Des vis qui auraient pu provoquer le crash du submersible Titan

Les vis qui fixent l'écran à la coque du Titan pourraient provoquer un affaiblissement progressif de la coque en fibre de carbone et son écrasement sous la mer lorsqu'elle atteint un seuil, affirment les experts.

La tragédie du sous-marin Titan qui s'est écrasé au fond de l'océan Atlantique le 23 juin a attiré l'attention des médias et des experts. Outre les commentaires sur les erreurs de conception, les erreurs structurelles ou la plongée trop profonde du vaisseau Titan, l'hypothèse d'une défaillance due aux matériaux (Materials Failure) a également été évoquée par les experts.

De nombreuses sources d'information montrent que le constructeur OceanGate a arbitrairement converti le navire Titan d'une utilisation scientifique à distance à une utilisation touristique humaine. Les images de la construction du navire publiées par OceanGate montrent deux écrans d'affichage boulonnés directement sur la coque, qui est recouverte de fibre de carbone à l'extérieur, comme l'a annoncé le PDG Stockton Rush.

Les deux écrans sont boulonnés à la coque et assemblés à la main (ci-dessus) dans le Titan, comme indiqué dans la vidéo de présentation du submersible Titan. Photo : OceanGate

C'est un tabou car la fibre de carbone est 5 fois plus résistante que l'acier mais très cassante, souvent mélangée à de la colle résine pour coller à la surface du matériau à recouvrir. Ce processus de laminage est créé en superposant des couches, de manière similaire au collage de couches de papier avec de la colle.

La structure en fibre de carbone ne sera donc pas une feuille monolithique pure, mais un composite de fibre de carbone avec de la résine. OceanGate a utilisé le nom « composite en fibre de carbone » pour le matériau dans un brevet accordé en 2021.

Comme il s’agit d’un composite, il y aura de nombreux espaces microscopiques dans cette structure en fibre de carbone que la résine ne pourra pas combler. OceanGate a déclaré que le taux de vacance était inférieur à 1%, mais le chiffre n'a pas été spécifiquement précisé. La différence entre un taux de vide de 0,99 % et 0,0000000000001 % peut grandement affecter l'ensemble de la structure ainsi que le taux d'effritement du matériau.

La méthode de perçage et de boulonnage de l'écran à la coque créera de petites fissures dans la surface composite intérieure. Après de nombreuses plongées pour visiter l'épave du Titanic à une profondeur de 3 800 m, la coque du Titan a été soumise à une forte pression en permanence pendant une longue période, provoquant la propagation des fissures aussi rapidement que du verre brisé.

Ce phénomène peut être comparé à l’image d’un glacier avec un trou à sa surface. La fissure est initialement petite, mais progressivement, après chaque martelage suffisamment long et avec suffisamment de force, elle provoquera l'ouverture d'un bloc de plusieurs centaines de mètres, conduisant à la fissuration d'un gros bloc de glace.

La fibre de carbone est connue pour sa résistance, mais ce n'est pas la résistance à la compression qui est essentielle pour résister à la pression au fond de l'océan, mais la résistance à la traction qui empêche le cadre de s'étirer et de se casser.

La fibre de carbone composite se fissure plus lentement que la fibre de carbone pure, ce qui fait que le processus de fissuration se produit progressivement, les fissures structurelles sont trop petites pour être détectées de l'extérieur. Le taux de fracture au sein d'une même couche de fibre de carbone augmentera d'une couche à l'autre, de sorte que la fissure s'agrandira jusqu'à rendre la structure la plus interne extrêmement faible.

Lorsque toutes les conditions sont réunies, une simple collision, une poussée glissante avec n'importe quel objet au fond de l'océan, suffit à provoquer un terrible effondrement du submersible Titan, emportant la vie de 5 personnes à bord.

Dans ce cas, la structure composite en fibre de carbone s'effondrera soudainement, même s'il n'y avait aucune anomalie les fois précédentes. Cela explique pourquoi les voyages précédents du Titan étaient normaux, mais son dernier voyage, le 18 juin, a été celui où le navire a atteint son point de rupture.

Même s'il existe un certain espace entre la coque en titane et la coque extérieure en composite de fibre de carbone afin que les trous de vis ne provoquent pas de fissures, le perçage dans la coque en titane du navire crée également une opportunité pour que la rouille se produise plus rapidement sur le métal.

Le titane est moins sensible à la rouille que le fer et le cuivre, mais la couleur de la coque n'est pas du titane pur, mais plutôt un alliage de titane comme le fait la publicité d'OceanGate, ou un matériau en acier dur similaire à celui utilisé par la marine américaine pour les sous-marins.

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

OceanGate pourrait utiliser un alliage pour fabriquer la coque au lieu du titane pur afin de réduire les coûts de fabrication, mais aussi de la rendre plus sensible à la rouille. Dans ce cas, l'emplacement de la vis sera toujours le premier endroit à rouiller, ce qui entraînera un risque de propagation et de fragilisation de la structure environnante.

