Les matériaux traditionnels d'une voile sont des fibres naturelles comme le lin, le chanvre ou le coton qui une fois tissées forment un tissu. Depuis, l'apparition de nouveaux matériaux synthétiques a permis une amélioration des performances et de la durée de vie des voiles.
Les méthodes de conception et les matériaux utilisés pour la fabrication des voiles se sont développés au cours des siècles pour permettre de répondre au mieux aux exigences des embarcations à voile. L'usage des embarcations à voile, principalement utilisé comme moyen de transport d'humains et de marchandises ou pour la pêche jusqu'au , est aujourd'hui principalement dédiée à la plaisance et à la course au large. La navigation à voile connait cependant un nouvel intérêt pour réduire l'usage d'énergies fossiles dans les transports de marchandises.
Cet article résume l'évolution des matériaux utilisés en voilerie et décrit les matériaux utilisés actuellement. Jusqu'au milieu du , les matériaux des voiles sont naturels. À partir de 1953 et les progrès de la chimie, de nouveaux matériaux synthétiques, plus avantageux, sont mis au point.
Les paramètres à prendre en compte dans le choix d'un tissu Une fibre pour voile est évaluée suivant sept paramètres :
L'élasticité permet à la voile de se déformer tout en reprenant sa forme d'origine lorsque la contrainte appliquée disparaît. La résistance à la rupture mesure la force maximale que peut atteindre une section donnée de fibres avant de se rompre. Le fluage est la perte de forme à long terme de la fibre. Au fur et à mesure du temps la fibre perd en résistance, s'amincit et se déforme. La résistance aux ultra-violets permet d'éviter les dégradations de la voile due aux rayons UV. La ténacité permet de résister aux pliages qui provoquent des microfissures affaiblissant la fibre. La fatigue est la vitesse de détérioration d'un matériau à la suite de la répétition de contraintes. Le coût de la fibre.
Il n'existe pas de fibre idéale. Il faut faire des compromis entre tous les paramètres cités.
Fibres naturelles
Les voiles anciennes utilisent des matériaux naturels, des fibres naturelles tissées ou Jules César, Commentaires sur la Guerre des Gaules, Livre III. La laine Musée viking, le chanvre et le lin sont largement employés avant l'arrivée du coton. Le Duck américain est un parfait exemple. Le Duck est issue du mot néerlandais Doek qui évolua en Duck en anglais. Le Duck est formé de coton ou lin, et avec parfois du chanvre.En Asie et en océanie, les voiles des embarcations emploient des nattes de jonc ou de roseau.
Les fibres naturelles présentent peu de résistance aux ultraviolets, au pourrissement et elles ont une forte tendance à absorber l'eau. Le lin est solide mais le coton léger. Le lin était la fibre traditionnelle pour les voiles jusqu'à l'apparition du coton. Le coton prit une place très importante sans pour autant supplanter le lin. Au , l'arrivée des fibres synthétiques remplaça progressivement les fibres naturellesDES TOILES A VOILE A LA HAUTE COUTURE. Aspects de l'histoire du chanvre aux David Celetti (université de Padoue).
Une voile de qualité nécessite du travail et du savoir-faire. La fabrication de voile est très technique.. La fabrication de voile est donc devenue un métier pratiqué dans des ateliers spécialisés appelés voilerie. Les plus anciennes voileries en activité à ce jour datent de plus de 150 ans..
Les fibres naturelles ne sont pas les seuls éléments possibles pour réaliser du tissu. Les baves (soie) et laines peuvent être un matériau à voile mais leurs utilisations restent confidentielles.
Pour les vieux gréements, la reproduction des voiles en fibre naturelle reste rare. Il est courant et avantageux de remplacer les fibres naturelles par des tissés synthétiques imitations anciens tels le tissu de la compagnie Richard Hayward, le clipper canvasRéférence d'un distributeur, http://www.soromap.com/voilerie-produits.php?famille=2 ou l'oceanus de North SailsÀ base de fibre de Dacron. ou encore le classic de chez BainbridgeUn autre tissu, le Classic Cream de chez Bainbridge, http://www.bainbridgeint.fr/media/tissus_voile__051317600_1114_27042010.pdf.
