Il peut s'agir par exemple mais non exclusivement de la fabrication par thermoformage de voiles à courbure tridimensionnelle à partir d'un matériau thermoplastique en feuille. L'invention concerne également une voile monopièce ainsi fabriquée.

De façon traditionnelle, les voiles pour embarcations à voile, qui doivent présenter une courbure tridimensionnelle pour être efficaces (pour"prendre le vent"), sont fabriquées par assemblage par couture de plusieurs panneaux de tissu découpés de telle manière que leur assemblage permette d'obtenir une voile à courbure tridimensionnelle. Cela implique des travaux considérables de calcul de la forme des panneaux, de traçage, de découpage ; d'encollage et d'assemblage des panneaux par couture. Du fait de la prépondérance du travail manuel, le résultat est incertain et souvent affecté d'erreurs.

De plus, la qualité des voiles ainsi réalisées laisse à désirer, la présence des coutures créant des points d'amorce de ruptures dus aux trous occasionnés par le passage dé l'aiguille de la machine à coudre.

On connaît par ailleurs par le document EP-056 657-A une voile monopièce à courbure tridimensionnelle constituée d'une seule pièce de matériau thermoplastique flexible en feuille, éventuellement renforcé de fibres de polymères thermoplastiques. Le procédé de fabrication de voile tel que décrit consiste à tenir sur ses bords une feuille continue de matériau thermoplastique éventuellement renforcée de fibres de polymère thermoplastique, à chauffer la feuille, à

appliquer une pression à la feuille chauffée pour la mettre en forme en l'étirant sélectivement et à la refroidir. Il. est précisé sans autres détails que l'étirage du matériau en feuille par application de pression est effectué sur un moule ou une forme courbe, donc sur une surface de moule convexe.

Enfin, on connaît par les documents EP-475 083-A et WO- 01/00487-A des voiles en matériaux stratifiés réalisées sur une surface de moule convexe, soit par dépôt successif d'une première feuille souple, de fils continus et d'une seconde feuille souple et par stratification de l'ensemble sur la surface de moule, soit par dépôt successif de deux couches formées chacune de plusieurs panneaux de feuille renforcée de fils, avec décalage des bords des panneaux des deux couches, et par stratification de l'ensemble sur la surface de moule. Selon le document EP-475 083-A, la surface de moule dont la forme correspond à la forme de la voile à fabriquer est définie par plusieurs rangées d'éléments profilés montés. sur des lattes flexibles parallèles soutenues chacune sur sa longueur par plusieurs colonnes réglables en hauteur supportées par des traverses d'une armature de support. Ces techniques de fabrication impliquent une mise en oeuvre manuelle longue et sophistiquée de fibres coûteuses et font appel à des dispositifs manquant de souplesse, ce qui réservé les voiles. ainsi réalisées à des embarcations de haute compétition.

La présente invention vise d'un manière générale un dispositif de fabrication de panneaux à courbure tridimensionnelle à partir de matériau thermoplastique en feuille et plus particulièrement mais non exclusivement un dispositif de fabrication de. voiles à courbure tridimensionnelle, par exemple des voilures monopièces destinées à des embarcations légères et notamment du type grand public, ce dispositif permettant de fabriquer des panneaux à courbure tridimensionnelles et plus particulièrement des voiles à un prix de revient réduit, sans frais de main d'oeuvre élevés.

L'invention vise par ailleurs un dispositif de fabrication de panneaux à courbure tridimensionnelle qui soit de structure simple et d'utilisation souple en permettant de passer rapidement et sans travaux de transformation compliqués et longs à la fabrication de panneaux de

formes et de tailles différentes en matériau thermoplastique en feuille.

L'invention vise également une voile monopièce ainsi fabriquée.

Le dispositif objet de la présente invention, destiné à la fabrication de panneaux à courbure tridimensionnelle à partir de matériau thermoplastique en feuille, comprend une empreinte de formage définie par une membrane comprenant une peau élastiquement étirable et un réseau de moyens de déformation sélective de l'empreinte agissant sur ladite membrane pour imprimer à l'empreinte de. formage une courbure tridimensionnelle modulable.

