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Workshop sur la résine et les matériaux composites

  • Matériaux et savoir-faire
18 mars 2022

Dans le cadre de notre workshop du 10 mars, nous avons eu le plaisir d’accueillir Sylvain, un artisan expert en conception de mobilier et d’agencements esthétiques variés, passionné par la matière et les nouveaux challenges.

Lors de ce workshop, Sylvain nous a partagé son savoir-faire et présenté les matériaux composites ainsi que leurs performances, avantages, domaines d’application et impacts environnementaux !

Présentation de l’atelier

Depuis 20 ans, l’atelier accompagne les marques de luxe pour de l’agencement retail, des galeries, et les architectes dans la réalisation de projets décoratifs, d’objets sur-mesure et de petites séries. 

Labellisée Entreprise du Patrimoine Vivant, l’atelier est reconnu pour ses savoir-faire d’excellence dans la transformation des matériaux. 

Savoir-faire de l’atelier : 

Le savoir-faire de l’atelier est assez large. L’atelier détourne des processus afin d’innover dans la forme et dans les finitions. Ils travaillent aussi bien les matériaux composites que le bois, le métal, le PMMA verres acryliques. Ils réalisent également des finitions laquées avec des décors. L’atelier est spécialisé dans la fibre de carbone surtout pour du mobilier (aménagements hauts de gamme : siège, table, lustre, etc.). Ils travaillent essentiellement avec des matières minérales classiques, comme le plâtre, le béton mais aussi avec leurs propres composites développés à partir de matières minérales. 

Studio de l’atelier 

L’atelier a toujours été dans une démarche de développement de matières, de solutions, de processus. Pour formaliser leur démarche de R&D, l’atelier a créé un studio de design, qui place la recherche de matériaux et de finitions au cœur de leur pratique. Le studio accompagne dans les choix de procédés et matériaux plus responsables tout en intégrant un processus pour obtenir une solution transposable. Il fait rayonner le savoir-faire français à travers des objets iconiques !

Les matériaux composites

Définition d’un matériau composite 

Un composite est un ensemble d’au moins deux composants non-miscibles dont les propriétés se complètent afin d’obtenir un autre matériau plus performant.  Dans le nouveau matériau constitué on retrouve : une matrice (une résine ou un liant) et un renfort (une fibre). 

Les différentes résines

  • Le polyester : Une des résines les plus courantes et la moins chère, énormément utilisée dans l’architecture en façade. Cette résine obtient facilement un classement feu (M1). Inconvénients principaux : Une tenue en température assez limitée (60 à 120°C) ; retrait important ; temps de prise assez rapide. Si l’on souhaite faire des ajustements, avoir des pièces très précises, il est préférable d’utiliser une autre résine car le polyester se déforme et les finitions ne sont pas nettes. 
  • L’époxy : C’est un produit plus technique. Avec cette résine, on obtient des performances mécaniques nettement supérieures, ce qui lui permet d’être plus légère. Elle détient une tenue en température plus importante (120 à 200°C), avec très peu de retrait et un temps de prise plus long. 
  • Le vinylester : Résine utilisée pour des tenues chimiques assez spécifiques ou pour des tenues au feu (M2). 
  • Le polyuréthane : Cette résine, surtout utilisée pour réaliser des pièces techniques par coulée, peut être teintée dans la masse, et peut prendre différents degrés d’opacité. 
  • L’acrylique : Résine à l’eau qui tient facilement à l’extérieur, utilisée pour des pièces de 3 à 5 mm. L’atelier l’utilise de plus en plus pour des raisons environnementales puisqu’elle ne contient pas de solvant. 

Il est très important de procéder à une vraie expertise sur le choix des résines en fonction du contexte : projet en extérieur ou en intérieur. 

Les différents renforts  

La fibre permet de transmettre les contraintes dans l’ensemble de la pièce. Les 4 renforts les plus utilisés sont : 

La fibre de verre est une des fibres les moins coûteuses qui peut être utilisée pour tous types de formes. Elle est très souvent utilisée pour la fabrication de plafonds légers.

La fibre de carbone est utilisée principalement pour du mobilier haut de gamme ou pour des projets nécessitant rigidité et légèreté. 

La fibre aramide est une fibre particulière qui est utilisée principalement pour sa résistance aux chocs. 

La fibre de lin est une fibre naturelle dont la qualité perdure dans le temps. 

Il existe d’autres fibres comme les fibres de basalte, de chanvre, métallique, cellulose, polyéthylène, etc. 

