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1. Le boulonnage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1161.1 La visserie classique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1171.2 Les inserts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

2. Les rivets mécaniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1182.1 Les boulons à sertir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1192.2 Les rivets aveugles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1192.3 Les écrous à sertir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1192.4 Les rivets à répétition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1212.5 Les rivets autopoinçonneurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1212.6 Les critères de choix des rivets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1212.7 Remarque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

3. Le collage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1223.1 Les avantages du collage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1223.2 La conception de l'assemblage collé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1223.3 Le choix de l'adhésif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1233.4 La préparation de surface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1243.5 La fabrication industrielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1243.6 La réparation des joints collés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1243.7 La durabilité des joints collés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1243.8 Remarque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

4. Les joints de transition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1264.1 La constitution d'un joint de transition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1264.2 Les propriétés des joints de transition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1264.3 Les conditions de mise en œuvre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

C h a p i t r e 7L E S A S S E M B L A G E S S P É C I A U X E T L E C O L L A G E

115

LE SOUDAGE à l’arc est le moded’assemblage le plus utilisé

dans la chaudronnerie de l’alumi-nium en général et de la construc-tion navale en particulier.

Toutefois, il existe d’autres modesd’assemblages qui lui sont complé-mentaires, tels que le boulonnage,le rivetage et le collage. Étant appli-qués sans apport de chaleur, ils ont,sur le soudage, l’avantage de nepas modifier les caractéristiquesmécaniques du métal et de ne pasintroduire de déformations.

Ils s’imposent dès qu’il s’agitd’assemblages hétérogènes, parexemple : acier sur aluminium (oul’inverse), polymères (ou composi-tes) sur aluminium. C’est le cas

de la plupart des équipementsinternes d’un navire, tels que lesystème propulsif, les auxiliaires,les tuyauteries, les vaigrages, leshuisseries, etc.

Depuis le début des années 1970,la liaison par soudage de structu-res en alliage d’aluminium sur desstructures en acier est facilitée parl’emploi de joints de transitionaluminium-acier. Le cas le pluscourant est celui des superstructu-res en alliage d’aluminium de navi-res dont la coque est en acier.

On traitera successivement :

� de la visserie et de la boulonnerie,� du rivetage (rivets mécaniques),� du collage,� des joints de transition.

1.LE BOULONNAGE

Contrairement au soudage, le bou-lonnage est un assemblage qui estdémontable. Il est beaucoup uti-lisé dans les liaisons hétérogènes,acier-aluminium, par exemple. Cemode d’assemblage est donc trèsrépandu dans les liaisons entre lastructure du navire et bon nombred’équipements : moteurs, auxiliai-res, canalisations, conduits deventilation, etc.

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7 . L E S A S S E M B L A G E S

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FELICITA WEST

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1.1La visserie classique

Le choix de la visserie dépend deconsidérations d’ordre mécanique,résultant du calcul de charge surl’assemblage. Compte tenu del’ambiance marine, on utilise deplus en plus de boulonnerie enacier inoxydable. Elle a l’avantagede ne pas rouiller, donc de préser-ver l’aspect d’origine.

Quand l’assemblage est soumis àde fortes variations de tempéra-ture, il faut ménager des rondellesqui amortissent les différences dedilatation entre aciers et alliagesd’aluminium.

Il faut aussi tenir compte durisque de corrosion galvaniquede l’aluminium au contact de lavisserie quand celle-ci est enacier ordinaire, galvanisé ouinoxydable. Compte tenu de cequi est exposé au chapitre 10 surle risque de corrosion galva-nique, deux cas de figure sont àconsidérer :

� l’assemblage est immergé (enpermanence ou d’une manière inter-mittente) dans l’eau de mer. Il n’estpas possible d’utiliser une visserieen acier ordinaire ou en acier inoxy-dable sans protéger les contacts :– par isolement entre la visserieet la structure en aluminium(figure 100),– par protection cathodique, s’ilssont sur les œuvres vives (1).

Pour éviter ce risque de corrosiongalvanique, on peut égalementemployer de la visserie en alliaged’aluminium anodisé 15 µm et col-maté au bichromate en 7075 T73

ou en 6108 T8 dont les caractéris-tiques mécaniques sont indiquéesdans le tableau 58, p. 118. À dia-mètre égal, la visserie en alliaged’aluminium apporte un allège-ment de 50 % par rapport à la vis-serie en acier,

� l’assemblage est émergé : dansles zones non mouillées, ou sim-plement humides, on utilise trèsfréquemment de la visserie enacier inoxydable ou en acier zingué.

S P É C I A U X E T L E C O L L A G E

117

PROTECTION DES ASSEMBLAGES BOULONNÉS

Atmosphère sèche Atmosphère agressive

D’après TALAT de EAA

Acier

Acier inoxAcier au carbone

AluminiumAluminium

Acier inoxJoint étancheAcier inox

Joint étancheAluminium

Figure 100

(1) Cf. chapitre 11.

