Brevet FR2967607A1 — publié le 20120525

La présente invention concerne le domaine technique des structures de type sandwich, par exemple du type de celles utilisées dans la construction des coques et ponts de bateaux. Plus précisément, l'invention concerne une âme pour structure de type sandwich, une structure de type sandwich comprenant une telle âme ainsi qu'un procédé de fabrication d'une telle âme. Les structures de type sandwich sont composées d'une âme incluse entre deux ou plusieurs couches d'un matériau différent. Elles sont par exemple utilisées dans un but d'isolation phonique ou thermique d'un bâtiment. Dans le domaine de la construction nautique, les coques et ponts de bateaux, en particulier des bateaux de plaisance et de course, sont principalement fabriqués à partir de matériaux composites stratifiés. Ces matériaux composites sont constitués de résine, notamment de type polyester ou époxy, et de fibres de verre, ou mat de verre, ou de carbone. Le matériau composite stratifié est, de plus, recouvert d'un gel coat. En ce qui concerne les coques, il existe des coques de type monolithique et des coques de type sandwich. Les coques de type monolithique ne sont composées que du matériau composite alors que les coques de type sandwich sont composées d'une âme disposée entre deux épaisseurs du matériau composite. Les structures de type sandwich sont, dans le domaine de la construction nautique, principalement utilisées dans le but de réduire le poids du bateau. Elles sont communément composées d'une âme en bois de balsa. Plus précisément, cette âme se présente sous la forme d'une plaque constituée d'un support en tissu de fibres de verre sur la surface duquel sont collés des cubes de bois de balsa. Le bois de balsa est dit bois-debout car il est débité dans le sens transversal de l'arbre. Du fait de l'indépendance des cubes de balsa entre eux, l'âme peut avantageusement être incurvée pour s'adapter aux courbes de la coque ou du pont du bateau. Si le balsa présente l'avantage d'être résistant à la compression tout en étant léger, il présente néanmoins l'inconvénient d'absorber facilement l'humidité. Ceci implique, par exemple, la prise de précautions lors de son stockage et de son utilisation. Le balsa doit ainsi impérativement être transporté et stocké dans des conditions d'humidité contrôlée. De plus, les risques de détérioration de la coque ou du pont sont amplifiés par l'utilisation de balsa en cas d'infiltration d'eau. Le balsa absorbe l'eau, se gonfle et se désolidarise de la résine. De plus, le balsa demeure un matériau cher. Enfin, la découpe des cubes de balsa s'avère être une étape relativement longue. Le but de la présente invention est de proposer une âme pour structure de type sandwich qui ne présente pas les inconvénients précités. Plus précisément, l'invention propose une âme qui présente une bonne résistance à la compression, qui n'est pas sensible à l'humidité, en particulier lorsqu'elle se destine à la construction nautique, et qui puisse être manipulée, transportée et stockée sans précaution particulière. De plus, l'invention propose une âme pour structure sandwich qui soit facile à réaliser, sous des formes variées, et qui s'intègre bien dans une structure sandwich, notamment pour coque, pont ou autre élément de bateau. A cet effet, l'invention a pour objet une âme, pour structure de type sandwich, qui se caractérise en ce qu'elle comprend une partie supérieure formée d'une pluralité d'éléments en mousse de polyuréthane indépendants les uns des autres, chaque élément étant en contact direct avec un élément voisin lorsque ladite âme est maintenue dans un plan, et une partie inférieure constituée d'un support flexible sur lequel sont fixés lesdits éléments. La mousse de polyuréthane présente l'avantage de ne pas absorber d'eau ou d'humidité, celles-ci ne pouvant pénétrer dans sa masse. L'âme est ainsi parfaitement adaptée à une utilisation dans des structures sandwich telles que celles destinées aux bateaux. De même, aucune précaution n'est à prendre lors de son stockage ou son transport. Un autre avantage lié à l'utilisation d'une mousse de polyuréthane est qu'elle peut présenter diverses valeurs de densité. Il est ainsi possible de sélectionner la mousse selon sa densité en fonction de l'utilisation escomptée, c'est-à-dire du type de structure sandwich dans laquelle elle doit être incorporée. En outre, le coût