Brevet FR2953446A1 — publié le 20110610

Structure composite, son procédé de fabrication et élément de support réalisé avec cette structure composite La présente invention est relative à une structure composite, son 5 procédé de fabrication et à un élément de support réalisé avec cette structure composite. En particulier, elle est relative à un nouveau véhicule nautique, en particulier un kayak. On connaît des kayaks comme véhicules nautiques qui plaisent de 10 plus en plus au grand public. Toutefois, ces kayaks sont en général réalisés par roto-moulage et assez lourds de sorte qu'il est difficile des les manipuler tout seul. En plus, leur encombrement combiné au poids important rend leur manipulation fastidieuse. 15 Pour résoudre ces problèmes d'encombrement et de poids, il a été proposé de réaliser des kayaks gonflables. En effet, ces kayaks sont généralement légers (environ 15 kg) et peu encombrants à l'état dégonflé. Cependant, dans les eaux vives, comme des rivières, leur 20 comportement n'est pas assez stable et ils ne possèdent pas la rigidité nécessaire pour une bonne pratique du kayak. De plus, le tirant d'eau dans les rivières est faible à maints endroits de sorte que des chocs contre des pierres peuvent endommager les chambres à air, voir même en cas extrême déchirer la toile. 25 Par ailleurs, on connaît des structures composites dans la fabrication de divers objets, comme par exemple pour l'automobile, pour des cloisons, des planchers ou panneaux, ou pour l'aéronautique. Un parfait exemple de cet état de la technique est connu du document WO2005030477. 30 Ces structures composites sont en général réalisées avec deux couches externes structurelles et une couche interne en mousse pour BRT0435 remplir l'espace entre les couches structurelles et pour alléger la structure dans son ensemble. Toutefois, ces structures composites sont complexes à fabriquer et on est restreint au niveau des formes que l'on peut réaliser. Il est un objet de la présente invention de pallier, au moins partiellement, à un ou plusieurs de ces inconvénients des kayaks connus et de proposer une nouvelle structure composite permettant de les réaliser de façon assez légère. A cet effet, l'invention a pour objet une structure composite caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une première et une seconde couches d'une mousse de polyéthylène expansé et réticulé, assemblées par de la colle rigidifiante. Cette structure peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison : - la colle rigidifiante comprend une résine, - la résine est une résine époxy ou une résine polyester, la colle rigidifiante est une colle cyanoacrylate, la colle rigidifiante est renforcée en fibres, - la colle rigidifiante est renforcée en fibres de carbone, un tissu de verre, ou du Kevlar TM, l'épaisseur d'une couche de mousse est comprise entre 20mm et 100mm, la densité des couches en mousse est comprise entre 25kg/m3 et 70kg/m3, de préférence comprise entre 30kg/m3 et 50kg/m3, BRT0435 - elle comprend au moins trois couches dont au moins les couches d'extrémité vues dans le sens d'assemblage des couches sont en mousse de polyéthylène expansé et réticulé, - toutes les couches sont réalisées en mousse de polyéthylène expansé et réticulé, - au moins une couche interne comprend un élément de renfort statique, - l'élément de renfort est réalisé en bois, ou en matière plastique dure. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un élément de support, en particulier humain, en structure composite, caractérisé en ce que - on assemble des couches en mousse de polyéthylène expansé et réticulé, par de la colle rigidifiante, - on usine par enlèvement de copeaux l'assemblage en structure composite pour obtenir une forme externe souhaitée. Ce procédé peu comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises seules ou en combinaison : - l'étape d'usinage est réalisée par un usinage à grande vitesse, - entre l'étape d'assemblage et l'étape d'usinage, on met les couches collées sous presse jusqu'à durcissement de la colle rigidifiante, - avant l'assemblage, on prédécoupe les couches de mousse pour obtenir une ébauche par empilage de l'élément de support final, BRT0435 - on réalise un traitement thermique sur la surface externe après l'étape d'usinage, le traitement thermique comprend la projection d'air chaud à une température comprise entre 80°C et 120°C, de préférence 100°, - on intègre des fibres de renforcement dans la colle rigidifiante lors de l'assemblage. L'invention a en outre pour objet un élément de support caractérisé en ce qu'il comprend une structure composite telle que définie ci-dessus. L'invention a en outre pour objet un véhicule nautique, en particulier kayak, caractérisé en ce qu'il est réalisé avec une structure composite telle que définie ci-dessus. Ce véhicule nautique peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises seules ou e combinaison : - la couche de mousse de polyéthylène expansé et réticulé formant la semelle possède une densité supérieure à celle des couches adjacentes, en particulier égale à 70kg/m3, - il comprend un logement passager de forme générale en U dont les branches sont destinées à loger les jambes du passager et la base est destinée à loger le tronc du passager, le fond du logement passager possède au niveau des branches une forme anatomique arrondie, soulevant la jambe au niveau du genou, - la poupe possède une forme aplatie et élargie pour améliorer la portance et la stabilité à l'arrière du kayak, BRT0435 - il comporte un logement de réception d'un réceptacle étanche. