Introduction à la fibre de verre

Fibre de verre 101
Fibre de verre 101

La base

Au Royaume-Uni, la fibre de verre est appelée « glass reinforced plastic », soit du « verre renforcé par du plastique ». Cette description décrit beaucoup mieux ce qu’est la fibre de verre, soit littéralement des fibres de verre pétrifiées dans de la résine de plastique.

Séparément, la fibre de verre et la résine ont des faiblesses. Les fibres de verre sont très résistantes en longueur, mais ne sont pas résistantes au travers. Seule, la résine de plastique casse facilement sous pression. C’est la combinaison de la fibre de verre et de la résine qui génère sa solidité (Elchakany, Yang and Pham, 2023).

La résine de plastique est un liquide visqueux et chimiquement stable. Quand elle est combinée avec un catalyseur ou un durcisseur, une réaction chimique se produit (générant souvent de la chaleur) et la résine durcit. Pour les personnes intéressées par la chimie, on peut consulter Wikipedia ou CompositeWorld (Wikipedia 1-3, n.d., CompositeWorld, n.d.). Pour les autres, l’idée clé est que l’ajout d’un catalyseur ou d’un durcisseur est ce qui convertit le liquide en plastique. Pendant le processus de transformation, qui peut durer entre quelques minutes à quelques heures, la résine est toujours liquide. Pendant ce temps, il est alors possible de lui donner la forme qu’on souhaite.

Mentionnons l’évidence: ni le plastique, ni la fibre de verre ne pourrit, ne se détériore ou ne rouille. C’est un produit très stable. C’est ce qui a mené John Casey à écrire que (traduction libre) « les bateaux de bois meurent de causes naturelles; les bateaux de fibre de verre doivent être assassinés. » (Casey, 2022).

Quand on tient compte de la sa force, de sa capacité d’être moulée et de sa durabilité, on peut très bien comprendre que la fibre de verre soit à la base des coques et de plusieurs pièces de bateau.

Formats de la fibre de verre

Les brins de fibre de verre sont généralement organisés comme un tissu. Ils se présentent sous trois formes de base : tressés, en brins coupés et combinés. La fibre de verre tressée est telle que les brins sont tricotés selon un motif connu – le plus souvent perpendiculaire, semblable à un échiquier – afin d’augmenter sa résistance dans le sens du motif.

Dans un tissu à brins aléatoires (« chopped strand mat »), les brins de fibre de verre sont coupés et répartis au hasard dans une couche de polystyrène. S’il est vraiment aléatoire, il augmente la résistance dans toutes les directions. Le tissu combiné est la combinaison des deux : une couche de brins hachés combinée à une couche de tissu.

Les tissus tissés peuvent être constitués de brins plus gros, ce qui permet d’obtenir des couches de fibre de verre plus résistantes, tandis que le tissu en brins coupés est constitué de brins plus petits. La “taille” des brins est déterminée par leur poids par unité de surface : tissu de 18 oz, tissu de 10 oz, tissu de 6 oz, etc. Plus le poids est élevé, plus le tissu est résistant… et plus il est difficile à mettre en place.

« The Basics of Fiberglass Fabric » par TAP plastics.

C’est l’avantage de la coupe aléatoire. Certaines résines dissolvent le polystyrène (le type ester décrit ci-dessous), libérant ainsi les brins lors de l’application. Les brins deviennent ainsi beaucoup plus souples et s’adaptent mieux aux angles aigus. Si l’on doit assembler deux pièces de bois perpendiculaires, le tissu aléatoire devient alors très attrayant. Pour les travaux structurels tels que ceux effectués sur la coque ou sur les supports de moteur, la fibre de verre tressée est mieux adaptée.

Je n’ai pas connaissance de différences commerciales en matière de fibre de verre. J’y pense comme des spaghettis : il peut y avoir de petites différences entre les marques, mais en général, c’est la sauce qui différencie une recette de spaghettis d’une autre. Pour la fibre de verre, c’est la résine qui différencie le produit final bien plus que la fibre de verre.

Types de résine

Les résines peuvent être classées en deux catégories : les résines époxy et les résines “ester” telles que le polyester ou le vinylester. Il existe différents produits chimiques dans la catégorie ” ester “, mais les regrouper est une bonne première approximation. Les propriétés qualitatives générales des deux catégories sont résumées dans le tableau ci-dessous.