Acier au carbone

FELICITA WEST

En dépit de la différence de poten-tiel entre les aciers et les alliagesd’aluminium, il n’y a pratiquementpas de risque de corrosion galva-nique de l’aluminium et de sesalliages, tout au plus une attaquetrès superficielle et limitée aucontact.

L’expérience montre que les vis enacier ordinaire (ou en acier inoxyda-ble) vissées dans l’aluminium sontsouvent difficiles – voire impossi-bles – à desserrer quand de l’humi-dité a pu s’infiltrer dans le filetage.C’est parce qu’il y a eu une corro-sion galvanique de l’aluminium,très superficielle, mais suffisantepour que l’alumine formée bloquetrès fortement la vis en acier.

Pour éviter cela, la solution la plussimple consiste à graisser (avecune graisse consistante) l’alésageet la vis de manière à créer unmilieu hydrophobe empêchanttoute pénétration d’humidité.

1.2Les inserts

L’expérience montre que les tarau-dages dans l’aluminium résistentmal à de fréquents démontages.La solution consiste à introduiredans la pièce en alliage d’alumi-nium des inserts filetés en acier(figure 101). Dans ce cas, il fautaussi éviter la pénétration d’humi-dité dans l’alésage qui aurait l’effetdécrit ci-dessus.

2.LES RIVETSMÉCANIQUES

D’abord développé dans la construc-tion aéronautique, le rivetage méca-nique connaît maintenant un trèslarge développement dans de nom-breuses industries : électronique,électroménager, automobile, etc.

Dans la construction navale, cemode d’assemblage est utilisépour la fixation de supports detuyauteries, de faux plafonds,d’habillage de locaux (salons, cou-loirs, etc.), de mobilier.

Les fabricants de ce type de rivetsproposent maintenant des systè-mes très fiables, adaptables àbeaucoup de cas de figure. Lapose des rivets mécaniques nenécessite pas une main-d’œuvrequalifiée.

Le rivetage mécanique présenteplusieurs avantages :

� rapidité de pose : la pose desrivets mécaniques peut être trèsrapide grâce à l’utilisation d’outilspneumatiques ou hydrauliques. Lacadence dépend de la nature et dela configuration des assemblagesà réaliser,� facilité de contrôle : le contrôlede la qualité d’un assemblage estsimplifié par le fait que l’effort deserrage est toujours assuré etoptimal puisqu’il est inférieur àl’effort nécessaire à la rupture dela tige du rivet,

� esthétique et étanchéité : il estpossible d’améliorer l’esthétiquede l’assemblage en clippant uncapuchon en plastique sur la têtede certains modèles de rivets.Cela contribue par ailleurs à amé-liorer l’étanchéité de l’assemblageà l’air, à la poussière et aux eauxde ruissellement,� possibilité d’assemblages hété-rogènes : aluminium-acier, alumi-nium-polymère, aluminium-com-posite, etc.

Les rivets mécaniques appartien-nent à deux familles :� les boulons à sertir (ou rivets destructure), appelés ainsi parcequ’ils réalisent la même liaisonqu’un boulon classique. Par contre,ils sont indéboulonnables. L’accèsdoit être possible sur les deuxfaces de l’assemblage,� les rivets aveugles, utilisésquand l’accès n’est possible quesur une face de l’assemblage. Ilssont également indéboulonnables.

Le serrage des éléments à assem-bler est réalisé :� soit par la mise en tension de latige lors du sertissage d’unebague sur la tige elle-même,� soit par la mise en compressiondu corps du rivet par l’intermé-diaire de la tête de la tige pour for-mer une « contre-tête » du côtéopposé à l’entrée du rivet.

Ces opérations sont réalisées soitavec des pinces manuelles, soitavec des pistolets pneumatiquesou hydrauliques, généralement pro-posés par les fabricants de rivets.

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CARACTÉRISTIQUES MÉCANIQUES DE LA VISSERIE EN ALLIAGE D’ALUMINIUM

Alliage Rm (MPa) Rp0,2 (MPa) A %

6108 T6 300 260 8

7075 T73 550 470 10

Acier E24 410 240 24

Acier inoxydable 660 300 54

Tableau 58

INSERTS FILETÉS

D’après TALAT de l’EAA

Inserts filetés des deux côtés

L’héli-Coil est fabriqué àpartir d’un fil de section enlosange enroulé en spirale

Figure 101

Ces rivets étant indéboulonnables,ce qui assure la sécurité de la liai-son, la réparation de ces assem-blages est plus compliquée.

Sur de tels assemblages, les répa-rations sont plutôt rares du fait desperformances mécaniques de cesrivets. De plus, ce mode d’assem-blage est choisi pour son caractèrepermanent et définitif.

