FRIEDRICH Pierre (GM01) MAATOUG Ahmed (GM01) MOTARD Alexandre (GM01) PEREZ Guillaume (GM01)

1. A09-MQ17 Projet : Les Cerfs Volants FRIEDRICH Pierre (GM01) MAATOUG Ahmed (GM01) MOTARD Alexandre (GM01) PEREZ Guillaume (GM01) Responsable : Mr Nicolas BUIRON

2. Sommaire : • Introduction • Etymologie et Histoire • Aérodynamique • Fonctionnement • Echelle de beaufort • Les Cerfs Volants de Traction • Cahier des charges • Solutions retenues (fils, voiles fabricants, etc.) • Les Cerfs Volants Acrobatiques et de combat • Cahier des charges • Solutions Retenues (toiles, coutures, fils, armatures, etc.)

3. I. Introduction I. 1. Etymologie et Histoire • L'étymologie du mot n'est pas confirmée même si aujourd'hui, on pense que son origine vient sans doute d'une déformation de serp-volant, une serp désignant en ancien français un serpent.

4. I. Introduction I. 1. Etymologie et Histoire • D'anciens textes chinois font remonter l'origine du cerf-volant au IVe siècle av. J.-C. • Il est très probablement l'invention d'un peuple de pêcheurs et navigateurs des îles d'Asie du Sud-est • Les premières traces écrites sur les cerfs-volants datent d’environ 200 avant JC • La renommée du cerf-volant a été propagée par les commerçants en provenance de Chine en Corée • Le cerf-volant est devenu très populaire au Japon au cours de la période Edo (1600 à 1868).

5. I. Introduction I. 1. Etymologie et Histoire La première application scientifique du cerf volant sera enregistrée en 1749 quand Alexandre Wilson d’Ecosse utilisa un train cerf-volant comme un outil météorologique pour mesurer les variations de températures à différentes altitudes. Actuellement, il s'est développé trois pratiques distinctes : • le cerf-volant monofil : contemplatif, plat, à dièdre, cellulaire ou sans armature, il est retenu par une seule ligne (aussi le cerf-volant de combat ) • le cerf-volant acrobatique : exécution de figures, généralement avec des deltas ; • le cerf-volant de traction qui se distingue en deux catégories : • terrestre : le char, le mountainboard tracté, le snowkite, le roller tracté, etc. • marine : le kite surf, une planche (de surf à l’ origine) tractée par un cerf-volant.

6. I. Introduction I. 1. Etymologie et Histoire Loisire et compétition Météorologie Phonographie aérienne Sauvetage en mer Cerf volant Traction d'embarcations Transmission radio

7. II. Aérodynamique II. 1. Fonctionnement • Un cerf-volant, objet plus lourd que l'air, doit être opposé à une force supérieure à son propre poids • La résultante aérodynamique se décompose on deux forces: • La portance est la force, due à la surpression-dépression, exercée sur le profil lors de son vol, qui est orientée perpendiculairement à l’axe du vent relatif. • La trainée est la force exercée par le vent relatif sur le profil. Elle a le même axe que le vent relatif. La trainée est donc un obstacle à la vitesse de l’aile car elle le ralentit. La trainée est une source de pertes de performances aérodynamiques.

8. II. Aérodynamique II. 2. Echelle de beaufort • Pour utiliser un cerf-volant en toute sécurité, il faut estimer la force du vent. Pour cela, nous aller pouvoir nous servir du tableau ci-dessous, qui représente l’échelle de Beaufort, qui nous permet ainsi d’avoir une idée plutôt réaliste de la force du vent

9. III.Les Cerfs Volants de traction III. 1. Cahier des charges • Généralités : • Besoin : satisfaire un sport  « extrême » • Contexte : projet bibliographique • Le produit et son marché : existence depuis une vingtaine d’année • Objectif de l’étude : CDCF et étude des matériaux

10. III.Les Cerfs Volants de traction III. 1. Cahier des charges • Expression du besoin : • Pourquoi ? (cause) • Besoin de sensation, innovation. • Pour quoi ? (but) • Moyen de déplacement, différents sports. • Evolution ? • Apparition de nouveaux matériaux. • Disparition ? • Fil, toile, activité sportive (improbable)

