Ces vis pourraient provoquer l'écrasement du submersible Titan.

Selon les experts, les vis qui fixent les écrans à la coque du Titan pourraient progressivement fragiliser la coque en fibre de carbone, ce qui entraînerait son écrasement en mer lorsqu'elle atteindrait une certaine limite.

Le tragique accident du 23 juin, lorsque le submersible Titan s'est écrasé au fond de l'océan Atlantique, a suscité de vifs débats parmi les médias et les experts. Outre les spéculations concernant des défauts de conception, des problèmes structurels ou le dépassement de la profondeur maximale d'exploration du Titan, l'hypothèse d'une rupture des matériaux a également été avancée par certains experts.

De nombreux rapports indiquent que le constructeur OceanGate a unilatéralement modifié le vaisseau spatial Titan, initialement destiné à la reconnaissance scientifique, pour l'utiliser dans le cadre du tourisme de passagers. Des images du processus de construction navale, publiées par OceanGate, montrent que l'entreprise a boulonné deux écrans directement sur la coque, qui était à l'origine recouverte de fibre de carbone, comme l'avait annoncé son PDG, Stockton Rush.

Deux écrans sont boulonnés à la coque, et les connexions réalisées à la main (ci-dessus) du submersible Titan sont présentées dans la vidéo promotionnelle du Titan. Photo : OceanGate

C'est une grave erreur car la fibre de carbone, bien que cinq fois plus résistante que l'acier, est très cassante et est souvent mélangée à de la colle à base de résine pour la fixer à la surface du matériau à revêtir. Ce procédé de collage consiste à superposer les matériaux, un peu comme on colle des feuilles de papier avec un adhésif pré-appliqué.

La structure en fibre de carbone ne se présentera donc pas sous la forme d'une feuille monolithique pure, mais plutôt d'un composite de fibre de carbone et de résine. OceanGate a utilisé l'appellation « composite de fibre de carbone » pour ce matériau dans un brevet déposé en 2021.

Du fait de sa composition, cette structure en fibre de carbone présente de nombreux vides microscopiques que la résine ne peut combler. OceanGate affirme que le taux de vide est inférieur à 1 %, mais cette valeur n'est pas précisément définie. La différence entre un taux de vide de 0,99 % et de 0,0000000000001 % peut avoir un impact considérable sur l'ensemble de la structure ainsi que sur la résistance à la rupture du matériau.

La méthode de perçage et de vissage des écrans sur la coque crée de petites fissures sur la surface intérieure composite. Après de nombreuses plongées pour explorer l'épave du Titanic à 3 800 mètres de profondeur, la coque du Titan a été constamment soumise à une pression immense pendant de longues périodes, ce qui a provoqué la propagation des fissures aussi rapidement que du verre qui se brise.

Ce phénomène peut être comparé à un glacier percé d'un trou à sa surface ; la fissure est initialement petite, mais progressivement, à chaque coup de marteau suffisamment long et puissant, elle ouvrira une section de plusieurs centaines de mètres de large, entraînant la fissuration de toute la masse de glace massive.

La fibre de carbone est connue pour sa résistance, mais pas sa résistance à la compression, pourtant essentielle pour supporter les pressions du fond marin, mais plutôt sa résistance à la traction, afin d'empêcher la structure de se rompre sous la contrainte.

Les composites en fibres de carbone se fracturent plus lentement que les fibres de carbone pures, ce qui entraîne une fissuration progressive et des fissures structurelles si petites qu'elles sont indétectables de l'extérieur. La vitesse de fracture au sein d'une même couche de fibres de carbone augmente d'une couche à l'autre, si bien que les fissures s'élargissent progressivement jusqu'à ce que la structure interne devienne extrêmement fragile.

Lorsque les conditions étaient réunies, même une légère collision, un simple contact avec un objet quelconque au fond de l'océan, suffisait à provoquer l'effondrement catastrophique du submersible Titan, entraînant la mort des 5 personnes à bord.

Dans ce cas, la structure composite en fibre de carbone se serait soudainement effondrée, malgré l'absence d'incidents inhabituels lors des voyages précédents. Ceci explique pourquoi les voyages précédents du Titan s'étaient déroulés normalement, tandis que son dernier voyage, le 18 juin, a marqué la rupture du navire.

Même s'il existe un certain espace entre la coque intérieure en titane et la coque extérieure en composite de fibre de carbone, empêchant ainsi les trous de vis de se fissurer, le perçage de la coque en titane crée tout de même une opportunité pour la corrosion du métal de se produire plus rapidement.

Le titane est plus résistant à la rouille que le fer et le cuivre, mais la couleur de la coque n'est pas celle du titane pur ; elle ressemble davantage à celle d'un alliage de titane, comme l'annonce OceanGate, ou à celle d'un acier trempé similaire utilisé par la marine américaine pour ses sous-marins.

Le processus d'enroulement de la fibre de carbone autour de la coque du vaisseau spatial Titan. Source : OceanGate

OceanGate pourrait utiliser un alliage pour la fabrication de l'intérieur du navire au lieu du titane pur afin de réduire les coûts de production, mais cela le rendrait également plus vulnérable à la corrosion. Dans ce cas, les points de fixation des boulons seraient systématiquement les premiers à se corroder, ce qui risquerait de propager la corrosion et d'affaiblir la structure environnante.

