Le Bateau Marin

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  • Stix, le bateau marin STIX, l'indice de stabilit du bateau marin

    L'apprciation des capacits marines d'un bateau est un sujet assez controvers, dont le traitement analytique est encore (forcment?) assez embryonnaire.

    On parle souvent de stabilit: un bateau stable (quoi que ce mot signifie) est intuitivement considr plus marin qu'un bateau qui n'est pas stable du tout. Si un voilier n'est pas capable de rester ou retourner droit, il ne sert pas grand chose.

    Pour essayer de quantifier un peu mieux cette ide de stabilit, et pour prendre aussi en considration d'autres facteurs qui contribuent au comportement marin d'un voilier, un index de stabilit appel Stix a t dvelopp.

    Il est fort probable quune fois introduit, cet index sera la base de l'attribution d'une catgorie de navigation un voilier donn.

    Ces Stix ont t retenus selon les catgories: A->32; B->23; C->14; D->5.

    La formulation de l'index prend en considration plusieurs facteurs qui contribuent au comportement marin d'un bateau.

    Voil une ide de la logique derrire chacun d'eux.

    Le plus important est la longueur du bateau.

    Un tat de la mer dtermin sera relativement plus petit pour un bateau plus long, les effets des vagues seront plus importants sur un bateau plus petit.

    Ensuite, comme la stabilit augmente avec la puissance quatre de la longueur, un bateau plus long sera relativement beaucoup_ plus stable qu'un bateau plus court (voil entre autre pourquoi les bateaux plus longs sont relativement moins larges que les plus petits).

    Aprs, il y a toute une srie de facteurs multiplicatifs, dont la valeur varie entre 0.4 et 1.5.

    Ce sont toutes des formulations *assez* adimensionnelles, qui privilgient un comportement moyen et pnalisent les extrmes.

    Rapport dplacement/longueur: la rgle considre que un bateau excessivement lger est plus difficilement contrl, donc moins marin, et qu'un bateau excessivement lourd offre beaucoup de rsistance aux lments, donc moins marin.

  • Rapport dplacement/largeur: on considre que une grande largeur avec un dplacement lger augmente le risque de chavirage (cft rapport Fastnet) et rend le bateau plus stable une fois retourne; un facteur trop petit (ex bateau trs troit et lourd) est galement pnalisant car on considre que la stabilit de forme est insuffisante.

    Retournement: un facteur mesure la capacit autonome du bateau de se redresser d'une position de chavirage 180 degrs

    Redressement: un facteur mesure la capacit du bateau de se redresser d'une position couche le mat dans l'eau, les voiles pleines d'eau.

    Stabilit dynamique: ce facteur dpend du travail ncessaire au vent et vagues pour faire giter le bateau jusqu' l'angle de retournement (intgral de la partie positive de la courbe de stabilit); la prsence d'ouvertures dans la coque qui permettraient de laisser rentrer de l'eau l'intrieur est galement considre comme pnalisante.

    Le risque de remplissage d'eau est considr par un autre facteur qui mesure la possibilit de l'eau de rentrer cause d'une action du vent causant une gite au maxi de 90 degrs

    Ce qui est significatif est que tous les facteurs rentrent dans un calcul de moyenne, donc leur importance individuelle est rduite au profit d'une apprciation gnrale, moyenne des caractristiques du bateau. Finalement c'est bien sur le comit d'tude, par le choix des formules de chaque facteur, qui a dj donn son apprciation de l'importance relative de chaque facteur.

    Au rsultat de cette multiplication, on rajoute le chiffre 5 (gale pour toutes longueurs) si le bateau compltement inond a encore une rserve de flottabilit et stabilit positive 90 degrs de gite.

    La prime l'insubmersible.

    voili voil...

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    Notions utiles

    En limitant ses ambitions comprendre et amliorer ventuellement un plan ou une carne existante, les logiciels de calculs accompagns des rgles de lart simples sont bien adapts. (Les professionnels appellent rgles de lart ce que vous et moi appelons pifomtre , ce quon nest pas oblig de dmontrer, car cest comme a )

    Vous avez un problme dans ce genre:

    Votre bateau ne vous satisfait pas totalement, soit par son comportement marin, soit par son tirant d'eau excessif, etc., et vous envisagez par exemple de rimplanter le mat ou de refaire le lest ou la drive.

    Vous n'avez aucun plan de votre coque ancienne, et vous aimeriez bien connatre ses paramtres, de stabilit par exemple.

