Dernière mise à jour : 20/02/2002
COMPRENDRE - COLLAGE

COLLES ET COLLAGES (Bruno CORBEAU)

La construction de la cellule d’un Pou-du-Ciel, ou de tout autre aéronef " bois et toile ", est basée sur l’assemblage, exclusivement par collage, de lattes de bois et de pièces de contreplaqué. Cet aspect de la construction peut sembler évident à l'amateur qui possède un peu de pratique.
Cependant rappelons-le : nous confions notre vie à de minces films de colle … 

Dès lors il ne semble pas inutile de préciser quelques notions, théoriques et pratiques, relatives à cette technique d’assemblage.

Qu'est-ce qu’un collage ?

Un collage consiste à réaliser un contact chimique intime entre deux solides à l'aide d'un troisième corps appelé colle ou adhésif. Il faut donc appliquer sur la surface de l'un des corps (ou sur les deux) un produit adhésif fluide et provoquer la solidification du produit afin d'assurer une liaison forte et stable entre les deux solides.

Avantages du collage

La colle forme un joint continu entre les solides au travers duquel se transmettent parfaitement les efforts mécaniques. L’assemblage est très léger et sa résistance mécanique excellente, car les pièces sont solidarisée sans avoir dû auparavant être percées – donc affaiblies – comme dans le cas d’un rivetage ou d’un boulonnage. 

Du fait de ces avantages, les industries de construction automobile et aéronautique font un usage abondant des adhésifs.

Pourquoi et comment

La compréhension du phénomène d’adhésion est complexe et implique plusieurs disciplines scientifiques : mécanique de la rupture, physique des matériaux et chimie notamment.

Il n’y a pas de théorie générale de l’adhésion. On peut cependant donner un principe fondamental : il est nécessaire de créer un contact intime entre l’adhésif et les corps collés.

On peut distinguer deux phénomènes que j’appellerai, peut-être improprement, adhésion " macroscopique " et adhésion " microscopique ".

Adhésion " macroscopique " :
La colle pénètre dans les rugosités et les pores des matières à assembler, dans le cas du collage des bois. L’adhésif forme alors comme des tentacules qui maintiennent les deux pièces en un contact intime, et dont la résistance à l’arrachement est d'autant plus grande que la pénétration de la colle est profonde. On favorise l'adhérence mécanique par saturation des canaux du bois par la pression exercée sur la surface (serrage).

Notons au passage que le collage des bois tendres (sapin, okoumé) est plus facile que celui des bois durs (frêne, hêtre, bouleau…), car les premiers sont plus " perméables " à la colle.

A cet égard, la qualité du " mouillage " du matériau par la colle est très importante. De ce fait, l’encollage des deux surfaces à assembler est généralement préférable (voir notice de la colle utilisée). Le mouillage peut être amélioré en augmentant la rugosité de la surface, ce qui facilite l'ancrage mécanique.

Adhésion " microscopique " :
Mais le phénomène précité de " cramponnage " n’est pas le seul à expliquer le collage, car des matériaux non poreux (métaux) peuvent parfaitement être collés. Comment ? La matière est constituée par des atomes qui sont agglomérées en molécules. Atomes et molécules sont solidarisés par des forces électriques qui donnent à la matière son état physique. Il existe aussi une interaction entre les molécules de la colle et celles des corps à coller. Pour rendre le plus intime possible le contact du matériau et de la colle, condition essentielle pour obtenir un joint solide, la pression est, là aussi, bienvenue.

Catégories d’adhésifs

Quatre grandes familles de colles sont employables dans la construction de nos volatiles :

- Les classiques colles à la caséine, recommandées par Henri Mignet dans les années 30. Ce sont des colles dont le solvant est l'eau. Elles ont fait largement leur preuves mais sont aujourd'hui tombées un peu en désuétude, car certains leur reprochent une mauvaise tenue en milieu très humide.

- Les polyuréthanes (PU), qui ont l'immense avantage d'être prêtes à l'emploi (monocomposant) et tolérantes en terme de température (souvent à partir de 5°C, voir notice). Elles ont tendance à s'expanser et à mousser au séchage, ce qui est un peu salissant. Éviter le contact avec les doigts, les taches se nettoient assez mal. Préférer les PU épaisses, type gel. Une remarque : un assemblage "creux" comblé par l'expansion de la PU ne peut être considéré comme sûr.

- Les résorcines ou urée-formol, colles bicomposants : résine + durcisseur généralement en poudre à mélanger en proportion précises. Elles s'utilisent à partir de 10-12°C (voir notice, toujours) et pour la plupart de ces colles le mélange a une faible durée de vie à partir de 23-25°C : attention donc en été pour les collages long, type longeron d'aile. Elles se nettoient à l'eau, ce qui est bien agréable.