Si toutefois une réparation s’im-pose, il faut alors éliminer lesrivets existants par un moyenmécanique (extraction de la têtesur des boulons à sertir, arra-chage avec une pince, etc.). Leremplacement des rivets néces-site de repercer des trous de fixa-tion d’un diamètre légèrementplus grand.

2.1Les boulons à sertir

Le serrage est toujours assuré parsertissage d’une bague sur la tigedu rivet (figure 102).

La pose d’un boulon à sertir se faiten plusieurs étapes :

� la tige est introduite d’un côtédans l’orifice spécialementménagé dans les pièces à assem-bler et la bague de sertissage posi-tionnée de l’autre côté,� le nez de l’outil est inséré dansla tige du rivet,� la traction exercée par l’outil apour effet de plaquer les piècesl’une contre l’autre, de sertir labague sur les gorges de la tige etd’introduire une précontraintepermanente,� la tige est rompue par tractionau-dessus de la bague.

Il n’y a pas de jeu entre les élé-ments à assembler parce que,avant le sertissage de la bague,une forte pression axiale est exer-cée sur l’assemblage. Il enrésulte également une excellenteétanchéité.

Ces rivets ont une bonne résis-tance au cisaillement et auxvibrations. Ils sont proposés enacier ou en alliage d’aluminium7075 et 6061. Pour les applica-tions marines, les rivets en 7075doivent être livrés avec une pro-tection par anodisation d’aumoins 15 µm, suivie d’un colma-tage au bichromate.

2.2Les rivets aveugles

Encore appelés « rivets à rup-ture de tige », ils sont utiliséspour des assemblages dont l’ac-cès n’est possible que d’un seulcôté. Le serrage est assuré parla mise en compression ducorps du rivet à l’aide d’une tigequi sera rompue, verrouillée ou nonau niveau de la tête (figure 103).Lorsque la tige est verrouillée,ils sont appelés « rivets de struc-ture ».

Ils peuvent supporter des sollicita-tions mécaniques importantes etsont insensibles aux vibrations.

Ces rivets sont proposés en acierou en alliage d’aluminium 7075.Pour les applications marines, lesrivets en 7075 doivent être livrésavec une protection anodisationd’au moins 15 µm, suivie d’un col-matage au bichromate.

2.3Les écrous à sertir

Encore appelés « écrous noyés »ou « écrous à sertir », il s’agit d’é-crous taraudés rapportés « enaveugle » sur leur support, engénéral une tôle ou un profilé.

Le sertissage est réalisé par trac-tion sur une tige filetée visséedans l’écrou à sertir. La partie lissecomprimée se déforme en bourre-let, assurant ainsi un bon serragedes éléments à assembler (figure104). Les têtes peuvent être platesou fraisées.

Ces écrous présentent un grandintérêt en ce sens qu’ils font fonc-tion d’écrous noyés, facilitant ainsila fixation par vissage dans desstructures de faible épaisseur, descloisons par exemple.

7. LES ASSEMBLAGES SPÉCIAUX ET LE COLLAGE

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BOULON À SERTIR

(Avdelok de Avdel)

Figure 102

RIVET AVEUGLE

(Hemlok de Avdel)Figure 103

ÉCROU À SERTIR

(Eurosert de Avdel)

Figure 104

RIVET À RÉPÉTITION

(Briv de Avdel)

Figure 105

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GUIDE DE CHOIX

VOUS SOUHAITEZ

Fixer 2 pièces aprèspercement d’un trou.

Pas d’accès des 2 côtés.

Fixer 2 pièces aprèspercement d’untrou. Accès des

2 côtés. Résistancetrès élevée.

Réaliser untaraudage sur pièce

d’épaisseur finepour pouvoir poserune vis par la suite.

CRITÈRES DE CHOIX DES RIVETS (D’APRÈS AVDEL)

non

Rivet destructure ex :Monobolt®,Hemlok®

Rivet auto-poinçonneurex : Fastriv®

Rivet à répétitionex : Briv®

Rivet aveugle

ex : Avex®,Avinox®

Bouton àsertir nonaveugle

ex :Avdelok®,Maxlok®

Écrou à sertir à

collerette :Eurosert® àcollerette

Écrou à sertir

affleurant :Eurosert®

affleurant

nonouinonouioui

Une résistance à la poussée

Rapidité de pose,automatisation

de la pose

Des tenues mécaniques élevées

et une tige verrouillée

Fixer 2 pièces sanspercement d’un trou.

Accès des 2 côtés.

D’après Avdel

Figure 107

2.4Les rivets à répétition

Ainsi appelés parce que leur fixa-tion, en aveugle, par expansionradiale du fût est faite par une tigeréutilisable par laquelle ils sontintroduits, à partir d’un chargeur(figure 119).