De préférence, la membrane peut comprendre, en plus, un squelette associé à la peau, formé par un réseau de lattes élastiques en flexion qui sont mobiles en translation longitudinale les unes par rapport aux autres et par rapport à la peau à laquelle ce squelette est associé sans affecter la surface de la peau définissant l'empreinte de formage.

Cela permet de réduire le nombre de moyens de déformation de l'empreinte de formage sans avoir pour autant des angles ou discontinuités de courbure au niveau de l'empreinte de formage. En effet, les lattes permettent à la peau de bénéficier de leur élasticité en flexion, en donnant ainsi à l'empreinte de formage une. courbure régulière.

Suivant un mode de réalisation avantageux ; les lattes sont montées coulissantes dans des gaines souples, de préférence élastiquement étirables, solidaires de la peau de la membrane, de préférence noyées par. surmoulage dans la peau. Ces gaines participent ainsi à la déformation de la peau sans la contrarier.

Dans le cadre de la présente invention, les moyens de déformation de la membrane peuvent être conçus de manière que la courbure imprimée à cette dernière soit convexe et/ou concave, donc en relief et/ou en creux par rapport au matériau en feuille placé au- dessus de la membrane. Cependant, suivant un mode de réalisation préféré, la courbure imprimée à la membrane par les moyens de déformation est une courbure concave et le matériau thermoplastique en feuille placé sur le-côté concave de la membrane, lorsqu'il est

chauffé, se déforme en s'étirant pour épouser la forme concave de la membrane, sous l'effet d'une dépression crée entre la membrane et le matériau thermoplastique.

De préférence, la membrane est traversée d'un réseau d'ouvertures d'aspiration reliées en dessous de la membrane à des moyens de dépression, de telle manière que la dépression ainsi produite entre la membrane et le matériau en feuille permettent à ce matériau de se plaquer sur la membrane et d'adopter fidèlement la courbure de cette dernière.

Ces ouvertures d'aspiration de la membrane sont de préférence garnies de manchons indéformables constituant des buses d'aspiration. Ces manchons indéformables permettent avantageusement de donner aux ouvertures d'aspiration une section très faible qui n'est en rien affectée par les déformations que là membrane subit sous l'effet des moyens de déformation de l'empreinte de formage.

La membrane peut avantageusement, sur la face constituant l'empreinte de formage, soit présenter un état de surface rugueux, par exemple granuleux, soit être recouverte d'une couche d'un matériau perméable aux gaz, par exemple un matériau poreux, améliorant la circulation de l'air entre les ouvertures d'aspiration, afin d'éviter tout emprisonnement d'air entre la membrane et la feuille.

Les ouvertures d'aspiration traversant la membrane peuvent déboucher en dessous de la membrane par exemple dans un réseau de tuyaux souples et résistant à l'écrasement, reliés à des moyens de dépression, ou dans une poche souple reliée à ces moyens de dépression. Dans les deux cas, la dépression agit uniquement sur le dessus de la membrane pour plaquer le matériau en feuille sur l'empreinte de formage, et n'altère pas la forme imprimée à l'empreinte par la seule action des moyens de déformation sélective..

Dans. un cas préféré, les moyens de déformation de. la membrane sont conçus pour donner à la membrane un courbure concave. Dans ce cas, la prévision des ouvertures d'aspiration traversant la membrane, grâce auxquelles toutes les parties du matériau thermoplastique en feuille sont plaquées sur l'empreinte de formage au fur et à mesure qu'elles entrent en contact avec cette

dernière, selon la profondeur varaible de l'empreinte, permet de déformer le matériau en lui faisant subir un étirage variable en fonction de la profondeur de l'empreinte. En l'occurrence, le degré d'étirage de la feuille augmente depuis les bords vers le centre, et le panneau découpé dans le matériau en feuille ainsi mis en forme présente une épaisseur variable en accord avec les zones d'efforts, à savoir une épaisseur et donc une résistance plus importante sur les bords et aux angles que dans la partie centrale. Cela est particulièrement avantageux dans le cas d'une voile monopièce.

