Fabrication d'une lame de train à noyau bois + semelles résine et fibre de verre

 

Le descriptif qui suit n'est qu'un exemple de ce qu'il est possible de faire pour obtenir au bout du compte une lame de train tricycle en composite; noyau en frêne, renforts et enrobage en fibre de verre et résine époxy. Le modèle est le train conçu par Philippe Balligand, dont le descriptif figure dans les n°6 et 7 de l'AFM (juin et septembre 97).

 




LA PAGE TECHNIQUE - Extrait de l'AFM n°6, juin 1997

Le Tricycle de Philippe Balligand

Ce projet de modification fait suite à l'incident survenu le 7 août 1991 lors d'un atterrissage par vent traversier, sur la piste en herbe 25 d'EBCI.
Il s'agissait du 127e atterrissage, après 37h 30 de vol.

La cause première de cet incident est attribuée à l'instabilité intrinsèque du train classique à roulette de queue, aggravée sur cet avion par deux facteurs inhérents à la Formule Mignet:
- roulette de queue très chargée, nécessaire pour éviter le pylône en l'absence de gouverne de profondeur arrière,
- absence d'ailerons, obligeant à toucher "en crabe" en cas de vent traversier.

Sur piste glissante (herbe humide), le toucher "en crabe" est tolérable, grâce au glissement du train principal. Par contre sur piste adhérente (tarmac), l'avion embarque immédiatement en cheval de bois si le toucher ne se fait pas parfaitement symétriquement, ce qui est impossible dès que le vent n'est pas dans l'axe.
L'incident s'est produit par vent plein travers (340) et modéré (9 kts), donc en deçà des limites déjà rencontrées auparavant (340/10 kts), mais sur piste en herbe rase et très sèche, plus adhérente que lors des essais limites. Cela a probablement suffi à rendre l'atterrissage problématique.
Deux solutions se présentent:
- permettre l'alignement de l'avion sur l'axe de piste lors du toucher: commande de gauchissement;
- supprimer les conséquences désastreuses du toucher en crabe: train tricycle.

Pour des raisons de facilités constructives, on a choisi la seconde solution, d'autant plus que les ailerons sont tout à fait inutiles en vol. En outre, même avec un toucher symétrique, les ailerons ne suppriment pas totalement les risques de cheval de bois, alors que le train tricycle est une solution radicale à ce problème.
De cette façon, on ne touche pas à l'essence de la formule (sécurité, anti-vrille, facilité de pilotage), et le domaine d'utilisation sera plus étendu (moins de limitations en vent traversier, utilisation sûre des pistes en dur).

 


 

1 - MÉTHODE "HUMIDE" AVEC MOULE (JP LALEVÉE)

1.1 - RÉALISATION DU MOULE-GABARIT


Le noyau de la lame est constitué de 4 planches minces de frêne (4 mm d'épaisseur, 1,80 m de longueur et 0,17 ou 0,18 m de largeur). Malgré cette faible épaisseur, les planches ne se laissent pas mettre en forme sans renâcler, et cela d'autant plus que le frêne est un bois nerveux (on l'emploie pour fabriquer des arcs). Il est donc indispensable de mouiller les planches pour qu'elles acceptent de prendre la forme voulue.

Les planches sécheront dans un moule où elles seront contraintes par des serre-joints. On commencera bien entendu par la fabrication du moule. Celui-ci peut être réalisé en une heure ou deux par découpe à la scie sauteuse de deux planches d'aggloméré MARINE de 20 mm d'épaisseur au moins. La force nécessaire pour plaquer les planches dans le moule, et le mode de positionnement des serre-joints, imposent de ne pas prendre d'aggloméré plus mince; 20 mm est un minimum convenable. Les deux planches d'aggloméré mesureront environ 550 x 1650 mm (le noyau bois mesure extérieurement 400 à 420 mm de hauteur pour un écartement de 1430 mm entre ses deux extrémités).

On trace sur les deux planches le profil de la lame. Ce profil est donné dans l'AFM n°7, mais le dessin est trop petit et guère exploitable. Philippe Balligand avait eu la gentillesse, alors qu'il ne me connaissait pas, de me faire parvenir un plan de demi-lame à l'échelle 1, autrement plus précis. Ce plan est trop grand pour être numérisé, mais le tableau de coordonnées qui suit permet de dessiner son équivalent sur un patron en papier ou carton qu'on reportera 4 fois: coordonnées en millimètres, origine située en haut à droite. Les valeurs données représentent la courbe extérieure d'une demi-lame, telle qu'elle doit être tracée et découpée sur les planches d'aggloméré:

Y       X
0       220
10     320
20     370
40     435
60     485
80     525
100     558
120     590
140     615
160     637
180     655
200     672
220     687
240     698
260     707
280     714
300     717
320     719
340     717
360     716
380     715
400     713

Pour des raisons évidentes à qui l'a déjà fait, on réalise un moule EN CREUX. En effet, les planches de frêne étant élastiques et récalcitrantes, il est infiniment plus facile de leur faire suivre un contour imposé en pressant la planche dans le moule plutôt que le moule dans la planche ...