Ces rivets ont une résistancemécanique moyenne et ne sontutilisés que pour des assemblagestrès peu sollicités. Ils peuvent êtreposés en rivetage automatique àalimentation en continu.

2.5Les rivets autopoinçonneurs

C’est un mode d’assemblagemixte associant rivetage et clin-chage, nécessitant un accès desdeux côtés (figure 106).

Il peut être automatisé. Il se faitsans perçage préalable destôles à assembler. La liaisonn’est pas débouchante, ce quigarantit l’étanchéité.

2.6Les critères de choixdes rivets

Le choix du type de rivets dépendde plusieurs critères (figure 107) :n accessibilité par 1 ou 2 côtés,n perçage préalable,n intensité de la contrainte sur laliaison, etc.

2.7Remarque

Quand on utilise des rivets méca-niques en acier ordinaire ou enacier inoxydable, il est nécessairede protéger la zone de contact sicelle-ci est en immersion perma-nente (ou intermittente) dans l’eau(ou l’eau de mer).

Pour éviter tout risque de corro-sion galvanique de l’aluminium, onpeut utiliser un enduit, qui estdéposé à l’interface des produits àassembler et également sur lesrivets afin d’éviter des infiltrationsle long de leur tige.

Les enduits doivent remplir certai-nes conditions :n être neutres vis-à-vis des allia-ges d’aluminium,n avoir une épaisseur aussi faibleque possible, pour réduire au mini-mum l’effet néfaste du joint sur larésistance de l’assemblage,n avoir une bonne faculté d’écra-sement autour de la tige du rivetpour permettre un contact intimedes tôles.

7. LES ASSEMBLAGES SPÉCIAUX ET LE COLLAGE

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RIVET AUTOPOINÇONNEUR

1) L’outil maintient les pièces entre le poinçon de pose et la matrice.2) Le Fastriv® traverse la premièrepièce et s’expanse radialement 3) dans la seconde pièce sans latraverser.

(Fastriv de Avdel)

Figure 106

TUYÈRE D’HYDROJET

1 2 3

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3.LE COLLAGE

Le collage industriel a connu unimportant développement depuis1960, d’abord dans l’aéronau-tique avec les structures en nidd’abeille. Dans l’automobile, lecollage des pare-brise sur lacaisse a débuté en 1963 pour segénéraliser depuis à tous lesmodèles d’automobile. Toutes lesgrandes industries – automobile,électroménager, bureautique,électronique, etc. – utilisentmaintenant le collage commemode d’assemblage [1].

En construction navale, les appli-cations du collage structural sontencore limitées et concernentprincipalement les assemblageshétérogènes de l’aluminium avecle verre et avec les composites [2].C’est ainsi que les vitrages deNGV construits en Australie sontcollés, ce qui a pour effet d’aug-menter la rigidité des superstruc-tures en alliage d’aluminium [3]. Lecollage des planchers constituésde tôles relief en aluminium dansla salle des machines simplifie lamise en place et réduit la trans-mission des vibrations.

Le collage est très utilisé dans lesbateaux de plaisance : pont enteck sur le roof, qu’il soit en poly-mère ou en aluminium, fixation decertains éléments de l’accastillage(cadènes, winch, guindeaux, etc.).

Les recherches technologiques encours visent à augmenter signifi-cativement la part du collage dansl’assemblage des structures enconstruction navale, en particuliersur les assemblages homogènesaluminium-aluminium et hétérogè-nes aluminium-acier et aluminium-composites [4].

3.1Les avantages du collage

Compte tenu des avantages qu’ilprésente, notamment grâce auxsimplifications de montage qu’ilest en mesure d’apporter, le col-lage va se développer dans laconstruction navale.

En effet, par rapport aux autrestechniques d’assemblage, il per-met :� l’assemblage de matériaux diffé-rents : aluminium sur acier, alumi-nium sur matériaux composites,etc. Étant isolants, les adhésifsévitent la corrosion galvanique del’aluminium au contact des autresmétaux de l’assemblage,� la compensation des différencesde dilatation dans le cas d’assem-blages hétérogènes,� l’assemblage des alliages d’alu-minium à durcissement structuraldes familles 2000 et 7000, nonsoudables à l’arc (2),� une meilleure répartition descontraintes (liaison continue),� l’amortissement des vibrations,d’autant plus que le joint est épais,� l’étanchéité des assemblages,� l’assemblage de sous-ensem-bles à un état de finition avancé(peinture, décorations diverses,etc.) qui ne serait pas possible avecle soudage, dont le chauffage auraitpour effet de dégrader les finitions,� la tolérance plus large desassemblages collés par rapportaux autres modes d’assemblages.

Le remplacement du soudage par ducollage évite le chauffage, par consé-quent la zone affectée thermique-ment. Le collage a donc pour effetde conserver les caractéristiquesmécaniques initiales de l’aluminium.