Le réseau de lattes associées à la peau de la membrane pour rendre plus régulière la déformation de l'empreinte de formage, de même que le réseau de moyens de déformation de l'empreinte, peuvent être des réseaux uniformes ou de préférence, par exemple pour le formage de voiles, des réseaux non uniformes en ce sens que les lattes et les moyens de déformation de l'empreinte peuvent être davantage concentrés dans certaines zones, à savoir là où les courbures à imprimer au matériau en feuille sont plus prononcées. Tel est le cas pour les zones du bord d'attaque et de la base de voiles.

Une autre possibilité consiste à prévoir, entre des lattes plus épaisses directement soumises à l'action des moyens de déformation (vérins), des lattes intermédiaires plus fines, donc plus souples, qui ne sont pas directement soumises à l'action des moyens de déformation.

D'autres caractéristiques et applications, de l'invention apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'un mode de réalisation non limitatif illustré par les dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est une vue de dessus schématique d'un mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention dans son application à la fabrication d'une voile mise en forme par thermoformage ; la figure 2 est une coupe schématique du dispositif de la figure 1 pendant la phase de thermoformage ; la figure 3 est une coupe schématique correspondante du dispositif pendant la phase de découpe ; la figure 4 est une vue partielle de la membrane du dispositif des figures 1 à 3 ; la figure 5 est une coupe partielle de la membrane montrant

les lattes gainées noyées dans la peau de la membrane ; la figure 6 est une vue schématique simplifiée montrant un mode d'action des vérins de déformation de la membrane ; !' les figures 7 et 8 montrent schématiquement un dispositif destiné au thermoformage d'un matériau en feuille comprenant des fibres non thermoplastiques, et la figure 9 illustre une autre possibilité de mise en oeuvre de l'invention.

Selon les figures 1 à 3, la fabrication d'une voile 1 monopièce à courbure tridimensionnelle telle qu'illustrée en tirets sur la figure 1 s'effectue par thermoformage sous vide et découpe, sur un moule 2 à géométrie variable, d'un matériau thermoplastique en feuille 3 retiré d'une bobine 4 disposée à une extrémité du moule 2.

Le moule 2 comprend une empreinte de formage 5 concave définie par une membrane 6 en un matériau élastiquement étirable et résistant à la chaleur, placée sur le moule 2, des moyens 7 pour la déformation sélective de l'empreinte 5, et un cadre 8 pour tenir sur son pourtour le matériau en feuille 3 maintenu tendu à l'aide du cadre 8 à distance au-dessus de la membrane 6. A distance au-dessus du moule 2 et au-dessus du matériau en feuille 3 sont disposés des moyens de chauffage 9 pour le chauffage du matériau en feuille 3.

Selon les figures 4 et 5, la membrane 6 comprend un squelette formé par un quadrillage de lattes 10 élastiques en flexion, par exemple en fibres de carbone imprégnées de résine telle qu'une résine époxy, et une peau 11 en un matériau élastiquement étirable, par exemple un élastomère à base de silicone. Les lattes 10 sont entourées de gaines 12 souples (figure 5) dans laquelle elles peuvent coulisser longitudinalement et qui sont noyées par surmoulage dans la peau 11.

La peau 11 est traversée de part en part d'un réseau d'ouvertures d'aspiration 13 de préférence constituées par des buses de section bien définie sous forme de manchons indéformables noyés dans la peau. Ces ouvertures étant reliées dans cet exemple en dessous de la membrane 6 par des tuyaux 14 souples mais résistant à l'écrasement qu'ils subissent sous l'effet d'une dépression interne, à des moyens de dépression 15 comprenant, dans l'exemple illustré selon les figures 2 et 3, une vanne 15a, un réservoir-accumulateur 15b et une pompe à vide 15c.

Sur la face supérieure tournée vers l'empreinte de formage 5, la peau 11 de la membrane 6 est recouverte, selon la figure 5, d'une mince couche 16 d'un matériau perméable aux gaz, par exemple un matériau poreux tel qu'une mousse.

