La Voile

La voile est au programme des Jeux olympiques d’Athènes en 1896. Mais le très mauvais temps qui sévit le 1^er avril (sic) provoque l’annulation des régates. En 1900 les régates disputées dans le cadre des Concours d’exercices physiques et de sports, et organisées par le Comité de l’Exposition Universelle de 1900 à Paris ont été récupérées par le CIO vers 1920 pour constituer un palmarès des Jeux de Paris. Les premières véritables compétitions olympiques à voile ont eu lieu en 1908 à Londres (déjà !).

Au fil des années, la formule de la compétition et les classes de bateaux ont souvent changé selon la popularité des différents bateaux. Les embarcations sont aujourd’hui des monotypes répartis selon des classes de poids et de jauges identiques, au nombre de huit, allant de la planche à voile (R:SX) au bateau à quille (Elliot 6m et Star), en passant par les Laser, le Finn, le 470 et le 49er.

La coque et le mât de ces embarcations sont actuellement construits en matériaux composites avec les mêmes ingrédients que ceux employés pour le canoë-kayak et l’aviron (cf. Les Embarcations)

Une voile est fabriquée à partir de fibres. Les matériaux traditionnels sont des fibres naturelles comme le lin, le chanvre ou le coton qui une fois tissées forment un tissu. La laine, le chanvre et le lin sont largement employés avant l’arrivée du coton. Les fibres naturelles présentent peu de résistance aux rayons UV, au pourrissement et ils on une forte tendance à absorber l’eau. Le lin est solide, mais le coton léger. Fibre traditionnelle pour les voiles il n’a toutefois pas été supplanté par le coton.

Les voiles à l’ancienne sont formées de plusieurs largeurs ou laizes cousues côte à côte. Pour la consolider elle est muni d’un ourlet renforcé par un cordage, la ralingue. Les cosses aux points hauts, bas, intérieurs et extérieurs, servent à recevoir les cordages ou manœuvres destinées à établir la voile elle-même. La toile royale était une toile très forte, servant à fabriquer les grandes voiles de navires. Pour les rendre résistantes aux moisissures, intempéries et rayonnement UV, elles étaient régulièrement passées dans un bain chaud, la tannée ou cachoutage, décoction de poudres riches en tanins, le meilleur produit étant le cachou, extrait de la noix d’arec. Elles sont ensuite trempées dans l’eau de mer, le sel agissant comme fixateur, puis gréées sur le navire où elles sèchent au vent.

Au XX^e siècle, l’arrivée des fibres synthétiques remplaça progressivement les fibres naturelles. Depuis, de nouveaux matériaux ont encore permis une amélioration des performances et de la durée de vie des voiles. Les premières fibres synthétique dans le monde de la voile sont apparues dans les année 1950 avec la famille des nylons. Elles furent suivies dans les années 1980 par une nouvelle famille de fibres, les aramides. Cette famille s’est vue rapidement concurrencée par de nouveaux venus dans le monde de la voilerie, les polyéthylènes à haute ténacité, les polyesters, polyazoles et les fibres de carbone.

Les performances d’une voile sont dues à la conception, à sa fabrication mais aussi aux caractéristiques des fibres employées, évaluées suivant six paramètres : élasticité, limite à la rupture, fluage, sensibilité au rayonnement UV, perte de flexibilité (ou ténacité) et coût de la fibre. Les voiles grand public sont en majorité fabriquées en polyester. Les voiles constituées de carbone, de kevlar (cf.Kevlar) et/ou de Mylar sont utilisées pour les compétitions. Elles sont plus légères tout en étant plus rigides, mais elles sont peu résistantes au rayonnement UV qui affaiblit leur souplesse et leur solidité.

Le nylon 6,6 de la société DuPont de Nemours (cf. Nylon), polyamide résultant de la condensation de l’acide adipique et de l’héxaméthylène diamine fut la première fibre employée pour ses qualités de légèreté, de grande résistance à la rupture et à l’abrasion et de flexibilité. Le nylon est moins résistant au rayonnement UV et agents chimiques que les fibres polyesters et les moisissures changent ses caractéristiques techniques. Sa grande élasticité est appropriée pour les voiles hautes et il est toujours employé pour la fabrication des spinnakers.

Une famille apparentée, les polyamides aromatiques ou aramides où la chaîne carbonée aliphatique est remplacée par des noyaux benzéniques a été développée dans les années 60, toujours par la société DuPont de Nemours, Le Kevlar (cf. Kevlar) est la fibre la plus répandue pour les voiles de compétition depuis son introduction en 1971. Cette fibre est plus résistante que l’acier à poids égal, a une rigidité cinq fois supérieure au PET.