La courbe de bout de lame est très prononcée: c'est là que la mise en forme des planches de frêne sera difficile. De ce fait, la nervosité du frêne impose de prendre une précaution: Philippe préconise un angle de 4°en bout de lame lorsqu'elle est terminée. Mais si l'on se contente de 4°pour réaliser le moule, on n'obtiendra guère que 2°(3°peut-être ...) une fois les planches sèches sorties du moule. Il est donc indispensable d'adopter au moins 6°(voire plus ...) pour atteindre 4°sur l'assemblage définitif sec.

Après avoir tracé sur les deux planches d'agglo le contour EXTÉRIEUR de la lame, les planches sont découpées avec le plus de précision possible à la scie sauteuse. Ensuite, en superposant les planches dans tous les sens que permet la symétrie de la découpe, on égalise à la ponceuse à bande. On doit donc obtenir 2 formes découpées parfaitement symétriques si l'on travaille proprement.

Dans la chute intérieure de l'une des planches d'agglo, on découpe une série de 5 planchettes rectangulaires de 120 mm de largeur: 4 planchettes de 200 mm de longueur, et 1 planchette de 500 mm (environ!). Ces planchettes serviront de séparateur pour les deux planches d'agglo, qui seront collées comme des joues de part et d'autre en soignant leur alignement pour éviter un vrillage de la lame. On peut également employer des vis spéciales agglo pour maintenir les planchettes séparatrices, mais un collage réalisé avec la même colle que celle qu'on utilise pour le Pou est suffisante et plus facile à réaliser. On n'a que le mal d'attendre le séchage ...

Lame en composite


La largeur totale du moule atteindra donc 120 + (2 x 20 mm) = 160 mm. C'est 20 mm de plus que les 140 mm de largeur de lame finie, et environ 10 mm ou 20 mm de moins que la largeur des planches de frêne. On dispose donc d'une petite tolérance de déviation de ces planches lors de leur pressage dans le moule, et la colle qui bavera pourra couler sans toucher le moule.

Ce moule facile à faire a un inconvénient: quand les planches de frêne sèchent, elles ne conservent pas leur planéité dans le sens de la largeur. C'est dû au fait que les planches ne sont pas soutenues sur leur arête centrale, et c'est amplifié par le fait que le séchage se fait plus vite au milieu que sur les bords, où les joues empêchent l'évaporation. On peut admettre ce défaut de planéité qui est sans conséquence si les planches restent bien en contact sur toute leur surface (il serait même favorable, car il forme un arc placé dans le bon sens vis à vis des forces qui s'exercent sur la lame), ou le corriger de deux manières:
1) découper 3 planches d'agglo au lieu de 2, et placer la 3ème planche entre les deux joues pour soutenir l'arête centrale. Le moule sera plus lourd, plus cher, plus difficile et plus long à construire.

2) trouver une tôle d'alu ou d'inox (ou d'acier qu'on recouvrira d'une feuille de plastique, à cause de l'oxydation inévitable) de 0,8 ou 1 mm d'épaisseur, et recouvrir le fond du moule avec cette tôle. Le métal soutiendra l'espace entre les joues, et régularisera le séchage du frêne.

Lame en composite


Les serre-joints qui plaqueront les planches dans le moule ont une ouverture limitée. Il faut donc réduire la hauteur du moule à une dimension adaptée aux outils dont on dispose. Une dizaine de centimètres permet de travailler avec les serre-joints asiatiques pas chers. On découpe donc les deux futures joues en agglo, à la scie sauteuse, le long d'une courbe parallèle à la découpe précédente. Ici, la précision et la symétrie ne sont pas une exigence impérative. On peut aussi faire des découpes droites à la scie circulaire (c'est ce que j'ai fait, voir image ci-dessous), mais c'est moins bon, et il faut s'attendre à devoir opérer des retouches car on aura forcément laissé un angle mal placé ici ou là.

Lame en composite

 

1.2 - SERRAGE ET SÉCHAGE DES PLANCHES DE FRÊNE


Il est à peu près impossible de serrer les 4 planches de frêne à la fois dans le moule. Et il faut déjà une énergie très importante pour en serrer 2 à la fois. De plus, il ne faut pas trop dévier ... Par conséquent, on met en forme les planches une par une dans le moule, ne serrant la suivante sur les précédentes que lorsque lesdites précédentes ont séché.

Si plusieurs planches de frêne ont été découpées dans une unique planche plus épaisse, il faut prendre soin de les retourner et de les inverser tête-bêche, de telle sorte que les fibres de bois soient permutées. Si l'on ne prend pas cette précaution, et que les fibres de la planche A se poursuivent dans l'épaisseur de la planche B qui la touche, on aura des déformations et des risques de fente, car les défauts éventuels seront tous réunis du même côté. En "mélangeant" les planches de manière calculée, on équilibre le résultat en masquant les défauts.

Pour que le frêne accepte de plier selon les courbes exigées, il faut obligatoirement le mouiller. Chaque planche subit donc un bain d'une heure au moins, roulée dans un vieux drap copieusement arrosé d'eau chaude, le tout placé dans une feuille de plastique pour que l'évaporation ne soit pas trop rapide.

