Visite de Holland Composites : l'usine avancée de Lelystad

Catamarans à foils, façades de bâtiments et plus encore. Située à moins d'une heure de route d'Amsterdam, Holland Composites mène une grande variété de projets hautement techniques dans son installation de 4 500 m². Source, toutes images : Holland Composites

Dans un bâtiment de 4 500 m², à moins d'une heure d'Amsterdam, Holland Composites (Lelystad, Pays-Bas) se concentre sur quatre marchés : marine/offshore, architecture, énergies renouvelables et projets spéciaux. L'entreprise utilise un mélange de préimprégnés carbone (CFRP) et nid d'abeille Nomex pour les pièces hautement sollicitées, et l'infusion de résine et fibre de verre pour le bâtiment et les projets à marge plus faible. « Nous parvenons encore à obtenir de hautes performances même avec ces constructions plus économiques, et nous maintenons des coûts fixes bas pour les pièces utilisant des matériaux avancés », explique Sven Erik Janssen, co-directeur associé aux côtés du fondateur Pieterjan Dwarshuis. « C'est unique. »

L'entreprise exploite également la marque DNA Performance Sailing, produisant des multicoques à foils, dont le catamaran F1X de 5,5 m, le trimaran TF10 de 11 m et le catamaran F4 de 14 m. Le catamaran G4 de 12 m n'est plus en production, « mais il démontre nos capacités pour la construction de yachts composites avancés et haute performance », note Janssen. « Ce bateau est un foileur de course à double usage et un croiseur familial avec couchettes, cuisine et salle de bain, atteignant pourtant plus de 35 nœuds. La capacité de foiler avec plus de 4 000 kg et seulement six personnes d'équipage — il n'y a toujours pas de concurrence dans ce domaine en-dehors des yachts de la Coupe de l'America à plusieurs millions de dollars. »

Du maritime au transport routier et aérien

Avant la visite, Janssen retrace l'histoire de l'entreprise et des structures composites qu'elle produit. Holland Composites a été fondée en 1992 par Janssen et Dwarshuis, alors étudiants à l'Université technique de Delft (TU Delft, Pays-Bas). Ils ont construit des mâts en fibre de carbone pour catamarans Hobie, un tender de yacht de 18 m en CFRP et nid d'abeille Nomex en 1993, et un voilier de 100 pieds par infusion de résine en 1994. « À cette époque, tout ce que nous construisions était en fibre de carbone, préimprégné ou infusion », se souvient Janssen. Cependant, l'activité étant soumise aux aléas typiques du marché maritime et aux projets uniques, « nous avons cherché à diversifier, mais en restant dans les composites avancés plutôt que le PRF [composites verre/polyester moins avancés, plus commodités]. »

L'entreprise a exploré des solutions légères pour le transport routier, produisant 35 semi-remorques avec châssis monocoque en composite verre/carbone, réduisant le poids de 3 500 kg. « Les camions transportaient des charges denses, comme des pommes de terre, et atteignaient leur poids maximal avant de remplir leur volume », explique Janssen. Holland Composites a aussi fabriqué des remorques frigorifiques, « mais nous étions un peu trop précoces ; le marché n'était pas prêt — les entreprises ne savaient pas encore calculer les gains annuels du transport de plus de fret et les économies de maintenance des remorques composites versus leur coût initial plus élevé. »

À la même époque, VRR (Rotterdam, Pays-Bas), fournisseur de solutions de fret aérien sur mesure, a approché l'entreprise. « Ils travaillaient pour Airbus, Boeing et les compagnies aériennes », rappelle Janssen. « Nous avons développé un conteneur plume à monocoque en composite carbone/aramide, qui reste inégalé en légèreté aujourd'hui », dit-il. Bien que Holland Composites en ait produit quelques milliers, le marché s'est rapidement saturé de produits PRF à bas coût.

Structures polymérisées OOA. De grandes structures en carbone pour la marque DNA Performance Sailing de multicoques à foils sont polymérisées dans des fours flexibles (à droite) composés de panneaux isolants avec chauffage et circulation d'air pilotés par ordinateur depuis une unité extérieure (encart).