- Les époxydes, également bicomposants résine + durcisseur. Produit très utilisé outre-Atlantique dans la construction d'aéronefs, et aussi en construction de bateaux. Les époxy sont indispensables pour la stratification à la fibre de verre. Ces colles sont stables au durcissement : pas de rétraction ni expansion. Pour le collage du bois (ou du polystyrène expansé sur le bois) elles peuvent être avantageusement épaissies avec des microfibres de bois ou de coton. Le serrage doit être très modéré (risque de fluage de l'adhésif et ainsi d'affaiblissement de l'assemblage). Epoxy est un terme générique : vérifiez que l'époxy que vous comptez utiliser convient bien au collage du bois.

Une remarque de Michel JACQUET, sur la liste de diffusion :

« Il est à noter que toutes les colles PU doivent être écartées pour le collages de toutes les parties en bois dur (hêtre), 
j'en ai fait la cruelle expérience, en effet l'hélice de mon appareil s'est décollée en vol, un train type Balligand s'est lui aussi décollé
suite à un atterro un peu ferme, la même aventure est arrivée à Bernard Domont et à Max Mallet. 
Pour ma part j'en suis revenu à l'ENOCOL qui, elle, offre toutes les garanties. »

Pour l'assemblage des bois durs, il apparaît donc préférable d'utiliser une résorcine ou une époxy ...

Pour un bon collage …

Tout d'abord, utiliser un adhésif éprouvé et reconnu. Ensuite prendre connaissance et respecter les consignes du fabricant de la colle : voir par exemple les notices de colles dans Pou.Guide.

Les paramètres de température, d’humidité et de pression appliquée sont capitaux, car il conditionnent directement la qualité de la liaison colle/bois.

Les pièces doivent être à température ambiante, pour éviter les contraintes internes. L’humidité du bois et du CTP doit, autant que possible, être proche de celle de l’environnement de l’avion fini : dans le cas contraire, les pièces vont travailler et se déformer.

Pour les colles bi-composants, le respect de la proportion du mélange résine/durcisseur est important. Cette proportion peut être obtenue en volume et/ou en masse.

Dans tous les cas, veiller à la préparation minutieuse des surfaces à assembler : elles doivent être bien alignées, sèches, propres, non grasses, et légèrement rugueuses (surtout pour les bois durs qui sont souvent trop polis par le rabotage).

Pour l'alignement des lattes, l'usage d'une cale à poncer longue, ou " poncette " est indispensable. Cet accessoire est constitué d'une latte bien droite ou d'un morceau de CTP épais ou d'aggloméré (muni d'une poignée) recouvert de papier abrasif.

Des surfaces bien alignées...

Pour la rugosité, un très léger coup de papier abrasif à gros grains (tous bois), ou d’un outil constitué d’un fragment de scie à métaux emmanché (bois durs) font merveille. Dépoussiérer parfaitement.

Remarques :

- Au sujet de la rugosité : il s'agit seulement de rayer la surface du bois. Un ponçage fin est susceptible d'obstruer les pores du bois, au détriment de la solidité du collage. La technique classique en menuiserie est le "brettage" : passage d'un rabot à la lame en dents de scie.

- Au sujet du dépoussiérage : la soufflette, c’est efficace, mais évitez d’inhaler trop de sciure, c’est nocif à la longue. Dans le même ordre d’idées, ne vous shootez pas aux vapeurs de colle, c'est super-cool mais ça attaque les neurones.

Quand c’est possible, toujours préférer le séchage à plat, afin d’éviter les " fuites ", surtout avec les colles les plus fluides. Sinon, il est souhaitable d’employer une colle relativement épaisse, qui restera plus facilement en place. En prévision des coulures il est possible de placer du ruban adhésif d’emballage le long des joints.

Dans le cas des époxydes, il est possible d’améliorer l’intimité du contact bois/colle, d’éviter les coulures, et de rendre presque structuraux les petits " vides " éventuels en épaississant – sans excès - le mélange avec des microfibres (bois, coton, …). Mais en règle générale les " vides " doivent être évités plutôt que comblés : l'objectif essentiel est un contact intime des pièces, séparées par un film de colle ininterrompu et d'une épaisseur infime.

serrage

Le serrage, on l’a vu, est important pour la solidité de l’assemblage. Mais attention : la qualité d’un serrage n’est pas tant dans la force que dans la régularité : la pression appliquée doit être parfaitement répartie sur la surface de collage.

Au serrage, la colle doit déborder sur toute la longueur de l'assemblage, c'est impératif. Sinon, cela signifie soit qu'il n'y a pas assez de colle, soit que le serrage est insuffisant.

