherché et les gains de poids sont 25 appréciés pour améliorer la performance globale des bateaux. L'autre partie du marché est destinée à la croisière ou à la croisière hauturière. Dans ce secteur la majorité des bateaux sont équipée de système d'enroulage de la voile dit voile sur enrouleur. II est intéressant d'avoir un matériau plus léger et plus souple sur l'avant au niveau du guidant pour faciliter l'enroulage ou l'utilisation de la voile réduite ( c'est à dire partiellement enroulée). 30 Sur ce marché, les voiles doivent être durable et résister a des faseyer occasionnel causés par un équipage réduit ou une moindre expérience. Les voiles les plus répandues sont cornposées de tissus enduits d'une résine. Ces tissus sont majoritairement réalisés par tissage d'une maille taffetas (fig.1) ou sergés à partir d'un ensouple 35 de fils de chaîne (12) et de fils de trame (11) de section et de densité constante fabriqués selon les standards en vigueur. L'espacement (13) entre les fils de trame (11) est constant, donc la densité de ces tissés est mesurée en nombre de filaments par cm ou par pouce de tissu, en chaîne et en trame, c'est la contexture du tissu. En voilerie cette valeur est exprimée en Denier par Pouce (traduction de Denier Per Inch = DPI ) qui traduit le nombre de filament sur une largeur de tissus. Le Denier 40 étant une unité non conventionnelle, le Denier est en fait le 9/10 ieme de l'unité conventionnelle : le5 -2- Decitex (Dtex). Ces tissus ont pour objectif de transmettre les forces mécaniques et/ou de protéger un matériau multicouche afin d'améliorer la longévité des voiles de croisière ou de course hauturière. L'évolution des techniques à conduit les fabricants à développer des matériaux modernes plus optimisés. La réflexion fût généralement centrée sur l'orientation des fibres structurales et d'assurer leur continuité dans la voile. Ces dernières années ont vu des améliorations dans la confection des voiles avec l'abandon des métiers à tisser au profit de systèmes de dépose de fibres continues non tissées, comme : - Soit en deux dimensions, par exemple le Brevet US0503870 : au moins deux plis de fibres non 10 tissées sont insérés entre deux films d'étanchéités, le premier pli étant pratiquement entièrement dans une position relative non-parallèle et le second pli de fibres étant parallèle au joint d'assemblages des panneaux. - Soit en trois dimensions, par exemple le Brevet EPO475083 : sur un ou entre deux matériaux imperméables, est disposé une couche non-tissée comprenant des fils supportant la charges et des 15 fibres définies comme " fils secondaires ", assistés par ordinateur. Les fibres sont disposées par collage les unes sur les autres, non tissées, généralement entre deux films de matières plastique uniformes (film PolyEthyleneTerephtalate, par exemple IVlylarR de Dupond de Nemours) à l'aide de machine opérant sur une surface plane ou courbe 20 représentant tout ou une partie de la voile à réaliser. Ceci concerne principalement les voiles de régate. Parfois ces matériaux modernes possèdent une ou deux couches des fibres tissées contrecollées sur ces films de matières plastiques, pour protéger l'ensemble et améliorer la longévité des voiles de croisière ou de course hauturière. Généralement ces fibres tissées sont des mailles 25 taffetas de fibres Polyester équilibré avec sensiblement autant de fibre de chaîne et de fibre de trame, elles améliorent grandement le vieillissement des voiles, mais ces taffetas sont relativement lourds, ce qui limite leur usage. Les voiles pour bateaux sont généralement de forme triangulaire. Elles possèdent lors de leurs utilisation une partie avant appelée Guindant (22), une partie arrière appelée Chute (21), une 30 partie basse appelée Bordure (23). Elle sont fixées aux bateaux par trois points d'attache principaux qui sont, par le haut : la Drisse (24), par l'arrière : l'Ecoute (25) et sur l'avant : l'Amure (26). DESCRIPTION DE L'INVENTION 35 Le problème majeur dans la construction d'une voile est de concevoir le matériau optimal compte tenu de la très grande variation des charges mécaniques et de l'intensité de faseyage sur la surface d'une voile. Par exemple, le faseyage sera beaucoup plus