coque sandwich

Un panneau sandwich est un panneau composite stratifié construit en liant un matériau de noyau épais et de faible densité entre deux parements extérieurs minces et à haute résistance. Le noyau supporte les charges verticales et résiste au cisaillement, tandis que les parements résistent à la flexion et aux contraintes de traction. Cette géométrie permet d'atteindre des rapports rigidité/poids élevés, impossibles à obtenir avec des panneaux pleins d'épaisseur égale, ce qui rend les panneaux sandwich précieux dans les applications aérospatiales, maritimes et civiles où l'efficacité structurelle est primordiale.

Les matériaux de noyau varient selon l'application et les besoins de performance. Le polystyrène expansé (PSE) et la mousse de polyuréthane sont bon marché et légers, mais de faible résistance. La mousse phénolique offre une meilleure résistance au feu. Le polyisocyanurate rigide ajoute une isolation thermique. Les noyaux en nid d'abeille, généralement en aluminium ou en papier de fibre aramide, offrent une rigidité supérieure et peuvent supporter des températures de fonctionnement plus élevées. Les noyaux en bois de balsa apparaissent dans les navires et les pales d'éoliennes où la résistance à l'humidité et la durée de vie en fatigue sont critiques. Les noyaux en treillis et ondulés sont moins courants, mais réduisent davantage le poids dans les structures techniques.

Les matériaux de parement doivent adhérer efficacement au noyau et supporter les charges de surface. La tôle d'aluminium, généralement de 1,6 mm à 6,35 mm d'épaisseur selon la portée et la charge, domine les applications industrielles. Les parements en polymère renforcé de fibres de verre (PRFV) conviennent aux environnements corrosifs. Les composites en fibre de carbone apparaissent dans l'aérospatiale où les pénalités de poids sont coûteuses. La liaison parement-noyau est généralement un adhésif époxy ou polyuréthane; le délaminage, la séparation du parement du noyau, est le principal mode de défaillance en service et la raison pour laquelle le contrôle qualité pendant la fabrication est essentiel.

Pourquoi et où les panneaux sandwich fonctionnent

Les panneaux sandwich excellent dans les applications nécessitant de grandes portées non supportées avec un poids minimal. Les fuselages d'avions, les pales de rotor d'hélicoptères et les structures de satellites les utilisent couramment. Dans la construction civile, les panneaux sandwich forment des systèmes de murs et de toits isolés, en particulier dans les systèmes de construction modulaires ou préfabriqués. Les navires les utilisent pour réduire le poids et améliorer l'économie de carburant. L'inconvénient est un coût initial des matériaux et de la main-d'œuvre plus élevé par rapport aux panneaux pleins, de sorte que la technologie n'a de sens économique que lorsque les économies de poids justifient la dépense ou lorsque la valeur d'isolation du noyau ajoute une valeur fonctionnelle.

L'épaisseur et la densité du noyau sont choisies pour éviter l'écrasement du noyau et le plissement de la face sous compression, et pour garantir que la liaison adhésive peut supporter les contraintes transmises du parement au noyau. Les panneaux sandwich typiques dans la construction ont une épaisseur totale de 10 cm à 30 cm; les structures aérospatiales sont souvent plus minces avec des noyaux plus rigides et plus coûteux. Les dommages locaux tels que l'impact ou la perforation peuvent piéger l'humidité dans le noyau, favorisant la pourriture (dans les noyaux en bois) ou la corrosion (dans les noyaux métalliques), de sorte que des mastics de protection des bords et des chemins de drainage sont conçus dans les installations à long terme.