Voilier de voyage : composites ou aluminium ?
La plupart des croisiéristes tentés par le grand voyage se tournent spontanément vers des bateaux en aluminium, surtout pour les destinations australes. À mon sens, il y a beaucoup d’idées reçues qui peuvent être mises à mal par un approfondissement du sujet… Car il est possible de faire un composite aussi solide et résilient que l’aluminium.
Construction… & construction
Tout d’abord, il faut bien savoir qu’il y a construction alu et “construction alu”… Et plus encore construction composites et “construction composites” : en aluminium, tout dépend de la qualité des tôles, des soudures, et du maillage de la structure ; en composite, les principaux facteurs de qualité sont le process, le plan d’échantillonnage, la qualité des matériaux et la qualité de la mise en œuvre.
Pour ce qui nous concerne, ces quatres facteurs essentiels sont :
- La méthode de construction : voie humide (application à la main) ou infusion sous vide
- La qualité des âmes : leur type (balsa, mousse Airex, Divinycell & Corecell), leur densité (de 60 à 120 kg/m3), et leur épaisseur (de 10 à 30 mm)
- La qualité de la fibre : verre, carbone ou Kevlar
- La qualité de la résine : polyester, vinylester & époxy
- La définition du plan de drapage et le choix des nappes de tissu : pour la fibre de verre, ce sont les tissus QX (quadriaxial), EQ (équilibré), BX (biaxial), et UD (unidirectionnel), de 400 g à 850 g/m2. La fibre de carbone peut être utilisée pour certains renforts ou éléments périphériques (barres, delphinières) nécessitant de la rigidité, et le Kevlar en première peau sur les étraves pour les programmes de navigation en contrées extrêmes.
La technique de l’infusion
La technique de l’infusion consiste à disposer les tissus et les âmes en mousse dans un moule à sec — sans résine — puis à les compacter sous vide, avant d’injecter la résine. Voici les grandes étapes (cf. image ci-dessous) :
- Le moule (vert) est vide, on le prépare en cirant la surface en prévision du démoulage final. Sinon la pièce y resterait accrochée !
- Gel-coat : on peint au pistolet une couche qui sera la partie extérieure une fois la pièce finie, et qui protègera le composite.
- Drappage : on dispose dans le moule les différents tissus constituant la peau extérieure, puis l’âme en mousse, puis les tissus de la peau intérieure.
- On recouvre le tout avec une bâche plastique (bleue) qui est étanchéifiée sur les bords du moule par des joints.
- Mise sous vide : on retire tout l’air avec une pompe à vide, ce qui compacte tous les tissus et l’âme.
- Infusion : on injecte la résine qui est aussitôt aspirée par le vide et migre à travers tous les tissus et l’âme. En seulement deux à trois heures, l’ensemble durcit, puis on peut retirer le vide après 24 heures.
- Démoulage : on retire la pièce en sandwich composite de son moule.
Cette opération présente plusieurs avantages : elle permet d’abord une mise en œuvre parfaite des différentes nappes de tissus par nos opérateurs, selon les zones d’efforts, et le calepinage précis des mousses ; la mise sous vide, elle, permet un compactage d’excellente qualité, garantie à la fois de la parfaite homogénéité du matériau et de sa légèreté (pas de résine en trop) ; enfin, ce process permet d’infuser en une seule opération des pièces sans limite de taille et avec des échantillonnages très élevés…
À condition d’utiliser la résine adaptée !
Sur les forts échantillonnages, la résine polyester atteint en effet sa limite (exothermie trop forte), alors que la vinylester permet des courbes de polymérisation plus linéaires avec des qualités mécaniques supérieures. Elle reste d’ailleurs proche des qualités de l’époxy, sans l’inconvénient du prix élevé et de l’aspect cancérigène pour les opérateurs (chez JPK, on réserve cette dernière aux pièces techniques comme les barres et delphinières en carbone, qui seront ensuite terminées en post-cuisson).
Le choix de l’âme est également un aspect crucial de la qualité finale du composite. Il existe d’abord différents matériaux qui ne présentent pas tous le même comportement au sein du sandwich face à un impact violent : le balsa, par exemple, laissera la peau extérieure se délaminer (c’est à dire se décoller de l’âme), ce qui peut conduire à un décollement total. Au contraire, une mousse de qualité sera plus résiliente et se déformera sans rompre le lien avec la peau.
De la même manière, le choix de la densité de la mousse doit être adapté aux efforts et chocs potentiels pour éviter un cisaillement de l’âme.
Concilier robustesse et performance grâce au plan de drapage
Le plan de drapage défini par l’architecte est donc central. De ses calculs vont dépendre la raideur de la structure et la longévité du bateau, en s’adaptant intelligemment aux différentes zones de la carène. Typiquement, l’échantillonnage entre la zone allant du brion d’étrave jusqu’à la quille n’a rien à voir avec celui du haut du bordé arrière :
Sur le JPK 45 FC, la mousse Airex fait 25 mm d’épaisseur en 90 kg/m3 de densité, avec notamment 50 cm2 de mousse 200 kg sur la zone d’impact après le brion de l’étrave. Dans cette zone, on drape 4 couches de tissus QX 850 g sur chaque face de la mousse, 2 nappes d’équilibré LT et 7 couches de tissus BX 400 g. En première peau, il est possible d’ajouter une couche de Kevlar de 300 g, indéchirable aux chocs ponctuels.