violent sur ira Chute ( 21) que sur la partie avant de la voile (22), il sera quasiment nul au niveau de l'Amure (26) par exemple. Les contraintes mécaniques peuvent varier d'un facteur de 1 à 20 entre la zone de la Drisse 40 (24) et la zone du point d'Amure (26). -3- La zone d'Ecoute (25) sera beaucoup plus sollicitée sur un génois, car la voile va frotter contre les haubans du mât et les chandeliers du bateau. Partant de cet état de fait, le demandeur a cherché à diminuer le poids des matériaux qui sont réalisés par tissage de fil de chaîne (12) et de fil de trame (11), grâce à l'optimisation du poids des fibres de trame. Les matériaux concernés sont généralement les taffetas, constituant partiel ou total des matériaux à voiles. Ainsi, selon l'invention il est possible de diminuer le poids de la voile en variant sur une même pièce de tissu, la quantité de fibres tissées à l'aide d'un métier à tisser conventionnel, composante d'un ou plusieurs panneaux (20) fabriqués spécifiquement pour une voile, ceci en fonction de la stricte nécessité. L invention décrit un matériau ayant un espace (23,24,25) entre les fibres de trame (31), variable sur une même pièce de tissus. La structure originale du matériau décrit dans l'invention permet d'agir sur les proportions entre chaîne et trame des taffetas dans une pièce continue de tissu de type taffetas ou similaire utilisée dans le matériau de la voile crée spécifiquement par rapport au cahier des charges de la voile à réaliser. Ainsi grâce au procédé d'encollage intégré au procédé de tissage, il est possible de réaliser un matériau ayant très peu de trame par rapport à la chaîne. C'est à dire que le rapport de fibres par rapport à la quantité totale de fibre peut être inférieur à 33.3 % pour la trame et supérieur à 66.7% pour la chaîne. Alors que dans les matériaux à voile conventionnel il y a sensiblement la même densité de fibres entre la chaîne et la trame, le rapport de quantité peut être aussi modifié entre la chaîne et la trame grâce à l'usage de fibres différente entre la chaîne et la trame, mais ceci de façon constante sur une même pièce de tissu produite. Il n'a jamais été réalisé de tissage spécifique à une application prévu dans une voile comprenant des variations de trame et de type de fibres dans une même pièce de tissu. Grâce à l'invention les fibres constituantes de ces couches tissées sont de sections plus ou 30 moins grandes et en quantité variable dans une même pièce de tissu, ceci en fonction de la position prévue dans la voile. Les principales nouveautés et leurs avantages apportés : 35 1.Un matériau tissé plus léger, grâce à la réduction importante de la quantité de trame par rapport à la quantité de chaîne. Dans le cadre de l'invention, il est possible de produire un tissu ayant moins de 33% de fibres en trame en espaçant les trames entre elles, pendant l'opération de tissage et en liant par encollage ces fibres entre elles tant qu'elles sont en tension. L'encollage est indispensable car avec très peu de 40 trame, toute manipulation entraîne la dégradation de la maille par glissement des fibres entre elles. -4- 2. Une contexture d'un ou des tissus composant une pièce unitaire de matériau de la voile, variable en fonction de sa position dans la voile : Dans le cadre de l'invention, les fibres de trames des tissus renforçant la voile sont de densité variable en fonction de leurs positions dans la voile. En règle générale il sera recherché une plus forte densité vers la Chute (21) de la voile pour obtenir une plus grande résistance mécanique et à l'usure ; par opposition il sera recherché une plus faible densité vers le Guidant (22) de la voile pour obtenir plus de souplesse et plus de légèreté. 