Le maritime reste une force centrale

En 1999, la Marine néerlandaise a sollicité Holland Composites pour produire des dômes sonar en composite verre massif pour sous-marins. « Traditionnellement construits en deux demi-coques collées », dit Janssen, « la jonction perturbait le champ de « vision ». On nous a demandé de les construire en une pièce. Ces dômes sont grands — 11,5 x 3 x 3 m et 45 à 110 mm d'épaisseur — et difficiles à infuser, nécessitant 5 000 kg de résine hybride vinyle ester/époxy fournie par Romar-Voss Composites (Roggel, Pays-Bas). La structure finie pèse 6 500 kg. Elles doivent être rigides et résister aux charges d'impact car situées à l'avant de la coque. « Nous devons aussi égaler la densité et la transparence sonar de l'eau », ajoute Janssen. « Nous le faisons pour des navires de type destructeur pour plusieurs marines dans le monde. »

À l'autre extrême du spectre de poids, les multicoques à foils DNA Performance. « Nos petits bateaux étaient les premiers catamarans à foils en compétition », dit Janssen. Holland Composites produit aussi les hydrofoils composites pour des yachts de course record comme MOD70 Team ARGO et Beau Geste. « Nous avons une technique interne pour créer des pièces très sollicitées sans rupture, et une méthode de production en un coup unique pour ces foils de très haute performance », ajoute-t-il. « Nous travaillons avec les meilleurs marins du monde pour atteindre le niveau supérieur de performance au foiling et produisons tous les foils pour les bateaux de classe olympique NACMA17. »

Le roof composite léger que Holland Composites produit pour les navires de service éolien Windcat Workboats (voir « Roofs composites allègent le poids ») utilise une construction sandwich mousse CFRP infusée pour la rigidité, permettant une grande portée ouverte sans piliers intérieurs. « Le roof monocoque est assez léger pour être mis sur de bons amortisseurs afin de l'isoler des vibrations moteur et vagues de la coque », dit Janssen. « Windcat est connu pour son confort de navigation très silencieux, et les bateaux sont appréciés des grands OEM d'éoliennes. Tous ces parcs éoliens doivent être entretenus, créant un nouveau marché pour des catamarans rapides de 50 à 60 pieds. »

Holland Composites a fourni la façade structurelle composite du bâtiment Life Sciences de l'Université de Groningen, utilisant leur système de panneaux translucides RAFICLAD et de grands formats (3,6 x 3,3 m), réalisant économies de poids et isolation thermique maximale.

Soixante-quinze sections composites de 40 x 60 m ont été expédiées en Israël, stratifiées ensemble et mises en place pour créer les sections de toit en forme d'ailes du Centre Yitzak Rabin à Tel Aviv.

« Tout ce que nous faisons est structurel »

Pour le Centre Yitzak Rabin (Tel Aviv, Israël), l'entreprise a dû construire des structures de toit en aile trop lourdes en béton. « À nouveau, nous avons fait les plus grandes sections possibles », dit Janssen. Soixante-quinze sections de 40 x 60 m ont été infusées en fibre de verre et résine vinyle ester époxy, puis expédiées en Israël. Sur site, elles ont été posées à l'envers dans des gabarits pour être stratifiées ensemble en « toits ailes » avec une portée max de 31 m. Janssen note que le projet était très exigeant structurellement. « Ces panneaux font 200 à 300 mm d'épaisseur et maintiennent la façade vitrée, y compris un porte-à-faux de 11 m. Le composite résiste à toutes les forces, permettant de tels portées libres. »

La tour de l'hôtel Fletcher est un autre tel projet, achevé en 2012-2013. Ce devait être un centre commercial près d'une autoroute, mais la conversion en hôtel haut de gamme a exigé une atténuation acoustique substantielle. « Le squelette béton ne supportait pas beaucoup de charge supplémentaire, on nous a demandé une solution légère », dit Janssen. Holland Composites a conçu des panneaux composites de 8,5 x 3 m sur lesquels la façade vitrée pouvait être fixée. « Le verre pend littéralement sur nos panneaux, ce qui aide à gérer la charge », souligne-t-il. « Nous avons ensuite fixé nos panneaux au squelette béton. Cette combinaison verre devant panneaux sandwich composite avec espace d'air crée une barrière acoustique énorme. » Chaque panneau était prêt à peindre côté intérieur et fini avec revêtements UV côté extérieur vitré.