Il en résulte deux conséquences :� la réduction des épaisseurs deséléments, ce qui contribue à aug-menter le gain de poids sur lessous-ensembles collés,� la suppression des déforma-tions, donc un gain de temps.

3.2La conception de l’assemblage collé

Pour réussir un bon collage, ilfaut :� connaître les conditions d’utili-sation des assemblages (cahierdes charges précisant en particu-lier l’environnement),� penser au collage dès laconception,� préparer soigneusement lessurfaces,� choisir l’adhésif adapté auxconditions de service,� pratiquer des essais destructifsavant le début de la réalisationpour valider les choix et pendant lafabrication, si un contrôle non des-tructif n’est pas envisageable pourdes raisons de coût, par exemple,� soigner la fabrication et l’auto-matiser le plus possible.

Il existe quatre modes de sollicita-tion d’un joint collé (figure 108) :� le cisaillement,� la traction,� le clivage,� le pelage.Les joints collés résistent mal aupelage et au clivage. Il faut doncles faire travailler, de préférence,en cisaillement et en traction.

On choisira un recouvrement à géo-métrie plane ou un emmanchementsuffisant des joints. Il faut tenircompte de l’influence des maté-riaux et de l’épaisseur de l’adhésif.

Pour compenser la faiblesse descaractéristiques mécaniques dujoint collé, la surface de celui-cidoit être aussi étendue que possi-ble dans les configurations habi-tuelles (figure 109).122

(2) Sous réserve, bien évidemment, d’êtreprotégés spécialement pour être utilisésen milieu marin. La cuisson de l’adhésif (àune température inférieure à 200 °C,pendant quelques minutes) n’affecte pasleurs caractéristiques mécaniques.

7. LES ASSEMBLAGES SPÉCIAUX ET LE COLLAGE

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Le lecteur trouvera dans les ouvra-ges spécialisés les règles deconception des assemblages collés[5]. L’Eurocode 9 traite au chapitre6-8 des « Liaisons fixées par adhé-sif » des assemblages collés (3).

3.3Le choix de l’adhésif

Les adhésifs sont généralementclassés par familles chimiques.Cependant, à l’intérieur d’unemême famille, les propriétés, enparticulier mécaniques, varienttrès largement d’un produit àl’autre.

Les adhésifs qui polymérisent àfroid sont plus particulièrementadaptés à la construction navale àcause des surfaces importantessusceptibles d’être collées.

Dans cette catégorie, il faut signa-ler plus spécialement :� les polyuréthannes monocom-posants, particulièrement adap-tés aux applications marines(étanchéité) et dont certainesformulations en font des adhé-sifs semi-structuraux. Ils sontutilisés notamment pour le col-lage du pont des bateaux deplaisance. Les joints peuventavoir une épaisseur de plusieursmillimètres,� les polyuréthannes bicompo-sants, convenant en particulierpour la réalisation de panneauxsandwich. Ils nécessitent un pri-maire d’accrochage et polyméri-sent en quelques jours à la tempé-rature ambiante. L’épaisseur dujoint dépasse parfois le millimètre.Ils sont peu onéreux,� les époxy bicomposants, parti-culièrement recommandés pourles collages structuraux. Ils poly-mérisent en quelques heures à latempérature ambiante. Le jointcollé optimal a une épaisseur de0,1 à 0,2 mm,� les acryliques modifiés, qui poly-mérisent en quelques minutes. Ilsconnaissent un fort développe-ment malgré leur coût élevé. 123

MODES DE SOLLICITATION DES JOINTS COLLÉS

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CisaillementEfforts répartis

Traction perpendiculaireEfforts répartis mais risque

de clivage

ClivageEffort localisé en A

Pelage - Cas d’un supportsouple

Effort localisé en A

A

A

Recouvrement simpleConfiguration généralementutilisée pour assembler desmatériaux minces, du fait de safacilité de mise en œuvre et desa bonne résistance

Section en Z Permet de rigidifier des piècesde grandes dimensions

Section trapézoïdale Permet de rigidifier etd’assembler des matériauxcomposites

Joint à épissure Il est souvent utilisé quand lasurface doit rester lisse, sanspréparation particulière

Section en U Souvent utilisée pour accroîtrela zone de collage et réduire les forces de pelage

Joint en bordure Utilisé pour produire unesurface affleurante lors del’assemblage de deux matériauxdifférents, par exemple du verreet un châssis

CONFIGURATIONS DE JOINTS COLLÉS

D’après Sika Industry

Figure 109

Figure 108

(3) Eurocode 9. Conception etdimensionnement des structures enaluminium. Partie 1 -1. Règles généraleset règles pour le bâtiment.