Unités
Les largeurs traditionnelles des rouleaux de tissu pour voile sont aux États-Unis de ou et au Royaume-Uni de ou Fairchild's dictionary of textiles, , New York, 1996, 484.
Le poids est noté en smoz ou . Il est l'héritage du temps des voiles en coton. Le smoz représente le nombre once par Smyd ou . Un Smyd représente un yards de tissus en rouleau or autrefois les rouleaux mesuraient de large. Un Smyd est égale à x . Pratique autrefois, il est maintenant largement remplacé par le g/m²1 oz US = 1 smoz = ..
Le denier, est l'unité de mesure de finesse des fils continus (masse linéique). Il mesure le poids d'une longueur donné de fil : un fil ayant de finesse aura une masse de pour une longueur de . Il est remplacé par l'unité SI, le tex ( soit ).
Pour une voile synthétique, la mesure la plus appropriée est une mesure de densité de fibre (masse surfacique). La mesure est le dpi, ou denier par inch (pouce), soit la somme des deniers pour un pouce de largeur.
Fibres synthétiques
Historiquement, les premières fibres synthétiques dans le monde de la voile sont apparues dans les années 1950 avec la famille des nylons. Elles furent suivies dans les années 1980 par une nouvelle famille de fibres, les aramides. Cette famille s'est vue rapidement concurrencée par de nouveaux venus dans le monde de la voilerie, les polyéthylènes, les polyesters, les polyazoles et les carbones..
Les performances d'une voile sont dues à la conception, à sa fabrication et aux caractéristiques des fibres employées, fibres qui sont tissées pour former le tissu de la voile. La section suivante décrira les paramètres que doit avoir une fibre pour une bonne conception et une construction sûre. Une fibre pour voile est évaluée suivant six paramètres : élasticité, qui décrit la possibilité de la voile de se déformer tout en reprenant sa forme d'origine lorsque la contrainte qu'on lui applique disparait. Une élasticité est comparable à la raideur d'un ressort. Une forte élasticité est conseillée pour la partie haute des voiles ; limite à la rupture, qui mesure la force maximale que peut atteindre une section donnée de fibre (voir Essai de traction). Plus cette force est importante, mieux c'est pour la voile. Mesure en fait la capacité de la voile à encaisser une sur-vente sans se déchirer. La voile peut être déformée définitivement donc endommagée. La limite d'élasticité caractérise les efforts maximaux que peut encaisser la fibre (ou voile) sans dommage ; fluage, qui décrit la perte de forme à long terme de la fibre. Au départ la fibre peut être très résistante, mais avec le temps la fibre se déforme progressivement. Au bout d'un certain temps, la fibre peut être très fine, c'est-à-dire bien moins résistante qu'au début. Dans certains cas, il vaut mieux une fibre moins résistante et qui flue peu (ne se déforme pas plastiquement), qu'une fibre très résistante mais qui flue beaucoupNe pas confondre avec reptation (ou en anglais) ; ultraviolet (UV) : les matériaux sont généralement sensibles aux UV. Les UV provenant du rayonnement solaire dégradent les fibres, vieillissent la voile. La résistance aux UV est calculée suivant un test normé. ; perte de flexibilité ou ténacité, due aux pliages, courbures des fibres qui provoquent des microfissures affaiblissant la fibre. Souvent mesurée à partir d'un test normalisé consistant à plier la fibre (un test à 180° existe aussi). ; le coût de la fibre est un paramètre important dans le choix. La résilience et la fatigue peuvent aussi être utiles dans le choix des matériaux.
Fichier:Sailclothfibers.png
Voirhttps://www.nautischool.ch/pdf/Fibres-cordages.pdf..
Il n'existe pas de fibre idéale, la meilleure performance d'un matériau dans un domaine s'accompagne par de faibles performances dans un autre. Généralement un matériau à limite de rupture élevée est très rigide, donc peu flexible donc peu performant au test de perte de flexibilité, donc une voile qui ne supporte pas beaucoup de saisons. Des solutions existent mais elles sont hors de prix.
