Une toile est constituée
d'un assemblage croisé de fils longitudinaux, la chaîne,
et de fils transversaux, la trame.
Les deux éléments
principaux de la construction de la toile sont le nombre
par unité de largeur et le diamètre du fil.
Ils déterminent deux caractéristiques
importantes :
- le poids, exprimé en grammes par mètre carré ou
en ounces (oz) américaines ou anglaises.
- le facteur de couverture, c'est à dire le produit
du diamètre du fil par le nombre par unité de largeur
(plus le facteur de couverture est faible, moins
le tissage est serré).
Dans les toiles tissées,
les fils les plus couramment utilisés sont le polyester,
obtenu par la synthèse en chaîne de deux composants issus
de l'industrie du pétrole, et le polyamide (utilisé pour
les tissus de spinnakers) dérivé quant à lui de la
houille.
Le polymère en grains est
porté à son point de fusion entre 260 °C et 290 °C, puis
extrudé à très grande vitesse (1 km/min) à travers une
filière comportant de nombreux orifices fins et calibrés.
Au sortir de la filière, les filaments sont refroidis à
l'air et étirés jusqu'à quatre ou cinq fois leur
longueur pour en orienter la structure micro-cristalline et
leur conférer ainsi les caractéristiques mécaniques
souhaitées. Les filaments sont ensuite soumis aux opérations
de moulinage, encollage et mise sur support.
Le nombre de trous que
comporte la filière détermine le titre,
c'est à dire le nombre filaments composant le fil.
Le titre est exprimé selon
deux unités :
- le dernier : poids en grammes pour
9 000 m de fil
- le décitex :
poids en grammes pour 10 000 m de fil
Les titres utilisés pour
les toiles à voile peuvent aller de 60 à 1000 deniers,
mais sont plus généralement
de 125 à 750 deniers pour le polyester (Dacron®)
et de 30 à 50 deniers pour le polyamide (Nylon®).
D'autre fibres rentrent également
dans la composition de certaines toiles tissées afin d'en
augmenter les caractéristiques mécaniques.
En fonction du grammage
recherché et des caractéristiques de la toile, les fils
sont tissés sur des métiers en appliquant, si besoin au
fil une torsion.
La tendance actuelle est
d'avoir un nombre de fils fins le plus élevé possible pour
obtenir un facteur de couverture maximum par un tissage très
serré.
L'augmentation du facteur de
couverture est un point important dans la construction des
toiles car il permet d'obtenir une plus grande stabilité de
forme et des caractéristiques plus élevées.
La toile brute est lessivée
pour la nettoyer et éventuellement débarrasser le fil de
son encollage (désensimage). Suivent les opérations d'imprégnation
ou d'enduction à base de résine et traitement ultraviolet.
L'imprégnation s'effectue
à cour par passage dans un bain de résine généralement
mélamine/formol ou polyuréthane et essorage avant
calandrage.
Il existe différentes
qualités de résines permettant d'obtenir des voiles plus
ou moins bloquées dans le biais mais de moins en moins
souples, par exemple chez Dimension Polyant, des
qualités FT à MT puis HMT, chez
BAINBRIDGE on parlera de Yarn tempered pour les finitions
apprêtées, chez CONTENDER on distingue le Polykote apprêté
et le Polypreg en finition plus souple.
L'imprégnation est destinée
à boucher les pores du tissu pour en améliorer la
stabilité et diminuer la porosité.
La teinture est faite grâce
à l'imprégnation par des résines colorées. De la
qualité de ces résines et des colorants dépendent la durée
de la teinture.
Le polyester reste de toute
façon très difficile à teindre mais le Nylon®,
destiné au spinnakers est proposé dans une grande gamme de
couleurs
Les composites sont des
complexages des fibres avec un ou plusieurs films polyester.
Dès 1960 des essais été
tentés pour réaliser des voiles, en particulier des
spinnakers entièrement en film plastique. Les buts étaient
alors essentiellement la réduction de la porosité et du
poids.
Les premiers films employés
présentaient une très faible résistance à la déchirure.
De tous ceux essayés (PVC, Polyéthylène,.), le plus
prometteur semblait être un film de polyester de la famille
des PET, le Mylar®,
inventé dans les laboratoires Dupont
de Nemours aux Etats Unis, en 1940 et
commercialisé en 1952.