Les moyens 7 pour la déformation sélective de la membrane 6 peuvent être constitués, par exemple, par des vérins à vis ou des vérins à fluide, qui peuvent être avantageusement commandés à distance, de préférence par ordinateur, ce qui permet de faire sélectivement varier rapidement et de façon précise la forme de l'empreinte 5.

Les moyens de chauffage 9 peuvent comprendre un panneau chau-ffant, par exemple à rayonnement infrarouge, couvrant ici toute la surface de l'empreinte 5, ou tout autre dispositif approprié.

Les moyens de chauffage 9 sont par exemple déplaçables horizontalement, ce qui permet, après thermoformage du matériau en feuille 3 sur l'empreinte 5, leur retrait pour la mise en place par exemple d'un dispositif 17 de découpe. du contour de la voile 1 dans le matériau en feuille 3 thermoformé et refroidi. Le dispositif de découpe 17 peut comprendre par exemple une tête 18 à lame coupante, à lame chauffante, à jet d'eau ou de préférence à laser,. déplaçable sélectivement sur toute la surface du moule 2 et éventuellement en hauteur pour rester à hauteur constante de l'empreinte 5 par une commande qui peut être liée à la commande des vérins 7, pour ne pas détériorer la membrane 6.

Au lieu d'effectuer directement sur l'empreinte 5 la découpe du matériau en feuille 3 thermoformé, il est également possible de procéder sur l'empreinte 5 au traçage du matériau en feuille 3 thermoformé et d'effectuer la découpe à un autre poste par repérage optique du trait de traçage.

Selon la figure 6, les vérins 7 pour la déformation sélective de la membrane peuvent de préférence agir sur les lattes 10 qui présentent ici une section circulaire au lieu d'une section rectangulaire

selon les figures 4 et 5. Plus précisément, chaque vérin 7 agit sur un guide 19 rigide traversé par au moins une latte, ce guide présentant, dans l'exemple illustré, la forme d'un croisillon traversée par deux lattes 10 à l'endroit du croisement. de ces lattes. Les gaines non représentées ici des lattes 10 peuvent soit traverser les guides 19 avec les lattes, soit être interrompues à l'endroit des guides 19. Les guides 19 sont avantageusement noyés dans la peau non représentée ici de la membrane, tout comme la partie restante du squelette formé par le quadrillage de lattes 10, ou plus précisément les gaines 12 entourant les lattes 10.

Les guides 19 permettent aux lattes 10 de suivre les mouvements verticaux des vérins 7, lors du raccourcissement et de l'allongement de ces derniers, tout en leur laissant la possibilité de coulisser librement dans le sens de leur longueur par rapport à la peau.

Pour éviter que les vérins 7 ne gênent la déformation de l'empreinte de formage, les vérins peuvent être avantageusement reliés de façon articulée, par exemple par une liaison 20 type rotule ou souple, aux guides 19 et éventuellement aussi à leur support d'ancrage.

Il convient de remarquer que des renforts de voiles (renforts d'angles, goussets de lattes, renforts de ris, etc) peuvent être encollés et disposés dans le moule pour être collés à la voile lors du thermoformage de cette dernière, ce qui permet de profiter de la dépression et de la chaleur de la phase de thermoformage pour plaquer ces pièces et pour faciliter la polymérisation de la colle, tout en réduisant le coût de main d'oeuvre.

Bien que le mode de réalisation illustré et décrit se rapporte au thermoformage, sur une empreinte de moule concave ou négative (en creux), d'une voile monopièce, l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation et englobe au contraire non seulement le thermoformage sur une empreinte de moule convexe ou positive (en relief), mais également toutes combinaisons de ces deux variantes (voiles à inversion de courbure). Il convient de remarquer que dans le cas d'un moule convexe, il est nécessaire de prévoir des moyens pour produire un mouvement vertical entre le matériau à thermoformer, tenu dans le cadre, et le moule, car le matériau en feuille ne doit pas être en

contact avec le moule pendant le chauffage. De tels moyens ne sont pas nécessaires lors du thermoformage sur un moule concave. En effet, dans ce cas, le matériau tenu dans le cadre, lors de son chauffage, se déforme par l'effet de la dépression vers le bas pour prendre la forme de l'empreinte de formage.

