La fibre de carbone et le voilier

Evolution

Avenir

Exemple d'une mise en oeuvre en autoclave

Conférence de Jean Marie Finot, le 2 avril 2003, à Paris, au salon JEC Composites Show 2003.

L'utilisation des fibres de carbone sur les bateaux de course, multicoques ou monocoques, a énormément fait progresser la marche du bateau et sa sécurité.

Nos 60' ont gagné les trois derniers Vendée Globe et les trois derniers Around Alone (Alain Gautier (1991), Alain gautier (1993), Christophe Auguin(1995 et 1997), Giovanni Soldini (1999) , Michel Desjoyeaux (2001)).
Quinze monocoques de course en carbone ont été construits d'après nos plans.
L'évolution du prix du carbone et des techniques de mise en oeuvre, l'augmentation de productivité et la demande, poussent à fabriquer des séries de voiliers rapides utilisant le carbone.

Notre défi est de concevoir des bateaux de série en carbone abordables financièrement, qui permettent une autre façon de naviguer, soit en ballade, soit en régate, soit en croisière rapide. Si l'on y arrive, on fera des bateaux d'un nouveau type représentant de 5 à 15% du marché de la plaisance.

Dans un futur plus lointain, si le prix continue à descendre, il pourra représenter une part plus importante.
Dans l'immédiat, les mâts en carbone sont en passe de conquérir le marché des bateaux rapides.

Nous avons développé, dans cet esprit, des voiliers en carbone : un 40' (open 40), un 50' de croisière rapide (ADP 52) et un 6.50 de régate, qui naviguent. Ils sont les héritiers de nos bateaux de course.

Peu à peu ce type de bateau prend sa place sur le marché.

Baronessa V photo G. Finot ADP 52 photo Tresco 6,50 open photo G. Finot

1- Intérêt de l'utilisation du carbone

Sa résistance mécanique et sa résistance à la fatigue sont nettement supérieures à celles des autres matériaux (polyester/verre, ou alu).
En conséquence, le carbone offre une meilleure résistance et une diminution du poids.

On obtient alors

- un gain sur la vitesse,
- un gain sur la stabilité du voilier
- un gain sur sa résistance aux chocs
donc un gain sur la sécurité du bateau

La vitesse augmente de 15 à 50%.
De plus, avec le mât carbone étanche les voiliers peuvent être auto-redressables.

2- Structure du voilier


Le bateau est soumis à
- des efforts globaux : la mer, le poids
- des efforts ponctuels : le gréement, les vagues, les accrochages de lest, de gouvernail
- des efforts dus aux déplacements de l'équipage etc...

Pour répondre à tous ces efforts et aux problèmes d'étanchéité, le voilier est en général composé d'une peau monolithique ou sandwich, et d'une structure.

A résistance et rigidité égales, un panneau monolithique carbone pèse deux fois moins qu'un panneau verre/polyester.
Le gain est moins important en sandwich car il n'intervient que sur la peau donc un gain seulement de 15 à 30%.

Le monolithique est adapté pour les grosses structures et toutes les parties qui reçoivent beaucoup d'impacts.

3- Moyens de mise en oeuvre pour la construction

Les premiers 60' open ont été faits en sandwich sur mannequin mâle, les suivants en sandwich sur moule femelle, en pré-imprégné carbone.
Souvent, l'avant qui subit beaucoup de chocs, était en monolithique , la peau et quelquefois les lisses, en pré-imprégné étuvé.
Les structures transversales étaient quelquefois rapportées soit en voie humide, soit en pré-imprégné.

construction de PRB (Isabelle Autisser)

construction de CCP Cray Valley

CCP Cray Valley a été fait en infusion, en moule femelle, peau et lisses en une seule opération. Les couples ont été rapportés par ailleurs.

Ces mises en oeuvre, longues et ouvrageuses, sont adaptées aux bateaux de course construits à l'unité et inapdatées à la série.
Le défi actuel est d'arriver à fabriquer ces coques en série, relativement rapidement, et construire la peau et les nervures en une seule opération.


Une voie est l'injection infusion, l'autre voie est le pré-imprégné.
Avec le Critt de Toulouse, nous avons testé les différentes solutions :

  • Infusion
  • Préimprégné sous vide en étuve
  • Préimprégné en autoclave.
La mise au point de l'infusion, pour faire la construction en une fois, est longue et demande beaucoup de consommables pour les grandes pièces. C'est sans doute une solution d'avenir. Mais le pré imprégné en autoclave a donné très vite de bons résultats, et comme nous avions à notre disposition un autoclave de 8 m x 4 m chez Latécoère, nous avons décidé d'explorer cette voie.

coque du 6,50 juste démoulée.

photos jm finot

Après les essais au Critt, l'atelier des Grillons à Toulouse, a réussi à produire quelques coques d'un voilier de 6,50 m "l'OPEN 6.50" pour lesquelles la peau et les nervures longitudinales et transversales ont été réalisées en une seule cuisson.
Cette technique a demandé un investissement de moules et de conformateurs compliqués pour tenir tous les tissus et nervures en place, mais le résultat est prometteur.
Après des tests précis sur la qualité il restera à mesurer avec précision les gains de temps obtenu

l'open 6,50 dans le golfe du Morbihan, photo jm finot

 

4- évolution des moyens de mise en oeuvre

La régularité sur la solidité , le poids, une meilleure productivité et surtout une économie de consommables sont les gains potentiels des progrès de mise en oeuvre.

5- évolution future de l'utilisation du carbone pour les voiliers.

Les mâts (construits en pré-imprégné, enroulement filamentaire, ou pultrusion) les coques, les voiles de lest, sont les domaines, qui dans l'ordre, offrent le plus d'intérêt.
Plus le gain de poids est fait dans les hauts, plus cela est rentable.

6- développement

Le développement de ce marché et l'utilisation de carbone vont être conditionnés par la diminution des coûts de mise en oeuvre et du prix.
Les débouchés sont très intéressants : l'utilisation du carbone donne des voiliers de croisière rapide qui vont de 20 à 50% plus vite. Ces nouveaux croiseurs mettent par exemple la Méditerranée à la portée d'une navigation diurne (150 km en 16 heures).

Les bateaux sont plus solides et plus stables.
On peut avoir des voiliers de journée ou de croisière rapides auto-redressables.
Pour la voile légère, il s'ébauche un certain nombre d'engins qui ne sont réalisables qu'avec l'utilisation du carbone.

La technique est actuellement fiable, reste le problème des prix.

Le prix de revient d'un composite verre est de l'ordre de 8 euros/kg soit 16 euros/kg en équivalent carbone (deux fois plus léger), et la coque représente 1/3 du prix du bateau. Actuellement avec le carbone préimprégné on arrive à 150 euros/kg .
Les nouveaux moyens de mise en oeuvre permettent de descendre le prix à 75 euros/kg, 50 euros/kg à moyen terme.
Mais son utilisation est limitée car le prix du bateau revient 85 à 100 % de plus que pour un bateau standard.

Les nouveaux clients doivent être motivés par la vitesse et un plaisir plus grand.

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