« C'était aussi un moyen très rapide de poser un bardage sur un bâtiment arrondi », dit Janssen. « Nous avons monté la façade complète en une étape et obtenu une valeur R d'isolation de 8, soit le double des matériaux d'extérieur normaux. » Poursuivant cette idée, Janssen estime que la neutralité énergétique est cruciale pour la construction future. « Peu d'énergie est nécessaire pour chauffer les bâtiments utilisant notre bardage composite structurel, donc notre approche est très efficace pour atteindre un bilan carbone neutre. BREEAM est la certification néerlandaise d'efficacité énergétique, et les deux premiers bâtiments l'ayant obtenue utilisent nos composites. »

Pour l'hôtel Fletcher, Holland Composites a réalisé une façade esthétique et réductrice de bruit en fixant des panneaux composites courbes au squelette béton, sur lesquels la façade vitrée pouvait être attachée sans ajouter de charge morte excessive.

Janssen cite le Stedelijk Museum d'art contemporain au centre d'Amsterdam comme le summum des projets de bâtiment technique de Holland Composites (voir « Grand musée, grandes structures »). « C'était un exercice extrême de gestion de la dilatation thermique et illustre ce que nous faisons. » Holland Composites a aussi été pionnière des façades structurelles antisismiques, désormais requises dans certaines parties des Pays-Bas, explique Janssen, car le sol a été déstabilisé par la fracturation hydraulique. Le bâtiment Wiebenga à Groningue possède une façade antisismique pouvant bouger de 30 cm sans rupture. « L'acier et le béton classiques ne peuvent pas gérer ce type de mouvement », ajoute-t-il.

Si l'équilibre entre exigences multiples, coût et planning est un défi, Janssen note que le plus grand problème actuel est la résistance au feu. « De mauvaises mises en œuvre des composites ont donné une mauvaise réputation à l'industrie sur ce point », explique-t-il. « Nous n'utilisons désormais que des matériaux résistants au feu sur ces projets de bâtiment et effectuons des tests incendie complets selon réglementations approuvées. »

Holland Composites construit des pales pour générateurs de turbines marémotrices en préimprégné carbone, polymérisées en autoclave, pour supporter les charges énormes sur ces structures à basse vitesse et couple élevé.

Offshore et énergies renouvelables

Holland Composites a aussi des contrats long terme dans l'offshore pétrolier et gazier. « Les composites offrent non seulement légèreté et résistance à la corrosion, mais aussi facilité de réparation », dit Janssen. « Les plateformes et navires offshore n'ont pas le droit à l'arrêt. Or, la réparation de structures métalliques nécessite soudure et étincelles, donc arrêt de production pour risque incendie. Nous pouvons réparer les composites sans cette perturbation. » De nouveaux clients demandent de tels produits pour diverses constructions offshore.

L'entreprise a aussi fabriqué des pales pour turbines marémotrices. L'exploitation de l'énergie marémotrice est encore nouvelle, dit Janssen, mais les premiers projets sont achevés avec des résultats impressionnants. « Les turbines marémotrices offrent une source d'énergie fiable », explique-t-il. « Les marées sont toujours là, comparé à l'éolien et solaire, donc on peut prédire fiablement la production, clé pour les compagnies d'électricité. » Holland Composites utilise du préimprégné carbone polymérisé en autoclave pour ces pales car les charges sont énormes. « Les pales tournent à basse vitesse mais couple élevé », dit Janssen. « On veut la traduction maximale de la vitesse du rotor en puissance, donc les fabricants ont besoin de structures fortes mais efficaces, formées pour extraire un maximum d'énergie des mouvements de marée. »

Chaque turbine a deux pales de 3 m de long, 18 mm d'épaisseur. Cinq turbines par générateur. « La charge sur ces pales équivaut à un remorqueur de 13 600 ch à pleine puissance », dit Janssen, « mais le client a aussi besoin de pales rigides, légères, peu maintenance, avec bonne résistance à la fatigue pour la durabilité. L'acier aurait été trop lourd, rendant les générateurs moins efficaces. » Holland Composites ne fait que les pales ; carénages, cône de nez et bardage non structurel sont faits par des fabricants PRF.