Les matériaux sandwichs ou d’âme 

Le principe est de mettre une âme dans le composite pour augmenter sa rigidité et son épaisseur, en limitant son poids. L’atelier utilise ces matériaux pour de l’ameublement. 

Les matériaux sandwichs les plus utilisés :

  • Mousse PVC, PU, polystyrène
  • Bois, Balsa, Bambou : Démarche plus écologique qui permet de remplacer la mousse
  • Nid d’abeille alu, Polypropylène
  • Micro sandwich : Utilisée notamment pour la fabrication d’éléments de 4/5 mm
  • Carton : Il s’associe facilement et est peu coûteux
Matériaux d’âme

Ainsi, il y a très souvent une résine liquide et un textile sec. Mais il existe aussi d’autres techniques de fabrication de pièces avec des préimprégnés ou des thermoplastiques renforcés. 

Les préimprégnés et TRE

Le préimprégné est une technique permettant de ne pas être en contact direct avec la résine grâce à un tissu déjà imprégné de résine. Les fibres de carbone sont les textiles les plus  utilisés en préimprégné, mais il est possible de faire imprégner des tissus spécifiques comme le lin. 

Les avantages : 

  • Une coupe propre et pas filandreuse 
  • Permet de faire des pièces assez techniques
  • Les opérateurs ne sont pas en contact avec un dégagement de solvant. 

La thermoplastique renforcé (TRE) est une technique qui associe des textiles à une fibre plastique (PLA). Exemple du varian de Culture iN : utilisation de la fibre de lin et du PLA.  

Préimprégnés et TRE
Question : Le temps de refroidissement 

Moins on laisse de temps au refroidissement des pièces, plus elles ont tendance à bouger et à ne plus être dans la géométrie du moule. 

Question : La montée en température se fait dans un four, êtes-vous donc limités par la taille ? 

On a plusieurs fours. On détient un four qui fait un peu plus de 3 x 2 x 1,50 m de haut. 

Les procédés de fabrication

Les moules

Pour monter en température, il est nécessaire d’être équipé en outillages notamment de moules qui tiennent en température. Contrairement aux autres matériaux, il y a un coût d’investissement d’outillage important qui représente un frein à l’intégration de composite dans les projets. 

Les différents matériaux utilisés pour la fabrication des moules : 

  • Mousse, 
  • Résines PU et époxy
  • Bois, 
  • Aluminium et acier 
  • Plâtre et béton 
  • Silicone 
  • Composites

Le choix du moule dépend du projet, du nombre de pièces et de la fréquence de fabrication. 

La chaîne numérique :

Ce qui est important dans le processus, c’est la partie numérique. En effet, la conception numérique est hyper importante car elle permet d’anticiper les problèmes.

Dans quel cas utiliser les matériaux composites ?  

Les différentes applications 

Les applications ne sont pas limitées. Il est possible de réaliser énormément de choses. C’est surtout une question de prix, de développement des processus, mais aussi de trouver la bonne association de matériaux.

L’atelier explique qu’ils sont souvent consultés assez tardivement et qu’il est préférable de consulter le plus en amont possible pour éviter les problématiques de logistiques, de coûts, d’installations, de déploiement et de tenues des matériaux. 

Il est possible de consulter, seulement avec un croquis, l’atelier, qui vous accompagnera durant tout le développement du projet en vous proposant des solutions, finitions et types de matériaux adaptés aux caractéristiques de votre projet. 

Question : Un avis sur l’impression 3D ? 

“Nous utilisons l’impression 3D comme un outil permettant de réaliser certaines pièces en plastique avec des formes complexes et des inserts. Mais c’est un outil restreint car pour chaque matériau, il est nécessaire d’utiliser une machine spécifique. Nous préférons utiliser des outils numériques permettant d’obtenir des propositions plus larges en ne s’enfermant pas dans des technologies.”

Récapitulatif de tout ce qui peut être réalisé : 

  • Des formes 3D 
  • Des corps creux 
  • Des formes élancées fines
  • Du mobilier : intérieur, extérieur, urbain 
  • Des sculptures 
  • Des panneaux 
  • Des plafonds

Quelques exemples de réalisations : 

Exposition en 2012 sur les matériaux composites :

L’atelier a dessiné tout un ensemble de pièces pour montrer le potentiel du matériau dans des configurations d’ameublement. L’idée était de démontrer et de convaincre qu’il est possible de faire des choses atypiques avec les matériaux. 

Projet réalisé avec l’agence d’architecture Moatti & Riviere, au musée Borely :

Création d’un plafond en fibres de verre laquée, avec une résine polyester classée feu. Tout a été fabriqué en atelier. 

