Les panneaux sandwichs – également appelés composites à structure sandwich ou structures sandwich – sont des matériaux structurels qui consistent en une âme rigide entre deux feuilles de surface (c’est-à-dire des peaux). Le noyau sépare et soutient les deux couches extérieures, ce qui donne un composite présentant une grande rigidité à la flexion mais un faible poids de matériau. Ces qualités, en plus de la stabilité structurelle, de la durabilité et de la rentabilité supérieures du matériau, font que les panneaux sandwich peuvent être utilisés dans diverses applications techniques.

Je ne sais pas si les panneaux sandwich sont adaptés à votre application. Pour en savoir plus sur les avantages des matériaux, voir ci-dessous.

Avantages des panneaux sandwich

Par rapport à d’autres matériaux de construction, les panneaux sandwich offrent de nombreux avantages, notamment

1. Résistance au feu

Les panneaux sandwich présentent des performances exceptionnelles lorsqu’ils sont exposés aux flammes. Certaines variantes offrent une résistance au feu à des températures pouvant atteindre et dépasser 1000° C.

En utilisant des matériaux sandwich dans la construction d’un bâtiment, les concepteurs et les ingénieurs peuvent mieux assurer la sécurité des employés et des équipements. Toutefois, ils doivent tenir compte de la taille et de la hauteur du bâtiment et du degré de résistance au feu requis.

2. Isolation thermique

Les panneaux sandwich présentent de bonnes propriétés d’isolation thermique. Toutefois, l’isolation thermique par rapport à la conductivité thermique du matériau varie en fonction du type et de l’épaisseur des matériaux utilisés.

L’utilisation de panneaux sandwich dans la construction d’un bâtiment permet de réduire la quantité d’énergie nécessaire aux opérations de chauffage/refroidissement, ce qui se traduit par une baisse des coûts énergétiques globaux. De plus, correctement intégrés, ils diminuent le risque de formation de moisissures et d’excès d’humidité résultant du mouvement thermique et de la condensation. L’épaisseur du matériau d’isolation utilisé dans le système sandwich dépend des exigences en matière de capacité thermique et portante, des conditions environnementales et de la destination du bâtiment.

3. Isolation acoustique

Dans les applications qui génèrent des niveaux de bruit élevés, les matériaux d’isolation acoustique sont essentiels. Ils permettent d’isoler la source de bruit des autres zones d’une installation, ce qui contribue à maintenir ces zones silencieuses et confortables pour les travailleurs et les passants.

4. Rapport résistance/poids élevé

Par rapport aux stratifiés solides, les panneaux sandwich ont un meilleur rapport résistance/poids. Par conséquent, ils peuvent supporter des charges comparables avec moins de matériau structurel, ce qui peut entraîner une réduction des coûts d’achat et de transport des matériaux.

5. Rapport coût-efficacité

Les structures en sandwich sont une option rentable car leurs matériaux de base sont moins chers que d’autres matériaux de renforcement composites et faciles à co-durcir sur les peaux dans des procédés en une seule fois (par exemple, l’infusion de résine). En outre, leur durabilité inhérente réduit leurs coûts de maintenance.

Comment fonctionne un panneau sandwich composite

Cette description du fonctionnement d’un panneau sandwich est destinée à une personne ayant peu d’expérience en ingénierie. De nombreuses suppositions sont faites pour simplifier cette explication.

Tout d’abord, imaginez une simple poutre en I où des brides sont collées à une âme pour créer un élément structurel. Lorsqu’elles sont sollicitées, les deux brides sont en tension et en compression. C’est ce qui crée la majorité de la résistance. Cependant, une poutre en I est plus efficace en flexion dans le plan défini par la direction Y-Z.

Un panneau sandwich ressemble beaucoup à une poutre en I, mais avec les ailes et l’âme étendues dans toutes les directions. Les peaux d’un panneau sandwich sont en corrélation avec les ailes de la poutre en I, et l’âme du sandwich est similaire à l’âme de la poutre en I. Cependant, comme il s’agit d’un panneau, il y a une résistance à la flexion dans tous les plans, non seulement le plan Y-Z mais aussi le plan X-Z et tout plan situé entre les deux.

Lorsqu’un panneau sandwich est plié, une peau subit une tension et l’autre une compression. C’est là que la majorité de la force est créée dans une structure sandwich. Le noyau sert à maintenir les peaux ensemble, de sorte que le panneau ne se déforme pas, ne se casse pas, ne se déforme pas et ne se casse pas. Le noyau maintient les peaux fixes et les rapproche les unes des autres.

La principale contrainte que subit le noyau est la « contrainte de cisaillement », lorsque les deux peaux tentent de glisser l’une sur l’autre. La rigidité de l’âme est déterminée par les « propriétés de cisaillement » du matériau de l’âme. La rigidité du panneau est principalement déterminée par les propriétés du matériau de l’âme et par l’épaisseur de l’âme.

CORE

Une façon simple de montrer le noyau est de faire une photo d’un livre de poche. Lorsque le livre est plié, remarquez comment les pages glissent facilement les unes sur les autres. Si les pages étaient ensuite collées ensemble, le livre deviendrait instantanément très rigide, car une fois pliées, les pages ne pourraient plus glisser. Au lieu de cela, les pages de la moitié inférieure sont en compression et doivent se serrer les unes contre les autres. Alors que les pages de la moitié supérieure sont en tension et doivent s’étirer.

Les noyaux flexibles qui se plient facilement sont connus pour avoir un « faible module de cisaillement » tandis que les noyaux très rigides ont un « module de cisaillement élevé ». Si le dos du livre en papier collé est suffisamment plié, le côté en tension finira par se fissurer et se rompre. La couche supérieure du papier se déchirera lorsque la « résistance à la traction » du papier sera dépassée par la force de flexion.

Une solution à ce problème serait de coller un autre matériau à la surface, créant ainsi une peau ayant une résistance à la traction/compression plus élevée. Cette peau fonctionnerait en conjonction avec le noyau. Ce faisant, un panneau sandwich composite est construit.

SKIN

Si un panneau sandwich est plié vers le bas, la partie du sandwich située au-dessus de l’axe neutre s’étire et la partie située en dessous de l’axe neutre se comprime. Bien que la peau et l’âme s’étirent et se compriment uniformément à l’endroit de la liaison, l’âme et les peaux ont des propriétés matérielles différentes, et agiront à leur tour différemment face à cette flexion.