Dans cette zone, il est impossible de faire un poinçon avec une masse de 5 kg, et en s’y mettant de bon cœur !
Cet échantillonnage est bien sûr dégressif pour être bien léger dans les zones ayant peu d’effort. Par exemple, en haut du bordé arrière, on trouve 2 tissus QX 850 de chaque côté d’une mousse 75 kg.
Cette possibilité qu’offre le composite d’échantillonner panneau par panneau et zone par zone permet d’être ultra robuste là où on le souhaite et très léger dans les zones de peu de contraintes, pour permettre au global un composite blindé où on en a besoin et ultra light là où il n’y en a pas besoin.
En résumé, une construction soignée et bien dimensionnée permet un poids global léger, facteur essentiel de la performance et du plaisir sous voiles, avec une résistance stupéfiante dans les vraies zones d’effort.
La construction JPK « monobloc »
Sur nos bateaux, l’ensemble des bordés (qui forment la carène) et toutes les structures de maintien de la quille et du gréement (zone monolithique sur le talon de quille, varangues avec très forte quantité de fibres UD et BX), sont infusés en « one shot », c’est-à-dire ensemble en une seule fois, pour obtenir une structure monobloc parfaitement homogène et sans éléments rapportés.
La quille est conçue avec une semelle intégrée à ce fond de coque, et les dimensionnements de tous ces éléments par l’architecte Jacques Valer intègrent un gros coefficient de sécurité.
L’expérience prouve la qualité du process : certains de nos bateaux ont talonné à plus de 9 nds et n’ont eu ni besoin de déquiller, ni aucun dommage sur la structure de fond de coque !
Le composite : moins cher que l’alu pour des voiliers de série
Pourquoi les bateaux construits en aluminium sont-ils en moyenne 30 à 50 % plus chers que les bateaux en composite de construction soignée ?
Il faut comprendre que pour réaliser un bateau « moulé » en composite, il faut avant tout réaliser les moules. Après les études et le dessin, le chantier finance les outillages, mannequins (modèles) et moules. Sur un JPK 45 FC, par exemple, nous avons plus de 30 moules en plus des moules de coque et de pont : tous les modules intérieurs d’aménagement sont également réalisés en composite sandwich infusé, car ils participent à la structure du bateau avec une économie de poids essentielle à la performance.
L’ensemble d’un set de moules pour un bateau de cette taille coûte environ 800 000 €, qui sont ensuite amortis sur un nombre de bateaux qui varie selon les modèles. Sur le JPK 45, l’amortissement initial était prévu sur 20 unités, ce qui représente environ 40 000 € par bateau.
Sur les constructions aluminium, chaque unité est réalisée comme un « bateau à l’unité » (même si la série permet des économies sensibles avec des gabarits de découpe, d’assemblage, etc.) et cela se retrouve logiquement dans le prix de vente par le nombre d’heures passées en plus et lié à l’absence de moules.
Un bateau réalisé en composites bien soigné, construit à l’unité, coûterait plus cher qu’un bateau en aluminium.
Entretien & réparabilité : un vrai plus !
Autre aspect non négligeable pour un matériau destiné à voyager dans des conditions hostiles, parfois loin de tout : le composite est facilement réparable, sans outillage particulier, et dans tous les recoins du monde. Seule la finition peut demander davantage d’expertise pour être réalisée de façon « invisible ».
En terme de sécurité en mer, colmater une brèche avec des tissus préimprégnés (et de la charge adaptée pour une polymérisation dans l’eau) reste une opération possible : sur la dernière Cap Martinique, le Figaro 2 de Jacques Montecot & Emmanuel Vignona heurté un OFNI contondant qui a déchiré sa coque… Il a colmaté sa brèche avec un kit adapté avant de rejoindre Mindelo, au Cap vert !
Le composite est également facile d’entretien pour peu que la construction ait été bien soignée au départ, notamment sur la qualité du gel-coat et de la résine, ainsi que du compactage des tissus pour éviter l’osmose.
Contrairement aux construction aluminium, nul besoin de protection galvanique et electrolythique, le matériau n’étant pas conducteur. Il suffit donc d’une anode sacrificielle pour le moteur, au lieu du grand nombre requis par les coques alu et de leur isolateur galvanique…
Conclusion
Pour certains usages vraiment extrêmes, comme les expéditions polaires ou la station dans les glaces, rien ne remplacera bien sûr la qualité d’un aluminium bien mis en œuvre et correctement dimensionné… Cependant, un composite réalisé dans un soucis premier de solidité donne également des résultats stupéfiants en termes de résistance, tout en permettant une incroyable optimisation des poids (zones ayant peu de contraintes, pont, superstructures) pour garantir des performances et du plaisir sous voiles inégalables par les baroudeurs en aluminium.
— JP Kelbert
