Conception, construction, réparation
Construction bois époxy
	Construction bois Bois époxy Résine époxy Contreplaqué époxy Strip planking Entretien Environnement Le bois est le plus vieux matériau de construction navale, ce qui ne veut pas dire qu’il soit dépassé, bien au contraire, avec les techniques actuelles. Il est maintenant nettement mieux mis en œuvre qu’autrefois, et, associé à la résine époxy, constitue un matériau composite léger et fiable, demandant peu d’entretien et peu onéreux. Il est aussi écologiquement préférable à certains autres matériaux, nettement plus polluants au niveau de leur fabrication ou de leur mise en œuvre. Le bois est très utilisé dans le domaine de la plaisance, en dehors des grandes séries. Il a su s'adapter aux nouvelles colles synthétiques sous forme de composite bois-époxy, ce qui en fait un matériau très moderne. Dans les contraintes subies par un bateau, la flexion donne l’avantage au matériau le plus léger, avec des épaisseurs de parois plus importantes à poids égal. Une coque, un pont ou des superstructures en bois sont rigides avec beaucoup moins de renforts. L'acier ou le polyester de même poids (donc moins épais) manquent de rigidité, se déforment, ce qui nécessite des renforts nombreux ou une structure sandwich, d'où un travail plus important et un volume pris sur l'intérieur. En tenant compte de cette densité des matériaux, on peut dire que le bois est presque trois fois plus rigide que le polyester, à poids égal. Un pont en contreplaqué ne nécessite que quelques renforts. A résistance équivalente, une coque bois-époxy est environ 20% moins lourde qu'une coque en polyester. Elle est aussi plus rigide globalement, d'où une meilleure efficacité du gréement (étai bien raide) pour un voilier. Les fibres de carbone, dans un sandwich mousse/carbone/époxy, de mise en œuvre complexe, a maintenant remplacé le bois pour la compétition, mais à un prix qui n’est plus du même ordre de grandeur. Un des gros avantages du bois est aussi la modification ou la réparation, qui peuvent se faire facilement. Il est également beaucoup plus facile d'adapter un bateau aux désirs de son propriétaire, puisqu'il n'y a pas de moule. Il permet donc surtout une personnalisation des bateaux, ce que ne permet pas la construction sur moules. On oublie souvent de dire qu'un des principaux avantages du bois est sa quasi insensibilité à la fatigue, à la contrainte alternée, contrairement aux autres matériaux, à condition de le maintenir à l'abri de l'eau, liquide ou vapeur, par une barrière étanche, dans des conditions d'humidité constante  inférieure à 15%. Plusieurs méthodes de mise en œuvre permettent d'obtenir une coque légère, relativement bon marché, surtout à l'unité ou en petites série, tout en s'affranchissant des anciens défauts du bois comme le pourrissement ou les tarets. On dénombre essentiellement deux techniques pour le bois moderne : - Le contreplaqué-époxy, nécessitant des surfaces quasi développables, avec une stratification verre-époxy de surface contre le poinçonnement, - Le strip planking, utilisant des lattes de bois de faible densité comme âme intérieure, qui donne des coques très rigides et légères en formes. Le bois doit être maintenu dans des conditions d'humidité constantes et inférieures à 15%, ce qui se fait par une barrière étanche à l'eau, liquide et vapeur, par de la résine synthétique haut de gamme. Les résines époxydes possèdent justement ces qualités d'étanchéité, associées à d'excellentes propriétés adhésives et un très bon pouvoir d'imprégnation des fibres du bois. Les bateaux en bois traditionnels étaient construits en assemblant de nombreux couples sur une pièce de quille surdimensionnée. Les bordés étaient ensuite boulonnés ou rivetés sur ces couples et les joints étaient faits avec de l’étoupe, le calfatage. Ce type de construction n’a pas survécu à l’arrivée de la fibre de verre qui a permis de faire des bateaux étanches et homogènes avec peu de main d’œuvre. Il faut dire que les bateaux traditionnels étaient lourds, peu rigides, demandaient une forte maintenance et étaient toujours sujets au fait que le bois perd jusqu’à 45% de sa résistance lorsqu’il est humide. Le bois-époxy a résolu tous ces problèmes. Il minimise l’entretien, apporte un gain de solidité, de légèreté et augmente la longévité. Le bois est aussi un bon isolant thermique et phonique, il est naturellement peu conducteur de chaleur. Isolation et vaigrage ne sont donc pas nécessaires, ou tout au moins beaucoup moins contraignants que sur un bateau en métal. Le bois a une texture bien plus agréable que toute autre matière, ce qui explique que les constructeurs de bateaux en polyester ou en aluminium en usent largement pour améliorer le confort du bateau, notamment dans les aménagements. La technique du bois époxy fait appel au joint congé. Il s'agit du collage de