Pour chacune des planches, on surveille bien l'alignement dans le moule, et on ne lésine pas sur la quantité de serre-joints. Il en faut, disons, une forêt. Les serre-joints à 5 FF made in China montrent alors leurs faiblesses, mais comme il en faut beaucoup, on peut s'en contenter. Si l'on a de bons serre-joints, il faut les employer dans les courbes les plus prononcées (celle du bout de lame en particulier) qui exigent de la force. Bien entendu, on interpose entre le frêne et chaque serre-joint une planchette-martyr, pour ne pas écraser les précieuses fibres de frêne. Il faut donc avoir prévu beaucoup de ces planchettes, taillées encore, par exemple, dans les chutes des joues.

Lame en composite


On positionne le milieu de la planche de frêne (on a pris soin de le repérer par un trait au crayon) au centre du moule (également repéré), et on la fixe avec deux premiers serre-joints à cet endroit, en veillant à son bon alignement sur le moule. Puis on remonte peu à peu vers les extrémités, alternativement à gauche et à droite, en serrant d'abord doucement, puis en revenant serrer plus fort quelques instants plus tard, et en serrant à fond quand toute l'envergure de la lame est recouverte de serre-joints. Difficile, car les serre-joints sont côte à côte, et on n'a guère de place pour passer la main! On prend donc la précaution de placer régulièrement des serre-joints "tête-bêche", pour dégager les poignées. Cela n'a pas été fait sur l'image ci-dessus; on y voit donc bien le problème ...

Puis on attend le séchage; disons 24 heures. Si à cet instant l'on enlève la planche du moule, on se rend compte qu'elle est loin de conserver la forme qu'on pensait lui avoir imposée par la force. Aucune importance, on continue; c'est le collage final qui réalisera le miracle. La planche suivante, bien mouillée, vient se placer sur la précédente qui reste en place. Et on recommence la séance serrage, puis on attend que ça sèche, et ainsi de suite jusqu'à épuisement (des planches).

On réalise ce travail dans un local frais et aéré. Surtout pas au soleil car un séchage trop rapide n'est pas bon et pourrait provoquer des fentes, ni dans un local sans aération dans lequel les moisissures se développeraient rapidement. On laisse les planches sécher naturellement, sans apport de chaleur.

A mesure qu'on entasse les planches, le serrage est de plus en plus difficile, car 1) les courbes se resserrent, et 2) les planches inférieures se détendent un peu, et il faut les plaquer en même temps que la nouvelle arrivante.

Lame en composite


Après les 24 heures réglementaires de séchage de la dernière planche, on desserre un peu les serre-joints, pour que le séchage se termine au mieux, puis on les supprime tous. Après un jour ou deux, on sort les planches du moule en vérifiant que leur place dans la pile et leur orientation sont bien notées sur chaque planche, afin de pouvoir les remettre par la suite dans leur position exacte antérieure pour le collage. Et on attend encore quelques jours pour que le séchage soit aussi bon que possible; planches sorties du moule et séchant gentiment dans le local de travail. Après quoi on peut passer au collage.

1 bis - MÉTHODE HUMIDE SANS MOULE (M. GRANDPIERRE)


Sur une planche, étaler un plan (plan Balligand) à l'échelle 1 sur lequel on visse solidement trois blocs de bois: un de la largeur du fuselage et deux autres pour l'emplacement des roues:



Après avoir bien mouillé la planche de hêtre, on la met en forme directement sur le plan. On constate que la lame ainsi cintrée épouse l’arrondi du plan.
La laisser sécher en la bloquant dans cette position avec un autre morceau de bois et des serre-joints.



Répéter l'opération pour les autre planches par dessus la première. Ensuite, lorsqu'elles sont sèches, on répète l'opération en les enduisant de colle.
Attention, ne faire la planche suivante qu’une fois la précédente sèche, et mobiliser une quantité maximale de serre-joints.





2 - MÉTHODE SÈCHE (Robert MATHIEU)


Le Belge Robert MATHIEU, Ardennais de Neufchâteau, utilise une méthode intéressante pour réaliser les lames de train modèle Balligand. Cette méthode évite de mouiller les planches de frêne pour les cintrer, ce qui permet de gagner beaucoup de temps sur la construction. En revanche, elle a un inconvénient: elle nécessite la confection d'un moule métallique, beaucoup moins simple que le moule en aggloméré décrit plus haut.

Robert s'inspire de la technique des tonneliers, qui mettent en forme les douves de leurs tonneaux sans les mouiller, mais en les chauffant fortement. Les planches n'étant pas mouillées elles n'ont pas besoin de sécher, et leur collage peut s'effectuer rapidement.

2.1 - MOULE-GABARIT


Le moule/gabarit est donc métallique: il s'agit d'une feuille de tôle d'acier de la largeur des planches de frêne et d'une longueur supérieure, courbée à la forme de la lame à obtenir. Elle conserve cette forme d'une part grâce à une arête axiale courbe, en fer plat, sur laquelle la tôle est soudée du côté concave; d'autre part par des fers plats rayonnants soudés/boulonnés entre l'arête et un "longeron" placé au centre. Aux extrémités, deux cornières perforées permettant le serrage d'une "sangle" métallique extérieure.