PropriétéType EsterType Epoxy
PrixAbordableCher
Résistance mécaniquePlus faiblePlus forte
Facilité d’usagePlus facile à manipulerPlus difficile à manipuler
Adhésion aux autres résinesAdhère seulement aux esters.Adhère à toutes les résines
Compatible avec du « gelcoat »?Compatible Incompatible
Stabilité en volumeRétrécit pendant la conversion en plastiqueNe rétrécit pas.
Imperméable?Mloins résistant à l’eauImperméable
OdeurForte odeur chimiqueLégère odeur
Source: Wikipedia – 3 (n.d.), FiberglassWarehouse (2022).

Les esters fonctionnent avec un catalyseur, qui est ajouté en termes de gouttes (par exemple, cinq gouttes pour une pinte), ce qui signifie que le catalyseur a un impact négligeable sur le volume. Une quantité minimale de catalyseur est nécessaire pour que la réaction se produise uniformément dans la résine. L’ajout d’une quantité supplémentaire, jusqu’à un maximum, peut modifier le temps nécessaire pour que la réaction chimique se produise.

En clair, l’ajout de catalyseur accélère le processus jusqu’à un certain point. Il est donc possible de modifier la quantité de catalyseur en fonction des circonstances. Par exemple, la température a un impact sur le temps de durcissement (plus il fait chaud, plus le processus est rapide), de sorte qu’en ajoutant moins de catalyseur pendant les journées chaudes, on peut contrecarrer quelque peu l’impact de la température. Si un travail sur la fibre de verre nécessite plus de temps, l’ajout de la quantité minimale de catalyseur peut permettre d’obtenir le temps nécessaire.

Les résines époxy fonctionnent avec un durcisseur, qui doit être ajouté dans des proportions qui modifient substantiellement le volume (par exemple, 3 parties de résine pour 1 partie de durcisseur). Le calcul des volumes finaux nécessaires doit donc tenir compte du volume de durcisseur. Les proportions exactes varient selon les marques.

La résistance mécanique de chaque type de résine est assez bien documentée. Une statistique récurrente que l’on trouve dans la plupart des descriptions de produits est que la résine d’époxy est (grosso modo) 20 % plus résistante que la résine de polyester, qui est le principal type d’ester (BoatUS, 2012 ; SPSystems, n.d. ; Mantavoni et al., 2017 ; Wikipedia – 3, n.d. ; El Wazery et al, 2017). Cela vaut pour la résistance à la traction comme pour la résistance à la compression. Les résines d’époxy sont supérieures dans pratiquement tous les dimensions de comparaisons, à l’exception du prix.

La seule exception est peut-être pour l’usage de « gelcoat », qui n’est rien d’autre qu’une résine de polyester avec des pigments. Le gelcoat étant un polyester déguisé, il n’adhère pas bien aux réparations d’époxy. L’Interprotec, ou d’autres types de finitions, conviendraient mieux. Cependant, si l’utilisation du gelcoat est une nécessité absolue, alors on se lie à la famille des esters pour le meilleur … ou pour le pire. Il convient toutefois de noter que l’époxy est résistant à l’eau et peut être utilisé à titre de dernière couche avant la peinture.

Beurre de pinottes, Mayonnaise et Ketchup

Les petits travaux et les réparations ne se prêtent pas à l’utilisation de tissus en fibre de verre. Un bon exemple est l’intérieur de trous fait par une perceuse. En aucun cas, un tissu de fibre de verre ne peut pénétrer dans un trou aussi petit, malgré la nécessité de protéger le coeur, en bois, des intempéries. C’est là que la résine d’époxy épaissie (« thickened epoxy ») devient très utile. Pour les petites réparations, c’est la technique standard.

L’époxy épaissi est une résine époxy à laquelle est mélangée de la silice sous forme de poudre. Les brins de silice sont si petits qu’ils flottent dans l’air (il faut donc porter un masque pour les manipuler). La quantité de silice à mettre dans la résine varie en fonction des besoins : plus il y a de silice, plus la résine se comportera comme un solide.

Ainsi, lorsque la gravité est une alliée, ou lorsque vous devez injecter de l’époxy dans de petites crevasses, moins de silice est utile car la forme liquide permettra de la remplir. Dans tous les autres cas, plus de silice transformera la résine en un mastic, ce qui aidera à la modeler à la forme appropriée.