L'OceanGate a probablement encore besoin de nombreuses vis pour fixer sa coque, car il est en cours de modification pour accueillir des touristes et nécessite l'installation de divers dispositifs d'observation. De plus, les soudures des cadres de porte sont assez grossières et ne comportent aucun revêtement anticorrosion ou anti-usure, contrairement à ce qui se fait pour les fenêtres de balcon dans les habitations.

En science des matériaux, la face inférieure d'une soudure est la plus susceptible à la corrosion et à l'affaiblissement structurel en raison du contact d'au moins deux matériaux différents.

Les risques associés à cette méthode sont encore plus élevés qu'avec les assemblages boulonnés. Les soudures peuvent créer des liaisons métalliques, entraînant une propagation rapide de la rouille par corrosion électrochimique en milieu humide. Pour atténuer ce risque, les fabricants peuvent appliquer un revêtement mince, résistant à l'usure et à la corrosion, sur ces soudures afin de protéger le matériau et la structure des agressions environnementales. Cependant, rien ne prouve qu'OceanGate ait mis en œuvre cette mesure de sécurité.

Le brevet original d'OceanGate révèle que le submersible Titan a été conçu sur la base du submersible de haute mer Alvin DSV de première génération, toujours en service aujourd'hui. Au lieu d'opter pour la forme sphérique traditionnelle, qui optimise la résistance à la pression dans toutes les directions, Rush a modifié le Titan en lui donnant une forme tubulaire afin d'accueillir davantage de passagers.

Les deux extrémités du bocal sont en titane, tandis que le cadre cylindrique central est recouvert de plusieurs couches de fibre de carbone d'environ 13 cm d'épaisseur. Ce cylindre central, tel que conçu, constitue l'élément porteur principal, et c'est précisément cette zone qui a été modifiée par boulonnage et soudage.

La conception submersible d'OceanGate comprend un dôme et un anneau à double extrémité, renforçant le point de connexion, le tout en titane. Illustration : Oceanliner Designs

Le revêtement en carbone de 13 cm d'épaisseur peut aider le navire à résister à la pression extérieure, mais il augmente aussi involontairement sa fragilité et rend plus difficile l'observation de très petites fissures dans la structure en couches.

Les joints entre le corps principal du tube et les extrémités en titane ne sont pas imprimés en 3D en une seule pièce, mais assemblés par un procédé de soudage étanche, ce qui risque d'affaiblir la structure mécanique. La structure globale sera très fragile en raison de l'utilisation de plusieurs matériaux différents, tels que la fibre de carbone, le titane et le verre acrylique. Chaque matériau présente une résistance à la traction, des propriétés de dilatation et une fragilité différentes, même dans les mêmes conditions.

C’est aussi pourquoi la technologie d’impression 3D est privilégiée pour la fabrication des coques de vaisseaux spatiaux, même si elle est bien plus coûteuse que les méthodes d’assemblage. Grâce à cette technologie, les fabricants n’ont besoin d’imprimer en 3D qu’une seule fois pour obtenir un produit complet, quelle que soit la complexité de sa conception, sans soudure ni vissage, ce qui réduit les risques pour la structure globale.

Dans son brevet, OceanGate indique avoir testé avec succès le submersible Titan sous une pression de 5 000 à 6 000 psi (400 fois supérieure à la pression atmosphérique). Cette pression d'essai est équivalente à celle que le submersible subirait à une profondeur de 4 000 mètres.

Du point de vue de l'évaluation de la sécurité, il s'agit d'une erreur extrêmement grave. Le fabricant est responsable de s'assurer que le produit peut résister à des conditions bien plus extrêmes que celles d'une utilisation normale. OceanGate aurait dû vérifier que le Titan pouvait supporter une pression d'au moins 8 000 à 10 000 psi avant de l'autoriser à fonctionner régulièrement à 6 000 psi, au lieu de le laisser transporter des touristes à sa capacité maximale, comme l'a conclu le test.

Les tactiques marketing d'OceanGate concernant le vaisseau spatial Titan et son forfait de voyage d'aventure ont également soulevé des doutes quant à la conformité des inspections de sécurité aux normes internationales.

Des débris du submersible Titan ont été ramenés à terre dans le port de Saint John, au Canada, le 28 juin. Photo : AP

OceanGate affirmait que son produit submersible était si novateur qu'il dépassait les normes de sécurité conventionnelles et échappait à tout contrôle réglementaire. De plus, OceanGate a utilisé le concept non éprouvé d'« alliage titane-fibre de carbone » dans son brevet, au lieu de préciser clairement qu'il s'agissait d'un « alliage de titane » et non de titane pur, et d'un composite de fibres de carbone et non de fibres de carbone pures.

En réalité, les fabricants peuvent utiliser des matériaux plus récents, plus résistants, plus durables et plus durs, mais ils doivent toujours veiller à ce que les normes de sécurité soient supérieures aux exigences minimales. L'auto-modification et la définition de leurs propres normes de sécurité comportent toujours un risque d'accident.

Cet article reflète les opinions de l'auteur, Dang Nhat Minh, actuellement doctorant au Centre for Advanced Materials Surface Design (ARC SEAM) du Conseil australien de la recherche, basé à l'Université de technologie de Swinburne à Melbourne.

Dang Nhat Minh

Lien source: https://vnexpress.net/nhung-con-vit-co-the-khien-tau-lan-titan-gap-nan-4627263.html