Cette "sangle", constituée d'une deuxième tôle plus courte que la première, et équipée à ses deux extrémités d'un "tirant" à tiges filetées, est nécessaire pour prendre les planches et la fibre de verre en sandwich et assurer le serrage final.

Le tout forme un ensemble très rigide et assez lourd, articulé sur une table de travail pour pouvoir être positionné à volonté verticalement ou horizontalement selon la tâche à accomplir, par un simple basculement.

Sur la photo qui suit, une lame complète (fibre de verre et noyau frêne) est en place entre gabarit interne et sangle externe, pendant que la résine polymérise:



On voit que contrairement au moule en aggloméré, ce moule en métal est un moule intérieur: les planches de frêne viennent le coiffer et non pas s'y encastrer. Compte tenu de la technique employée pour le cintrage, il n'y a pas d'autre choix.

Un jeu de 20 à 25 "serre-joints" formés de morceaux de fer plat reliés 2 à 2 par tiges filetées et écrous permet de plaquer fortement les planches sur le moule. Quelques serre-joints classiques complètent la panoplie.



Ce moule/gabarit est bien adapté au travail en série; sa robustesse lui donnera une longue durée de vie. Un tel outil peut être construit par un Pouduciéliste bien outillé, et prêté à ses petits camarades qui en prendront évidemment le plus grand soin...

2.2 - CINTRAGE


Le principe de mise en forme des planches est le suivant: une planche est mise en place sur le gabarit, et serrée au milieu par un serre-joint à écrous. Puis d'autres serre-joints viennent s'ajouter, s'approchant des extrémités, que l'on serre à mesure. Une cordelette attachée aux extrémités de la planche et reliée aux coinceurs prévus sur le longeron central sert à aider le processus.

Lorsque la planche est trop rigide pour accepter la forme qu'on lui impose, on emploie tout simplement un chalumeau, et on chauffe le gabarit (et en même temps la planche qui est à son contact) jusqu'à ce que la planche de frêne accepte d'obtempérer. La chauffe au chalumeau est forte: le bois prend une légère teinte de caramel qui indique que la température de combustion n'est pas si loin. Mais il finit par suivre la courbe imposée; les serre-joints aident à le convaincre. A la fin, la planche épouse parfaitement la forme du gabarit:



Robert utilise 3 planches de frêne épaisses de 6 mm au lieu de 4 planches de 4 mm. Mais il cintre de la même manière des planches de 8 mm! Dans ce cas, il n'en utilise que 2 pour faire une lame.

On attend que le tout refroidisse et que le bois réabsorbe un peu d'humidité dans l'air ambiant, puis on démoule la planche. Celle-ci, bien entendu, ne garde pas exactement la forme donnée et s'ouvre à nouveau. Mais elle n'est plus plane du tout, et ne le redeviendra jamais. L'avantage est qu'il n'y a pas besoin de la laisser sécher!




2.3 - COLLAGE DES PLANCHES


Lorsque toutes les planches sont cintrées, le collage s'effectue en les empilant sur le gabarit (tête-bêche si elles proviennent de la même planche de frêne originale) en interposant la colle entre chacune. Sangle, serre-joints, et on démoule le lendemain. Le cintrage, cette fois, est durable et fidèle; il épouse parfaitement le gabarit.

2.4 - Application de la fibre de verre

Quand le noyau de bois est achevé, le gabarit de tôle sert à nouveau pour l'application de la fibre de verre:

on place une feuille de plastique de protection pour que la résine ne vienne pas salir la tôle, et on pose les bandes de fibre de verre imprégnées de résine directement sur cette feuille, selon l'épaisseur voulue. Par dessus, on dépose le noyau de bois cintré, on bride avec la sangle, et on attend la prise de la résine.

Le lendemain la sangle est enlevée, et les couches de fibre de verre supérieures sont posées sur la lame. Nouvelle feuille de plastique en protection, sangle bien bridée, encore quelques heures d'attente. Après quoi on desserre tous les écrous, on démoule, et la lame brute est terminée.

R. Mathieu emploie de la fibre unidirectionnelle de 600 g/m2, et applique 7 bandes sur chaque face de la façon suivante:



Les bandes 2 et 3 (longueur 800 mm) sont placées tête-bêche, tout comme les bandes 5 et 6 (1200 mm). Les bandes 1, 4 et 6 sont entières. Il obtient ainsi l'amincissement voulu, sans complications. Même chose de l'autre côté du noyau bois.



3 - COMMENT COLLER LES PLANCHES


On se pose évidemment la question qui tue: « Quelle colle faut-il employer?». J'avais réalisé autrefois une lame avec la colle polyuréthane Structan; lame que je n'ai pas utilisée car je m'étais fait piéger par le non respect de l'angle de bout de lame, dû à un moule qui respectait trop scrupuleusement le plan Balligand et ses 4°. Mais le résultat semblait excellent du point de vue résistance et souplesse.