Il est à noter que les matériaux synthétiques peuvent être employés sous la forme de polymères à cristaux liquides (matériaux non encore cristallisés comme le verre), le Kevlar étant le plus connu mais aussi le Vectran, le Zylon.
Polyamide Polyamide aliphatique (PA)
Nylon
Le nylon est utilisé pour les spi pour ses qualités de légèreté, de grande résistance à la rupture, de sa grande résistance à l'abrasion et de sa flexibilité. Cependant sa grande élasticité est appropriée pour les voiles hautes. Le nylon est une marque non déposée de la firme DuPont (comme cette société le rappelle sur son site web.). DuPont a ainsi choisi de permettre au mot de devenir d'un usage courant et par extension le terme nylon est le terme générique pour les polyamides aliphatiques. Le nylon est moins résistant aux UV et agents chimiques que le polyester. Les moisissures changent les caractéristiques techniques du nylon.
Rilsan Rilsan est le nom commercial du polyamide 11, aussi appelé nylon 11 ou « nylon français », fabriqué par Arkema filiale de Totalhttp://www.ffvoile.net/ffv/public/fond_doc/cca/formation/Materiaux_voile_nov04.pdf.
Aramide (PAA)
Le mot aramide vient de la contraction de aromatique polyamide.
Kevlar
Kevlar, est une fibre aramide. Le Kevlar est la fibre la plus répandue pour les voiles de compétition depuis son introduction par DuPont en 1971. Cette fibre est résistante, et est plus résistante que l'acier à poids égal, a une rigidité cinq fois supérieure au PET soit deux fois plus que le PEN. Les deux Kevlar courants sont les types 29 et 49, le 49 est 50 % plus rigide que le type 29 mais moins flexible. DuPont a développé d'autres fibres bien plus solides, les types 129, 149 et 159, mais elles sont peu employées car trop rigides. DuPont a récemment conçu le Kevlar Edge, spécifiquement pour la voile, il est 25 % plus flexible et aussi solide que le Kevlar 49. Le Kevlar, comme les autres fibres aramides, a une faible résistance aux UV. Kevlar perd deux fois plus vite et deux fois plus en solidité qu'un PET aux UV. Le Kevlar est très sensible au pliage et au fluage. Une voile Kevlar ne doit pas être pliée si le marin veut assurer une bonne durée de vie de sa voile.
Technora
Technora une fibre d'aramide qui est produite au Japon par Teijin. Le Technora a une résistance à la rupture plus faible que le Kevlar 29 mais supérieure du point de vue de la résistance à la flexibilité. La fibre est peu résistante aux UV, cette faiblesse peut être partiellement résolue en enrobant la fibre de couleur naturelle or par une poudre noire. Le Technora est la fibre la plus employée dans la technologie X-ply (le X-ply est un type de scrim. C'est un tramé de renfort placé de biais, il ressemble donc à un X) des voiles laminées.
Twaron
Le Twaron est une fibre d'aramide, produite aux Pays-Bas par Teijin. Cette fibre est chimiquement et physiquement équivalente au Kevlar de DuPont. Le Twaron HM (pour ) est équivalent aux propriétés du Kevlar 49, avec une meilleure résistance à la rupture et une meilleure résistance aux UV. Twaron SM est équivalent au Kevlar 29. Comme le Kevlar, cette fibre est d'une couleur doré brillant.
Polyazole Zylon Le Zylon est le nom commercial du PBO. PBO est l'acronyme de sa formule chimique poly(p-phénylène-2,6-benzobisoxazole). Il est sous forme de polymère à cristaux liquides. Le PBO est un polyazole possédant un autre hétéroatome dans le cycle ou oxazole. Il est développé dans les années 1980 par Toyobo, une firme japonaise. La fibre est de couleur or et est la fibre la plus résistante à la rupture sur le marché surpassant les aramides.