Matériaux et équipements

Réaliser sa planche à voile ou son surf implique de devoir faire le choix de ses matériaux de fabrication, et de s’équiper des outillages nécessaires pour les mettre en œuvre.

La forme, le « shape » (le noyau donc), est constitué d’une mousse plutôt légère, polystyrène (11 à 30 kg/m3) ou polyuréthane (40 kg/m3). Viennent ensuite les peaux extérieures constituées de stratifiés fibre/résine Epoxy (ou polyester), et d’un matériau d’âme pour les structures sandwich.

Ce sont elles qui confèrent au flotteur ses qualités de résistance, de déformation aussi, et de légèreté.

Les fibres

Elles sont nombreuses, fibres de verre, de carbone, de kevlar, ou fibres polyéthylènes (DYNEEMA ou Innegra très en vogue chez les fabricants en 2013, alliées à d'autres fibres), puis plus récemment, fibres de lin. Leurs différents tissages le sont tout autant : taffetas, sergés, satins, unidirectionnels, bi axiaux....)

Lorsque l’on tire sur un matériau, il s’allonge. Si l’on le relâche, le matériau reprend sa forme avec plus ou moins de nervosité (beaucoup pour le carbone, beaucoup moins pour le verre par exemple). Au delà d’un certain allongement (limite élastique), le matériau reste déformé, est dégradé, puis finit par céder.

Un matériau est mécaniquement caractérisé par des valeurs, dont deux sont déterminantes :

Schéma

Deux caractéristiques à ne pas confondre donc. Le verre est par exemple moins rigide que le carbone, mais pas nécessairement moins résistant.

Le type de tissage a enfin son importance, et il convient de placer les fibres dans la direction dans laquelle elles "travaillent" le mieux, de considérer la déformabilité du tissu, et son absorption de résine.

Remarque : Les passages « dessus / dessous » des fibres les unes par rapport aux autres dans un tissage étant générateurs de contraintes mécaniques, et d’ondulations du tissu, l’idéal serait de travailler avec des nappes de tissu unidirectionnelles placées judicieusement (les tissus bi axiaux par exemple, superposition de deux nappes d’unidirectionnel placées à 45°).

Les tissages

Taffetas
Taffetas
(Plain Weave)
Se déforme peu
Fortes Ondulations
Sergé
Sergé
(Twill)
Déformation moyenne
Ondulations moyennes
Sergé
Sergé

Se déforme bien
Faible ondulations

A titre indicatif, un comparatif des fibres les plus utilisées (les échelles de prix ne constituent qu’une indication comparative) :

Type de fibre Densité (*) Résistance (MPa) Module E (Mpa) Echelle de prix (en €/kg)
Verre 2,5 à 2,6 2750 à 3900 73 à 87 1,5 à 15
Carbone 1,8 à 2 2000 à 4000 200 à 700 45 à 600
Kevlar 1,45 3500 à 3900 70 à 170 30 à 125
Polyéthylène 0,96 3000 100 8

(*) La densité de l'eau est 1

Verre
Verre
Verre Unidirectionnel
Verre Unidirectionnel
Carbone Taffetas
Carbone Taffetas
Carbone Bi axial
Carbone Bi axial
Kevlar
Kevlar
Carbone / Kevlar
Carbone / Kevlar
Carbone / Innegra
Carbone / Innegra

Chaque fibre doit être choisie pour ses qualités, tout en connaissant ses défauts :

Le verre : bonne qualités mécaniques en traction et compression en général, certains verres sont de haute qualité (Verre S ou Verre H), coût abordable pour les verres « standards ».

Carbone : Haute résistance en traction, rigidité, mais peu résistant en compression et aux chocs. Cher.

Kevlar : Très grande résistance à la rupture, grande résistance aux chocs (gilets par balles), peu rigide, mais difficile à stratifier, à couper, presqu’impossible à poncer. Hydrophile.

Fibres polyéthylènes : Une alternative au Kevlar, moins coûteuse, avec le même genre de caractéristiques.

En définitive, le stratifié idéal est une alliance judicieuse de toutes ces fibres, prenant en compte leur poids, leur rigidité, leur résistance, leur orientation, et leur prix.

Le sandwich

Une structure sandwich, alternative à une structure monolithique (des stratifiés « empilés » sur un noyau de mousse), nécessite l’usage d’un matériau d’âme, qui, intercalé entre deux stratifiés, leur permet de travailler en traction / compression, et non plus simplement en flexion.

Ce matériau d’âme doit être léger, et résistant en compression, afin de garantir l’espacement entre les stratifiés ou peaux.