Cependant, une info importante est parvenue en octobre sur la liste de diffusion: Michel JACQUET signale que des lames de train réalisées en bois uniquement (donc sans renfort ni enrobage de fibre de verre) et collées à la colle polyuréthane PPU 100 s'étaient décollées: «... Pour ce qui concerne les trains qui se sont délaminés, je confirme bien que c'est le collage entre chaque planchette qui a cédé et non le délaminage de la fibre de verre car ces trains étaient intégralement en bois. Bernard Domont, Max Mallet et moi même avions utilisé de la PPU 100. Depuis sur les plans de la souris bulle il a été découvert qu'il était impératif de coller le train en lamellé avec des colles à la résorcine formol.  ... ». Il n'est pas possible en l'absence de précisions d'affirmer que la colle polyuréthane n'est pas adaptée au problème, mais il y a un doute.

Pour la lame décrite ici, j'ai utilisé la colle urée-formol SADER 1150 vendue par les Ets Léger; M. Léger m'ayant assuré qu'il collait ses hélices avec cette colle (et on sait que les hélices sont soumises à rude épreuve), et qu'il avait réalisé un train lamellé-collé pour lui-même avec cette même colle.

Je pense qu'une colle époxy conviendrait également très bien, si les planches de frêne se superposent sans ondulations générant entre elles des vides, que cette colle (tout autant que l'urée-formol, d'ailleurs) serait incapable de remplir. Seule la polyuréthane qui gonfle pourrait remplir ces vides sans pour autant apporter une meilleure solidité, puisque ce ne sont que les couches minces qui sont efficaces dans les collages.
Dans la mesure où l'on enrobe ensuite le noyau de frêne dans la résine époxy, la colle époxy est peut-être le meilleur choix pour éviter toute incompatibilité d'humeur chimique entre colle et enrobage.

Le choix étant fait, on place les planches de frêne une par une à nouveau dans le moule, dans leur ordre et avec leur orientation d'origine. Pour ce travail il vaut mieux être deux, parce que la durée de vie de la colle n'est pas toujours très longue, et que l'encollage / remise en place des planches / serrage à mort des serre-joints prend un peu de temps. Et à deux, on a moins de chance de se louper, car la colle est glissante et les planches ont parfois tendance à se mettre de travers. Si les planches ont été taillées avec une largeur suffisante, on dispose d'une certaine marge de glissement.

Sur cette photo, on voit que la superposition parfaite n'est pas obtenue à tous les coups:



On n'oubliera pas que le nombre de planches varie de 4 (au centre) à 3 (aux extrémités). Si l'on numérote les planches de 1 à 4 de la plus externe à la plus interne, on pourra procéder ainsi:
1 - Placer la planche 1 au fond du moule;
2 - Poser dessus un film plastique (ou autre matériau que la colle ne gêne pas);
3 - Placer la planche 2 dans le moule, et coller la planche 3 sur la planche 2 (les bavures de colle ne toucheront pas la planche 1 grâce au film plastique). Attendre le séchage;
4 - Coller la planche 4 sur la planche 3. Attendre le séchage;
5 - Démouler, récupérer la planche 1 et la raccourcir de 200 à 300 mm environ de chaque côté;
6 - Retourner la lame, et coller la planche 1 par dessus la planche 2 sans utiliser le moule. Si l'on craint que la lame s'ouvre un peu sous la contrainte des serre-joints, un bâti léger en bois et un serrage à l'aide d'une sangle lui permettront de garder sa forme et ses cotes d'origine;
7 - Ce dernier collage est sec? Alors poncer en pente douce le raccord entre planches 1 et 2.

Avant encollage, il faut dépolir soigneusement les deux faces qui seront en contact, et même les griffer. Un morceau de lame de scie à métaux est très efficace pour ce travail. Après griffage, bien éliminer les poussières et particules qui ont été produites.

La colle doit être mise en quantité suffisante sur les deux faces à coller, couche très mince mais uniforme, et doit déborder lors du serrage des serre-joints. Serrage qui doit être extrême, car de son efficacité dépend la solidité du collage.

Ne pas chercher à coller toutes les planches à la fois, ce serait l'échec assuré. Non, on procède planche après planche, comme pour la mise en forme, en attendant à chaque fois que la colle ait bien séché. Et si l'on a la curiosité de sortir les planches déjà collées du moule, on découvre enfin qu'elles conservent parfaitement bien la forme qu'on leur a donnée. Sauf aux extrémités, mais comme on y a pensé en fabriquant le moule, on a bel et bien les 4°requis ...


 


 

4 - COUCHES PLANES DE FIBRE DE VERRE


Philippe préconise de renforcer le noyau de frêne par des épaisseurs de fibre de verre unidirectionnelle collées de part et d'autre. Puisqu'il s'agit d'unir du bois et du verre, la résine polyester ne convient pas; il faut obligatoirement de la résine époxy.

Une épaisseur de 5 mm de fibre de verre est nécessaire au milieu de la lame dessus et dessous, et cette épaisseur diminue jusqu'à 3,5 mm aux extrémités. On superpose donc un plus grand nombre de couches au milieu de la lame que sur les bords.

Le nombre de couches dépendra du grammage choisi pour l'unidirectionnel de FdV. Un grammage de 400 / 500 g/m2 paraît bien adapté (mais ne le sera pas pour l'enrobage final, voir plus loin), et 10 à 12 couches suffiront sans doute pour obtenir l'épaisseur centrale maximale.

