Impact des procédés de fabrication sur les performances mécaniques critiques d'un hydrofoil : mise en place de solutions automatisées.

Impact of manufacturing processes on the critical mechanical performances of a hydrofoil : implementation of automated solution

• Auteur / Autrice : Adrien Marchandise
• Direction : Vincent Keryvin, Yves Grohens
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Spécialité : Mécanique
• Date : Soutenance le 11/12/2020
• Etablissement(s) : Lorient
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme - Institut de Recherche Dupuy de Lôme / IRDL
• Jury : Président / Présidente : Sylvain Drapier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yves Nadot, Pierre-Yves Méchin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Peter Davies, Nathalie Godin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composites à fibres de carbone

Contraintes (mécanique)

Propriétés mécaniques

Foils (aéronautique)

Mots clés libres

Procédés de fabrication

Composites CFRP

Compression

Hydrofoils

CFRP composites

Manufacturing process

Hydrofoils

Compression

Résumé

Le travail de thèse a débuté début 2016, dans l’écurie de course au large Absolute Dreamer qui préparait le premier Vendée Globe sur lequel les bateaux de course (jauge IMOCA) étaient équipés d’appendices sustenteurs appelés hydrofoils. Pourquoi ces voiliers de dernière génération ont-ils tous eu des casses de foils, alors que les matériaux et procédés de fabrication (pré-imprégnés carbone époxy) utilisés pour la fabrication de ces pièces existent depuis les années 70 ? On explore les procédés de fabrication complexes de ces pièces très épaisses (>80mm) en cherchant à identifier les mécanismes qui peuvent altérer la résistance en compression : la propriété mécanique « critique » de telles pièces. Des fabrications et caractérisations de plaques et de foils à taille réelle permettent d’une part de mesurer l’impact de certains choix de fabrication mais aussi de faire évoluer les standards de qualification de telles pièces. Ainsi, un essai de flexion est conçu pour à la fois étudier et quantifier la non-linéarité élastique axiale des unidirectionnels, tout en mesurant leur résistance en compression. En parallèle de ces explorations, la maîtrise des procédés de fabrication nous a poussé à essayer des procédés alternatifs, en utilisant un robot de placement de fibres traditionnellement utilisé dans l’aéronautique pour fabriquer des foils de catamaran. Ces travaux permettent à Luc Talbourdet et moi de créer une entreprise – Avel Robotics – qui est aujourd’hui un chantier dédié à la fabrication de foils. Quatre ans après le début des travaux de thèse, trois IMOCA parmi les favoris du prochain Vendée Globe seront équipés de pièces produites par Avel Robotics

The thesis work started in early 2016, in the sailing team « Absolute Dreamer », which was preparing the first Vendée Globe where the IMOCA sailing boats were allowed to carry lifting appendixes called « hydrofoils ». ‘Why did so many of these boats suffered breakages of hydrofoils as the manufacturing process used to produced them (pre-impregnated carbon/epoxy) had been employed since the seventies?’ was one question to address. We explore the manufacturing processes of these very thick parts (>80mm) while identifying the mechanisms that could alter the composite compressive strength: the critical property of such parts. Plates and full-sized foils are manufactured and tested in order to measure the mechanical impact of some manufacturing choices, and to improve the testing methodology used to qualify these parts. We designed a bending test able to simultaneously highlight and quantify the elastic non-linearity of unidirectional plies, while measuring their compressive strength. In the meantime, we use our manufacturing knowledge to adapt the aeronautical technology of automated fiber placement for the production of catamaran hydrofoils. Luc Talbourdet and myself will use this work to create a small company – Avel Robotics – which is today an hydrofoil shipyard. Four years after the beginning of the thesis, three IMOCAs among the next Vendée Globe favourites’ will be equipped with pieces produced by Avel Robotics.