11. III.Les Cerfs Volants de traction III. 1. Cahier des charges

12. III.Les Cerfs Volants de traction III. 1. Cahier des charges

13. III.Les Cerfs Volants de traction III. 1. Cahier des charges • La voile : • Rapport qualité prix, composition voile, principaux constructeurs. • Les fils : • Matériaux résistants au souffle du vent et longue durée de vie. • Les lignes : • Gamme de fils existant, amélioration des propriétés mécanique, traitements particuliers des matériaux.

14. III.Les Cerfs Volants de traction III. 2. Solutions Retenues • Trois types d’ailes différentes: Différents types de voiles de traction Ailes à caissons Les boudins Arches

15. Aramides : • Twaron • Technora • Super Aram • Kevlar Polyéthylène HT : • Spectra • Topline • Dyneema • Lignes de cerfs volants de cerfs-volants Polyester : • Tergal • Dacron • Trevira Polyamide : • Nylon (Trop élastique, réservé aux C.V à un fil) III.Les Cerfs Volants de traction III. 2. Solutions Retenues Lignes de cerfs volants

16. III.Les Cerfs Volants de traction III. 2. Solutions Retenues a°) Les fibres polyamides • 1938: commercialisation du polyamide 6-6 = Nylon • A la meme époque: développement du perlonL en Allemagne • Très bonnes caractéristiques mécaniques: • Légers • Très bonne résistance à la traction • Elasticité quasi-nulle • Polyamides= polymère amorphe ou semi-cristallins

17. III.Les Cerfs Volants de traction III. 2. Solutions Retenues b°) Les fibres aramides • Dans la grande famille des fibres aramides: • - Kevlar 29 produit par Du Pont à Nemours • -Twaron1000 de Akzo • -SuperaramHM50 de Cousin SA • Caractéristiques mécaniques: • -Excellente résistance à la rupture en traction. • -Allongement à la rupture selon le type de fibres : 2,8% ou 4% (intermédiaire entre les fibres de verre et de carbone). • -Mauvaise résistance à la compression.

18. III.Les Cerfs Volants de traction III. 2. Solutions Retenues • Avantages et inconvénients ayant un impact sur les câbles de cerf-volant de traction :

19. III.Les Cerfs Volants de traction III. 2. Solutions Retenues c°) Le Polyéthylène HT (appellation commerciale: spectra, topline, dyneema) : • Lignes polyéthylène HT: aussi bonne résistance que les lignes en aramides • Plus fragile que les fibres aramides (température de fusion inférieure) • Elasticité d’une ligne en polyéthylène HT: 2% (infime par rapport au polyamide (15%)) mais comparable à l’aramide (4%). • Appartient à la famille des thermoplastiques semi-cristallins (liaisons type Van der Walls) • Spectra (E-U, Canada) = Dyneema (Europe) • Dyneema: très résistant à l’étirement , MAIS: déformation et allongement sous tension forte et constante donc nécessité de procéder à un pré-étirage.

20. III.Les Cerfs Volants de traction III. 2. Solutions Retenues Bilan sur les fils des voiles de traction

21. III.Les Cerfs Volants de traction III. 2. Solutions Retenues a°) Les fibres polyamides • Deux matériaux utilisés: généralement nylon (Ripstop Nylon) • Tissu polyester plus rarement utilisé ICAREX

22. III.Les Cerfs Volants de traction III. 2. Solutions Retenues b°) Fabrication des tissus

23. III.Les Cerfs Volants de traction III. 2. Solutions Retenues c°) L’élasticité d’un tissus Etirement du tissu • Résistance à l’étirement tissu • Module d’élasticité fibre • Tissu: le moins déformable possible • Etirement mesuré dans trois directions différentes: • - dans le sens de la longueur (chaine) • - de la largeur (trame) • - en biais à 45° • Interprétation de l’allure du graphique: • Première partie: généralement linéaire correspond au domaine élastique • Au delà de la limite élastique étirement plastique: Déformation de la structure du tissu selon les lignes de tensions appliquées, de manière irréversible. Force exercée sur les échantillons