On commence par poser 2 ou 3 bandes longues de FdV sur toute l'envergure du noyau de frêne. Veiller à ce qu'il n'y ait aucune bulle d'air en passant avec le rouleau sur chaque couche successive, bien imprégnée de résine. Puis on pose une bande plus courte bien centrée. On remet 1 ou 2 bandes longues, puis une bande encore plus courte. Puis à nouveau 1 ou 2 bandes longues, et une bande encore plus courte. Et ainsi de suite, en terminant par 1 ou 2 bandes longues ... De la sorte, toutes les bandes courtes sont cachées à l'intérieur des bandes longues, et aucun ponçage n'est nécessaire. Tant que les épaisseurs ne sont pas atteintes, on rajoute le nécessaire couche après couche.

Si l'on posait d'abord toutes les bandes longues en terminant par les bandes de plus en plus courtes, on obtiendrait au final un escalier qu'il faudrait poncer avant l'enrobage. Et si l'on commençait avec toutes les bandes courtes, on aurait bien des chances d'avoir des bulles entre le bois et la fibre de verre.

Ce processus est à répéter deux fois, pour recouvrir les deux faces du noyau de frêne. Après séchage on obtient une lame dont la résistance est vraiment surprenante.


 

5 - LA DÉCOUPE DU NOYAU


Maintenant, le noyau de la lame est bien en forme et la résine est parfaitement polymérisée; il faut le découper à ses dimensions définitives: 140 mm dans la partie centrale, et 80 mm aux extrémités, découpées en trapèze. L'épaisseur est conséquente : 4 x 4 mm de frêne + 2 x 5 mm de FdV et résine = 26 mm d'un matériau dur et fortement abrasif, qui s'amalgame en poussière collante. Une découpe à la scie sauteuse est possible, mais il faut prévoir des lames en acier à haute résistance, qu'on usera l'une après l'autre. Si l'on dispose d'une scie à ruban de menuisier, et de lames haute résistance pour métaux, ce sera plus facile. Dans tous les cas, l'opération demande de la patience.

Il existe des lames de scie sauteuse dont le bord d'attaque est garni de particules de carbure de tungstène, mais leur efficacité n'est pas meilleure que les lames de scie à métaux, car la poussière de bois + verre + résine se colle entre les particules de tungstène et colmate rapidement la "denture". De plus, il est difficile d'aller droit avec ce genre de lames.

On pourrait découper le noyau en frêne avant de coller la fibre de verre. Je pense a priori sans l'avoir essayé que c'est une mauvaise idée, car on aura du mal à faire comprendre à la FdV, non soutenue sur les bords, qu'elle doit rester bien à plat entre le moment où on l'applique et le moment où elle est définitivement rigide. Au bout du compte, on risque d'obtenir une lame à la planéité très douteuse et contenant des bulles entre bois et FdV, au milieu et/ou sur les bords, ce qu'il faut éviter à tout prix. Mais c'est à essayer si l'on aime le risque.



Lorsque la découpe est faite, on la peaufine avec une ponceuse à ruban, en cassant par un bel arrondi les angles des deux bords de la lame. Cet arrondi est important non pas pour l'aérodynamisme, mais pour que les couches finales de FdV se comportent bien lors de la pose de l'enrobage.



6 - ENROBAGE FINAL


Pour finaliser la lame, il faut maintenant l'enrober par de la fibre unidirectionnelle posée à 45°, en couches croisées jusqu'à 1 mm d'épaisseur sur toute l'envergure. Enrobage par demi-lame en inversant l'angle d'application d'un côté à l'autre pour équilibrer. On peut commencer indifféremment par le centre ou par les extrémités. A priori, 2 couches d'enrobage croisées doivent suffire.

Si l'on a acheté de la FdV de 400 à 500 g/m2, elle ne convient pas. Sa rigidité est trop importante pour épouser les arrondis des bords de la lame. Il faut utiliser un grammage inférieur: 250 g/m2 ou moins semblent corrects. Quant à la largeur de la bande, plus elle est étroite, mieux ça vaut, vu la géométrie de l'objet à recouvrir!

En effet, cet enrobage est TRÈS DIFFICILE à réaliser car la lame trapézoïdale a une épaisseur et surtout une largeur variables. De plus, l'orientation à 45°ne permet pas de faire des bords jointifs à chaque tour. Il est donc très difficile (impossible?) de 1) ne pas changer l'orientation à mesure qu'on enroule la fibre, et 2) de garder un écartement constant ... car les bandes d'unidirectionnel sont particulièrement rétives. De plus, il faut veiller à éliminer toute bulle, en particulier sur les bords de la lame. Or la fibre de verre, si elle est contrainte en diagonale, se venge en essayant de rattraper la contrainte dans le virage serré qui suit. La forme en trapèze courbe interdit de conserver le parallélisme des bandes, donc l'énervement est garanti et il faut beaucoup de patience pour arriver à un résultat correct. Si quelqu'un connaît une astuce efficace pour cet enrobage par bandes croisées, qu'il n'hésite pas une seconde à nous en confier le secret!