Par ailleurs, le thermoformage du matériau en feuille peut se faire non seulement par dépression, comme dans l'exemple illustré, mais également par pression ou par une combinaison des deux.

De plus, le matériau en feuille 3, au lieu d'être d'une seule pièce, pourrait également comprendre plusieurs panneaux assemblés soit d'avance, soit lors de la mise en forme.

Le matériau thermoplastique en feuille peut également être constitué par exemple par un film ou par un complexe ou stratifié de plusieurs films, par exemple de PET, de préférence bi-orienté ("MYLAR"), de PVC, de polycarbonate, pouvant être armé de fibres.

Il peut s'agir en particulier de fibres continues (filaments) à haute résistance de rupture qui ne sont pas thermoplastiques, par exemple des fibres de carbone ou aramide. Pour permettre le thermoformage par étirage du film ou complexe thermoplastique malgré la présence de ces fibres, on peut utiliser par exemple dans ce cas un matériau en. feuille qui est dépourvu de fibres dans la zone de son pourtour, donc au niveau du cadre de serrage 8. Cela évite le blocage des fibres par le cadre 8 et permet aux-fibres de coulisser par rapport au matériau en feuille lors du thermoformage.

Notamment dans le cas de deux feuilles prenant de telles fibres entre elles, ce sont alors les feuilles qui bloquent les fibres (les mailles de fibres) en position déformée du matériau. Les fibres. étant en quelque sorte retendues par le thermoformage du matériau, il en résulte un équilibrage dès tensions.

Selon les-cas, il est possible, soit de découper la voile après thermoformage, soit, pour éviter les-chutes dé matériau de voile que cela peut entraîner, de découper la voile avant sa mise en forme. et de la thermoformer après l'avoir collée sur un matériau de transfert étirable bon marché, mais présentant des caractéristiques de thermoplasticité comparables à celles du matériau de voile.

Par ailleurs, l'invention concerne également la mise en forme de matériaux en feuille qui ne sont pas en eux-mêmes imperméables, par exemple des tissus ou tricots, auquel cas, pour plaquer de tels matériaux contre l'empreinte de formage, on les associe à au moins un film imperméable qui permet alors ce placage par dépression.

Selon une variante, il est également possible d'enfermer de tels matériaux dans une enveloppe imperméable dans laquelle on fait le vide.

Il convient de remarquer que la présente invention porte également sur une voile monopièce formée d'un matériau thermoplastique sous forme d'au moins une feuille continue renforcée de fibres continues (filaments) de matière non thermoplastique telles que fibres de carbone ou aramide, cette feuille présentant une courbure tridimensionnelle permanente obtenue par thermoformage.

Toutefois, bien que la description ci-dessus concerne un exemple relatif à la fabrication de voiles pour des embarcations à voile, l'invention s'applique d'une manière générale à la fabrication de panneaux à courbure tridimensionnelle à faible développement de forme (de profondeur réduite) à partir de matériaux en feuille qui peuvent être thermoplastiques ou non. Il peut s'agir en l'occurrence entre autres de pièces de carrosserie, par exemple en matériaux thermodurcissables.

De plus, si dans l'exemple représenté et décrit, les lattes constituant le squelette de la membrane se présentent sous la forme d'un quadrillage, donc d'un réseau bi-directionnël, ces. lattes peuvent, dans le cadre de la présente invention, se présenter sous la forme de réseaux différents, par exemple d'un réseau mono-directionnel ou également de tout autre réseau multi-directionnel.

En outre, le quadrillage. des lattes 10 du squelette de la membrane (et le réseau de vérins 7 de déformation sélective de la membrane) peut être régulier ou irrégulier. En particulier dans le cas de voiles, il peut ainsi être avantageux de rapprocher les lattes (et les vérins) davantage dans les zones du bord d'attaque et de la base de la voile, là où les courbures sont plus prononcées, tel que cela apparaît sur la figure 1 où les lattes 10 sont représentées symboliquement en

pointillés.