24. IV. Les Cerfs Volants Acrobatiques et de combat IV. 1. Cahier des charges • Généralités : • Besoin : satisfaire le sport et plaisir • Contexte : projet bibliographique • Le produit et son marché : existence récente • Objectif de l’étude : CDCF et étude des matériaux

25. IV. Les Cerfs Volants Acrobatiques et de combat IV. 1. Cahier des charges • Expression du besoin : • Pourquoi ? (cause) • Innovation dans l’utilisation. • Pour quoi ? (but) • Sport avec particularités selon les matériaux. • Evolution ? • Apparition de nouveaux matériaux. • Disparition ? • Fil, activité sportive (improbable)

26. IV. Les Cerfs Volants Acrobatiques et de combat IV. 1. Cahier des charges

27. IV. Les Cerfs Volants Acrobatiques et de combat IV. 1. Cahier des charges

28. IV. Les Cerfs Volants Acrobatiques et de combat IV. 1. Cahier des charges • La toile : • Rapport qualité prix, composition toile. • Les coutures et fils : • Matériaux résistants au souffle du vent et longue durée de vie, différentes coutures selon le type de cerf volant. • Les armatures : • Matériaux moins chères avec les même propriétés et succeptible d’alléger le cerf volant. • Les lignes : • Gamme de fils existant, amélioration des propriétés mécanique, traitements particuliers des matériaux.

29. IV.Les Cerfs Volants Acrobatiques et de combat IV. 2. Solutions Retenues • Composants du cerf volant de traction/ combat : • La toile • Les fils de couture • Les armatures • Les lignes

30. IV.Les Cerfs Volants Acrobatiques et de combat IV. 2. Solutions Retenues • La Toile : • Importance de l’histoire • Les deux matériaux utilisés : Toiles de Spi • La toile de Spi (Polyamide) • Résistant en fatigue • Leger : Entre 30 et 55 gr/m² • Faible coefficient de frottement • Prix moyen : 5 – 15 € le m² • Sensibilité et gonflement à l’eau • Risque d’oxydation à haute température • Tyvek® (fibres de polyéthylène) • Indéchirable • Leger : Entre 30 et 55 gr/m² • Résistant a la corrosion • Insensibilité a l’eau (≠ Spi) • Propriété mécanique plus faible • Durée de vie faible

31. IV.Les Cerfs Volants Acrobatiques et de combat IV. 2. Solutions Retenues • Couture et fils : • Fils utilisés : Nylon ou Polyester qui offrent une bonne résistance mécanique pour un diamètre faible. • Deux types de couture : Couture à l’anglaise Couture droite - zigzag

32. IV.Les Cerfs Volants Acrobatiques et de combat IV. 2. Solutions Retenues • Armatures : • Principal responsable du poids du cerf volant. • Année 70 : Omniprésence du Bambou ou du Ramin malgré l’apparition de l’aluminium (zicral) • Bouleversement des usage : fibre de verre. • Aujourd’hui : fibre de carbone et rarement fibre de verre. Jonc et tubes en fibre de carbone

33. IV.Les Cerfs Volants Acrobatiques et de combat IV. 2. Solutions Retenues Armatures : Fibre de Carbone : Fibre de Verre :

34. IV.Les Cerfs Volants Acrobatiques et de combat IV. 2. Solutions Retenues • Lignes : • Exigences particulières des utilisateurs. • Nécessité d’avoir de très faible déformations • Utilisation du Dyneema® ou Nylon : • Module de Young respectable (2 à 5 GPa) • Déformation à rupture de 2 à 3 % • Deux traitements : • De surface : application d’une résine favorisant les frottements des lignes lors du vol. • Mécanique : Pré-étirage des lignes. Contrôle qualité du fabricant. • Lignes de combat : Enduites de poudre de verre.

35. IV.Les Cerfs Volants Acrobatiques et de combat IV. 2. Solutions Retenues Structures et critères d’achat :