Le secret de la longueur de flottaison variable 1° PARTIE!!

jeudi 24 août 2017

Stabilité légendaire d'une coque "ailes de mouette"

"Un bateau ça ressemble à un bateau", me disait un ami vivant en bord de mer et qui ne se sentait  pas plus près de la plaisance, que les épines du symbole de la rose. Et pourtant chaque bateau a sa personnalité, même si on peut les regrouper par grandes familles. D’abord les deux grandes, celles des voiliers et celle des bateaux à moteurs, pour la grande majorité des terriens la catégorisation des navires s’arrête là, pourtant les autres différenciations entrecroisent si allègrement ces deux grandes familles que pour les marins avertis, ce ne reste plus guère qu’un détail de propulsion.

Les vrais grandes familles sont à rechercher dans la forme des coques, l’expression exacte parle de carènes.

Pour déterminer grossièrement les caractéristiques d’une carène il faut vérifier de quelle manière  flotte et surtout comment avance le bateau

Si l’histoire a d’abord fabriqué des bateaux dont la seule contrainte était de flotter malgré le surpoids des marchandises et des passagers qu’ils étaient susceptibles de transporter, très vite on s’est  intéressé à leur confort avant de se focaliser sur la durée des trajets en demandant à ces bateaux de devenir des coursiers des mers de plus en plus rapides et manœuvrant. C’est ainsi que les navires ont vu évoluer leur carène, sans, d’ailleurs de les nouveautés effacent totalement les précédentes, chacune ayant ses avantages et ses inconvénients. Nous justifions par-là la décision, pour Voiles-Aventures et AVE (http://ave.navy/fr/) de demander aux utilisateurs d’écrire leur cahier des charges, mais nous reviendront plus tard sur les choix qui ont été fait et les solutions apportées?

Les premiers bateaux ont évolué d’une caisse flottante remplissant la fonction de conteneur pour devenir des navires à déplacement.

 

La carène à déplacement

La carène à déplacement répond au principe d'Archimède pour flotter et pousse l'eau pour avancer ou plus exactement elle l’écarte. Son enfoncement dans la masse liquide lui fait traverser la houle plutôt que de la voir se conformer à la surface de la mer en frappant la deuxième vague à grand fracas après avoir escaladé la première. Ce confort (passage doux à la mer, relativement peu de projections etc), se paye par une vitesse réduite à la vitesse de carène soit : Vitesse limite (en noeuds) : Longueur à la flotaison (en m.) x K  (K est un coefficient empirique qui dépend de votre type de coque. K varie de 2,3 à 2,7).

Vl=Lf x k. Cette formule est valable pour des unités de petite taille, de 3 à 9 m environ

Cette vitesse indépassable est la résultante d’une situation ignorée de la grande majorité de la profession d’architecte naval mais bien connue en aérodynamique automobile que les voitures de courses ont maitrisée : la dépression dynamique.  Cette dépression est la conséquence de l’avancement dans un fluide. Cet avancement laisse, à l’arrière du mobile, une zone plus ou moins grande en fonction de la vitesse, avec un manque cruel de fluide. Ceci s’appelle une dépression. Cette dépression crée une aspiration qui freine de plus en plus fort le mobile. En automobile de compensation les ingénieurs, grâce à plusieurs artifices tels les ailerons et les extracteurs ont réussi à repousser suffisamment loin cette dépression pour réduire très fortement cette aspiration. AVE, en s’appuyant sur de ces travaux, a réussi le même exploit qui en nautisme a la particularité de créer une longueur de flottaison virtuelle variable avec la vitesse.

Les effets secondaires de ce confort c’est, en négatif, une forte tendance aux roulis, en positif, la force motrice n’a pas besoin d’être démesuré. Au-delà de la vitesse de carène ou les efforts sont dérisoires ce type de coque ne pourra pas passer par la phase cabrée pour enfin planer ce qui demande une motorisation surpuissante.

 

Forme de coques permettant de créer un bateau à déplacement

Les coques en V ou en U profond avec des étraves fines.

 

Avantages:

- Confort par un passage à la mer doux

- Autonomie qui permet une faible puissance motrice pour atteindre la vitesse maximale

Inconvénients :

- Vitesse limitée par la longueur de la carène

- Roulis présent dès le plus petit clapot

 

Qui utilise ces carènes ?

Ces carènes se retrouvent surtout sur des cargos, des bateaux professionnels, de travail ou de pêche, des trawlers et les vedettes de la SNSM. Elles sont aussi utilisées en fluvial où la vitesse n'est pas un argument. En naviguant à des vitesses raisonnables, la consommation l'est également. On retrouve ces carènes sur des bateaux qui cherchent un maximum d'autonomie. C'est le cas des ou des propulsions électriques.

 

Définition d’une coque à déplacement par l’architecte Eric A. Ogden

Répondant au principe d’Archimède, ces carènes ne déjaugent pas et poussent de l’eau pour progresser. Généralement le fond de la coque est légèrement en V et doté d’une quille longue et assez profonde pour une meilleure stabilité de direction. Cependant ces coques se révèlent assez lentes, car limitées par la « vitesse critique » de la carène. Celle-ci correspond à une vitesse théorique maximale que le bateau ne peut pas dépasser, et ceci même si la motorisation est importante. Notez d’ailleurs que plus la longueur à la flottaison est grande, plus la vitesse critique augmente. Ces carènes surtout utilisées sur cargos,  les trawlers offrent de très bonnes qualités marines dans n’importe quelle mer.