Une usine tournée vers l'avenir

La visite commence dans la zone de stratification, avec une grande table, pièces pour voiliers DNA Performance et divers foils CFRP prêts pour installation. Le plafond est bas à cause d'une mezzanine de stockage matériaux. Cela s'ouvre sur un atelier haut de plafond, avec une machine de découpe automatisée Zünd (Altstätten, Suisse) juste après la zone de stratification. Le cutter a une plage de 5,7 x 2,8 x 0,3 m pour traiter préimprégnés, fibres sèches et mousses jusqu'à 25 mm d'épaisseur.

La découpeuse Zünd au premier plan alimente en renforts et mousses découpés la zone de stratification visible au fond à droite, avec la mezzanine stockage au-dessus. La zone outillage fermée se trouve derrière la porte à enroulement jaune, visible ici derrière le centre d'usinage CMS, à côté de la table de découpe Zünd.

En se retournant depuis le cutter Zünd, on accède à une salle d'outillage vitrée jouxtant la zone de stratification. En entrant par la porte à enroulement jaune, on voit plusieurs outillages en cours et pièces polymérisées sous vide. « Nous faisons nos propres moules », dit Janssen. « Pour pièces CFRP, nous utilisons CFRP ou aluminium pour l'outillage, ainsi que trous de ventilation pour circulation d'air dans les moules, assurant une polymérisation uniforme. »

Le centre d'usinage 5 axes CMS (5 x 2 x 1,8 m) (CMS SpA, Zogno, Italie) et l'autoclave de 6,5 x 2,2 m (Tankbouw Rootselaar, Nijkerk, Pays-Bas) sont visibles. « Nous polymérisons typiquement à 125 °C sous 6 bar », note Janssen.

L'autoclave est aussi visible ci-dessous avec un outillage CFRP (trous de ventilation) et un grand foil CFRP polymérisé sous vide pour un multicoque performance.

Le mur le long de l'autoclave coupe la zone de production en deux sur la longueur du bâtiment, le long de la salle d'outillage. On passe une porte vers la seconde moitié, contenant une machine de découpe au jet d'eau (plage 8 x 2 x 0,5 m), plusieurs fours jusqu'à 15 x 10 x 3,5 m, et la cabine de peinture de 19 x 12 x 3,5 m. « Actuellement, nous produisons de grands panneaux pour un projet au Qatar et une série de roofs CFRP pour les bateaux Windcat », dit Janssen.

Les roofs CFRP que Holland Composites produit pour les catamarans Windcat Workboats sont peints dans la cabine de 19 x 12 x 3,5 m.

La dernière installation est une imprimante 3D Massivit 1800 Pro (Lod, Israël) avec volume de construction 145 x 111 x 180 cm. « Nous sommes partenaires pour innover dans l'impression 3D de moules avec trois têtes d'impression, deux imprimant les peaux d'un sandwich et la centrale la structure alvéolaire ou treillis entre les deux », explique Janssen. « Nous utiliserons des matériaux renforcés fibres dans de futurs développements, mais pour l'instant, nous imprimons des outillages précis avec un usinage minimal nécessaire. Nous utilisons beaucoup moins de matière et voyons des temps de production de moules très rapides. Nous avons maintenant une chaîne de processus complète, de la conception aux moules aux pièces peintes en peu de temps. »

Il note que l'entreprise explore encore comment augmenter l'automatisation pour faire avancer ses produits, sans augmenter les coûts. « Tout tient à l'ingéniosité. Nous sommes attirés par des problèmes hautement complexes que peu osent aborder, mais comme constructeurs de bateaux, nous avons toujours dû être très créatifs avec des ressources limitées. Pour ce que nous faisons en composites, nous voyons de nombreuses opportunités futures. »