Contrôle de structure

Il y a plusieurs méthodes pour vérifier l’état d’une stratification, tant lors de la construction que pour un check-up afin de valider l’homogénéité structurelle d’un bateau (monocoque ou multicoque) après une course qui sollicite énormément les voiliers : le « taping », l’ultrason, la caméra thermique. Ces méthodes demandent une grande précision de contrôle mais aussi une technique et une expérience poussée afin d’apprécier exactement les données recueillies. Seuls quelques experts sont capables de reconnaître une rupture de fibres, une bulle d’air, un délaminage, un affaissement des alvéoles d’un nid d’abeille, une prise d’eau du sandwich…

*L’ultrason fait passer un signal à travers les peaux, le nid d’abeille … comme un échosondeur et récupère le signal à la sortie. Si ce signal est dénaturé, il faut analyser la cause. A travers la première peau carbone et la peau intérieure, le résultat est facile à interpréter mais dans le nid d’abeille, il y a de l’air puisque c’est un matériel alvéolaire : les ultrasons ne passent donc pas, du moins pas de la même manière puisqu’ils « vibrent » sur les parois. « S’il y a cohésion de la surface étudiée, on peut supposer qu’il n’y a pas rupture structurelle du composite mais cela est une analyse relative. Ensuite, il peut y avoir plusieurs causes à une ‘rupture’ d’ultrasons : un cisaillement du nid d’abeille qui entraîne une discontinuité du signal qui ne peut plus passer au travers, un écrasement des alvéoles (compression comme un lampion) qui fait passer un signal dénaturé, un décollement d’une peau du nid d’abeille ce qui provoque une bulle d’air. » Précise Hubert Desjoyeaux.
L’appareil ressemble à un échographe de gynécologue et le technicien visualise le signal sur un écran. Cette technique est couramment utilisée pour les validations d’épaisseur de métaux, de cohésion d’une soudure, mais pour un composite, il faut un expert qui sache bien interpréter le signal, surtout avec un sandwich en nid d’abeille. L’ultrason est une méthode assez fastidieuse, longue et difficile à mettre en œuvre sur un bateau complet : elle est bien adaptée à l’analyse des barreaux d’unidirectionnels, les structures massives, les ‘IPN’ de bras de liaison.

*La caméra thermique fonctionne en chauffant la pièce étudiée et analyse la rapidité de refroidissement : s’il y a de l’air ou une discontinuité de la structure, l’écran montre un différentiel couleur. « Si le nid d’abeille est cassé, l’air contenu dans les alvéoles circule et donc le refroidissement ne s’effectue pas de la même manière ni à la même vitesse que sur une structure intègre. La technique est assez simple puisqu’on peut chauffer la pièce par une couverture chauffante, par des projecteurs, par un éclairage infrarouge, avec un Lester : il n’y a pas besoin de créer une différence de température importante, puisque la caméra indique la variation d’évolution de température dans la pièce. En fonction de la masse de matière, le refroidissement s’effectue plus ou moins vite. On obtient donc une cartographie de la pièce que l’on superpose avec le plan de stratification d’origine afin de connaître les parties où il y a par exemple des recouvrements de tissus. »
Comme la caméra couvre un large faisceau, les pièces étudiées peuvent être de grande taille en investiguant de façon globale par balayage puis en affinant la recherche sur les zones douteuses. Cela permet donc de valider assez précisément les bordés, pour repérer les infiltrations d’eau dans le nid d’abeille, les cisaillements, les écrasements, les délaminages...

*Le taping est la méthode la plus simple et la plus facile à mettre en œuvre mais demande tout de même une bonne expérience : elle consiste à taper avec un petit marteau en plastique sur la pièce pour étudier les variations de sons. Une rupture, une bulle d’air ou une mauvaise adhérence entraîne un son plus « creux ». « La pièce vibre et donc émet un son constant si la structure est identique. Des spécialistes peuvent faire cela à l’oreille pour valider rapidement une structure mais des systèmes semi-automatiques ont été mis au point avec un taping régulier et un enregistrement graphique. Là encore, il faut superposer les résultats avec les plans de construction pour faire correspondre ces « iso-sons » avec l’épaisseur des tissus et du sandwich. »
Cette technique est bien adaptée au contrôle des bordés mais elle analyse le qualitatif et non le quantitatif : elle indique une rupture de cohérence du composite mais pas son épaisseur a contrario des deux autres techniques qui permettent de savoir par exemple les nombres de plis de fibre par peau, les zones de recouvrement…

D’autres méthodes existent mais elles sont difficilement adaptables à la construction navale des prototypes de course. La déformation du bordé par une charge connue permet de savoir en étudiant l’amplitude, la capacité de résistance du composite et son homogénéité. Les piscines à ultrasons permettent en mettant la pièce sous charge, de cartographier le sandwich : c’est une technique utilisée pour les pièces aéronautiques ou pour les pales d’hélicoptères.
« Ce sont des méthodes que nous ne pouvons pas exploiter dans un chantier naval. Mais par expérience, nous avons déjà une idée des zones à explorer : en dehors d’une casse structurelle sans choc due à une mauvaise réalisation, les endommagements les plus caractéristiques concernent souvent les bordés au droit des cloisons. Le nid d’abeille est écrasé par la pression d’une vague et comme il y a un point dur, il se cisaille intérieurement. Ce problème qui a touché certains trimarans Orma peut se résoudre en maillant plus serré la structure composite ou en assouplissant les bordés, mais une vague énorme peut faire des dégâts incroyables, même sur un supertanker ! Certaines mousses pourraient résoudre ce problème mais il faut qu’elles soient molles pour absorber le choc, et donc elles sont peu adaptées à une structure rigide et légère, et elles supportent difficilement les températures d’utilisation, voir de mise en oeuvre. Il faut donc trouver le bon compromis entre poids, rigidité et résistance à l’impact. » Indique le chantier CDK Technologies.