On reconnaît également sur la figure 1 que les lattes 10 ne s'étendent pas jusqu'aux extrémités du moule, la membrane 6 étant à cet endroit plus fine, donc plus souple afin de pouvoir imposer au moule une forme vriée tout en maintenant l'étanchéité entre le moule et le cadre de maintien.

Dans le cas où le matériau thermoplastique en feuille comporte des fibres non thermoplastiques allant jusqu'aux bords, il peut être avantageux de maintenir le matériau en feuille sur le moule non pas à l'aide d'un cadre tel que le cadre 8 selon la figure 1. En effet, un tel cadre devrait dans ce cas d'exercer un serrage réduit bien défini pour laisser glisser les fibres tout en empêchant la formation de plis au niveau de la feuille. C'est pourquoi il peut alors être préférable d'utiliser pour le maintien de la feuille au niveau de ses bords un agencement tel qu'illustré par les figures 7 et 8, comprenant plusieurs points d'attache 21 définis par exemple par des mors répartis sur les bords, montés par exemple à l'aide de ressorts 22 ou de vérins avec articulation sur le moule permettent d'exercer un tension définie sur la feuille et de l'acompagner dans ses déplacements vers l'intérieur, lors de sa mise en forme sur l'empreinte de formage du fait de la présence des fibres 23 qui ne. sont pas étirables. On reconnaît clairement sur la figure 8 la déformation différentielle que les cellules ou mailles des fibres de la feuille 3 subissent lors de la mise en forme de la feuille sur l'empreinte de formage à partir de l'état initial plat selon la figure 7 (les mailles des fibres ne sont représentées que très symboliquement) ; Bien entendu, il est nécessaire dans ce cas, du fait de l'absence du cadre de maintien 8 qui assure. également l'étanchéité, de prévoir un système d'étanchéité indépendant du système de. maintien de la feuille.

Une autre possibilité de mise en oeuvre de l'invention illustrée très schématiquement sur la figure 9 consiste à thermoformer la voile 1 dans un matériau en feuille 3 renforcé par des fibres 23 uniquement à l'intérieur du pourtour de la voile 1 ; en d'autres termes, les fibres 23 renforçant la voile 1 s'étendent dans le matériau en

feuille3 sans aller jusqu'aux bords de la voile 1.

Pour réduire le nombre de vérins, il est également possible d'utiliser une membrane contenant d'une part un réseau peu dense de lattes 10 directement soumises à l'action des vérins (par exemple selon la figure 6) et, d'autre part des lattes plus fines et plus souples qui sont disposées entre ces lattes 10 et qui ne sont pas directement soumises à l'action des vérins.

Par ailleurs, selon la nature des panneaux à courbure tridimensionnelle à fabriquer, il peut être suffisant de faire agir les vérins ou autres moyens de déformation de l'empreinte de formage directement sur la peau plutôt que sur les lattes ou sur les croisillons ou autres guides rigides traversés par les lattes et noyés dans la peau de la membrane pourvue d'un squelette. Dans tous les cas, il est avantageux de relier les vérins à la membrane par une liaison souple ou articulée, par exemple du type rotule.

Selon les panneaux à réaliser, le cadre 8 qui sert à tenir le matériau en feuille lors du thermoformage peut être remplacé par des cadres de taille réduite, non représentés, adaptés à la taille et à la forme des panneaux.

Pour ce qui est de la forme du moule, il est possible d'utiliser des formes différentes de la forme rectangulaire représentée, par exemple une forme trapézoïdale, triangulaire ou autre.

Enfin, bien que cela ne soit pas illustré par les dessins, le moule 2 peut être-avantageusement équipé de moyens de refroidissement du matériau en feuille 3 après thermoformage, tel que des ventilateurs ou d'autres moyens connus en soi, par exemple un réseau de circulation d'eau dans le moule (dans la membrane).