Pourquoi utiliser une construction sandwich ?

La construction sandwich est couramment utilisée dans l'industrie des composites depuis plus de 40 ans. Les designers navals spécifient la construction de sandwich pour les mêmes raisons que les architectes préconisent l’utilisation des poutre en « I » : augmenter la rigidité et la résistance et diminuer dans le même temps le poids. Le nid d'abeilles dans un sandwich joue le même rôle que la poutre en « I » en connectant la charge appliquée sur les peaux. L'augmentation de la rigidité est directement liée à l’épaisseur de l’âme.

En raison du fait que des bateaux ont utilisé auparavant des méthodes de construction inadéquates ou de mauvais matériaux d’âme pour la charge appliquée, la construction de sandwich fait souvent débat. Cependant ces incidents isolés ne sont pas la règle et la plupart des bateaux construits en sandwich fonctionnent sans problème depuis des années. Le célèbre pionnier des composites M. K. Brandl a écrit :

"La fonction principale du matériau d’âme est de répartir les charges locales et les efforts sur de grandes surfaces. Les efforts localisés appliqués sur un côté du sandwich ont seulement un effet local réduit parce que la peau exposée et l’âme vont répartir les charges sur une plus grande surface du sandwich. Grâce à ceci, une structure sandwich présente généralement un comportement supérieur en flexion, en torsion, en impact et en compression, parallèle ou perpendiculaire aux peaux. À part sa fonction d'entretoise et de connection entre les peaux, le matériau d’âme utilisé pour la construction de bateaux doit donc présenter suffisamment de résilience pour absorber les efforts d'impact. Sa capacité d'atténuer et absorber des chocs en alternant efforts et charges en torsion, en passant des peaux vers l’âme, comme il arrive dans un bateau dans des conditions pratiques, est une exigence nécessaire de l’âme. De telles tensions dynamiques aussi bien que les impacts, si l’âme n’est pas résiliente, pourraient aboutir à des dégâts sévères et une destruction éventuelle de la structure complète. Un bateau devrait, avec toute la stabilité exigée et la rigidité homogène demandée, ne pas être une structure inflexible. Cela devrait être une structure mécaniquement stabilisée, qui permet toujours des mouvements dans la gamme élastique de ses matériaux. Il devrait aussi présenter les caractéristiques pour résister à la surcharge à court terme sans destruction et dégâts durables. Généralement, on peut rencontrer des charges inattendues et des efforts. On doit concevoir la structure telle qu’elle devra résister a des efforts plusieurs fois supérieurs a ceux attendus, c'est-à-dire, la structure devra être exagérée et donc être en surpoids. Un concept plus avancé d'ingénierie est de contrer les efforts inattendus par une structure, qui, ayant suffisamment de résistance mécanique et de rigidité, est toujours dans une position pour résister aux charges maximum sans dégâts avec des conséquences sérieuses pour la structure. Pour réaliser ce concept, une structure élastique rigide présente les critères de conception nécessaires au préalable.

Les avantages de la construction sandwich sont développés dans ce chapitre :

LA RÉSISTANCE AUX CHOCS
Une construction sandwich utilisant l’âme en nid d'abeille avec son haut niveau de résilience a plus de résistance à l’impact qu'une peau stratifiée monolithique avec un poids égal ou plus élevé. Un client de Nida-Core Corp. dans les Caraïbes qui avait un bateau de 65 pieds destiné à la location, utilisant entièrement le Nid d'abeilles de polypropylène Nida-Core, excepté le fond de coque, y compris les côtés de coque, le pont et la superstructure, a subit des dommages pendant un ouragan majeur sur un récif de corail (dommages sur la coque et dommage lies a des entrées d’eau). La compagnie d'assurance a consenti à payer le bateau à condition que le client considère que le bateau est hors service et n'essaie pas de le réparer. L'opérateur du bateau de location a consenti à démanteler le bateau et le mettre au rebut. En utilisant une des grues du port, ils ont hissé les 20 tonnes des 65 pieds en l’air et l’ont laissé tomber sur un parking en béton, en espérant qu'ils pourraient ainsi ramasser les morceaux et les mettre au rebut. À leur grand étonnement le bateau est resté totalement intact, sans dégâts structurels visibles. Ils ont répété la procédure pendant deux ou trois jours en vain. Pour accomplir leur mission ils n'avaient aucune autre alternative que d’utiliser une tronçonneuse pour couper en morceaux le bateau. Bien que cet exemple soit un peu extrême, il indique clairement la nature supérieure d’une construction sandwich avec une âme résiliente dans des bateaux. L'augmentation de la résistance aux chocs, en comparaison avec une peau monolithique est mieux démontrée si on voit l’âme comme un amortisseur de chocs qui supporte également la peau extérieure d'impacts et protège la peau intérieure, en ayant toujours assez d'élasticité pour maintenir la ligne de collage entre l’âme et les peaux. L'expérience montre que bien que le sandwich ne soit pas complètement à l’épreuve des perforations, il augmente significativement la résistance à la pénétration dans les peaux. La plupart des mousse PVC ou SAN s’émietteraient simplement et délamineraient sous un impact sévère, tandis que les structures avec âme en nid d'abeilles de polypropylène seraient localement endommagées, cependant la structure principale serait intacte et les cellules, bien qu'étirées garderaient toujours leur structure et forme, prête à absorber ou résister à plus d'impacts et compression.

