24/09/2018 - Nouveaux matériaux composites pour améliorer la sécurité des bateaux à grande vitesse

Menéame

Les bateaux à grande vitesse planifient sur l'eau en frappant à plusieurs reprises leur casque contre la surface. Cela entraîne des dommages importants qui compromettent la résistance du navire et, partant, sa sécurité. Un groupe de chercheurs de la Université polytechnique de Madrid (UPM) a conçu un nouveau système de fabrication qui consiste à introduire entre les couches du matériau composite avec lequel le casque est construit une mince couche viscoélastique qui absorbe et dissipe une grande partie de l'énergie due à l'impact sur la surface de l'eau. Les essais montrent qu'avec cette nouvelle technologie de fabrication, la fréquence à laquelle il faut réparer les casques peut être trois fois plus faible. Cela, outre l'extension de la durée de vie du bateau, améliore la sécurité des personnes à bord.

Contrairement à d'autres bateaux dont l'avancement en mer est basé sur la séparation de l'eau à leur passage - les bateaux de déplacement -, il existe des bateaux dont la conception leur permet de planifier sur la surface de l'eau et d'avancer à grande vitesse puisqu'ils n'ont pas besoin de déplacer de grandes masses d'eau au fur et à mesure qu'ils naviguent. Ces bateaux se soutiennent sur la partie arrière -poupe - et la partie avant du casque -proa- s'élève séquentiellement pour tomber en peu de temps en frappant avec force sur la surface de l'eau. Aux vitesses élevées auxquelles se produit le impact, l'eau agit comme un véritable mur sur lequel s'écrase le fond du bateau encore et encore. Ce phénomène est appelé slamming et c'est un problème constant sur les bateaux qui naviguent à des vitesses moyennes et élevées.

El frappe cyclique de la coque peut générer d'importants dégâts matériels du bateau, en particulier lorsqu'il s'agit de matériaux composés de fibres inorganiques (verre, carbone) et de polymères qui les accrolent (polyester, vinylester, éthylène), qui sont très légers mais également plus sensibles aux impacts que les matériaux métalliques qui ont traditionnellement été utilisés pour la construction de bateaux (acier, aluminium). Dans le peu de temps qui s'écoule entre le début de l'impact et la séparation de l'eau autour du bateau, les pressions supportées par le matériau augmentent rapidement et les vitesses de déformation imposées sont très élevées. Dans ces conditions, le matériau répond par un comportement fragile et se produit des microroutes internes. Comme il s'agit d'impacts qui se répètent toutes les quelques secondes, les dommages sont de plus en plus importants et les micro-fentes augmentent et se rejoignent les unes les autres pour former de vastes zones complètement endommagées. La résistance du matériel est gravement compromise et met ainsi en danger la sécurité du bateau et des personnes à bord.

Pour protéger la structure de ces bateaux, des chercheurs de la ETSI Navals de l'UPM ont conçu un nouveau système qui consiste à introduire entre les couches du matériau composite de la coque une mince couche viscoélastique qui absorbe et dissipe une grande partie de l'énergie due à l'impact sur la surface libre de l'eau. Il s'agit d'une couche constituée d'hexagones réguliers, comme s'il s'agissait d'un panal d'abeilles constitué d'une écrou d'un polymère à haute rigidité qui encapsulent un matériau plus souple et déformable (visco-élastique), comme une gomme spécialement conçue pour cette tâche. Lorsque le bateau reçoit les impacts dus au slamming, la plupart de l'énergie est capturée par la couche viscoélastique qui est déformée en stockant temporairement l'énergie et en protégeant le matériau de la coque. Après l'impact, la couche viscoélastique renvoie l'énergie stockée à la mer. Les résultats montrent que les dommages causés au matériau sont considérablement réduits parce que la couche viscoélastique protège le matériau qui est sous elle. Cette protection n'est pas un ajout à la structure du bateau, mais elle se trouve dans le matériau lui-même avec lequel il est fabriqué, ce qui rend plus efficace et durable la protection contre les impacts. Cette stratégie a permis de réduire au minimum les dommages causés par la navigation à haute vitesse et de multiplier par trois le temps nécessaire entre les réparations des casques endommagés.

De l'avis Juan Carlos Suárez Bermejo, responsable de l'équipe de recherche, "avec cette nouvelle technologie de fabrication, la résistance des bateaux est renforcée même dans les conditions de navigation les plus exigeantes, avec des vagues plus grandes, étendant la vie du bateau et, surtout, améliorant la sécurité des personnes voyageant à bord." Des armateurs, des armateurs et des sociétés de classification des navires ont déjà manifesté leur intérêt pour l'introduction progressive de ces nouveaux développements dans le domaine de la construction navale.

Ref

Reduction of slamming damage in the hull of high-speed crafts manufactured from composite materials using viscoelastic layers Townsend, P; Suarez-Bermejo, JC; Sanz-Horcajo, E; Pinilla-Cea, P. OCEAN ENGINEERING, 159 253-267; 10.1016/j.oceaneng.2018.04.029 JUL 1 2018

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Université polytechnique de Madrid (UPM)

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