de la mousse étant moins élevé que celui du bois de balsa, elle permet la fabrication d'âmes et de panneaux sandwich à coût plus modeste. Grâce à son support flexible et aux éléments indépendants les uns des autres et collés sur le support, l'âme peut être incurvée selon au moins deux dimensions et se prêter parfaitement à une utilisation dans une structure courbe telle qu'une coque de bateau. Selon un mode de réalisation de l'invention, au moins un élément en mousse de polyuréthane est de forme parallélépipédique. Préférentiellement, tous les éléments sont de forme parallélépipédique. Selon un mode de réalisation de l'invention, au moins un élément en mousse de polyuréthane comporte un trou le traversant de part en part selon un axe perpendiculaire au plan de l'âme. L'âme selon ce mode de réalisation convient particulièrement pour les structures de type sandwich utilisées dans des procédés de fabrication des coques ou ponts de bateaux par infusion de résine. Les trous ont ainsi pour but de permettre à la résine de s'y écouler afin de renforcer l'adhésion de l'âme au matériau composite. Le trou peut soit traverser la partie supérieure de l'âme uniquement soit traverser à la fois la partie supérieure et la partie inférieure. Les procédés de fabrication des coques de bateaux par infusion de résine sont aujourd'hui bien connus de l'homme du métier. Ces procédés font partie des techniques de fabrication dits en moules fermés et consistent à faire s'écouler une résine contre le moule sous une bâche close. Avantageusement, le support flexible est composé d'un tissu, d'une toile ou d'une grille de verre, de chanvre ou de lin ou encore d'un mat de verre. Le choix dépend de l'application de la structure sandwich. Selon un mode de réalisation de l'invention, la mousse de polyuréthane 15 présente une densité comprise entre 25 et 700 Kg/m3, préférentiellement entre 25 et 300 Kg/m3, plus préférentiellement entre 25 et 100 Kg/m3. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'âme se présente sous la forme d'un parallélépipède d'épaisseur, de longueur et de largeur pré déterminées, ou sous une autre forme incluant notamment des faces non parallèles deux à deux. En effet, 20 l'âme n'est pas restreinte à une forme rectangulaire comme cela est le cas notamment des âmes pour structures sandwich destinées à la construction de bateaux. L'âme selon l'invention peut présenter toute forme voulue en fonction de son application. Elle peut présenter par exemple des bords courbes. Lorsqu'elle se présente sous la forme d'un parallélépipède, elle peut présenter, à titre d'exemple, les dimensions suivantes de 1,2 25 m*2,5m*0,8à1m. L'invention concerne encore un procédé de fabrication d'une âme pour structure de type sandwich. Le procédé selon l'invention comprend les étapes suivantes de : (i) segmentation d'une pièce de mousse de polyuréthane en une 30 pluralité d'éléments indépendants les uns des autres par découpage à l'aide d'un emporte-pièce. (ii) fixation de la pièce de mousse de polyuréthane sur un support flexible. Le procédé selon l'invention permet avantageusement de travailler la mousse de polyuréthane en limitant la toxicité pour le manipulateur. En effet, l'inconvénient majeur de la mousse de polyuréthane est qu'elle a un impact non négligeable sur la santé des manipulateurs qui la travaillent et sur l'environnement. En effet, les constituants de la mousse de polyuréthane, les isocyanates, sont des composés chimiques toxiques très volatiles qui se dispersent facilement dans l'atmosphère. Les procédés classiques de travail de la mousse de polyuréthane sont des procédés d'usinage au cours desquels une grande quantité de matière est libérée dans l'environnement du manipulateur sous la forme de particules volatiles. Il est donc nécessaire d'équiper les postes de travail de moyens permettant de protéger le manipulateur et les individus situés dans son environnement. Le procédé selon l'invention limite grandement, voire élimine cet inconvénient. En effet, la découpe des éléments au cours d'une unique étape à l'aide d'un emporte-pièce permet d'éviter la libération de particules dans l'atmosphère. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'étape ii) à lieu avant l'étape i). Dans ce cas, la pièce de mousse de polyuréthane est segmentée une fois fixée sur son support. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'étape i) à lieu avant l'étape ii). Dans ce cas, au contraire, la pièce de mousse est d'abord segmentée à l'aide de l'emporte-pièce puis fixée, sous sa forme segmentée en éléments, par exemple, de forme parallélépipédique, sur le support flexible. Ce mode de réalisation est rendu possible par le fait que chaque élément reste emprisonné dans l'emporte-pièce après l'étape de découpage et peut être transféré jusque sur le support flexible par le biais de l' emporte-pièce. Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend, de plus, une étape (iii) de formation d'un trou de part en part d'un ou de plusieurs éléments de mousse de polyuréthane par emboutissage ou poinçonnage. Cette étape peut avoir lieu avant l'étape (i), après l'étape (ii) ou bien encore entre les étapes (i) et (ii). Il est également possible de réaliser les étapes (i) et (iii) simultanément. Dans ce cas, l'emporte-pièce peut être prévu pour à la fois segmenter la pièce de mousse en une pluralité d'éléments indépendants les uns des autres et perforer ces éléments de part en part, par exemple, à l'aide d'une tige fixée sur l'emporte-pièce. Selon un mode avantageux de réalisation de l'invention, le procédé comporte une étape (iv) de découpe de ladite pièce de mousse de polyuréthane sous la forme d'au moins un parallélépipède ou sous au moins une autre forme, notamment une forme incluant des faces non parallèles deux à deux. Préférentiellement, la découpe (iv) de la pièce de mousse de polyuréthane est réalisée concomitamment à l'étape de segmentation (i). Dans ce mode de réalisation de l'invention, l'emporte-pièce est prévu pour découper à la fois la pièce de mousse de polyuréthane selon une forme spécifiquement choisie et segmenter cette forme en une pluralité d'éléments indépendants les uns des autres. L'emporte-pièce peut également être prévu pour découper plusieurs formes à partie d'une unique pièce de mousse de polyuréthane. L'invention concerne encore une structure de type sandwich composée d'au moins deux couches externes entre lesquelles est incluse une âme telle que décrite précédemment. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, au moins une couche externe de ladite structure sandwich est un matériau composite comprenant une résine et un mat de verre. L'invention concerne encore un bâtiment, notamment un bateau, comprenant au moins une structure de type sandwich telle que décrite précédemment. Préférentiellement, un tel bâtiment est un bateau, un radar, un véhicule automobile, un bâtiment fixe. Dans le cas d'un bateau, l'âme selon l'invention est préférentiellement incluse dans une coque, un pont ou un élément de cloison. Au sens de l'invention, on entend par « structure sandwich » ou « panneau sandwich» , une structure composée d'au moins trois couches dont une âme centrale disposée entre deux autres couches. On entend par « mat de verre » une agglomération de fibres de verre coupées tenues entre elles par un liant. On entend par « éléments de forme parallélépipédique » un élément dont la section peut être rectangulaire ou carrée. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 illustre schématiquement une vue de profil d'une âme pour structure de type sandwich selon un mode de réalisation de l'invention, la Fig. 2 illustre schématiquement une vue en perspective d'une âme pour structure de type sandwich selon un mode de réalisation de l'invention, la Fig. 3 illustre schématiquement une vue de profil d'une âme pour structure de type sandwich incurvée selon un mode de réalisation de l'invention, la Fig. 4 illustre schématiquement une vue en coupe d'une structure de type sandwich comprenant une âme selon un mode de réalisation de l'invention, la Fig. 5 illustre schématiquement un procédé de fabrication d'une âme pour structure de type sandwich selon un mode de réalisation de l'invention, et la Fig. 6 illustre schématiquement une vue en perspective d'un emporte-pièce utilisé dans un procédé de fabrication d'une âme pour structure de type sandwich selon un mode de réalisation de l'invention. A la Fig. 1 est représentée une âme 1 pour structure de type sandwich telle que celle utilisée dans la construction des coques, ponts ou autres éléments de bateau. L'âme 1 est constituée d'une partie supérieure 10 et d'une partie inférieure 20. La partie inférieure 20 est constituée d'un support flexible 21, par exemple, un tissu de verre. La partie supérieure 10 est composée d'éléments en