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple, sans caractère limitatif, en regard des figures annexées sur lesquelles : la figure 1 montre une vue en coupe d'une structure composite selon l'invention selon un premier exemple, la figure 2 montre une vue en coupe d'une structure composite selon l'invention selon un deuxième exemple, - la figure 3 montre un organigramme du procédé selon l'invention, - la figure 4 montre selon une vue en perspective d'un véhicule nautique, en particulier un kayak, réalisée avec la structure composite selon l'invention, - la figure 5 est une vue de dessus du kayak de la figure 4, - la figure 6 est une vue de côté du kayak de la figure 4, - les figures 7 à 15 montrent des vues en coupe de différentes étapes de réalisation du kayak selon l'invention. De façon générale, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. On va maintenant décrire la structure composite selon l'invention, son procédé de fabrication et des objets pouvant être réalisés à l'aide de cette structure composite, en particulier des véhicules nautiques, comme par exemple des kayaks. 1. La structure composite Pour pouvoir proposer un élément de support pour le corps humain, en particulier un véhicule nautique tel qu'un kayak, il fallait tout d'abord développer et inventer une matière qui soit à la fois légère, aisée à assembler, facile à façonner tout en présentant des propriétés de rigidité suffisantes, le tout si possible avec un contact agréable BRT0435 lors d'un contact avec le corps humain, notamment un contact direct avec la peau. La figure 1 montre de façon schématique en coupe un premier exemple d'une structure composite 1 selon l'invention. Cette structure composite comprend au moins une première 3 et une seconde 5 couches d'une mousse de polyéthylène expansé et réticulé. Ces couches 3 et 5 sont assemblées par de la colle rigidifiante 7. Comme colle rigidifiante, on peut citer comme exemple une résine, tel qu'une résine époxy ou une résine polyester. En alternative, on peut utiliser une colle cyanoacrylate. De façon surprenante, l'inventeur de la présente invention a découvert un effet « composite » de cet assemblage. En effet, les couches de mousses de polyéthylène expansé et réticulé sont généralement souples et se déforment sous la contrainte externe. En assemblant une ou plusieurs couches par une colle rigidifiante tel que décrite ci-dessus, on obtient une structure composite très légère, ayant une rigidité suffisante pour supporter par exemple le corps humain et très agréable au contact avec la peau. La dureté de ces mousses est supérieure à 40 shore et elles peuvent être utilisées dans une large gamme de température comprise entre -40°C et +90°C. Il s'agit d'une mousse qui est « hydrophobe » dans la mesure qu'elle absorbe en un mois moins de 1% d'eau en volume. BRT0435 De telles mousses sont par exemple commercialisées comme mousse de polyoléfine sous la marque déposée XPE de la société Cellutec (marque déposée). Il s'agit d'une mousse fabriquée à partir de copolymères polyéthylène qui est chimiquement réticulée à cellules fermées et à structure cellulaire superfine. De plus, cette mousse existe en divers coloris comme blanc, gris anthracite, jaune, bleu, rouge vert et noir, de sorte que les objets fabriqués avec cette structure peuvent avoir des aspects non seulement sympathiques, mais aussi attirer l'attention, comme par exemple pour une embarcation de sauvetage sur l'eau (mer ou lac) réalisée à l'aide de cette structure composite. On utilise généralement des couches de mousse ayant une épaisseur comprise entre 20mm et 100mm finie (une fois décroutée), en moyenne de 50mm. Il est clair que la rigidité de la structure composite est d'autant plus grande que la couche centrale est épaisse ou, si les couches sont minces, elles sont nombreuses. La densité des couches en mousse est par exemple comprise entre 25kg/m3 et 70kg/m3, voir comprise entre 30kg/m3 et 50kg/m3. Pour un objet que l'on souhaite fabriquer tel qu'un élément de support, en particulier pour un humain, on utilisera une densité plus grande au niveau des parties demandant une rigidité statique plus importante. Selon un développement, on peut renforcer la colle rigidifiante en fibres, comme par exemple en fibres de