Vers la fin des années
soixante-dix l'idée est venue aux Américains, dans le
cadre de recherches pour l'équipement des 12 m de la Coupe
de l'América, d'associer la résistance au déchirement
d'un tissu avec la stabilité dimensionnelle du Mylar®
améliorant les caractéristiques dans le biais.
Les premiers composites ou
complexes mis au point par LAMPORT et NORTH en 1977, puis
par HOWE et BAINBRIDGE en 1979, étaient constitués d'un
sandwich comportant comme âme un tissu de Dacron®
collé entre deux feuilles de Mylar®.
Le poids total de 85 à 125
g/m² comprenait 12 à 50 % de Mylar®.
A l'époque, le principal
obstacle était constitué par la colle servant à
l'assemblage qui représentait une part trop élevée du
poids total et surtout n'assurait pas une tenue
suffisante, entraînant des délaminages dès le moindre
fasseyage.
Les progrès sont venus en
1979 avec la mise au point d'une nouvelle colle qui a
permis de résoudre cette difficulté.
Parallèlement, la résistance
au déchirement était améliorée.
Les fabricants se sont alors
tournés vers une composition comportant une seule feuille
de Mylar® collée
à un tissu, d'abord en Nylon®
puis en Dacron®.
Du fait de la dissymétrie
de leur structure, ces premières formules avaient
l'inconvénient de se bomber dans le sens transversal,
c'est pourquoi on alternait les laizes.
Une troisième génération
de composites a vu le jour à l'occasion des épreuves de
la Coupe de l'América de 1981 avec des fibres de Kevlar® à la place du Dacron®.
Aujourd'hui les composites
utilisent de nombreuses fibres, dans toutes sortes de
compositions.
On peut distinguer deux
grandes familles selon que le film polyester constitue l'âme
ou les peaux du sandwich ainsi formé, même si certains
composites ne comportent qu'un film et un tissu ou grille.
Dans le premier cas l'âme
est le plus souvent une grille constituée de fils plats ou
de nappes de fibres dans tous les grammages et toutes les
variétés au choix (Kevlar®, Spectra®, Dacron®, PBO .) orientés en chaîne, en
trame ou en diagonale, le tout collé sur un ou entre deux
films polyester.
Les fils n'étant plus croisés, on peut
exploiter les pleines caractéristiques des fibres dès leur
mises sous tension, le ou les film(s) assurant une tenue
dans le biais.
Par ailleurs, en faisant
varier la composition de la grille en chaîne et en trame,
il est possible d'obtenir toutes les caractéristiques de
résistance et d'allongement dans la direction désirée
et de s'adapter ainsi au mieux à l'orientation des
efforts dans la voile.
Il est certain que les
voiles réalisées dans ces composites, par le coût de la
matière et de la complexité de leur fabrication, seront
plus réservées à la compétition où toutes les expériences
sont possibles.
D'autre part, la raideur
de ces composites comparée à celle d'un tissu en Dacron® et les précautions d'emploi nécessaires, les excluent
d'une utilisation en croisière.
Le second type de composite
utilise le film polyester comme âme.
Associé ou non à une
grille, il est collé entre deux toiles de taffetas de Dacron®, Spectra® ou
toute autre fibre ayant, en plus de ses caractéristiques mécaniques,
une bonne résistance aux ultra-violets, à l'abrasion et
au pliage.
Ces sandwiches offrent une plus grande souplesse
que les composites du premier type et conviennent aux voiles
de croisières.
Le principal avantage des
composites est de permettre de couvrir une plages de force
de vent beaucoup plus large tout en permettant un gain de
poids de 20 à 30%.
Ainsi une voile en composite
de 185 g/m² remplaçant un tissu classique
de 255 g/m² peut être
utilisée par des vents apparents de 7 à 20 nouds sur un
voilier de 12 m.
En revanche, ils ne tolèrent
aucun dépassement de la limite élastique sous peine d'être
définitivement mis hors d'usage.
Le Polyester :
Le polyester est en fait un
polyéthylène téréphtalate (PET), produit dérivé du pétrole.
Ce polymère découvert en 1947 par deux chimistes anglais,
WHINFIELD et DICKSON, est immédiatement développé en
Angleterre par l'Impérial Chemical Industry (I.C.I.)
sous le nom de Terylène®,
et aux U.S.A. par Dupont de Nemours sous le nom de Dacron®
à partir de 1953.