mousse de polyuréthane 11 de forme parallélépipédique, par exemple en forme de cube. La partie supérieure 10 est fixée sur la partie inférieure 20. Plus précisément, chaque élément 11 est fixé par l'une de ses faces 11a sur le support flexible 21. Des procédés de fixation chimique, thermique ou mécanique peuvent être utilisés pour ce faire. Préférentiellement, les éléments 11 sont fixés par collage. La mousse de polyuréthane utilisée présente une densité comprise entre 25 et 700 Kg/m3. Le choix de la densité dépend de l'utilisation de l'âme et du type de structure dans laquelle elle doit être incorporée. De plus, la mousse de polyuréthane est du type ignifugé et classée dans la catégorie Ml ou F1 des classements M et Euroclasse sur la réaction au feu. Selon un mode de réalisation avantageux, les éléments 11 comportent un trou 12 les traversant de part en part selon un axe A perpendiculaire au plan de l'âme 1. Ce trou 12 est prévu pour permettre son remplissage par un matériau tel qu'une résine lors d'un procédé de fabrication de structure sandwich incorporant une telle âme 1. Comme cela est illustré en lien avec la Fig. 2, l'âme 1 se présente sous la forme d'un panneau d'épaisseur e, de longueur 1 et de largeur L déterminées. L'épaisseur e est la somme de l'épaisseur e' de la partie supérieure 10 et de l'épaisseur e" de la partie inférieure 20. Lorsque l'âme est maintenue dans un plan comme cela est représenté sur les Figs. 1 et 2, les éléments 11 se touchent par leur faces 11c. Toutefois, chacun des éléments 11 est indépendant d'un élément 11 voisin. Cette indépendance des éléments 11 autorise l'incurvation de l'âme 1 selon deux dimensions, représentées par les flèches sur la Fig. 2. A la Fig. 3 est représentée une âme 1 incurvée selon une dimension. Les bords des faces 11a des éléments 11 se touchent alors que les bords des faces 1lb sont à distances les uns des autres. A la Fig. 4 est représentée une structure de type sandwich 30 dans laquelle est incorporée l'âme 1. La structure sandwich 30 est encore composée de deux couches externes 31 et 32 entre lesquelles est incluse l'âme 1. Dans ce mode de réalisation, la structure sandwich 30 est destinée à la fabrication d'une coque de bateau. Chacune des couches externes 31 et 32 est réalisée en un matériau composite constitué d'une résine et d'un mat de verre. Il est avantageux que le support 21 soit un tissu de verre. En effet, cela renforce la cohésion avec le mat de verre de la couche externe 31. Le procédé de fabrication d'une âme, telle que l'âme 1 illustrée à la Fig. 2, se déroule comme suit. Une pièce de mousse de polyuréthane 200 est découpée à la forme d'un parallélépipède, lequel est simultanément segmenté en une pluralité d'éléments 11 indépendants les uns des autres par découpage à l'aide d'un emporte-pièce 40 au cours des étapes respectivement iv et i concomitantes (Fig. 5A, Fig. 6). Un emporte-pièce 40 convenant à une telle segmentation est illustré schématiquement à la Fig. 6. I1 se présente sous la forme d'un assemblage de lames 41, 42 perpendiculaires entre elles de manière à créer des évidements 43 de forme parallélépipédique destinés à contenir des éléments 11 de mousse de polyuréthane. Préférentiellement, l'emporte-pièce 40 présente donc des dimensions au moins égales à celles du parallélépipède de mousse de polyuréthane devant être segmenté. Dans l'exemple illustré sur la Fig. 6, l'emporte-pièce présente une épaisseur e.40, une longueur 1.40 et une largeur L.40 identiques à l'épaisseur e", à la longueur 1 et à la largeur L du parallélépipède à découper et, ainsi, de la partie supérieure 10 de l'âme 1 illustrée sur la Fig. 2 Une fois la pièce de mousse de polyuréthane 200 découpée dans sa forme définitive et segmentée, le procédé se poursuit par une étape ii de fixation des éléments 11 de forme parallélépipédique de mousse en polyuréthane sur un support flexible 21 (Fig. 5 B, Fig. 6). Pour ce faire, ces éléments 11 sont préférentiellement transportés emprisonnés à l'intérieur de l'emporte-pièce 40, c'est-à-dire dans les évidements 43, jusqu'au support 21 préalablement encollé. Une fois les éléments 11 appliqués contre le support flexible 21, une pression est exercée sur la partie supérieure 10 en mousse de polyuréthane, puis l'emporte-pièce 40, vide des éléments 11, est ôté. Le support flexible 21 est généralement recouvert d'une épaisseur de colle chauffée aux rayons