    Vous avez le plan de l'architecte, mais vous vous demandez ce qui va se passer avec un chargement et un quipement "grand voyage" plus lourd

    Il faut pour ce genre de travail matriser seulement la statique, la partie la plus simple et la plus rigoureuse de la conception (sans rentrer dans l'tude de la carne, des rsistances et du plan de voilure). Pour suivre ces explications, je vous invite faire tourner la partie "hydro" de "prodemo" ou son concurrent, pour voir des courbes de stabilit, et le vocabulaire anglo-saxon associ. Toutes ces notions de vulgarisation sont disponibles priodiquement dans des articles de "loisirs nautiques" ou de "V et V", et bien sr dans de bons bouquins. La courbe de stabilit et les comportements de base La courbe de stabilit transversale , dont on parle beaucoup juste titre dans les nouveaux rglements dhomologation, est le rsultat final de la combinaison de presque tous les paramtres statiques du bateau: Elle indique la "rsistance" du bateau une gte variable (moment redresseur en fonction de l'angle), elle donne directement son aptitude rsister a la pression latrale du vent (raideur), quel angle de gte le chavirage est probable, et s'il se redressera si l'quilibre a t dpass. En abscisse, elle va de 0 (bateau au repos, mat vertical) 180 (bateau retourn quille en lair) en passant par 90 (bateau chavir, mat horizontal.). Tout passage zro est un quilibre, stable si la pente est positive, instable si elle est ngative. Lordonne verticale peut tre donne en righting arm ou bras de levier, ou en moment redresseur. Il existe aussi une courbe similaire longitudinale intressante pour connatre lassiette selon lquipement et des courbes de couplage entre les paramtres, qui sont plus subtiles exploiter (linfluence roulis-tangage, les comportements loffeurs, etc.) Les exemples usuels sur les comportements extrmes en stabilit toujours cits:

    Le "tonneau lest" peu raide mais auto-redresseur aprs un chavirage d'angle quelconque : La courbe a son maximum 90 et repasse zro 180.

    Le "catamaran de course" trs raide mais chavirant brutalement ds le franchissement d'un petit angle (10 20) et totalement inapte se redresser seul : la courbe a son maximum vers 10 20 et passe zro vers 90

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    Nos bateaux sont toujours un peu mi chemin des deux extrmes, avec un maximum vers 40 60et un passage zro vers 100 140. Lquilibre invers 180 est hlas toujours trs stable. Une courbe de stabilit doit tre positive jusqu'au del de 90 pour ne pas avoir trop peur. Mieux que 130, c'est rare. Certains bateaux anormaux ont des courbes trois quilibres stables (voir les anecdotes ) par exemple les trimarans de course se penchent toujours sur un flotteur au mouillage (cest voulu, bien sr !), et les catamarans flotteur en tte de mat sont stables plat, lenvers, et chavirs ! Pour amliorer la raideur initiale (rapprocher le maximum de la verticale), il faut surtout largir le bateau et aplatir la carne (jusquau multicoque), et pour loigner le point de non redressement, il faut surtout descendre son centre de gravit (rle du lest). Pour une carne donne, un exercice simple est de prvoir l'volution de la stabilit en fonction du lest, et du chargement: La masse et le centre de gravit Tous ces logiciels demandent en entre le poids (ou dplacement) et la position du centre de gravit (CG). On les obtient sparment par un bilan de masse rigoureux, et la ligne de flottaison, l'enfoncement, le tirant d'eau rel, etc. sen dduisent. La densit de l'eau est ncessaire pour avoir les rsultats (5% d'cart entre rivire et mer, sans entrer dans les cas extrmes de la mer morte!) Le but du bilan de masse est de comparer les diverses configurations au dplacement thorique, pour connaitre:

    Lenfoncement donc le tirant deau rel selon l'quipement. Larmement et les rserves raisonnables emporter selon le programme de croisire.

    Cest un problme difficile car il change tout le temps, chaque croisire ou chaque ramnagement. Les masses sont localiser dans les 3 axes si on veut en plus calculer le centre de gravit, indispensable pour la courbe de stabilit et lassiette longitudinale. Il est utile de sparer : 1 : la masse minimale en tat dsarm dmt et le CG associ, en gnral proche du niveau des planchers:

    Coque lest et amnagements fixes Mcanique et quipement fixe : moteur, capote, portiques,

    On peut diminuer le tirant deau de 5 10cm par rapport au nominal, dans cette configuration nue , par exemple pour passer un canal. 2 : Les postes ajouter pour toute croisire en mer, quel que soit le programme et le nombre Dquipiers, qui donnent ltat prt naviguer , avec le CG rsultant qui remonte pas mal, (typiquement vers la ligne de flottaison) surtout sous leffet du grement: cest la configuration lge

    Grement, voiles et accastillage associ fixe Armement intrieur : cuisine, nav, scurit Armement extrieur : annexe, radeau, mouillages, etc.

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    3: La dernire partie trs variable selon le programme de navigation, cest la cargaison proprement dite, et le CG final remonte encore : cest la configuration de route qui vous intresse, souvent bien diffrente des chiffres en charge prvus par larchitecte :

    Approvisionnement et rserves : pas de limites sauf celles de lenfoncement et de la stabilit Passagers et bagages : t