Les deux Kevlar courants sont : Type 29 et Type 49, le 49 est 50 % plus rigide que le Type 29 mais moins flexible. DuPont de Nemours a récemment conçu le Kevlar Edge, spécifiquement pour la voile : elle est 25 % plus flexible et aussi solide que le Kevlar 49. Le Kevlar, comme les autres fibres aramides, a une faible résistance au rayonnement UV et est très sensible au pliage et au fluage.

Le zylon est le nom commercial du PBO, autrement dit poly(p-phenylene-2,6-benzobisoxazole). Il se présente sous forme de polymère à cristaux liquides. Développé dans les années 1980 par la firme japonaise Toyobo, c’est la fibre la plus résistante à la rupture sur le marché, surpassant les aramides. Le zylon est très stable, supporte bien à l’abrasion, glisse peu et résiste très bien aux pliages. C’est pratiquement la fibre idéale, mais comme toutes les fibres basées sur des composés polyaromatiques, elle est très sensible au rayonnement UV et à la lumière visible.

Le polyéthylène téréphtalate (cf.Acides phtaliques), est le polyester le plus courant. Il est aussi la fibre la plus employée pour les tissus de voile. Le PET est un polymères dont le motif de répétition est composé d’ester et d’éthylène.

Le PET a une excellente résistance aux chocs, à l’abrasion, au rayonnement UV, au test de flexibilité et n’est pas cher (rappelons que c’est le matériau de choix pour les bouteilles de boissons gazeuses). Le PET est remplacé par des fibres plus résistantes pour les voiles de compétition, mais reste la fibre la plus populaire en raison de son faible coût et sa très grande durabilité. Dans sa forme laminé, c’est le Mylar.

En remplaçant le noyau benzénique par un noyau naphtalénique, la société Honeywell produit le polyéthylène naphtalate, PEN, fibre qui se déforme peu, avec une bonne élasticité ; elle n’est pas affectée par la flexion et résiste assez bien aux rayonnement UV. La fibre de PEN est souvent associé à un film de Mylar, soit comme fibre de structure transmettant les efforts et/ou soit comme taffetas de protection du film.

Il existe aussi des fibres synthétiques en polyéthylène (cf. Polyéthylène) à très haut poids moléculaire produites par différentes sociétés (Honeywell pour le Spectra, DSM pour le Dyneema). Elles offrent une résistance au rayonnement UV supérieure au PET avec une raideur bien plus élevée, en seconde place derrière la fibre de carbone. Elles offrent aussi une grande résistance à la rupture et une haute flexibilité.

Enfin, la fibre de carbone déjà évoquée, est un matériau se composant de fibres extrêmement fines, de 5 à 15 micromètres de diamètre, et composé principalement d’atomes de carbone. Ceux-ci sont agglomérés dans des cristaux microscopiques qui sont alignés plus ou moins parallèlement à l’axe long de la fibre. L’alignement des cristaux rend la fibre extrêmement résistante pour sa taille. Plusieurs milliers de fibres de carbone sont enroulées ensemble pour former un fil, qui peut être employé tel quel ou tissé. Il n’est pas sensible au rayonnement UV et offre une faible élasticité.

Il reste à tisser fils et fibres pour obtenir les meilleures performances des panneaux constitutifs d’une voile, renforçant une direction du tissu en jouant sur la nature des fils de trame et de chaîne. Le type d’orientation du tissu détermine les coupes possibles du tissu. En effet les efforts d’une voile sont principalement orientées verticalement. Au point de fixation, la concentration des efforts est maximale. La coupe des voiles peut se faire de trois façons : coupe horizontale, coupe verticale et coupe radiale, toutes coupes à deux dimensions.

Selon une technique récente (3DL), les voiles haut de gamme ne sont plus constituées de panneaux de tissus assemblés par couture, mais d’un seul panneau d’un sandwich film-fibres-film, où les fibres sont positionnées sur un moule en forme, en privilégiant le sens des efforts, ce qui aboutit à une voile plus légère et un meilleur contrôle des déformations induites par le vieillissement.

La dépose des fibres structurelles sur le premier film s’effectue automatiquement à l’aide d’une machine qui se « promène » au-dessus du moule. Le parcours du fil est ininterrompu et il suit un tracé défini selon les pressions que va subir la voile. La tension des fils est uniforme. Une fois les fils constituant l’armature de la voile disposés, on « referme » la voile en posant le second film. La voile est ensuite maintenue sous vide puis laminée au moyen d’un coussin d’air chaud qui va assurer la réticulation de la résine adhésive : acrobatique !

Pensée du jour
« Pour que la voile vole au vent : que de cuisine ! »

Sources
– http://fr.wikipedia.org/wiki/Voile_aux_Jeux_olympiques
– http://fr.wikipedia.org/wiki/Planche_à_voile
– http://fr.wikipedia.org/wiki/Matériaux_à_voile

Pour en savoir plus
– Les Embarcations
– Nylon
– Kevlar
– Acides phtaliques
– Polyéthylène