Je pense que pour ce travail il vaut mieux trouver un aide, qui facilitera le jonglage entre la bande qui veut se coller n'importe comment et qui se déplace dès qu'on la pose pour libérer une main, le pinceau plein de résine qui dégouline, la lame mal fixée qui bouge, les bulles qui apparaissent (mais pas tout de suite), etc..

Robert Mathieu utilise une sorte de rouleau à pâtisserie sur lequel il enroule une longueur suffisante de fibre unidirectionnelle et qui se manipule à deux mains. Il faut être deux: l'un qui déroule et plaque la bande sur le pourtour de la lame en tirant très fort; l'autre qui imprègne de résine avec son pinceau. Il faut commencer par l'extrémité de la lame, c'est plus facile ...

Personnellement, je n'ai pas été capable de réaliser cet enrobage par bandes croisées, et je ne crois même pas que j'y serais arrivé avec de l'aide. Compte tenu du fait que l'enrobage préconisé produit des surépaisseurs de FdV, dont la position est à peu près impossible à déterminer à l'avance et à imposer ensuite, que ces surépaisseurs n'apportent sans doute aucune augmentation de résistance et qu'enfin elles nuisent à l'esthétique, je m'en suis tiré en utilisant du tissu de verre ROVING de 300 g/m2 coupé EN BIAIS à 45°. Avec une bande de 1,10 m de longueur et 35 cm de large se réduisant à 22 cm à l'extrémité, on peut enrober très facilement une jambe de lame avec un recouvrement de 50 à 60 mm sur l'intrados. Cet enrobage ne produit aucun pli et le résultat est superbe du premier coup sur l'extrados de la lame.



Les fibres sont bien croisées à 45°, et sans aucune surépaisseur sur l'extrados...


Sur l'intrados, la superposition des 2 couches est poncée après polymérisation à la ponceuse à ruban pour égaliser le raccord et supprimer les fibres qui se sont relevées.

Une astuce de pose est toutefois nécessaire, car le Roving ne garde pas ses dimensions même et surtout quand il est imprégné de résine: il suffit de tirer un peu dans un sens pour que sa largeur diminue dans l'autre sens. Difficile donc de prendre la bande imprégnée et alourdie, et de la poser sur la lame sans lui voir gagner 200 mm de long tout en perdant 100 mm de large => ennuyeux pour le recouvrement!
Pour éviter ça, on pose la bande de Roving sur une feuille de plastique avant de l'imprégner de résine. Ensuite, on retourne la feuille de plastique (avec la bande qui s'y est collée) sur la jambe de lame, on positionne correctement (on a tracé l'axe central au crayon sur la bande de Roving et sur la lame, et il suffit de les superposer) sans risquer de déformations, ce qui est facile et agréable puisque l'envers de la feuille plastique est propre et sèche, et au moment de rabattre les côtés on sépare la feuille et la bande.
L'opération est facile si l'on est seul, très facile si l'on est deux, et dans ce cas, on doit même pouvoir enrober toute l'envergure de la lame avec une seule bande. Mais encore faut-il posséder du Roving dans la largeur requise ..., et trouver une méthode pour soutenir la lame en l'air, maintenue par rien et posée nulle part!

Néanmoins, avec cette méthode "à la feuille", on enrobe une jambe de la lame d'une couche de Roving en moins de 5 minutes, même si l'on est seul.





Quand tout sera bien polymérisé, un ponçage des extrémités supprimera les fibres débordantes et un recouvrement d'unidirectionnel posé à cheval parachèvera l'opération.



7 - AXES DES ROUES


Lorsque la lame est terminée, il reste à assurer la fixation des roues. Voici le dispositif que j'ai adopté:



Il est composé de deux plaquettes rectangulaires en acier inox de 4 mm d'épaisseur. Sur la première plaquette (à droite sur la photo) est soudée de part et d'autre bien perpendiculairement en son centre une tige d'inox pleine de 16 mm de diamètre. Sur la seconde plaquette est soudé de part et d'autre un tube inox de 16 mm de diamètre intérieur et 20 mm de diamètre extérieur. Quatre soudures en tout: ça a peu de risques de casser.

Ces diamètres sont choisis pour que les tubes s'emmanchent facilement l'un dans l'autre, et pour que le diamètre extérieur du tube corresponde au diamètre des roulements de la roue utilisée.



L'extrémité de la lame de train est percée ainsi:




De la sorte, les tubes s'emmanchent en passant à travers la lame prise en sandwich, et l'ensemble est maintenu par 4 boulons traversants. Tous les éléments du système se renforcent mutuellement, et la lame n'a pas grand chose d'autre à faire qu'à assurer l'amortissement; elle est presque entièrement déchargée du maintien de la roue proprement dit.

Avec un mécanisme de freins Alroc, voici ce qu'on obtient:



A gauche, on observe une plaquette coudée perforée, elle peut être utile (cf. ci-dessous); à droite le frein à tambour Alroc 80 mm et un dispositif anti-rotation démontable. Et voici l'ensemble complet en place:




La plaquette coudée perforée accueille l'extrémité d'un câble muni d'un ridoir, qui empêche l'avachissement de la lame lors du stockage de l'avion dans son hangar, et qui peut aussi servir à attacher l'avion au sol sur un terrain trop venté.