infrarouges préalablement à l'étape de collage ii. Une étape iii de formation d'un trou 12 traversant de part en part les éléments 11 de l'âme 1 depuis leur face l la jusqu'à leur face 1lb peut être prévue. Cette étape peut avoir lieu à n'importe quel moment du procédé et se déroule par poinçonnage ou par emboutissage (Fig. 5 A). Selon une variante de l'invention, l'étape ii de fixation de la pièce de mousse sur le support flexible peut se dérouler avant l'étape i de découpe à l'emporte-pièce. Dans ce cas également, seul la partie supérieure en mousse de polyuréthane est segmentée (Fig. 5B). Il peut être utile de prévoir, pour la mise en oeuvre de ce procédé, un poste de découpe à l'emporte-pièce du pain de mousse de polyuréthane, un poste d'encollage du support flexible ainsi qu'un poste de collage de ce pain de mousse segmenté ou non sur le support flexible. REVENDICATIONS1) Ame (1) pour structure de type sandwich (30), caractérisée en ce qu'elle comprend une partie supérieure (10) formée d'une pluralité d'éléments en mousse de polyuréthane (11) indépendants les uns des autres, chaque élément (11) étant en contact direct avec un élément (11) voisin lorsque ladite âme est maintenue dans un plan, et une partie inférieure (20) constituée d'un support flexible (21) sur lequel sont fixés lesdits éléments (11). 2) Ame (1) pour structure de type sandwich (30) selon la revendication 1, 10 caractérisée en ce qu'au moins un élément (11) en mousse de polyuréthane est de forme parallélépipédique 3) Ame (1) pour structure de type sandwich (30) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'au moins un élément (11) comporte un trou (12) le traversant de part en part selon un axe (A) perpendiculaire au plan de l'âme (1). 15 4) Ame (1) pour structure de type sandwich (30) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit support flexible (21) est composé d'une toile ou d'une grille de verre, de chanvre ou de lin ou encore d'un mat de verre. 5) Ame (1) pour structure de type sandwich (30) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite mousse de polyuréthane présente une densité 20 comprise entre 25 et 700 Kg/m3, préférentiellement entre 25 et 300 Kg/m3, plus préférentiellement entre 25 et 100 Kg/m3. 6) Ame (1) pour structure de type sandwich (30) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle se présente sous la forme d'un parallélépipède d'épaisseur (e), de longueur (1) et de largeur (L) pré déterminées ou sous une autre 25 forme, notamment une forme incluant des faces non parallèles deux à deux. 7) Procédé de fabrication d'une âme (1) pour structure sandwich (30), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes de : (i) segmentation d'une pièce de mousse en polyuréthane (200) en une pluralité d'éléments (11) indépendants les uns des autres, préférentiellement de forme 30 parallélépipédique, par découpage à l'aide d'un emporte-pièce (40). - (ii) fixation de ladite pièce de mousse en polyuréthane (200) sur un support flexible (21). 8) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape ii) à lieu avant l'étape i). 9) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape i) à lieu avant l'étape ü). 10) Procédé selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte une étape (iv) de découpe de ladite pièce de mousse de polyuréthane sous la forme d'au moins un parallélépipède ou d'au moins une autre forme, notamment une forme incluant des faces non parallèles deux à deux, ladite découpe (iv) étant réalisée concomitamment à l'étape de segmentation (i). 11) Procédé selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend, de plus, une étape (iii) de formation d'un trou (12) de part en part d'un ou plusieurs éléments en mousse de polyuréthane (11) par emboutissage ou poinçonnage. 12) Structure de type sandwich (30) composée d'au moins deux couches externes (31, 32) entre lesquelles est incluse une âme (1) telle que définie dans l'une des revendications 1 à 6. 13) Structure de type sandwich (30) selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'au moins une couche externe (31, 32) est un matériau composite comprenant une résine et un mat de verre. 14) Bâtiment comprenant au moins une structure de type sandwich (30) telle que définie dans l'une des revendications 12 à 13. 15) Bâtiment selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il est un bateau, un radar, un véhicule automobile, un bâtiment fixe.