carbone, en tissu de verre, ou en Kevlar ". BRT0435 La figure 2 montre un autre exemple d'une structure composite selon l'invention dans laquelle elle comprend au moins trois couches 3, 7, 9 dont au moins les couches d'extrémité 3 et 5 vues dans le sens d'assemblage des couches sont en mousse de polyéthylène expansé et réticulé. Selon une variante, la couche interne 9 est également réalisée en mousse de polyéthylène expansé et réticulé. Selon une autre variante, on peut prévoir que la couche interne 9 comprend un élément de renfort statique, par exemple réalisée en bois, ou en matière plastique dure. Il est important que les couches externes qui sont potentiellement en contact avec la peau ou avec de l'eau, soient réalisées en mousse de polyéthylène expansé et réticulé. Ainsi, on obtient un toucher agréable, assez semblable à celui de la peau humaine elle-même. Enfin, cette mousse est hypoallergénique. Comme on va le décrire plus en détail par la suite, cette structure composite décrite ci-dessus permet de fabriquer divers objets, en particulier des éléments de support, notamment du corps humain et destinés à être en contact avec lui, comme par exemple des sièges, fauteuils, canapés, matelas (dans ce dernier cas, la rigidité est assez grande pour ne pas avoir besoin d'un sommier de support) et plus particulièrement des véhicules nautiques, comme par exemple un kayak ou un canoë. 2. Le procédé de fabrication de la structure composite BRT0435 Outre les propriétés de légèreté, de rigidité et de toucher, le Demandeur a constaté que la structure composite peut se façonner aisément, en particulier par usinage par enlèvement de copeaux. Ainsi, à partir d'un bloc de structure composite ou d'une préforme / ébauche, il n'y a pratiquement pas de limite pour façonner des objets souhaités. Par la suite, on détaillera de façon exemplaire un procédé de fabrication d'un élément de support, en particulier pour un humain, en structure composite, dont les diverses étapes sont représentées sur l'organigramme de la figure 3. Il est à noter que certaines des étapes représentées à la figure 3 sont seulement facultatives et peuvent par exemple augmenter la cadence de fabrication, ou améliorer l'aspect de l'objet fabriqué. Selon une étape 110, on assemble des couches en mousse de polyéthylène expansé et réticulé, par de la colle rigidifiante, telle que décrite ci-dessus. Pour ce faire, les faces à coller sont par exemple enduit par pinceau, spatule, rouleau ou projection de la colle rigidifiante. De façon facultative, on peut intégrer une fibre de renforcement, telle que décrite ci-dessus, dans la colle rigidifiante lors de l'assemblage. Quand on parle de couche, il peut également s'agir de blocs en mousse de polyéthylène expansé et réticulé. Puis, selon une étape 114, on usine par enlèvement de copeaux l'assemblage en structure composite pour obtenir une forme externe souhaitée. BRT0435 L'usinage est réalisé préférentiellement en UGV (pour usinage à grande vitesse) qui se distingue par des vitesses de coupe et d"avance élevées. Ce type d'usinage est avantageux d'une part à cause de sa rapidité et son augmentation de productivité et d'autre part car la chaleur dégagée lors du cisaillement du copeau n'a pas le temps de se propager dans la pièce et l'outil. Il en résulte que la majeure partie de cette chaleur est évacuée par le copeau (environ 80% en UGV contre 40% en usinage conventionnel). Il s'avère judicieux d'intercaler entre l'étape d'assemblage 110 et l'étape d'usinage 114, une étape 112 pendant laquelle on met les couches collées sous presse jusqu'à durcissement de la colle rigidifiante. La durée peut être comprise entre 1h et 10h. Pour augmenter la productivité, avant l'assemblage, on peut prédécouper selon une étape facultative 108 les couches de mousse pour obtenir une ébauche par empilage de l'élément de support final. Enfin, également facultatif, on peut réaliser une étape 116 de finition consistant à appliquer un traitement thermique sur la surface externe de l'élément de support après l'étape d'usinage. Ce traitement thermique comprend par exemple la projection d'air chaud à une température comprise entre 80°C et 120°C, de préférence 100° sur les couches externes. 3. Véhicule nautique, en particulier kayak, en structure composite Comme déjà détaillé ci-dessus, les applications potentielles de la structure composite sont nombreuses. BRT0435 A titre d'exemple, on détaillera un exemple spécifique d'une application concernant un véhicule nautique, plus spécifiquement un kayak réalisé avec la structure composite décrite ci-dessus et selon le procédé décrit ci-dessus. Le kayak est décrit ici à titre d'exemple pour toutes sortes d'embarcations nautiques, comme par exemple des canoës, des embarcations de sauvetage, des bateaux, des voiliers etc., mais aussi pour tous les éléments de support réalisés avec la structure composite. 