De nombreuses licences ont
été prises par différents pays et c'est ainsi qu'en 1954,
la Rhodiacéta
produit le Tergal®,
puis le Japon le Tétoron®,
l'Italie le Térital®,
l'Allemagne le Trevira®,
l'URSS le Lavsan®, ...
Le polyester dont les propriétés
mécaniques dépendent de la ténacité, est unanimement
reconnu pour sa bonne résistance à la flexion et son
faible coût.
Cette fibre s'est largement
répandue et est devenue la fibre classique utilisée en
voilerie. Lorsqu'elle est tissée suffisamment serrée, elle
forme un tissu stable et résistant.
Dupont de Nemours a développé une large gamme dont une variété à
fibre de haute ténacité qui s'allonge peu comparée aux
autres Dacron®.
Hoechst Trevira a également développé une nouvelle variété de
polyester (polymère à cristaux liquides) sous la marque Vectran®, cette fibre a des caractéristiques mécaniques proche de
celles du Kevlar.
Le Polyamide :
Cette fibre plus connue sous
ce nom commercial de Nylon®
a été découverte par un chimiste américain de la société
Dupont de Nemours, W.
H. CAROTHERS.
Le premier fil de Nylon®
a été produit en France, sous licence, par la Rhodiacéta en 1941, puis produit à l'échelon
industriel dès 1944.
Le Nylon®, possède la particularité d'être l'une des fibres
textiles les plus élastiques, ce qui permet d'absorber les
pics de charges.
De ténacité variable selon
le traitement, cette fibre allie
légèreté et grande résistance à la rupture ;
c'est pourquoi elle est très utilisée pour la fabrication
de tissus pour spinnakers.
Les Aramides :
Les aramides sont utilisés
dans la fabrication de laminés haute performance. Parmi
eux, le Kevlar®
de Dupont de Nemours et le
Twaron® de la
société allemande Akzo
offrent d'excellentes propriétés mécaniques :
excellentes résistance en traction et à l'élongation.
Cependant ces fibres sont
plus sensibles aux ultraviolets et résistent moins bien aux
pliages à répétitions et
aux mauvais traitements auxquels les voiles sont soumises.
Dans cette même famille, on
trouve le Technora®
de Teijin.
Le Polyéthylène :
Le polyéthylène destiné
à fabriquer des fibres est l'UHMWPE (ultra high molecular
polyethylene).
Ces fibres hautes
performances sont plus connues sous le nom de Spectra® de Allied
Signal ou de son homologue européen Dyneema®
de Dsm.
De couleur blanche et
d'aspect brillant, cette fibre peut être laminée ou tissée.
Elle présente d'excellentes propriétés mécaniques.
Ses principales caractéristiques
sont : une très bonne résistance à la rupture, pas de perte
due à la flexion et une bonne tenue aux ultraviolets.
Le seul inconvénient est le
fluage, c'est à dire l'élongation sous charge constante
puisque la perte est de 30 à 40 % par rapport à un aramide.
Le Carbone :
Cette fibre très haute
performance, possède des qualités exceptionnelles.
Son très haut module
d'Young lui confère d'excellentes propriétés mécaniques
notamment dans sa résistance à l'élongation.
A la différence des autres fibres, elle ne se dégrade
pas aux UV.
Elle a été utilisée, il y
a quelques années en avant-première lors de l'America's
Cup pour fabriquer des laminés, légers et très résistants,
mais également très chers. Récemment, le champ
d'utilisation de la fibre de carbone s'est élargi ; elle a
notamment été associée à des fibres d'aramides dans des
voiles de croisières hautes performances .
DELTA voiles les utilise
assez régulièrement sur des applications haute performance
comme les Mumm 30. La
parfaite tenue aux UV de ces tissus leur donne de bonnes caractéristiques
de vieillissement intéressantes
sur des projets comme un programme Tour de France à la voile
par exemple.
Le Phénylène
Benzobisoxazok (PBO) :
Cette fibre a été à
l'origine développée par Dow
Chemical, mais ce producteur s'étant retiré du marché de la
fibre, elle est désormais la propriété d'un grand fabricant
de fibre japonais Toyoba et commercialisée sous le nom de Zylon®.
 A
poids comparable, cette fibre présente des qualités de
résistance à l'élongation et de solidité comparables à des
carbones très exotiques. Elle se trouve donc au sommet de la
pyramide des fibres hautes performances mais sa durée de vie
est abaissée par sa sensibilité à la flexion et aux
ultraviolets.