Dans le cas des époxydes, une pression excessive doit être évitée car elle pourrait chasser l’essentiel de la colle hors du joint, et ainsi fragiliser dangereusement l’assemblage.

Le procédé de serrage " classique " du CTP sur le bois est le cloutage, généralement remplacé de nos jours par l’agrafage sur une " bande à agrafes ", lame de bois tendre de 3 mm d’épaisseur et de la largeur de la latte.

Il est bien évident que les clous, lorsqu'ils sont laissés dans le bois après séchage, n’ont aucun rôle dans la résistance de l’assemblage : ils ne sont là que pour presser le CTP sur le bois pendant le séchage.

Après séchage d'un assemblage agrafé, il faudra dégrafer, ce qui est assez fastidieux. Cela l’est beaucoup moins si l'on agrafe sur une sangle textile solide : après séchage, il n’y a plus qu’à tirer, toutes les agrafes viennent ! (excellente astuce de Matthieu Barreau)

Après agrafage, on peut si nécessaire resserrer l’assemblage par quelques coups de marteau. L’agrafeuse / clouteuse sera de préférence un modèle métallique démontable et de puissance réglable. Une agrafeuse manuelle fait l’affaire, mais les modèles pneumatiques ou électriques sont très intéressants. Les agrafes seront des modèles fins de fer, de 12-14 mm. Elles doivent pénétrer d’environ une dizaine de mm dans la latte, pour assurer un serrage correct.

Autant que possible, préférer les moyens de serrage mécanique, afin d’éviter de blesser le bois, et aussi pour la rapidité de mise en œuvre et la qualité du serrage : serre-joints, secondés par des pinces métalliques ou en résine, etc.. Il en faut une bonne quantité : profiter des braderies diverses, on trouve des serre-joints ou des pinces à quelques francs seulement. 

Toujours interposer une latte " de serrage " entre le serre-joint et les pièces à assembler, naturellement, pour protéger le bois et bien répartir la pression.

Des serre-joints, il en faut pas mal …
(photo Matthieu Barreau, http://pouduciel.free.fr )

La pince " maison " de François Moreau (Association " air et espace "), économique, vite réalisée et efficace.

Solidité du collage et tenue dans le temps

Dans le cas qui nous intéresse plus particulièrement (le collage fort des bois), le principe essentiel est que, à la limite, le matériau doit toujours céder avant la colle. 

Un test de qualité du collage en traction peut être effectué en réalisant une éprouvette comme constituée de deux lattes biseautées à 45° et collées entre elles. Le bois à employer doit être de même nature que celui de la structure de l'avion.

On provoque la rupture du joint de colle en frappant un cylindre placé sur le V ainsi constitué. Après rupture, la colle ne doit quasiment pas apparaître : c'est le bois qui doit céder :
le collage est considéré comme satisfaisant si la quantité des fibres  "arrachées" constitue au moins 75¨% de la totalité de la surface collée.

Observer que dans l'exemple en photo ci-dessus,
les anneaux de croissance sont perpendiculaires au plan de collage ; 
le résultat - qui pourtant semble correct - n'est donc pas significatif.

Les essais de résistance en cisaillement dont à réalise selon le modèle ci-dessous. Malheureusement, il faut disposer d'une machine spéciale pour obtenir des résultats précis et fiables.

Pour les colles bi-composants, il est rassurant de réaliser et conserver un échantillon identifié de collage à la fin de chaque "godet" de colle.

Peut-on quantifier la fiabilité d’un collage ?

La prédiction de la durée de vie d’un collage n’est pas possible en toute rigueur scientifique, car les processus physico-chimiques impliqués dans l’évolution d’une rupture dans un joint de colle sont complexes et difficiles à modéliser.

Mais le concepteur d’un aéronef veille toujours à ce que les surfaces de collage (ainsi que les sections des matériaux) soient largement dimensionnées, surabondants dirait Henri Mignet : on vérifie par le calcul que, dans un longeron d'aile par exemple aux charges extrêmes, les joints de colle travaillent très en deçà de leur limite de cisaillement.

Et l’expérience pratique montre que certains avions "bois et toile" volent depuis plusieurs décennies sans souci …

La fiabilité d’un collage n’est donc pas un problème, si celui-ci est correctement réalisé.

Des avions "bois et toile" volent
depuis des décennies sans souci…

Quelques liens intéressants au sujet du collage :

http://es.ra.free.fr/collage.html (article de Michel Barquins, directeur de recherche au CNRS)
http://cnsl.naoonet.free.fr/construction_amateur/materiaux/epoxy.htm (utilisation de l'époxy en construction navale)
http://air.souris.set.free.fr/conscolles.htm

Auteur, textes, schémas : Bruno CORBEAU (b.corbeau@infonie.fr)
Mise en ligne : JPL

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