10 La figure 4 montre une vue filaire en perspective du kayak selon l'invention. La figure 5 est une vue de dessus et la figure 6 une vue de côté. Le véhicule nautique 200, en particulier kayak, est donc réalisé avec une 15 structure composite tel que décrite ci-dessus et selon le procédé détaillé ci-dessus. Ainsi, pour un kayak d'une taille de 1,65m en longueur (taille enfant), le poids total du kayak n'est que d'environ 1,8kg et pour une taille de 2,35 m en longueur (taille adulte - homme), le poids total du kayak n'est que 20 de 6,5kg, ce qui est environ la moitié du poids des kayaks connus gonflable actuellement. On obtient donc un gain de poids considérable tout en ayant une rigidité et une flottabilité suffisante pour porter une personne. De plus, il faut observer que le kayak est réalisé en « plein », c'est-à-dire 25 qu'il ne peut pas couler ni en se retournant, ni lors d'un choc avec par exemple une pierre tranchante, ce qui augmente considérablement la sécurité par rapport aux kayaks et autres véhicules nautiques connus. BRT04355 Ce kayak se distingue en outre par un logement passager 202 de forme générale en U dont les branches 204 sont destinées à loger les jambes d'un passager et la base 206 est destinée à loger le tronc d'un passager. Selon un développement, le fond 208 du logement passager 202 possède au niveau des branches 204 une forme anatomique arrondie 210, une élévation, soulevant la jambe au niveau du genou, ce qui augmente le confort, notamment pour des randonnées de kayak de longue durée. Les pieds du passager sont en appui contre la paroi interne du logement 10 202 au niveau des extrémités des branches 204. Comme on le voit sur les figures 4 et 6, la poupe 212 du kayak possède une forme aplatie et élargie pour améliorer la portance et la stabilité à l'arrière du kayak. Il s'avère pratique de prévoir au niveau de cette partie aplatie de la 15 poupe 212 un logement de réception 214 d'un réceptacle étanche (non représenté), comme par exemple un ou plusieurs tonneaux étanches. Ce logement peut avoir la forme d'un serai-cylindre en creux. Par ailleurs, on prévoit que la couche de mousse de polyéthylène expansé et réticulé formant la semelle 216 (voir figure 6) possède une 20 densité supérieure à celle des couches adjacentes, en particulier égale à 70 kg/m3. Sur les figures 7 à 15, on a représenté de façon schématique des vues en coupe transversale du kayak 200 au niveau de l'assise, c'est-à dire au niveau de la base 206 du logement 202 en forme de U au cours du 25 procédé de fabrication pour illustrer ce dernier. BRT0435 Sur ces figures, la forme en traits pointillés 300 correspond à la forme transversale finale à obtenir. Comme on le voit sur ces figures, le kayak est réalisé à partir de couches 302 en mousse de polyéthylène expansé et réticulé qui ont été au préalable prédécoupées de façon que leur superposition ou empilage permet d'obtenir une forme générale dépassant la forme finale 300. On comprend donc que ces parties qui dépassent sont à enlever par la suite par usinage. Ces couches 302 sont donc assemblées deux à deux par une colle 10 rigidifiante telle que décrite ci-dessus. Ainsi, sur la figure 8, on colle une deuxième plaque 306 sur la première 304, puis sur la figure 9 une plaque 308 servant de fond de kayak sur la plaque 306. Ces assemblages se font par exemple à l'aide d'une résine époxy. 15 A la figure 10, on assemble sur la couche 308 par une colle rigidifiante un noyau de renfort 310. Il s'agit également d'une mousse de polyéthylène expansé et réticulé, mais un peu plus dense que celles des couches 304, 306 ou 308. De plus, ce noyau 310 est entouré de colle rigidifiante 7 renforcée de fibres, comme expliqué plus haut. 20 Ensuite, on adjoint sur les côtés du noyau des bandes de mousse de polyéthylène expansé et réticulé de même densité que celle des couches 304, 306 ou 308. Enfin, on colle une semelle 314 en mousse de polyéthylène expansé par exemple de 70kg/m3 sur le noyau 310 et les bandes 312. BRT0435 Ainsi, on a achevé l'assemblage des couches par une colle rigidifiante pour obtenir une ébauche de kayak. Puis, cet assemblage est mis sous presse pour attendre le durcissement de la colle pendant une durée comprise entre 1h à 10h. Ensuite, après durcissement de la colle, on procède à l'usinage grande vitesse sur les faces pour obtenir le contour souhaité, ce qui est représenté sur les figures 14 et 15. Enfin, un traitement thermique par soufflage d'air chaud à environ 100° est appliqué pour donner une finition de surface au kayak 200. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-dessus et de nombreuses variantes sont envisageables sans sortir du cadre de la présente invention. On comprend aisément les avantages de la présente invention, c'est-à-dire une structure composite particulièrement légère, agréable en contact avec la peau tout en présentant une bonne rigidité pour supporter totalement ou en partie une personne. BRT0435 REVENDICATIONS1. Structure composite (1) caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une première (3) et une seconde (5) couches d'une mousse de polyéthylène expansé et réticulé, assemblées par de la colle rigidifiante (7). 