Conception et fabrication d'une coque de dériveur Moth à faible empreinte carbone

Legrand, Quentin (2024). Conception et fabrication d'une coque de dériveur Moth à faible empreinte carbone. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

En adéquation avec les enjeux climatiques auxquels le monde fait face aujourd’hui, on voit naître dans l’industrie de plus en plus de projets dont le but est de minimiser l’impact environnemental des produits. C’est notamment le cas de l’industrie nautique de la voile qui, utilisant principalement des matériaux composites polluants et non recyclables, a un grand rôle à jouer dans cette transition. Ce mémoire porte sur la conception et la fabrication d’une coque de dériveur volant sur hydrofoils (Moth) à faible empreinte carbone. L’objectif principal était de proposer une coque à la structure fiable et performante réalisée à partir de matériaux à faible impact environnemental.

Dans un premier temps, le fonctionnement d’un Moth à foils a été revu puis, à partir des principes physiques de la navigation à la voile, le bilan des forces pour les cas de chargement principaux a été défini. La valeur de ces forces a alors pu être calculée à partir d’une approche statique et d’une simulation dynamique (DVPP) du comportement du bateau en navigation. Ensuite les matériaux pour la fabrication ont été sélectionnés selon des considérations mécaniques et environnementales. Ils ont alors été caractérisés à l’aide d’essais divers visant d’abord à fournir les constantes de l’ingénieur pour la conception puis à valider les procédés de fabrication. À la suite de cela, la géométrie externe et interne de la coque a été dessinée et son équilibre en vol vérifié à l’aide du DVPP. Une modélisation par éléments finis a été réalisée pour dimensionner les stratifiés des différentes zones de la structure. Les résultats d’analyse en rupture et en flambement ont été exploités. Enfin, l’outillage puis la coque ont été fabriqués et assemblés et l’impact environnemental du projet a été évalué à l’aide d’une analyse de cycle de vie.

Un composite sandwich à résine thermoplastique recyclable (Elium®) renforcé de fibres de lin a majoritairement été utilisée pour la construction de la coque. Une partie plus sollicitée de la structure interne a été infusée en carbone / Elium®. Les moules ont été fabriqués par impression 3D à grande échelle avec un PET recyclé renforcé à 30% de fibre de verre. Ils pourront être broyés et recyclés pour fabriquer de nouveaux outillages à l’aide du même procédé. Le potentiel de réchauffement climatique du projet a été estimé à 745 kg CO2,éq, soit environ trois fois moins que pour une coque équivalente en carbone / époxy.

Titre traduit

Design and manufacturing of a low carbon footprint Moth dinghy hull

Résumé traduit

In line with the climatic challenges the world faces today, more and more industry projects are being launched with the aim of minimizing the environmental impact of products. This is particularly true of the sailing industry, which uses mainly polluting and non-recyclable composite materials, and therefore has a major role to play in this transition. This thesis topic is the design and manufacture of a low-carbon-footprint Moth-type hydrofoil-flying dinghy hull. The main objective was to propose a hull with a reliable, high-performance structure made from materials with a low environmental impact.

Firstly, the functioning of a hydrofoil Moth was reviewed, and then, based on this and the physical principles of sailing, the balance of forces for the main loading cases was defined. These forces were then calculated using a static approach and a dynamic simulation (DVPP) of the boat's sailing behavior. The materials to be used were then selected based on mechanical and environmental considerations. They were then characterized using a variety of tests intended firstly to provide the engineer's constants for the design, and then to validate the manufacturing processes. Following this, the external and internal geometry of the hull was drawn, and its in-flight equilibrium verified using DVPP. Finite element modeling was carried out to dimension the laminates in the various zones of the structure. Failure and buckling analysis results were used. Finally, the tooling and hull were manufactured and assembled, and the environmental impact of the project was assessed using a life-cycle analysis.

A recyclable thermoplastic resin (Elium®) sandwich composite reinforced with flax fibers was mainly used for the hull construction. Part of the more stressed internal structure was infused with carbon / Elium®. The molds were manufactured by large-scale 3D printing using recycled PET reinforced with 30% glass fiber. They can be shredded and recycled to make new tooling using the same process. The project's global warming potential was estimated at 745 kg CO2,eq, around three times less than for an equivalent carbon/epoxy hull.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie mécanique". Comprend des références bibliographiques (pages 201-207).
Mots-clés libres:	matériaux composites recyclables, voile, coque, dériveur Moth, ACV
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Joncas, Simon
Codirecteur:	Codirecteur Laberge Lebel, Louis
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	21 nov. 2024 18:41
Dernière modification:	21 nov. 2024 18:41
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3501

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