deux pièces de bois à l'aide d'un mastic époxy plus ou moins chargé en fonction de la résistance souhaité, qui fait la liaison entre les deux pièces. Avec trois produits, le bois, l'époxy et la fibre de verre comme renfort, on obtient des bateaux totalement homogènes, comme faits d'une seule pièce. Trois types de résine sont utilisés en construction navale: l'époxy, la résine vinylester et le polyester. Elles sont toutes les trois des polymères et deviennent dures après polymérisation. Mais des différences importantes existent entre elles. La construction navale avec de la fibre de verre renforcée au polyester, est de très loin la plus courante. Mais elle souffre d'une maladie chronique nommée osmose, la protection se faisant par la couche de surface, le gel-coat. Sans compter ses autres défaut, le manque d'adhésion, le retrait lors de la polymérisation, etc.. Son seul intérêt est d'être la résine la moins chère, et de loin. La résine vinylester, une forme hybride de polyester et d'époxy, apporte une bonne solution à ce problème d'osmose, mais coute deux fois plus cher. Elle n'est donc utilisée que sur des bateaux haut de gamme. Mais la résine vinylester a toujours les mêmes limitations que le polyester en termes de retrait, d'adhésion au bois et de résistance à la fatigue. Il est vrai que dans une construction fibre de verre/résine, la résine constitue plus de 50% du poids total, aussi la différence de prix a un impact énorme sur le prix de la structure d’un bateau. Dans le cas d'une construction bois époxy, la résine ne constitue qu'une faible part et son importance sur le prix total est donc beaucoup plus faible, ce qui autorise à l'utiliser sans grever le cout du bateau. Mais qu'apporte donc la résine époxy ? Par rapport au bois, la résine époxy est cinq fois moins poreuse à l'eau (liquide ou vapeur) que la meilleure résine vinylester et au moins sept fois plus qu'une polyester. Pour le bois, qui conserve à vie sa résistance s'il est à l'abri de l'humidité, c'est la résine idéale. Deux propriétés importantes d’un stratifié composite verre/résine sont sa résistance à la traction, et sa résistance à la flexion. Dans le cas du bois époxy, cela va surtout être intéressant pour les joints congés structuraux. La résistance à la flexion d’un stratifié époxy est de 20 à 30% plus élevée que celle des stratifiés polyester ou vinylester. Le collage entre le bois et la résine époxy (qui est une colle) est excellent, et cette résine "mouille" le bois parfaitement, et encore plus s'il s'agit d'une résine améliorée pour cette imprégnation. De plus, cette résine n'ayant pas de retrait lors de sa polymérisation les collages se font sans serrage. Ajoutons que la résine époxy a, comme le bois, une excellente résistance à la fatigue. A chaque mouvement d'un bateau en mer, l'ensemble de la structure subit des chocs et contraintes répétés, qui cumulent à des millions de cycles durant la vie du bateau. La rupture par fatigue résulte de l’accumulation de dommages minuscules qui font qu'une rupture se produit soudainement. La capacité exceptionnelle à résister à ces charges cycliques est un avantage essentiel des résines époxy par rapport aux polyesters et vinylesters. C’est la raison principale pour laquelle les époxy sont utilisé presque exclusivement pour les structures des avions modernes. Le contreplaqué est constitué de plis croisés de 1 à 2 mm, obtenus en déroulant des billes de bois de l'extérieur vers l'intérieur. Il est utilisé dans la construction bois époxy à la fois pour les cloisons internes, les ponts et le bordé, les renforts, les superstructures. Pour l'ensemble de ces pièces, il impose une conception à base de surfaces développables, qui peut être considérée comme une limitation. Mais d'une part il est possible de jouer légèrement sur une double courbure (bordés par exemple) et d'autre part c'est aussi une garantie de belles lignes tendues. Dans ses catamarans bois époxy, CNSCo a conçu des fond moulées en époxy/verre, le reste étant en CP époxy, e qui fait que chaque partie profite au mieux des avantages du matériau qui le constitue. Le contreplaqué, comme les autres techniques bois-époxy, est encore plus rigide s'il possède une légère courbe. Tous les aménagements (cloisons, tablettes, planchers) participent à la structure générale du bateau, ce qui renforce encore la construction et la rend plus légère. Dans cette technique, il est possible d’utiliser du contreplaqué extérieur (CTBX) de très bonne qualité, beaucoup moins cher que le « marine », car il sera imprégné d’époxy. Les feuilles de contreplaqué sont généralement scarfées ensembles, c’est-à-dire collées selon un joint en biais dans l’épaisseur, ou par queux d’aronde réalisées à la fraiseuse numérique. Une peau de verre-époxy recouvre l’extérieur, pour les chocs. Découpe numérique contreplaqué La construction « strip planking » utilise des lattes de bois longitudinales collées époxy. Elle permet de belles formes de coque et offre d'excellentes propriétés mécaniques, rigidité et gain de poids. Il s’agit vraiment d’un compromis entre la construction composite et la construction bois, puisque les lattes sont utilisées comme une âme active avec une peau en verre-époxy de chaque coté. C’est un sandwich, où l’âme a sa propre résistance, surtout dans le sens des lattes. Un mannequin est réalisé en alignant des gabarits en aggloméré. Les lattes sont fixées de façon temporaire sur les couples, avec des vis provisoires. Les lattes sont souvent en épicéa, bois européen léger aux bonnes qualités d'imprégnation. Une fois toutes les lattes posées, elles sont jointées au mastic époxy qui est poussé entre les lattes. Puis les vis sont enlevées et la surface poncée afin de la rendre lisse et prête à recevoir la stratification de la peau extérieure. Cette phase est importante car il est plus facile de poncer à ce stade que de faire la finition sur la peau extérieure. La peau extérieure est constituée d’une couche de multiaxial, bi-biais ou triaxial. En effet, comme les fibres de bois sont longitudinales, les couches de verre sont disposées à 45°. La stratification de la peau intérieure est similaire après retournement de la coque. Le reste du bateau est en CP époxy « classique ». L’inconvénient majeur des résines époxy est leur vulnérabilité aux rayons UV. Il faut donc absolument les peindre. Dès lors que le bois est mis en œuvre avec ces techniques, il constitue un ensemble bien homogène travaillant peu. On peut alors y appliquer des peintures et vernis actuels. En particulier, les polyuréthannes bi-composants permettent d'assurer une protection durable avec une durée de vie de la peinture de 5 à 10 ans suivant les conditions d'utilisation et d'hivernage. En outre un bateau bois-époxy se prête très facilement à une remise à neuf quasi parfaite. Le bois est de loin le matériau le plus facile à repeindre, à l'intérieur comme à l'extérieur. Un bateau bien construit en bois-époxy ne demande pas plus d'entretien qu'un bateau en polyester. L’absence d’osmose peut même dire qu’il en demande moins. En fait, seuls les vernis extérieurs apportent une réelle contrainte, car il faut les refaire souvent pour leur garder un bel aspect. Mais on peut très bien faire un bateau bois-époxy peint, comme on peut faire inversement un bateau polyester avec des hiloires en acajou verni et un pont en teck. Cela est en fait indépendant du choix du matériau de la structure du bateau. On peut seulement dire qu'une construction bois incite plus à le mettre en valeur par des vernis, mais que cela n’est absolument pas nécessaire. Il faut aussi observer que sur une coque bois-époxy, on dispose d'une grande liberté pour faire jouer les harmonies de couleurs. C'est tout de même mieux que le polyester blanc (le seul qui tient dans la durée) et l'alu brut. En cas d'accident ou si on veut faire des modifications, le bois-époxy est incontestablement plus simple à réparer (pas de contre-moulage, facilité de collage...) et il est presque toujours possible de remettre le bateau à l’état neuf par une simple peinture polyuréthane. Le bois est incontestablement plus respectueux de l'environnement que le polyester, gros consommateur de pétrole, ou que l'aluminium, très énergivore pour sa production. C'est un matériau renouvelable, pour autant qu'il ne soit pas issu d'une forêt mal exploitée. Les évaluations scientifiques d'impact sur la santé humaine, la qualité de l'écosystème, le changement climatique et les ressources classent le bois largement en tête pour trois de ces critères. Il est moins bien placé pour la qualité de l'écosystème en raison de l'usage encore dominant de bois exotiques ou de provenance lointaine mal gérées. Pourtant de nombreuses forêts européennes sont sous-exploitées. L'utilisation de bois français, de contreplaqués de bouleau, de peuplier ou de résineux, sont en mesure de faire de la construction bois la plus conforme aux objectifs de développement durable, même si, pour le moment, le contreplaqué tout okoumé est le plus utilisé. A terme, seuls des contreplaqués certifiés FSC (Forest Stewardship Council) devront être utilisés. Pour le strip planking et les structures intérieures, de l’épicéa de nos régions, de bonne qualité, peut être utilisé sans problème au lieu de bois exotique. Par rapport aux constructions "tout plastique", le construction bois époxy utilise moins de résine, simplement aux endroits où elle est efficace et indispensable. Et même s'il s'agit là d'un jugement complètement subjectif, il est à prendre en considération qu'un bateau en bois époxy, bien dessiné et bien construit, a quelque chose de plus, une âme, si on accepte ce terme, que les autres n'ont plus.

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