D’autres familles peuvent être éga-lement envisagées, telles que :� les colles anaérobies pour lefreinage de la visserie,� les silicones monocompo-sants pour résoudre les problèmesd’étanchéité,� les époxy monocomposantsdans le cas d’assemblages parti-culièrement sollicités et suscepti-bles d’être étuvés.

Dans chacune de ces familles, ilexiste des adhésifs spécialementconçus pour le milieu marin.

3.4La préparation de surface

Cette opération est cruciale : laqualité et la pérennité du joint colléen dépendent [6].

Dans le cas d’aménagements inté-rieurs, deux exemples de gammesont indiqués ci-après :

� premier exemple :– dégraissage chimique basiqueou acide (de préférence), ou auxsolvants organiques non chloréstel l’Evopred de la société SID (4),– conversion chimique phospho-rique ou sans chromates,– application d’un primaire, époxy notamment ;

� second exemple :– dégraissage (comme ci-dessus),– application d’un wash-primer.

Le délai d’attente entre la prépara-tion de surface et le collage doitêtre aussi court que possible. Ilpeut être de quelques jours, si lestockage est effectué dans unlocal propre et sec.

Il existe également des tôles pré-revêtues, comportant une facelaquée au recto et revêtues au versod’un primaire époxy spécial pour lecollage. Ces tôles conviennent parti-culièrement bien pour la fabricationde panneaux de type sandwich.

3.5La fabricationindustrielle

Le collage doit être fait si possibledans un local ventilé, à l’abri despoussières.

Il est impératif de travailler avecsoin et méthode :� en portant des gants blancs etdes lunettes de protection,� en respectant strictement lesconsignes du fabricant d’adhésif,dont les conditions de stockage(durée et température).

Les contrôles adéquats seront faitsà chaque stade de la fabrication :mélanges résine-durcisseur, duréeet pression d’accostage des piècespendant la polymérisation, tempé-rature de polymérisation, etc.

Sur des éprouvettes normaliséesseront effectués des essais des-tructifs (5) :� de traction-cisaillement avec vieil-lissement au cataplasme humide,� ou de pelage, pour surveiller les éventuellesdérives.

3.6La réparation des joints collés

Quand des structures sont appe-lées à durer plusieurs décennies, ilest possible qu’elles doivent à unmoment donné être réparées, soitpour cause d’avarie, soit pour unemodification.

Si les joints réalisés avec descolles rigides appliquées sousforme de film sont très difficilesà démonter, les joints de collessouples suffisamment épaissont faciles à réparer ou à rem-placer, pourvu que le joint ait aumoins 2 mm d’épaisseur. Dansces conditions, il est facile dedémonter le joint, sans endom-mager le support, avec un filmétallique ou avec des couteauxvibrants.

Il n’est pas toujours nécessaire d’é-liminer les traces de l’anciennecolle. Traitée par un « activateur »adéquat dont le rôle est d’améliorerl’adhésion du substrat, celle-ciconstitue un excellent substrat pourla colle fraîche de même nature.

3.7La durabilité des joints collés

La durabilité des joints collés dépendde plusieurs paramètres, dont :� la chimie des adhésifs,� le traitement de surface de l’alu-minium,� les conditions de service : lescontraintes, la température, l’hu-midité relative, etc.

Le vieillissement des joints colléspeut se traduire par :� une diminution des caractéris-tiques mécaniques,� le fluage sous contrainte.

La diminution de leurs caractéris-tiques mécaniques est due soit à latransformation de la surface dumétal (modification de la couched’oxyde de l’aluminium), soit auxmodifications des propriétés de l’ad-hésif (plastification, hydrolyse, etc.).

L’eau est le principal agent dedégradation des joints collés enagissant sur l’adhésif lui-même ouen provoquant une corrosionsuperficielle du métal (6).

Bien que l’antériorité du collage enconstruction navale dépasse main-tenant 15 ans, la connaissance duvieillissement des joints collés estencore fragmentaire.

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(4) SID : Société Industrielle de DiffusionF38140 Izeaux.

(5) Suivant norme EN 1465.Détermination de la résistance aucisaillement d’assemblages rigide-rigide,collés à recouvrement simple.

(6) Ce qui explique l’importance dutraitement de surface de l’aluminium, quia pour but de renforcer les propriétés dufilm d’oxyde naturel.

L’expérience de plus de 12 ansmaintenant en milieu marin mon-tre que les époxy bicomposantsprésentent une très bonne tenue,sous réserve d’une conception etd’une préparation de surface cor-rectes des joints.

Dans le tableau 59 sont indiquésquelques résultats de fluage obte-nus sur éprouvettes normalisées(suivant norme AFNOR NF T 76-107 sauf pour l’épaisseur) en 5754et chargées à 25 % de leur chargede rupture à l’origine, exposées enmilieu marin.