2. Structure composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que la colle rigidifiante (7) comprend une résine. 3. Structure composite selon la revendication 2, caractérisé en ce que la résine est une résine époxy ou une résine polyester. 4. Structure composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que la colle rigidifiante (7) est une colle cyanoacrylate. 5. Structure composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la colle rigidifiante (7) est renforcée en fibres. 6. Structure composite selon la revendication 5, caractérisé en ce que la colle rigidifiante (7) est renforcée en fibres de carbone, un tissu de verre, ou du Kevlar TM. 7. Structure composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'épaisseur d'une couche de mousse est comprise entre 20mm et 100mm. 8. Structure composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la densité des couches en mousse est comprise entre 2 5kg/m3 et 70kg/m3, de préférence comprise entre 30kg/m3 et 50kg/m3. BRT0435 9. Structure composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'elle comprend au moins trois couches (3, 5, 9) dont au moins les couches d'extrémité vues dans le sens d'assemblage des couches sont en mousse de polyéthylène expansé et réticulé. 10.Structure composite selon la revendication 9, caractérisée en ce que toutes les couches (3, 5, 9) sont réalisées en mousse de polyéthylène expansé et réticulé. 11.Structure composite selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'au moins une couche interne (9) comprend un élément de renfort statique. 12.Structure selon la revendication 11, caractérisée en ce que l'élément de renfort est réalisée en bois, ou en matière plastique dure. 13.Procédé de fabrication d'un élément de support, en particulier humain, en structure composite, caractérisé en ce que on assemble (110) des couches en mousse de polyéthylène expansé et réticulé, par de la colle rigidifiante, on usine (114) par enlèvement de copeaux l'assemblage en structure composite pour obtenir une forme externe souhaitée. 14.Procédé de fabrication selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'étape d'usinage (114) est réalisé par un usinage à grande vitesse. BRT0435 15.Procédé de fabrication selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce qu'entre l'étape d'assemblage (110) et l'étape d'usinage (114), on met les couches collées sous presse jusqu'à durcissement de la colle rigidifiante (112). 16.Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé en ce qu'avant l'assemblage (110), on prédécoupe (108) les couches de mousse pour obtenir une ébauche par empilage de l'élément de support final. 17.Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, caractérisé en ce qu'on réalise un traitement thermique (116) sur la surface externe après l'étape d'usinage (114). 18.Procédé de fabrication selon la revendication 17, caractérisé en ce que le traitement thermique (116) comprend la projection d'air chaud à une température comprise entre 80°C et 120°C, de préférence 100°. 19.Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 13 à 18, caractérisé en ce que l'on intègre des fibres de renforcement dans la colle rigidifiante lors de l'assemblage. 20.Elément de support caractérisé en ce qu'il comprend une structure composite (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12. 21.Véhicule nautique, en particulier kayak (200), caractérisé en ce qu'il est réalisé avec une structure composite (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12. BRT0435 22.Véh.icule nautique selon la revendication 21, caractérisé en ce que la couche de mousse de polyéthylène expansé et réticulé formant la semelle (216) possède une densité supérieure à celle des couches adjacentes, en particulier égale à 70kg/m3. 23. Véhicule nautique sous forme de kayak selon la revendication 21 ou 22, caractérisé en ce qu'il comprend un logement passager (202) de forme générale en U dont les branches (204) sont destinées à loger les jambes du passager et la base (206) est destinée à loger le tronc du passager. 24.Véhicule nautique sous forme de kayak selon la revendication 23, caractérisé en ce que le fond (208) du logement passager (202) possède au niveau des branches (204) une forme anatomique arrondie (210), soulevant la jambe au niveau du genou. 25.Véhicule nautique sous forme de kayak selon l'une quelconque des revendications 21 à 24, caractérisé en ce que la poupe (212) possède une forme aplatie et élargie pour améliorer la portance et la stabilité à l'arrière du kayak. 26.Véhicule nautique sous forme de kayak selon la revendication 25, caractérisé en ce qu'il comporte un logement (214) de réception d'un réceptacle étanche. BRT0435