Le PBO a été, dès 1997,
associé à des fibres d'aramide haut module, pour
fabriquer des voiles en laminés pour des bateaux engagés
dans la Whitbread.
La combinaison de ces fibres
a grandement amélioré les performances de ces voiles qui,
pour une durabilité équivalente, se sont avérées plus légères
que les voiles uniquement composées de fibres d'aramide.
Le Polyéthylène Naphtalate
(PEN) :
Le PEN est un polyester dont
la température de transition vitreuse (température à
laquelle s'effectuent des changements importants de vitesse des
mouvements moléculaires dans les matériaux amorphes) est
plus haute que le polyéthylène téréphtalate (PET).
Cette fibre, au haut module
d'Young, s'allonge moins que la fibre de PET.
Allied Signal fabrique cette fibre sous le nom commercial de Pentex®.
Elle est aussi bien utilisée
dans le domaine du laminé que dans celui du tissé.
Sous forme tissée,
l'utilisation du PEN permet de fabriquer des tissus ayant un
allongement moindre comparés à des tissus en polyester comme
le Dacron®. Cependant il nécessite une imprégnation de résine plus
importante pour
lui assurer sa stabilité.
Dans les laminés, cette
stabilité vient de l'assemblage des différents composants et
le PEN semble bien adapté à ce complexage.
Cette fibre se situe, du
point de vue des performances, entre le polyester et les
aramides, pour un coût légèrement plus élevé que le
polyester.
Le PEN est donc une fibre
destinée aux voiles de petits bateaux de régate ou monotypes
qui souhaitent de meilleures performances qu'avec le polyester
mais ne peuvent utiliser les aramides pour des raisons de coût
ou de jauge.
Actuellement les voiles réalisées
pour le monotype FIGARO 2 sont toutes réalisées dans ce type
de tissu, par DELTA voiles et par l'ensemble des voileries
concernées.
Lle plus utilisé dans
les complexages est un film polyester téréphtalate (PET)
plus connu sous le nom commercial de Mylar®
inventé en 1940 par les laboratoires Dupont
de Nemours et produit industriellement dès 1952.
Ce film est également
fabriqué sous licence dans d'autres pays sous différentes
marques telles que le Terphane®
de Toray Plastics en
France, Melinex® de Impérial
Chemical Industry au Royaume-Uni, Hostaphan®
de Mitsubishi
en Allemagne, .
Ce film suit, à partir du même
polymère, un processus de fabrication identique à celui du
fil de polyester. Le film sort d'une filière formée non
plus de trous mais d'une mince fente, puis est étiré
jusqu'à deux à trois fois sa cote initiale selon la
longueur et la largeur.
Ce film transparent possède
des propriétés physiques, mécaniques, chimiques très intéressantes
et se prête ainsi à un grand nombre d'applications
industrielles notamment dans l'emballage.
Il se présente sous deux
formulations :
L'une équilibrée où le
film PET est mécaniquement isotrope, c'est à dire que ses
propriétés sont les même dans toutes les directions, ce qui
lui confère une bonne stabilité dimensionnelle..
L'autre déséquilibrée où
les caractéristiques varient selon les direction du film. La
résistance à l'allongement et à la rupture, pour un film de 50
µm d'épaisseur, sont respectivement de 200 MPa et 190 %
dans le sens de laminage machine et 290 MPa et 90 % dans le sens
transversal.
Avec un module d'Young qui
se situe entre 3700 et 5000 MPa selon le type, le film s'avère
relativement résistant compte tenu de sa densité qui se
situe entre 1,38 et 1,4.
Les épaisseurs couramment
utilisées vont de 1 à 22 mils (0,025 à 0,05 mm).
En ce qui concerne ses
propriétés thermiques, la température d'utilisation s'étend
de -60 °C à 150 °C tout en gardant toujours sa souplesse
et son point de fusion se situe à environ 260 °C.
Le film PET possède également
d'excellentes propriétés électriques ; isolant électrique,
il est notamment utilisé pour les condensateurs, moteurs et câbles.
Inerte à l'eau et résistant
bien aux vapeurs d'eau, il est, par ailleurs doté d'une résistance
totale à de nombreux solvants ce qui lui confère de bonnes
propriétés chimiques.
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