Le plus utilisé d’entre tous, dans la majorité des fabrications aujourd’hui, est le PVC. Cette mousse existe en plusieurs densités (50 kg/m3 à 100 kg/m3), en en diverses épaisseurs (3mm à plusieurs centimètres).

Plus une mousse est dense, plus elle est lourde (Compte tenu des épaisseurs utilisées, il y a assez peu de différence entre du 80 kg/m3, et du 100 kg/m3, soit 60 gr de différence par m2 pour du 3mm), mais plus elle est résistante en compression (avantageux pour le pont de la planche en particulier). Le PVC présente en plus l’avantage d’offrir une surface de collage importante, donc d’être moins sujet au délaminage.

Les autres matériaux de sandwich très connus, sont le nid d'abeille, le bois, le spheretex, et plus récemment, le liège.

Ces structures sandwich nécessitent l’utilisation d’un système de mise sous-vide afin d’être correctement plaquées sur le noyau.

PVC
PVC
Sepheretex
Sepheretex
Nid d'abeille
Nid d'abeille
Nid d'abeille
PVC / Bois

Les résines

Les résines

Pour pouvoir travailler sur des mousses polystyrène, il est impératif d’utiliser des résine de type époxy (le polyester fond la mousse polystyrène).

Elles présentent en outre de bien meilleures qualités mécaniques que les résines polyester (seul le milieu très conservateur de Surf persiste à les utiliser encore aujourd’hui prétextant une déformabilité supérieure appréciée des surfeurs), mais s’avère aussi plus exigeante en température, pour polymériser correctement (minimum de 20°C, un étuvage à 60°C étant idéal pour augmenter ses caractéristiques mécaniques)

EPOXY POLYESTER
Avantages
Très bonnes qualités mécaniques
Résistant à l'abrasion
Faible odeur (Toxique quand même)
compatible avec toutes les mousses

Inconvénients
Ponçage plus difficile
Temps de polymérisation important
Température requise 20°C minimum
Moins translucide, moins "fluide"
Prix élevé
Avantages
Très translucide, bonne imprégnation
Polymérisation rapide
Température requise plus basse (15°C)
Ponçage aisé, facile à lustrer
Economique

Inconvénients
Qualités mécaniques médiocres
Tendre, sensible aux rayures
Odeur forte
Incompatible avec les mousses polystyrènes

Remarque :
L’étuvage des résines Epoxy « repousse » également la température à laquelle le stratifié pourra résister par la suite (le "Tg") (par exemple, une planche non étuvée, placée en plein soleil, vis de décompression fermée, risque de se délaminer, parce que la résine redevient souple, et que l’air contenu dans le polystyrène se dilate, donc pousse…)

Comment se déforme un flotteur ?

Le schéma ci-dessous précise par des flèches les efforts que subit un flotteur lors d’une réception violente : la planche a tendance à subir une flexion dans laquelle la peau externe du pont est plutôt étirée, et celle de la carène comprimée. La fabrication doit être équilibrée, et il n’est pas judicieux de renforcer à outrance un côté de la planche aux dépends de l’autre : pont très renforcé et carène « légère », c’est la carène qui se comprime (pli transversal), et à l’inverse, carène très raide et pont trop léger, c’est lui qui rompt entre le pied de mât et les footstraps de manière transversale.

Déformation

Environnement de travail et outillage

Pour travailler dans de bonnes conditions, un outillage et un environnement adaptés sont nécessaires.

Bien se protéger

Protection

Pour découper le polystyrène et shaper (façonner)

Fil chaud
Fil chaud
Outils de mesure
Outils de mesure
Rabot, surform et cales
Rabot, surform et cales
Compresseur
Compresseur
Bumper et éclairages
Bumper et éclairages
Bloc de polystyrène
Bloc de polystyrène
Templates
Templates
Bumper et étuve
Bumper et étuve

Pour stratifier :

Outils

Pour mettre sous vide :

Pompe à pistons
Pompe à pistons
Pompe à membrane
Pompe à membrane
Poche à vide
Poche à vide
Feutre de drainage et films plastiques
Feutre de drainage
Vaccuomètre
Vaccuomètre
Contre scoop
Contre scoop

Pour poncer et défoncer :

Défonceuse, meuleuse et excentrique
Défonceuse, meuleuse et excentrique
Atelier
Atelier

Enfin, un local "dédié", chauffé, ventilé et équipé d'un bon éclairage, permettra de travailler confortablement.

Les outils utilisés pour la fabrication d’une planche peuvent être dangereux, de même que tous les produits chimiques. Les protections telles que masques (solvants, poussières, peintures) et gants sont indispensables.