Gsea Design, un pas de plus vers la maîtrise des composites en fatigue


Gsea Design vient de s’enrichir d’un nouveau savoir-faire crucial, grâce à une thèse conduite en son sein.
Le bureau d’études lorientais est désormais capable d’estimer la durabilité d’une pièce de composite.
Un nouvel outil accompagne ce développement décisif. 

 

IDEC Sport

Crédit photo : IDEC Sport

Pour comprendre ce qui a mené ce bureau d’études d’une quinzaine de personnes à attaquer un sujet si vaste et complexe que la fatigue des composites, il faut remonter dans un passé pas si lointain.
Dès l’épilogue du Vendée Globe 2012–2013, certains projets de sponsoring ont touché à leur fin tandis que d’autres prenaient leur envol. 

À l’occasion de la cession de certains Imoca60, la seule classe de monocoques autorisée à prendre le départ de la grande aventure, des équipes sont venues poser une question cruciale à Gsea Design : est-ce que tel bateau, qui a fait deux tours du monde, est capable d’en supporter un troisième, sachant que telle ou telle pièce de carbone ou de composite souffre d’un petit défaut ? 

« La réponse que nous nous devons d’apporter à cette question qui revient régulièrement, explique Denis Glehen, le directeur général, est d’importance.
Si nous nous bornons à répondre « non », nous faisons courir le risque à une équipe de se retrouver sans travail.

Nous cherchons donc à apporter des éléments de réponse plus nuancés grâce auxquels nous pourrons leur dire :
« Oui, vous pourrez naviguer, mais il faut déjà anticiper le changement des pièces qui poseront problème après x heures de navigation ».

Une thèse à 25 mots

Comme pour la majorité des outils qui ont été développés par Gsea Design, l’intention est donc de donner au marin et à son équipe technique les moyens de prendre les bonnes décisions. 

Pour répondre à la question de la durabilité d’une pièce, il a fallu développer les moyens de regarder comment fatigue un composite.

Ce fut l’objet de la thèse qu’a porté Pierre-Yves Méchin, qui a intégré l’équipe lorientaise avec cet objectif.
À 28 ans, l’ingénieur de l’INSA Lyon fan de voile et de percussions vient de brillamment défendre sa thèse, avec félicitations du jury. 

Le sujet ?
« Contribution à l’étude de la résistance à la compression des stratifiés composites à fibre de carbone haut module. Cas des chargements statiques et cycliques ».

Le nouveau docteur explique : « L’idée est d’étudier comment un composite casse en compression, qui est la partie « dimensionnante » en bateau, puis de déterminer la notion de temps sur la rupture. 

Pour cela, il faut créer des modèles d’endommagement pour voir comment le petit défaut croît et devient une fissure qui se propage à travers le matériau ».

gsea design infographie these

« Dans l’absolu, prolonge Denis Glehen, calculer la durabilité d’un matériau n’est pas très compliqué, mais cela demande beaucoup d’essais, parce qu’une centaine de phénomènes peuvent intervenir. Ce qui est difficile, c’est de connaître ce cumul d’endommagements ».

L’outil de calcul développé par Pierre-Yves Méchin est un conglomérat de quatre outils existants, d’origines diverses, qui va permettre de faciliter le travail. 

Il représente une avancée certaine pour Gsea Design, qui ressent le besoin d’être à la pointe de la connaissance pour dominer la compétition que se livrent les bureaux d’études.

L’outil de calcul développé au cours de la thèse se base sur un modèle micromécanique représentant la fibre, la résine et leur interface. Valider un modèle à cette échelle nécessite moins d’essais que pour un modèle de pli.

Cet outil va être complété par une deuxième thèse, qui se concentrera sur l’influence des défauts. En parallèle, des travaux sont en cours, via de l’instrumentation embarquée, pour caractériser au mieux les chargements subis en conditions réelles par les structures composites des voiliers.

Un des objectifs de l’outil est de pouvoir isoler les propriétés statiques et dynamiques qui sont responsables de la performance en fatigue d’une résine, afin de fournir une réponse rapide et justifiée aux questions de sélection de matériaux lors des phases de conception préliminaire.

L’avantage de travailler sur des prototypes

Depuis plus de 20 ans, les ingénieurs lorientais cumulent un précieux savoir sur ce qu’utilise la course au large, à savoir le carbone composite, formé de fibres de carbone et de résine époxy. 

L’outil nouvellement créé trouvera les mêmes applications avec les matériaux composites à base de fibre de verre… ou de fibre de lin, de plus en plus utilisée (secteur automobile) ou matrices thermoplastiques (enjeu de recyclage des produits).

« Nous n’avons pas les mêmes contraintes de normes que l’aéronautique ou l’automobile, explique Denis Glehen.
Nous sommes plus tolérants aux défauts des pièces, même si tous ensemble (chantiers et utilisateurs) nous cherchons à minimiser ces défauts.
En course au large, nous n’avons pas pour objectif de concevoir une pièce reproductible à 5000 exemplaires : nous fabriquons des prototypes, ce qui nous amène souvent à jouer un peu plus avec les limites.
C’est un atout pour la recherche ». 

« Ce que nous avons développé peut servir à tout le monde, explique Pierre-Yves Méchin. Il pourrait se révéler très bénéfique pour l’industrie aéronautique, l’automobile ou encore l’éolien, tous ces secteurs qui utilisent des matières composites ».

Sources : Communiqué de presse de Gsea Design, le 13 mars 2017
Entretien avec Pierre-Yves Méchin, le 15 mars 2017, pour l’encadré


A propos de Magalie Castaing

Après 10 ans d’ingénierie mécanique dans le secteur de la défense, j’ai créé une entreprise de conception web et traductions techniques, Kasutan.           Le journal du composite est l’intersection de mes différents métiers : ingénierie, langues et internet.