LE COÛT ET LE POIDS
Le poids affecte les différents modes de transport d'une façon différente. Par exemple, dans des voiliers, le poids supplémentaire ne se traduit pas automatiquement par des dépenses d'exploitation plus hautes, mais affecte la performance. Dans des voiliers de type de déplacement complet, les coques en sandwich peuvent aider au niveau de l'isolation en abaissant les coûts de chauffage/air conditionné. Dans les bateaux à moteur jusqu’a 20 ' de longueur, les effets de la construction sandwich peuvent être marginaux, comme les avantages de poids peuvent être réalisés par des moyens alternatifs. Mais comme les bateaux deviennent de plus en plus grands le poids devient de plus en plus un critère d’importance, comme le poids se traduit directement par un coût supplémentaire, le surcoût de la construction sandwich est rapidement surmonté. Comme le poids global est réduit, les bateaux auront une autonomie plus longue, auront besoin de moins de puissance, pourront charger plus de marchandises ou de personnes et auront besoin de moins de capacité de réservoir, améliorant ainsi l'espace intérieur. Donc le coût du bateau sandwich, quand il est comparé à un bateau réalisé en stratifié monolithique, devient une approche très rentable quand on parle de charges d'exploitation à long terme.

AMORTISSEMENT DE VIBRATION/ATTÉNUATION DE SON
Avec son niveau harmonique naturel de 125-150 HZ, le polypropylène est connu pour ses propriétés d'absorption de vibration et d'atténuation de bruit. Presque tous nos clients, après avoir changé de matériau d’âme, nous ont notifié qu'ils ont remarqué un changement significatif du bateau comme étant plus silencieux. Le bruit et la vibration se propagent bien à travers une peau stratifiée monolithique. Les bateaux avec des coques sandwich sont simplement plus silencieux. Le bois de balsa et les mousses transfèrent l'énergie sonore directement par le stratifié. Le polypropylène et certaines mousses élastiques atténuent le son en raison de leur nature en plastique.

ISOLATION THERMIQUE
L’isolation thermique d'un navire est un facteur clé puisque un bateau est le plus souvent dans une eau beaucoup plus froide que la température ambiante. La condensation se forme, et crée un environnement qui favorise la croissance de moisissure. La construction sandwich facilite significativement l'élimination de condensation et l'eau stagnante associée. La couche sandwich isolée élimine par conséquence le besoin de projeter de la mousse polyuréthane, qui est hautement inflammable.

BATEAUX DE DÉPLACEMENT
Puisque le poids n’est pas la préoccupation principale dans les bateaux de déplacement et dans les bateaux commerciaux, il semble y avoir une idée fausse générale que ces navires doivent être construits avec des stratifiés monolithiques. Il ne faudrait pas, cependant, confondre solide avec dur et rigide. Une construction sandwich correctement réalisée a une résistance a l’impact plus importante qu’avec un stratifié monolithique. Nous pensons donc qu’une construction sandwich est bénéfique quant à la sécurité générale des bateaux de déplacement. Les arguments pour utiliser la construction sandwich composite sont très importants. Il n’y a aucune raison valable pour utiliser une construction en stratifié monolithique qui ne soit pas contrée par une meilleure raison d'utiliser un matériau sandwich rigide, résistant comme les Nids d'abeilles Structurels Nida-Core.

LE CLUB SANDWICH
Dans des yachts de plus de 60 pieds, une construction de type « Club Sandwich », où une couche supplémentaire de fibre de verre est ajoutée entre les deux couches d’âme, est souvent utilisée. C'est une des façons les plus efficaces d'utiliser les propriétés de nids d'abeille de polypropylène en raison de sa nature. Les propriétés en cisaillement du nid d'abeille sont réduites quand l'épaisseur de l’âme est augmentée au-delà d'une certaine limite. En utilisant deux couches plus minces de nid d'abeilles contre une couche épaisse de nid d'abeille, on augmentera significativement la performance complète du stratifié. De plus, même quand la peau extérieure est perforée ou déchirée, les peaux du milieu et intérieure resteront intactes et le navire maintiendra certainement sa capacité d’imperméabilité à l'eau.