3. Une optimisation de la section et du type de fibres tissées au niveau de la trame et ceci dans une pièce unitaire de matériau de la voile et de façon variable en fonction de sa position prévu dans la voile. En règle générale il sera recherché une fibre plus grosse et/ou plus résistante vers la Chute (21) de la voile pour obtenir une plus grande résistance mécanique et à l'usure ; par opposition il sera recherché une fibre plus fine et/ou moins résistante vers le Guindant (22) afin d'obtenir plus de souplesse et plus de légèreté. Grâce à l'invention, il est possible d'utiliser des fibres de structure chimique différente dans ur même panneau d'une voile. Par exemple, la fibre de carbone est une fibre attractive mais elle présente des problèmes de vieillissement compte tenu de sa très faible résistance à la flexion. Il est possible, grâce à l'invention d'utiliser des fibres de carbone dans les panneaux du milieu de la voile et les zones près de l'Ecoute (25), tout en réduisant leur quantité vers les zones Avant (Guindant (22) / Arrière Chute (21)) de la voile, au profit par exemple de fibre plus résistante à la flexion comme un aramide. Dans le même esprit, il est intéressant d'utiliser des fibres ayant subit des traitements adaptés à leur position dans la voile. Nous pouvons pour une fibre de même structure chimique modifier les paramètres de section, retordage, ensimage, tension... ils peuvent être adaptés en fonction de l'enduction souhaitée et de façon indépendante au niveau de chaque voile et au niveau de chaque panneau dans une voile. Pour un programme de longue durée, par exemple des fibres de Polyéthylène Haut module 30 seront privilégiées, avec une enduction limitée à la périphérie des fibres, sans collage des filaments centraux de chaque fibre. Ainsi la souplesse et l'élasticité seront privilégiées. Evidemment il est possible de mixer ces fibres de trame et de faire varier leurs sections sans limite, de 20 Dtex à 5000 Dtex à la fois au niveau d'une seule pièce de tissu composant un panneau de la voile et aussi entre les différents panneaux de la voile. 35 Les fibres utilisées, comme par exemple les Polyester, Aramide et para-aramide, Carbone, Pclyéthylène sont des multi-filaments d'environ' 500 à 2000 unités, il est avantageux d'adapter leur structure en choisissant le nombre de filament et en appliquant une torsion à la fibre (retordage), afin d'optimiser leur performance. 40 -5- Les matériaux selon l'invention sont réalisés à l'aide d'un métier à tisser conventionnel équipé d'accessoires nécessaires à la réalisation du tissus selon l'invention, ( figure 5). Les variations de section des fibres de trame et de leur répartition sur le matériau peuvent 5 être importantes dans la limite des métiers à tisser, qui doivent dans certains cas subir quelques modifications. Concrètement le matériau selon l'invention peut être réalisé de la manière suivante : Au préalable, un programme de fabrication sera réalisé en fonction de la répartition de trame 10 désirée. Par exemple (figure 4), une voile de type génois est composé de 7 panneaux conçu spécifiquement avec une plus forte densité de trame sur la chute de la voile (21) et sur bas du guidant (22). Lors de la conception les panneaux (41, 42, 43....) sont disposées cote à cote sur la future pièce de tissu, ainsi on peut distinguer les variations de trame à réaliser sur le métier à tisser au fur et à mesure du tissage de la pièce de tissu (49 ou 50) en bobine. Une fois tissé, la bobine sera 15 déroulé et les panneaux de la future voile seront découpés pour constituer la voile une fois assemblées entre eux. Le métier à tisser devra subir des adaptation spécifique pour l'élaboration du produit selon l'invention, ces modifications ne font pas l'objet d'une demande de protection, elles mettent en oeuvre 20 des systèmes conventionnels. - un métier à tisser sera équipé de plusieurs bobines de trame de qualité différente (51) - le métier doit être équiper de variateur d'avance et de système de correction de tension en fonction de la vitesse d'avance - compte tenu de la très faible tenue du matériau ainsi réalisé, car les trames sont trop 25 espacées pour permettre la manipulation du tissu une fois détendu, il est préférable de l'encoller après tissage, tant qu'il est sous tension. Le tissu sera ensuite séché en (58) puis bobiné en (52). Le procédé d'encollage ne fait pas l'objet d'une demande de protection. La coordination des paramètres de tissage est contrôlée par un autornate programmable ou 30 un ordinateur qui commandera selon le programme de fabrication pré-etabli lors de la conception de la voile : - le choix de la trame à insérer via la présentatrice de trame (55) - la vitesse de déroulement de la chaîne (59) pour contrôler les espaces entre chaque fils de trame (51) insérés dans la chaîne en fonction du métrage en cours, ceci à l'aide d'un 35 variateur de vitesse en (56) - la quantité de résine d'enduction en faisant varier la viscosité du bain en (53) à l'aide d'une pompe doseuse ajustant les composants (61) et (62) de la résine. Cette pompe étant contrôlée par un variateur. 