Méthodes et technologies de réalisations d’hydrofoils prototypes par et pour les amateurs éclairés !

Par Gérard Delerm

Article issu d’une série de mails entre G. Delerm et F. Monsonnec en 2004.

Je parlerai ici uniquement de la réalisation de foils rectilignes de forme rectangulaire (la plus simple), sachant que des formes (outline) un peu plus complexes peuvent être aussi réalisées.

1 – Les foils en matériaux composites (fibres imprégnées de résines) avec éventuellement un cœur en matériau tendre (mousse ou bois)

La première idée qui vient à l’esprit lors de la mise en œuvre d’un hydrofoil prototype est de tailler une forme dans un matériau de type bois ou mousse dure et de stratifier ensuite cette forme avec de la fibre (verre, carbone ou autre) et de la résine (polyesther ou époxydique).

La mise en forme du cœur peut être réalisée de différentes façons, de la méthode la plus simple (manuelle guidée et contrôlée par des gabarits) jusqu’à la plus sophistiquée (de type fraisage numérique) en passant par des méthodes de fraisage semi manuel du bois ou du contreplaqué et l’empilage de profils (2 mm ou plus d’épaisseur) découpés et collés.

Cette méthode qui semble simple et rapide pour un prototype à un seul exemplaire a cependant quelques inconvénients :

  • La stratification de quelques couches de fibres (entre 2 et 10 couches à mon avis) modifie le ou les profils du foil. Il faut prendre en compte cette modification et il est à remarquer que le calcul de la modification du profil du cœur  nécessaire à obtenir in fine le profil souhaité est plus complexe que l’on pourrait le penser (surtout au niveau des bords d’attaque et de fuite).
  • Si le nombre de couches est faible (2 ou 3), le moindre choc peut endommager la peau et entrainer une pénétration d’eau dans le cœur, ce qui déclenchera à terme de la délamination.
  • Si le cœur est assez tendre, il y aura des risques d’écrasements de ce cœur au niveau de la jonction du ou des supports avec le foil. Il faudra donc en tenir compte et renforcer en profondeur le cœur à ces endroits là.

 2  – Mise en œuvre d’un foil moulé.

Personnellement, je pense que même si le but est de réaliser un seul exemplaire de foil, il est préférable d’utiliser une méthode mettant en œuvre un moule. La plupart des coques de bateaux de compétition, monocoques ou autres sont réalisées en utilisant un moule qui ne servira très souvent qu’une fois. Je pense qu’il peut en être de même pour nos foils y compris pour une réalisation amateur.

En plus du fait de vous permettre de retirer une pièce en cas de problème, le travail de finition sur la maquette (ou modèle), puis sur le moule femelle, doit vous permettre d’obtenir une pièce de qualité. Bien qu’il ne faut pas oublier que le moule disposera des mêmes défauts que la maquette et qu’il est plus difficile de retoucher une pièce en creux qu’une pièce male !

Il est, bien entendu possible de réaliser ou faire réaliser un moule en deux parties (extrados et intrados) à partir d’une plaque assez épaisse en métal (acier inox ou aluminium) ou « médium » constitué d’un polymère chargé. Ces plaques seront usinées à l’aide d’une fraiseuse numérique. C’est une méthode rapide et fidèle mais très certainement chère.

Usinage d’un moule en aluminium - DR

Usinage d’un moule en aluminium – DR

Une méthode moins chère se décompose principalement en trois phases :

  • Réalisation de la ou des matrice(s) (maquette du foil)
  • Réalisation du moule
  • Moulage final du foil

2.1 – Réalisation de la maquette

La phase la plus délicate est la réalisation de la maquette du foil (appelée aussi modèle ou poinçon ou matrice suivant la littérature), généralement en deux parties. Toutes les méthodes et tous les matériaux sont utilisables du moment que l’on obtient un objet assez rigide et fidèle à la forme désirée.