 

La carène planante

En totale opposition avec la carène à déplacement, la carène planante est associée à vitesse. Pour atteindre des vitesses importantes la coque doit s’affranchir le plus possibles des freins à l’avancement, la résistance due à la friction sur la surface mouillée et la limite de la vitesse de carène. Le but est avant tout de réduire la surface mouillée et la vague d’étrave. Une solution évidente consisterait à sortir totalement la coque de l’eau pour ne laisser dans le milieu liquide que la partie propulsive. Comment faire ? La dernière trouvaille des ingénieurs est la mise au point de foilds avec sa cohorte de difficultés que doit surmonter le skyper pour se rendre maitre du navire. Avant cette solution extrême la technique a su apprivoiser le « dégeaujage » pour s'affranchir des problèmes hydrodynamiques et naviguer au-dessus de l'eau.

Pour dégeauger la puissance motrice doit être suffisante et la carène, en V au niveau de l’étrave doit être plate sur au minimum le tiers arrière du bateau. Il souffrira grandement de son passage par la phase de cabrage qui met à mal la structure dans son ensemble puis « décollera » de la surface en gagnant de la vitesse. A cet instant la puissance moteur pourra être réduite sans que la vitesse n’en soit affectée. Cette coque plate saute de vague en vague par mer formée en mouillant allègrement les passagers à chaque contact très viril avec la surface de l’eau.

 

Forme de coques permettant de créer un bateau planant

Les coques en V sur le tiers avant avec des étraves fines et coque plate sur le tiers arrière.

 

Avantages :

- Vitesse

- Consommation moindre à grande vitesse car peu de trainée dans l'eau

Inconvénients :

- Confort à la mer

- Besoin d'une grosse motorisation

- Ne supporte pas la charge.

 

Qui utilise ces carènes ?

Essentiellement les petits bateaux de plaisances destinés aux jeux nautiques (sky nautique, courses etc)

 

Définition d’une coque planante par l’amoureux de cette carène, l’architecte Naval Pierre Delion.

"Toutes les carènes planantes sont en V, et par définition elle n'a pas de défaut. Après c'est l'angle du V qui diffère et qui apporte un comportement différent. À la différence de la coque à déplacement, une carène planante est synonyme de vitesse" explique l'achitecte Naval Pierre Delion.

Danger de la planante mal maitrisée

 

 

La carène semi-planante

La carène semi-planante est aussi appelée carène à semi-déplacement. Elle entrecroise les caractéristiques de la carène à déplacement et de la carène planante.  En théorie nous avons là un compromis idéal qui, s’il permet de conserver certains avantage des deux solutions à la malchance dans conserver certains des inconvénients, c’est le propre de tous les compromis qui perdent leur radicalité pour gagner en sagesse.

Comme sur les carènes à déplacement, le fond de la coque est souvent pourvu d’un « quillon » pour la tenue de cap. Avec une carène semi-planante, la vitesse du bateau est supérieure à celle d'une coque à déplacement, pour une puissance, somme toute plus acceptable que sur une planante.

Ce type de carène permet une navigation confortable, une bonne tenue en mer avec une bonne stabilité. Ses performances sont bonnes puisqu'elle a une meilleure efficacité au régime intermédiaire qu'une coque planante. Par contre, la carène semi-planante est particulièrement sensible au poids.

 

Forme de coques permettant de créer un bateau semi-planant

Les coques en V évolutif sur le tiers avant avec des étraves fines terminant par un V ou un U très évasé sur l’arrière.

 

Avantages :

- Performances sans une puissance extrême.

- Confort acceptable.

- Capacité de naviguer en mer déjà formée.

Inconvénients :

- Moins rapide qu'une carène planante

- Sensible au poids

 

Qui utilise ces carènes ?

Essentiellement sur les grandes vedettes, car elle permet de concilier performances et habitabilité.

 

Définition d’une coque planante par l’architecte Naval Pierre Delion.

La carène semi-planante, c'est la zone d'ombre entre les deux régimes : carène à déplacement et carène planante. Avec un surplus de puissance, elle peut planer, comme les Rhéa ou certains trawlers.

 

Dans la deuxième partie vous sera dévoilé les détails du secret de la carène AVE

 

 

Quelques variantes ont vu le jour pour des utilisations spécifiques ou pour tirer un meilleur parti des trois grandes catégories

·       Pour les utilisations particulières on peut citer la coque à fond plat :

Carène pour la navigation, pêche de loisir ou professionnelle, en eaux calmes: étangs, lacs et rivière

·       Pour l’amélioration des trois grandes catégories ou la coque en V est présente

On en distingue cinq principaux compléments du V: les redans, les bouchains, les virures et plus rarement, les steps.

·       Les évolutions vers des solutions alternatives 

Les coques en triple V (ou double V) qui se composent de deux ou plusieurs coques reliées étroitement.

Les Multicoques ont principalement des coques en V ou en U éloignées les unes des autres.

Le semi-rigide possède une coque rigide – en aluminium ou en fibre de verre – associée à des boudins gonflables en caoutchouc ou dérivés. Il combine donc les inconvénients du pneumatique et du rigide.

 

Tableau des avantages et inconvénients

 



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