Vous observerez que la gaine de câble de freins passe à l'intérieur de la lame de train: elle circule dans un tube de plastique qui a été noyé dans la résine avant l'enrobage de la lame.



8 - REMARQUES IMPORTANTES


La confrontation des avis de JP Lalevée et de Robert Mathieu, et l'observation du comportement de la lame terminée aboutit à ces remarques:

1 - L'angle de 4°pour les extrémités de la lame pourrait être porté à 5°. Lors de la confection du moule, il faut impérativement augmenter cet angle à 6°AU MOINS, car les planches ont du mal, quelle que soit la technique utilisée (humide ou à sec), à accepter une forte courbure sur une petite longueur, et plusieurs degrés disparaîtront au démoulage. Avec un gabarit à 4°, on ne trouvera plus que 2°. Avec un gabarit à 8°, il en restera vraiment 4 ou 5.

2 - Pour la même raison, on ne sera pas mal inspiré de modifier la courbure de la lame pour la rendre plus ovale, moins aplatie au centre, ainsi l'angle d'extrémité sera plus facile à prendre ...

3 - La variation d'épaisseur du noyau de frêne (4 planches au centre puis 3 planches aux extrémités), ainsi que celle des couches de fibre de verre (5 mm au centre, puis 3,5 mm aux extrémités) est peut-être excessive. Il nous semble préférable de conserver soit une épaisseur constante de bois, soit une épaisseur constante de fibre, soit même les deux puisque la découpe en trapèze a également l'effet d'assouplir les extrémités.

4 - Les roues doivent être placées le plus près possible des extrémités de la lame, pratiquement à leur contact, autant que faire se peut. En effet, leur éloignement augmente énormément les efforts qui s'appliquent sur la lame à ses extrémités.

5 - La méthode de cintrage humide est longue, car elle impose un séchage sérieux avant le collage. Mais attention aussi si le bois est trop sec avant d'être collé; ce peut être le cas avec la méthode de cintrage à sec; peut-être est-il prudent d'attendre que le bois se réhumidifie au contact de l'air ...

6 - L'enrobage est très difficile. Il n'est possible que si l'on est deux avec la méthode des bandes croisées décrite par Philippe Balligand et pratiquée par Robert Mathieu, qui utilise une bande d'unidirectionnel de 25 mm de large, grammage 600, en commençant par les extrémités. Selon lui, une seule couche suffit (Balligand préconise au moins 2 couches croisées ...).
Mais cette opération reste un problème, et la méthode des panneaux en biais est beaucoup plus simple. Si l'on est deux, la lame toute entière pourrait être enrobée en une seule fois, au lieu de pratiquer par demi-lame si l'on est seul.

7 - Le noyau de frêne n'est pas indispensable, et l'on peut réaliser une lame intégralement en fibre unidirectionnelle. Celle du CP80, dont Philippe Balligand s'est inspiré, est intégralement en fibre et résine, sans noyau. Le noyau de frêne a seulement l'avantage d'apporter de l'épaisseur (qui rigidifie la lame) sans excès de poids.

8 - Ne pas utiliser de résine polyester, dont les qualités mécaniques sont moins bonnes que la résine époxy. De plus, l'époxy a une tenue mécanique améliorée si la polymérisation est réalisée dans une étuve, à une température donnée, pendant un temps donné. Consulter la documentation technique de la résine pour connaître les valeurs recommandées. Une étuve se construit facilement: des plaques de polystyrène formant une grande boîte capable d'accueillir la lame toute entière, un radiateur, un fer à repasser ou des ampoules à l'intérieur, un thermomètre pour régler la chauffe en fonction des déperditions caloriques.

9 - Ne pas hésiter à faire une lame trop longue; ça permet ensuite de régler la hauteur comme on a envie.




9 - MATÉRIAUX: COLLE, FIBRE ET RÉSINE


La fibre de verre unidirectionnelle peut être achetée auprès d'un fabricant sympathique et efficace, pour un prix des plus intéressants:
ATG (Atelier Textile du Gier)
La Catonnière - 42800 St-Martin la Plaine
Tél. 04 77 83 42 17 - Fax 04 77 83 42 14 - atgcomposite@free.fr

Il faut acheter, pour une lame, environ:


- Faces: 50 mètres de ruban verre UD 400 ou 500 g/m2, largeur 150 mm (en fait, longueur selon grammage)
- Enrobage: 60 mètres de ruban verre UD 250 g/m2, largeur 50 à 70 mm (longueur selon grammage et largeur)
- 4 à 5 kg de résine époxy

Si l'on préfère un enrobage en panneaux biais, il faudra 3 à 4 panneaux découpés dans un tissu de 2 mètres de largeur, 200 à 250 g/m2.

La colle:
La résine époxy ci-dessus est en même temps une colle excellente. Il n'est pas indispensable d'utiliser autre chose ...



Origine de l’article: description publiée dans l'AFM n° 6 et 7 (juin et septembre 97) par Philippe BALLIGAND
Photos: Jean-Pierre LALEVEE, Robert MATHIEU, Michel GRANDPIERRE
Texte: Jean-Pierre LALEVEE
Mise en ligne: Thibaut CAMMERMANS


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