Voici quelques exemples possibles :

  •  Entre 2 guides en matériaux dur (bois ou plaque plastique) on peut façonner du plâtre fin à modeler. La forme des guides est imprimée à l’échelle 1 et le dessin obtenu collé sur une plaque de 2 mm à 4 mm environ d’épaisseur. Le guide est alors découpé (scie à fil par exemple) et poncé le plus fidèlement possible.
  • Variante du précédent. Toujours entre 2 guides, on colle un bloc de bois tendre (Ayous ou Balsa) que l’on façonne à la râpe, lime et ponçage précis à l’abrasif fixé sur un bloc.
Réalisation maquette en plâtre - schéma G Delerm 07-2012

Réalisation maquette en plâtre – schéma G Delerm 07-2012

  • Encore entre 2 guides, on peut coller une feuille de polyéthylène expansée ou autre feuille semi rigide. Il est aussi possible de remplacer les feuilles semi rigide par des baguettes de bois utilisées en modélisme avec masticage et ponçage.
  • Dans cette méthode, il est à remarquer qu’il faudra modifier le profil des guides en fonction de l’épaisseur des feuilles ou des baguettes.
  • Comme pour la méthode « directe » on peut mettre en œuvre une maquette par empilage de profils puis mastiquer et poncer jusqu’à obtenir une forme quasiment parfaite.
Réalisation maquette par empilement - schéma G Delerm 07-2012

Réalisation maquette par empilement – schéma G Delerm 07-2012

  • Bien sûr cette liste n’est pas exhaustive. Chacun peut trouver d’autres méthodes pour réaliser la maquette de foil qui servira à faire le moule. En cherchant sur les sites d’aéromodélisme, il est possible de trouver de nouvelles idées (découpage de mousse de polystyrène au fil chaud par exemple).

2.2 – La stratification du moule

Comme je l’ai déjà indiqué, il me semble plus facile de faire 2 demi-maquettes (extrados et intrados), le plan de coupe étant donc le plan de joint du moule.

Il faudra donc fixer (collage) chaque demi maquette sur une surface parfaitement plane et bien rigide avant de commencer la stratification du moule. Pour ma part, j’ai utilisé une plaque de verre de 4mm d’épaisseur, elle-même posée sur une table bien plane.

Si l’on ne veut pas avoir, par la suite, de problèmes de démoulage, il faut à ce stade se pencher sérieusement sur le problème de l’agent de démoulage. Je pense que dans cette phase il n’est pas recommandé d’improviser. J’ai acheté de la cire de démoulage et j’ai suivi rigoureusement le mode d’emploi. (enduction de cire avec une petite éponge, séchage, polissage avec un tissu bien sec, puis ré-enduction, re-séchage et re-polissage).

Il existe aussi un produit de démoulage très performant, l’alcool polyvinylique, qui se passe au pinceau et qui sèche assez rapidement. Toutefois, comme la cire, il faut être certain d’en disposer de façon homogène et sans oublier le moindre mm² ! De plus, le rendu est inférieur, l’aspect de la pièce finie est mat et les traces de pinceau (application) peuvent être visibles.

La réalisation du moule se fera de préférence avec deux matières. D’abord un enduit chargé qui constituera la matière de l’intérieur du moule, ou un gel-coat, puis la stratification elle-même constituée de fibres (tissée ou sous forme de mat) enduites de résine. Je ne parlerai pas en détail de cette stratification qui peut se faire à l’air libre ou sous vide, par la méthode « humide » ou « prépreg » etc…

En revanche, il me parait important de préciser qu’il faut que ce moule soit particulièrement rigide et renforcé afin d’éviter à tout prix qu’il ne se vrille. Ceci est particulièrement vrai pour la résine polyester qui a nettement tendance à se rétracter pendant la polymérisation. N’hésitez donc pas à intégrer des renforts longitudinaux et transversaux en bois ou plutôt en métal (tubes, cornières).

Il va falloir enfin finaliser le moule en ajustant et en fixant les deux parties. Pour ma part, j’ai utilisé des boulons, écrous et rondelles au niveau du joint de moule. Il est évident qu’avant de fabriquer ces fixations, il faudra être sûr du parfait positionnement des deux parties du moule. En plus de ces dispositifs de serrage, il faut donc prévoir un système de calage ou un très bon ajustement des perçages (et une bonne épaisseur de matière !).

Deux remarques :

a) Je ne vous apprendrai rien en vous disant que parmi les profils classiques on peut distinguer trois types d’intrados :

  • L’intrados convexe
  • L’intrados plat
  • L’intrados concave (ou profil creux)
Types de profils - schéma G Delerm 07-2012

Types de profils – schéma G Delerm 07-2012

Si les deux premiers types sont assez faciles à réaliser (surtout l’intrados plat pour lequel il suffira de « refermer » le moule avec une simple surface plane), le profil creux, lui, posera quelques problèmes à cause de la zone indiquée sur le croquis. Nous reparlerons peut-être des solutions possibles dans ce cas (maquette en une seule partie).

b) Au moment de la stratification du moule, il faut penser à l’incompatibilité de certains matériaux. En particulier la résine polyester (à cause de son solvant, le styrène monomère) est incompatible avec le polystyrène, qu’il soit expansé ou extrudé. Il est alors nécessaire soit d’isoler le polystyrène de la résine ou d’utiliser de la résine époxydique.