Sur des alliages des familles 5000et 6000, la tenue en fatigue desjoints collés avec des adhésifsépoxy monocomposants sur deséchantillons ayant subi un dégrais-sage alcalin et huilés ensuite estsupérieure aux assemblages clin-chés ou soudés par points(figure 110).

Comme tous les polymères, lesjoints collés sont sensibles à l’ac-tion des ultraviolets (UV) quidégradent leurs propriétés méca-niques. Dans le cas du collage devitrage, il est indispensable de pro-téger la zone collée par un ban-deau opaque de dimension adé-quate (figure 111).

3.8Remarque

À bord des navires, les assemblagescollés doivent satisfaire aux règles(qui dépendent de la classe dunavire) concernant la tenue au feu [7].

Les adhésifs étant des composésorganiques, ils pourraient consti-tuer une « charge d’incendie » dufait de leur nature organique.Toutefois, la quantité très faibled’adhésif réduit ce risque.

L’expérience montre qu’il est possi-ble de satisfaire aux règles de sécu-rité incendie avec le collage assistépar rivetage (ou par soudage parpoints) pour qu’il conserve unetenue mécanique lors d’une éléva-tion de température. Par ailleurs,l’intégrité des structures est assu-rée par une isolation adéquate,conformément aux règles de sécu-rité incendie à bord des navires.

7. LES ASSEMBLAGES SPÉCIAUX ET LE COLLAGE

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FLUAGE DES JOINTS COLLÉS SUR 5754

Adhésif Préparation de surface Charge initiale (daN) Durée de vie en milieu marin

Époxy monocomposant MEK + Scotch Brite + MEK 147 62 jours

Anodisation phosphorique 161 3 éprouvettes NR à 12,5 ans2 éprouvettes NR à 8,5 ans

Époxy bicomposant souple Anodisation phosphorique 258 1 éprouvette NR à 12,5 ans4 éprouvettes NR à 7 ans

Époxy monocomposant souple Anodisation phosphorique 210 3 éprouvettes NR à 12,5 ans2 éprouvettes NR à 2,5 ans

Acrylique renforcé MEK + Scotch Brite + MEK 230 220 jours

Anodisation phosphorique 183 1 éprouvette NR à 12,5 ans3 éprouvettes NR à 2,5 ans

MEK : dégraissage à la méthyléthylcétone. Tableau 59

NR : éprouvettes non rompues après XX jours.

TENUE EN FATIGUE DES JOINTS COLLÉS (7)

16

14

12

10

8

6

4

2

0104 105 106 107

N

Charge maxi (kN)

R = 0,1

Collage assisté

Clinché

Soudé par points

PROTECTION DES JOINTS COLLÉSAUX UV

D’après Sika industry

d=épaisseur dela fenêtre

O=recouvrement

1 Protection UV2 Sikaflex®-296

ou Sikaflex®-1653 Fenêtre

Règle Sika0 = 2 x dExemple : si d = 8 mm, lerecouvrement doit au moinsêtre égal à 16 mm

n12 = indice de réfraction dupanneau de verre

O = d 1/(n212

-1)

Recommandations minimales pour la protectiondu joint contre les rayons ultraviolets

Figure 110

Figure 111

(7) Essais de fatigue réalisés en 1995dans le cadre du projet européen Brite5656.

4.LES JOINTS DE TRANSITION

Apparu au début des années 1970,le joint de transition est une barrebimétallique qui permet d’assem-bler par soudage à l’arc desmétaux et alliages différents, enparticulier ceux qui ne peuvent pasêtre soudés entre eux par un pro-cédé classique (8).

Avec un joint de transition adaptéaux liaisons aluminium-acier, il estdonc possible de réaliser par sou-dage MIG (ou TIG) des assemblagesde structures en alliage d’aluminiumsur de l’acier, par exemple les super-structures du pont d’un navire,d’une plate-forme offshore, etc.

4.1La constitution d’unjoint de transition

Le joint de transition « TRICLAD »est fait d’une partie en acier etd’une partie en aluminium (consti-tuée de deux couches superpo-sées, une en 1050 au contact del’acier, et l’autre en 5083, en partiesupérieure) (figure 112). La liaisonentre les trois couches est réaliséepar l’explosion contrôlée d’unecharge d’explosif. C’est un placagepar explosion.

Contrairement aux complexes àjonction bimétalliques aluminium-acier réalisés par co-laminage àchaud, on n’observe aucun intermé-tallique dans la zone de liaison entrel’aluminium et l’acier du TRICLAD.

Le refroidissement très rapide, del’ordre de la microseconde, aprèsl’explosion évite la formation deces intermétalliques qui affecte-raient la qualité de la liaison entrel’aluminium et l’acier. On consi-dère que la « micro-fusion » s’ef-fectue dans la zone de liaisonentre les deux métaux sur uneépaisseur de 10 à 50 µm.