40 -6- Selon l'invention, la nouvelle construction des couches du matériau constituant les panneaux de la voile ainsi réalisée, permet : - De diminuer le poids des constituants d'une voile réalisée par tissage. - De réduire le nombre de pièces constituant la voile, - D'améliorer la stabilité dimensionnelle en organisant des fibres de trames adaptées aux contraintes mécaniques en fonction de leurs positions sur la voile ainsi réalisée. - D'améliorer le vieillissement de la voile en renforçant les zones d'usure prématurée de la voile. Dans le cadre de l'invention, les paramètres d'optimisation sont très nombreux permettant un gain de poids important. Cette optimisation dépend entre autre, du format et de la disposition des différents panneaux constituant la voile. II est proposé quelques diagrarnmes de tissage sur les figures 2 à 4 qui sont soumis à titre d'exemple, non limitatifs BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une représentation de matériaux conventionnel, figure 1A de type taffetas, figure 1B de type non tissé contre-collé La Figure 2 est une représentation d'un jeu de voiles du type génois et grand voiles selon l'invention La figure 3 est un vue d'une couche de tissu du type taffetas, composante d'un matériau selon l'invention La figure 4 est une vue générale de la voile dite génois représentant une organisation des fibres selon l'invention et d'un rouleau de son mode cle réalisation, les panneaux de la voile sont découpé dans un rouleau de tissu fabriqué selon l'invention. 30 La figure 5 est une représentation d'un procédé de fabrication d'un tissu selon l'invention Ces figures de 1 à 5, sont citées à titre d'exemple, non limitatifs 25 35 REVENDICATIONS 1. Matériau à voile composé d'au moins une couche de tissu comprenant des fibres de chaîne (22) continues et des fibres de trame (21) continues réalisé par tissage, cette couche de tissu étant caractérisée en ce que les fibres de trame sont de densité variable sur une même pièce de tissu composante du matériau à voile. 2. Matériau à voile selon la revendication 1, composé d'au moins une couche de tissu comprenant des fibres de chaîne continues et des fibres de trame continues réalisé par tissage, cette couche de tissu étant caractérisée en ce que les fibres de trames sont de section variable sur une même pièce de ce matériau à voile. 3. Matériau à voile selon la revendication 1 ou 2, composé d'au moins une couche de tissu comprenant des fibres de chaîne continues et des fibres de trame continues réalisé par tissage, cette couche de tissu étant caractérisée en ce que les fibres de trame ont des structures chimiques variables sur une même pièce de ce matériau à voile. 4. Matériau à voile selon la revendication 1 ou 2 ou 3, composé d'au moins une couche de tissu comprenant des fibres de chaîne continues et des fibres de trame continues réalisé par tissage, cette couche de tissu étant caractérisée en ce que les fibres de trame ont des structures physiques variables sur une même pièce de ce matériau à voile. 5. Matériau à voile composé d'au moins une couche de tissu comprenant des fibres de chaîne continues et des fibres de trame continues réalisé par tissage, (selon l'une des revendications 1 à 4), cette couche de tissu étant caractérisée en ce que la densité des fils de trame est au moins 3 fois moins grande que les fils de chaîne sur une même pièce de ce matériau à voile. 6. Matériau à voile selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce qu'au moins une fibre est retordue. 7. Matériau à voile selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce qu'au moins une fibre est non retordue. 8. Voile pour bateau comportant plusieurs points d'attaches (24 à 26) comprenant plusieurs panneaux (20), au moins une des ses panneaux étant constitués selon au moins une des revendications 1,2,3,4,5,6 ou 7.