 2.3 – La réalisation finale du foil

J’aurais tendance à simplement dire ici : « stratifier le foil dans le moule, laisser polymériser, ouvrir le moule … le foil est prêt ». En fait il y a plusieurs possibilités et quelques écueils à éviter. J’ai utilisé une méthode « monobloc » pour obtenir un foil massif.

  • Découper du tissu de verre (10 couches de 200 g au m² de chaque coté)
  • Stratifier ces couches à la résine polyester
  • Compléter le cœur avec un mélange résine- mat de verre (style « choucroute »)
  • Refermer le moule et bien boulonner le tout en essayant d’éviter le maximum de bulles (ça bave partout, c’est normal).

Cette méthode est loin d’être la meilleure (présences de bulles, quantité de résine beaucoup trop importante par rapport à la fibre). Dans cette méthode qui met en œuvre simultanément une quantité assez importante de résine, il faudra régler le dosage de catalyseur afin que la résine ne chauffe pas trop pendant la polymérisation.

Moule foil Foilboard fermé - Photo G Delerm

Moule foil Foilboard fermé – Photo G Delerm

 

Moule et foil Foilboard ouvert - Photo G Delerm

Moule et foil Foilboard ouvert – Photo G Delerm

Toujours dans le genre monobloc il existe une technique beaucoup plus « propre » et évitant toutes présences de bulles. Il s’agit du moulage RTV qui en revanche demande la présence d’une ou 2 pompes à vide, un moule un peu plus sophistiqué et un dosage très précis du temps de polymérisation.

Schéma process RTV - schéma G Delerm 07-2012

Schéma process RTV – schéma G Delerm 07-2012

Il existe d’autres méthodes que je n’ai pas essayées. Stratification de la peau en laissant le cœur vide, cœur en mousse de polyuréthane etc. Dans ces cas là, comme déjà indiqué pour la méthode « directe » il faudra penser à renforcer le cœur pour éviter l’écrasement. Et puis, ne pas oublier que la force d’expansion d’une mousse peut être très importante et difficile à maîtriser…

Dans tous les cas, penser à l’agent de démoulage !

3 – Autres matériaux et autres méthodes

La meilleure technique est bien sûr celle que l’on connait le mieux et pour laquelle on possède les meilleurs outils. Il n’est absolument pas ridicule de réaliser un foil en plaque de duralumin lorsqu’on a, à sa disposition le matériau, les cintreuses et les systèmes de soudure à l’arc ou plasma sous argon.

Je laisse ici de la place 😉 pour que chacun nous donne sa méthode.

Conclusion

Bon travail et tenez-nous au courant de vos travaux !

9 commentaires pour Méthodes et technologies de réalisations d’hydrofoils prototypes par et pour les amateurs éclairés !

  1. chunais dit :

    Est ce que il possible de concevoir des foiler pour bateau de plus de 8 tonne

  2. gurval dit :

    Merci beaucoup pour ce partage de savoir-faire. je suis justement en train de chercher comment me faire un nouveau safran (je pense que mon problème de ventilation vient d’un profil non adapté au changement d’incidence que subit une lame de safran). J’ai trouvé une technique à la défonceuse ici: http://constructionslightner.unblog.fr/2010/10/29/fabrication-des-derives-et-du-safran/

    • Salut Gurval,

      Autant que je me souvienne, ton safran est conçu sur la base d’une lame d’aileron de PAV.
      Effectivement je pense que ce profil (bord d’attaque très pointu) ne fonctionne que pour des angles d’attaque très faibles.

      Dans un premier temps, tu peux toujours essayer d’arrondir « pifométriquement » le bord d’attaque pour voir si tu obtiens une amélioration.

      Merci pour le lien et bon courage,

      Gérard

  3. gurval dit :

    Mais bon sang, mais c’est biensur !! tu as tout a fait raison, je vais faire ça. Merci.

  4. gurval dit :

    Tu aurai des images de ton système? Je suis très curieux de voir ça, tu découpe des tranches façon jambon?

    • Gurval,
      Je ne suis pas certain d’avoir conservé une photo de ma trancheuse à jambon, c’était au siècle dernier…
      Mais je dois pouvoir te faire un schéma.
      Schéma qui pourrait m’être utile pour autre chose.
      Si tu ne vois rien venir, tu me sonnes les cloches !
      Bon WE
      Fred

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