Objet en coulée réalisé pour la galerie Kréo :

Le socle a été réalisé en résine polyester laquée. Pour la tortue, plusieurs blocs de résine époxy ont été coulés. 

Réalisation d’une étagère pour Noé Duchaufour-Lawrance :

Pièce complexe avec une réelle démarche d’ingénierie pour la rendre rigide. Structure en fibres de carbone et plateaux cuivre. Les tablettes sont réalisées en nid d’abeille. 

Réalisation de vases pour Martin Szekely :

Vases de diamètres différents fabriqués avec un tissu carbone unidirectionnel. 

Mobilier pour François Bauchet :

Création du béton de résine : un matériau spécialement conçu pour ce designer français. Ce matériau est composé d’un mélange de sables, de pigments, de différentes matières minérales et d’une résine polyester comme liant. 

Projet avec François Bauchet :

La particularité est que le matériau d’âme est visible. Normalement, c’est une matière qui est faite pour être enfermée. Sur ce projet, le designer a utilisé le dessin du tissu pour valoriser le matériau. 

Projet de piètement de table réalisé par Philippe Nacson :

Dans ce projet, un seul moule a été utilisé pour diverses pièces. L’investissement en outillage est moins important. Particularité du projet : Avec la lumière, les pieds changent de couleur. 

Projet de table de dégustation par Studio ADN :

La demande de l’architecte était de mettre un vrai rocher. L’atelier a réalisé à base de composite un rocher entièrement sculpté. L’atelier a scanné des pierres et imprimé en 3D des tampons texturés. Le budget : 17 mille €. Taille : Triangle de 2,50 x 2,50m. 

Matériaux composites VS environnement  

Les enjeux et limites des composites à base de polymères : 

  • Développement des composites : La démarche de l’atelier est de développer des composites éco-conçus plus léger et plus résistants afin de gagner en poids et en durabilité.
  • Recyclage : Les matériaux présentés ci-dessus sont des matériaux qui ne se mélangent pas. En matière de recyclabilité, il n’y a pas énormément de solutions, notamment pour les composites à base de polymère. Néanmoins, le recyclage par broyage est possible.
  • Toxicité : Certains matériaux sont toxiques. L’atelier essaye de supprimer depuis plus de 15 ans certains produits toxiques. 
  • Environnement : L’atelier a orienté son travail de recherches vers les matières minérales afin d’améliorer les composites. Ils développent des solutions à base de matières minérales et de fibres naturelles permettant de réaliser des pièces avec un plus faible impact environnemental. 

Il y a un bilan à évaluer sur tout le cycle de vie des matériaux composites.

Tarifs 

Les prix intègrent la partie étude. 

  • Fibre de verre et résine polyester M1 avec laque : exemple coque plafond : 1500€ HT/m² . Possibilité de les micro-perforer (intégration spot, système d’ouverture et fermeture)
  • Fibre de verre et résine polyester M1 sans finitions : 650€ HT/m²
  • Fibre de carbone et résine époxy (préimprégné) : 2800€ HT/m² . Solution assez haut de gamme 
  • Différents prix de résine : Un moule en résine au m² varie de 1500 à 3000€ HT/m² . Le prix varie en fonction des détails, de la complexité et des matériaux. 
  • Moule en PSE : 1200€ HT/m² (moule complexe, moule structure)
  • Moule de panneau : 400 / 500€ HT/m²
  • Solution minérale : 
    • 1600 €HT/m² pour du mobilier
    • 280 €HT/m² pour des panneaux
    • 2800 €HT/m² pour de la texture roche 
Question : Avez-vous un minimum de commandes ? 

L’atelier n’a pas de minimum de commande. Il est possible de demander à l’atelier des échantillons qui essayent de répondre à la demande. 

Question : Délai de fabrication ? 

Le délai de fabrication dépend des plannings. Pour de la commande de meubles sur-mesure : 6 à 8 semaines.  Pour un développement jamais réalisé : le délai sera plus long selon l’exigence et la pertinence. 

Des solutions infinies à inventer : 

La démarche de l’atelier : En constante recherche et développement pour améliorer le mortier, les matériaux composites, les solutions, tout en essayant d’être le plus perfectible possible en diminuant les coûts et l’impact environnemental. 

On espère que vous aurez apprécié ce workshop sur la résine et les matériaux composites ! Pour être informé des prochains workshops, n’hésitez pas à vous inscrire à notre newsletter !

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