L'OceanGate a probablement dû ajouter davantage de vis à sa coque, car il était en cours de conversion pour transporter des touristes et devait installer davantage d'équipements d'observation. De plus, du côté de la porte, il y a des soudures de cadre assez rugueuses, sans revêtement antirouille ou anti-usure supplémentaire, similaires à la conception du montage de la fenêtre sur le balcon de la maison.

Dans la technologie des matériaux, la face inférieure de la soudure est la plus sensible à la rouille et à la détérioration structurelle en raison du contact d'au moins deux matériaux différents.

Le risque avec cette méthode est plus élevé que celui de la méthode de la vis. Les soudures peuvent avoir des liaisons métalliques qui entraînent une propagation rapide de la rouille en raison de la corrosion électrochimique lorsqu'elles sont exposées à une humidité élevée. Pour réduire le risque, les fabricants peuvent recouvrir ces soudures d'un mince film anti-abrasion et anti-corrosion pour protéger le matériau et la structure dans des conditions d'exposition environnementales, mais rien ne prouve qu'OceanGate ait mis en œuvre cette mesure de sécurité.

La conception du submersible Titan issue du brevet original d'OceanGate montre que le navire est basé sur le submersible en haute mer Alvin DSV de première génération qui est toujours utilisé aujourd'hui. Au lieu d'utiliser la forme sphérique traditionnelle pour optimiser la capacité à résister à la pression de toutes les directions, M. Rush a converti le submersible Titan en une forme de tube pour transporter plus de passagers.

Les deux côtés du pot sont en titane, tandis que le cadre cylindrique au milieu est enveloppé de nombreuses couches de fibre de carbone d'environ 13 cm d'épaisseur. Dans cette conception, le bloc-cylindres central devient la principale zone porteuse, tandis que c'est dans cette zone que des mesures de boulonnage et de soudage ont été effectuées.

La conception du submersible OceanGate comprend deux bocaux et anneaux, renforcés pour le point de connexion, en titane. Graphismes : Oceanliner Designs

Le revêtement en carbone de 13 cm d'épaisseur peut aider le navire à augmenter sa résistance à la pression externe, mais il augmente également par inadvertance sa fragilité et rend plus difficile l'observation de très petites fissures à l'intérieur de la structure de la couche.

Les joints entre le corps du tube et la tête et la queue en titane ne sont pas imprimés en 3D à partir d'un seul lot, mais sont soudés ensemble à l'aide d'un mécanisme d'étanchéité, créant ainsi le risque d'affaiblir le cadre mécanique. La structure globale serait très faible en raison de l'utilisation de divers matériaux assemblés à partir de fibre de carbone, de titane et de verre acrylique. Chaque matériau a une résistance, une dilatation et une fragilité différentes dans le même environnement.

C’est également la raison pour laquelle la technologie d’impression 3D est privilégiée pour la fabrication des corps des engins spatiaux, même si elle est bien plus coûteuse que la méthode 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 la conception, sans aucune soudure ni vissage, ce qui contribue à réduire les risques pour la structure globale.

Dans son brevet, OceanGate mentionne avoir testé le submersible Titan en toute sécurité à des pressions de 5 000 à 6 000 psi (400 fois supérieures à la pression atmosphérique). Cette pression d’essai équivaut à la pression à laquelle le navire est confronté à une profondeur de 4 000 mètres.

Mais pour le processus d’évaluation de la sécurité, il s’agit d’une erreur extrêmement grave. Le fabricant est tenu de s’assurer que le produit peut résister à des conditions bien plus difficiles que celles attendues dans le cadre d’une utilisation normale. OceanGate aurait dû s'assurer que le Titan pouvait résister à au moins 8 000 à 10 000 psi de pression avant de l'autoriser à fonctionner régulièrement à 6 000 psi, au lieu de lui permettre de transporter des touristes au niveau maximum selon les résultats des tests.

Les tactiques marketing d'OceanGate pour le Titan et ses forfaits de croisière d'expédition ont également soulevé des questions quant à savoir si les inspections de sécurité ont été effectuées conformément aux normes internationales.

Les débris du submersible Titan ont été amenés au port de Saint John, au Canada, le 28 juin. Photo : AP

OceanGate a affirmé que son produit submersible était si nouveau qu'il dépassait les normes de sécurité conventionnelles et ne pouvait être inspecté par aucune agence. D'autre part, OceanGate utilise le concept non prouvé d'« alliage de titane - fibre de carbone » dans le brevet, au lieu de définir clairement le matériau comme « alliage de titane » plutôt que comme composite de titane pur et de fibre de carbone plutôt que de fibre de carbone pure.

En fait, les fabricants peuvent utiliser de nouveaux matériaux plus résistants, plus durables et plus durs, mais ils doivent toujours garantir des normes de sécurité supérieures au minimum. Le fait de bricoler et d’établir ses propres normes de sécurité comporte toujours le risque de provoquer des accidents.

L'article représente les points de vue de l'auteur Dang Nhat Minh, actuellement doctorant au Centre de recherche australien pour l'ingénierie de surface avancée des matériaux (ARC SEAM), 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