4.2Les propriétés desjoints de transition

L’épaisseur des composants desjoints de transition standard, calcu-lée pour ne pas dépasser 300 °Cdans l’interface aluminium-acier(dans des conditions normales desoudage), est indiquée dans letableau 60.

Les propriétés mécaniques duTRICLAD sont indiquées dans letableau 61. Sur éprouvettes tiréesdans le sens perpendiculaire auplan de jonction aluminium-acier,la striction a toujours lieu dans lapartie aluminium, au-delà de lazone de liaison entre les deuxmétaux.

4.3Les conditions de mise en œuvre

La largeur des joints de transitiondoit être 4 fois celle de l’épais-seur des tôles soudées en 5083.La largeur des produits standardest de 25 mm, ce qui permet desouder des tôles jusqu’à 6 mmd’épaisseur.

Sous peine de détérioration irré-médiable de la jonction, la mise enœuvre des joints de transition doitrespecter des règles strictes,notamment :

� limiter la température à l’inter-face de la jonction à 300 °C desdeux métaux pour éviter la forma-tion des intermétalliques entre l’a-luminium et l’acier. En pratique, ilest recommandé de faire un essaidans les conditions de soudagehabituelles en contrôlant la tempé-rature de l’interface à l’aide d’uncrayon thermosensible ou d’unthermocouple,

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Structure en aluminium

Triclad

Structure en acier

5083

1050AAcier

➤

➤

➤

➤

➤

D’après DMC Nobleclad

JOINT DE TRANSITION TRICLAD

Figure 112

(8) Pour des raisons d’ordre métallurgique :la fusion des métaux provoque laformation de composés intermétalliquesqui fragilisent le cordon de soudure.

SOUDURE BOUT À BOUT DU TRICLAD

➤

➤

➤

➤

➤

➤ ➤

➤ 3 mm3 mm

60°

Acier ➤

Acier ➤

Aluminium ➤

Aluminium ➤

Cas a

Cas b

60°

SOUDURES EN TRAVERS ET EN ANGLE DU TRICLAD

➤

➤ 3 mm

Figure 113

Figure 114

D’après DMC Nobleclad

D’après DMC Nobleclad

� ménager des chanfreins danschacun des métaux pour les rac-cordements en bout à bout (fi-gure 113a) de façon à ne jamaistraverser l’interface (figure 113b)sous peine de détérioration dujoint,� ménager des chanfreins dans labarre en cas de jonctions perpen-diculaires, comme indiqué sur lafigure 114),� ne jamais souder sur la face laté-rale du joint de transition, souspeine de détérioration irrémédiable.

Références bibliographiques[1] Le collage industriel, MICHEL RACHLINE,Sika Indusrtry, Editions Viloeco, 2001.

[2] « Blending aluminium andcomposites », DOUG WOODYEAR,Speed at Sea, vol. 2, 1996.

[3] « Elastic adhesives used in theconstruction of high speed ferries »,A. VAN GEELEN, Sika Australia Pty Ltd, 13th Fast Ferry International Conference,February 1997, Singapore.

[4] « Research investigates bondingtechniques » PAUL HYNDS, Speed at Sea,February 2001, p 47.

[5] « Elastic bonding. The basic principlesof adhesive technology and a guide to itscost effective use in industry », SikaIndustry, 1998, Verlag Modern IndustrieISBN 3-478-98203-3.

[6] « Adhésive bonding of aluminium formarine applications », G. E. JUDD,A. MADISSON, Conference Ausmarine ‘96,pp. 129-136.

[7] « Structural adhésive bonding ofaluminium in marine applications », JAN

R. WEITZENÖCK & BRIAN HYMAN, AndreasT. ECHTERMEYER, Det Norske Veritas, TheThird International Forum on AluminiumShips, Haugesund, Norway, May 1998.

7. LES ASSEMBLAGES SPÉCIAUX ET LE COLLAGE

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ÉPAISSEUR DES JOINTS DE TRANSITION TRICLAD

Type de jointÉpaisseur (mm)

5083 1050A 3003 Acier Titane Acier Inox

5083/1050A/Acier 6 9 25

3003/Titane/Acier inoxydable 10-12 1,50 20

Tableau 60

CARACTÉRISTIQUES MÉCANIQUES DES JOINTS DE TRANSITION TRICLAD

5083/1050A/Acier 3003/Titane/Acier inoxydable

Garantie (*) Typique (**) Garantie (*) Typique (**)

Rm (MPa) 75 120 - 160 100 170 -190

Résistance au cisaillement (***) 55 90 - 130 240

(*) Suivant norme MIL -J-24445A. (**) Valeurs moyennes DMC Nobelclad. (***) À l’interface acier. Tableau 61

VEDETTE RAPIDE OGIA

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AUSSIE RULES