Gréement dormant composite pour voilier – Options de matériaux

Après avoir établi les avantages significatifs de la réduction du poids du gréement dans les hauts (voir l’article précédent ici), nous souhaitons maintenant examiner les options de gréement composite disponibles sur le marché. Toutefois, avant d’en arriver là, nous devons faire un petit détour par les propriétés fondamentales des matériaux afin de fournir un contexte de base.

Les propriétés physiques des matériaux sont un sujet technique et les chiffres varient considérablement selon le fabricant, les procédures d’essai et les échantillons utilisés. Le tableau ci-dessous représente une corrélation de données issues de multiples sources et reflète les caractéristiques relatives d’une gamme de matériaux différents. N.B. Il s’agit de valeurs théoriques pour le matériau lui-même ; les produits finis (câbles, barres, fils) auront leurs propres propriétés spécifiques, généralement inférieures aux valeurs théoriques.

Sources: òFiche technique Toyobo Zylon, tToray T800, Fiche technique YDSM Dyneema, *Matweb

Terminologie

    - Module de Young – il s’agit d’une mesure de la rigidité du matériau. Plus la valeur en GPa est élevée, plus le matériau est rigide.

    - Densité – donne une indication du poids relatif pour une résistance/rigidité donnée

    - Résistance ultime – correspond à la charge menant à la rupture

    - Allongement à la rupture – il s’agit de l’augmentation en % de la longueur jusqu’au point de rupture (sur un échantillon de laboratoire)

Analyse

Le Nylon/ Coton/ Polyester/ Chanvre sont indiqués à titre informatif. Le chanvre et le coton étaient des matériaux traditionnels des voiliers pour le gréement dormant et la toile à voile, et montrent à quel point les choses ont évolué.

Le câble d’acier a remplacé le gréement dormant en chanvre à partir du milieu des années 1800 et reste aujourd’hui encore le matériau par défaut pour les bateaux qui naviguent. Le câble est 6 fois plus rigide que le chanvre et deux fois plus résistant, mais cela s’accompagne d’une pénalité de poids significative. La durabilité, la fiabilité, la facilité d’utilisation et les techniques de production de masse ont conduit à la domination du câble. Cependant, en termes stricts de rapport résistance/poids, le chanvre n’était pas un mauvais matériau !

L’option métallique performante pour le gréement dormant est la barre Nitronic 50. Le Nitronic est un alliage d’acier renforcé à l’azote, développé dans les années 1960. Les propriétés de base du matériau sont plus résistantes et plus légères que le câble inox ; de plus, le fait qu’il s’agisse d’une barre pleine, plutôt que d’un câble toronné, permet une réduction significative du diamètre à rigidité équivalente, ce qui diminue la traînée aérodynamique.

La révolution du gréement synthétique a démarré assez lentement avec l’introduction des fibres aramides au début des années 80. Un câble en Kevlar 49, construit à rigidité équivalente, serait env. 70% plus léger et 7 fois plus résistant que la barre Nitronic 50. L’autre développement majeur a été l’allongement à la rupture extrêmement faible (2,4%), ce qui signifie que la fibre peut travailler sous forte charge sans se déformer / s’allonger jusqu’à la rupture. C’est très important pour le gréement dormant afin de maintenir le réglage du gréement. Le seul inconvénient du Kevlar est qu’il faut beaucoup de fibre pour atteindre la même rigidité, ce qui augmente fortement le diamètre par rapport à une barre.

Le PBO (Zylon) est apparu dans le monde de la voile au début des années 90, avec l’arrivée des produits de gréement carbone au début des années 2000. Ces deux matériaux ont des propriétés très proches et sont env. 45% plus rigides, 80% plus légers et 8 fois plus résistants que la barre Nitronic. Il existe des défis pour fabriquer ces matériaux en câbles de gréement dormant mais, à rigidité équivalente, ils présentent un diamètre comparable à celui d’un câble/une barre, tout en offrant des gains majeurs en poids et en résistance.

Depuis 20 ans, le Carbone, le PBO et le Kevlar se sont donc imposés comme des options pour des câbles de gréement dormant légers et très résistants. Bien qu’il soit possible de réaliser du gréement latéral en Kevlar, c’est relativement rare en raison de son diamètre. Par exemple, une barre Nitronic Dash 17 a un diamètre de 8,4mm – en PBO, le câble d’allongement équivalent serait d’env. 9,5mm mais en Kevlar on serait plutôt autour de 14mm. Le Kevlar est principalement limité aux pataras des plus grands yachts, où il peut tout de même apporter 70% d’économie de poids par rapport au câble/à la barre.

Dyneema®, qui est une marque grand public pour un polyéthylène à ultra-haute masse molaire (UHMWPE), a été développé à peu près à la même époque que la fibre aramide. Il est un peu plus rigide que le Kevlar (selon le type), d’une résistance similaire mais extrêmement léger. Cependant, l’UHMWPE n’a pas été largement utilisé en gréement dormant, à ce jour, en raison d’une faiblesse : il fluage. À 30 degrés sous charge constante (10% de la charge de rupture), il s’allonge physiquement (SK75 - 0,02%/jour, SK78 - 0,006%). Sur un câble de 15m cela équivaut à env. 8% / 1.1m en 365 jours pour du SK75, et 2.2% / 330mm pour du SK78.

Cela étant dit – le Dyneema est une fibre économique et incroyablement fiable / durable et, sur les petits bateaux (moins de 45 pieds), une communauté croissante de marins l’adapte et trouve des moyens de gérer ces défis. Cela peut se faire en utilisant de longues surliures pour les terminaisons, afin de pouvoir reprendre le fluage, et aussi en surdimensionnant le câble, ce qui réduit le taux de fluage. Sur les plus grands bateaux, il devient physiquement impossible / peu pratique de développer la tension de gréement requise à l’aide d’une surliure.

Résumé

Pour les régatiers et les grands yachts – le PBO et le Carbone sont les principaux choix de matériaux disponibles pour le gréement dormant. Pour les sportboats et les plus petits yachts, ces matériaux/produits peuvent devenir prohibitifs en coût, et l’on observe une tendance croissante vers des solutions de gréement en Dyneema® en DIY.

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GRÉEMENT DORMANT