Il ne fait aucun doute que la nomenclature établie pour décrire les quantités de silice est américaine. Les densités, ou consistances, sont appelées « beurre de pinottes » (grande quantité de silice), « mayonnaise » (quantité moyenne de silice) et « ketchup » (petite quantité de silice). La nomenclature traduit des textures (américaines) connues. Pour les débutants, BoatWorks Today quantifie ces textures en masse (tableau ci-dessous), mais ils reconnaissent qu’il s’agit surtout d’une aide pour se faire une idée des textures plutôt que d’une règle stricte.

Consistence/DensitéSilice par 150 grammes de Résine
Ketchup11 grammes
Mayonnaise15 grammes
Peanut Butter22 grammes
Source: BoatWorks Today (2022).

Famille d’Ester?

Les trois principaux types de résine de la famille des esters sont la résine polyester, la résine vinylester et la résine phénolester. La première résine est le type principal, utilisé dans la construction de bateaux, les mastics (pâtes) et le gelcoat. Elle est bon marché et largement disponible. Elle est cependant moins résistante à l’eau et, si elle est utilisée sous l’eau, elle peut provoquer des cloques.

La résine de vinylester est chimiquement conçue pour être plus résistante à l’eau et elle est légèrement plus robuste que la résine de polyester. Elle est aussi plus chère. La réine de phénolester est principalement utilisée pour ses propriétés ignifuges. Le plus souvent, les esters phénoliques et vinyliques doivent être commandés. Dans la plupart des cas, la résine ester disponible en magasin est de type polyester.

Techniques et connaissances pratiques

Les vidéos de BoatWorks Today constituent un bon point de départ pour acquérir une connaissance pratique du fonctionnement de la fibre de verre. Si vous avez le temps, il est très utile d’explorer la chaîne. La chaîne a une mentalité expérimentale et le responsable est un très bon professeur.

La technique de lissage des angles, afin de faciliter l’insertion de la fibre de verre dans la forme, est une technique cruciale à comprendre. Le préchauffage de la résine, tel qu’expliqué dans la première vidéo, est également d’une importance pratique.

Most Common Mitakes Working With Fiberglass par BoatWorks Today.
Epoxy for Beginners par BoatWorks Today.
How to Fiberglass Over Plywood par BoatWorks Today.
Best Way to Clean Fiberglass Tools par BoatWorks Today.

En savoir plus?

Vous pouvez lire les autres textes de la section « travaux » de ce site pour apprendre davantage sur les différentes méthodes d’entretien et de réparation de bateau.

Références

BoatUS (2012). Polyester or Epoxy resin?, récupéré en ligne en Octobre 2023 à cette adresse.

BoatWorks Today (2022). Epoxy for Beginners, YouTube, récupéré en ligne en Octobre 2023 à cette adresse.

Casey, D. (2005). Complete Illustrated Sailboat Maintenance Manual, McGraw Hill, 892 pages, ISBN 0-07-146284-8.

CompositeWorld (n.d.). Polyester resins: The Basics, récupéré en ligne en Octobre 2023 à cette adresse.

Elchakany, M., Yang, B. and T. Pham (2023). Mechanical Properties of fiber reinforced polymer (FRP) and steel bars, Chapitre 2 de Geopolymer Concrete Structures with Steel and FRP Reinforcements: Analysis and Design, Woodhead Publishing, Pp 75-135, ISBN 9780443188763.

El-Wazery, M.S., El-Elamy, M.I., Zoalfakar, S.H. (2017). Mechanical Properties of Glass Fiber Reinforced Polyester Composites, International Journal of Applied Science and Engineering, 14(3), pp. 121-131.

Fiberglass wharehouse (2022). Polyester resin vs Epoxy resin, récupéré en ligne en Octobre 2023 à cette adresse.

Mantovani, D.P., Rohen, L.A., Neves, A.C.C., Vieira, J.S., Pontes, L.A.P., Viera, C.M.F, Margem, F.M. and S.M. Monteiro (2017). Comparative Analysis of the Tensile Properties of Polyester to Epoxy Matrixes Composites Reinforced with Hemp Fibers, International Workshop Advances in Cleaner Production Proceedings, récupéré en ligne en Octobre 2023 à cette adresse.

SP Systems (n.d.). The Advantages of Epoxy Resin versus Polyester in Marine Composite Structures, récupéré en ligne en Octobre 2023 à cette adresse.

Wikipedia (n.d.). Polyester resins, récupéré en ligne en Octobre 2023 à cette adresse.

________ (n.d.). Epoxy, récupéré en ligne en Octobre 2023 à cette adresse.

________ (n.d.). Fiberglass, récupéré en ligne en Octobre 2023 à cette adresse.