Le Monde de ClaudeLe Monde de Claude
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Voilier « ANTI-GÎTE » Vidéo
Retraité et habitant sur la côte atlantique, je m’intéresse depuis longtemps aux voiliers. Puisqu’on nous parle beaucoup de courses et de performances, je me suis posé la question de savoir si la gîte des monocoques n’était pas un handicap à la vitesse ; en effet quand la gîte est importante, la force du vent sur les voiles peut se décomposer en trois composantes : une force utile à l’avancement, une deuxième horizontale de dérive et une troisième verticale dirigée vers le bas. Comme pour les voiles, l’efficacité anti-dérive de la quille est diminuée par la gîte.
J’ai voulu concevoir et faire naviguer un monocoque qui ne gîterait pas. Après divers échecs et une recherche assez longue, j’ai pensé à équilibrer la force latérale du vent en déplaçant un contrepoids d’un bord à l’autre à l’intérieur de la coque. L’idée en elle-même n’est pas nouvelle puisqu’aux Etats-Unis, à la fin du 19ème siècle, les Sandbaggers, dériveurs de 8,30m de long sur 3,7m de large, étaient chargés de nombreux sacs de sable de 25 kilos qui leur permettaient d’utiliser une surface de voile très importante, jusqu’à 140m2. Quinze hommes dé^laçaient les sacs selon l’équilibre à réaliser. Ils ont gagné beaucoup de courses mais une modification des règles adoptées par les yacht-clubs a mis fin à leurs succès. Pour supprimer la gîte, j’ai donc mis au point un montage qui déplace automatiquement et le plus exactement possible un lest de plomb non immergé.
Description et fonctionnement :
Pour concrétiser et prouver la faisabilité de ce projet, j’ai conçu une maquette de voilier monocoque radiocommandée, d’une longueur d’un mètre et d’une largeur de 0,4m. Le poids de la coque est de 2,3Kg et celui du lest de 2Kg. La largeur relativement importante de la coque est utile pour augmenter l’efficacité du déplacement du lest (1) d’un bord à l’autre et pour améliorer la stabilité naturelle de la carène.
Le principe de fonctionnement du système nécessite de désolidariser le mat (2) de la coque (3). Le mât est liée à une glissière (4) qui elle-même est en rotation par rapport à la coque selon l’axe longitudinal (5) de celle-ci. Cette rotation est limitée à quelques degrés (+/- 3 degrés par exemple) par des butées (6) fixées à la coque. Les points d’attache de l’étai et du pataras à la coque sont situés sur le même axe (5). Les haubans (7) ne sont pas fixés à la coque mais aux extrémités de la glissière et c’est à l’origine du système. Le lest est porté par un chariot muni de quatre roulements à billes (8) ; il peut se déplacer d’une extrémité à l’autre de la glissière.
Sous l’effet du vent lorsque le mât et la glissière amorcent une rotation de +/- 2 degrés par rapport à la coque, la stabilité naturelle de la carène va à l’encontre de cette rotation. De ce fait, des interrupteurs, ou des capteurs de pression, montés sur les butées fixées à la coque actionnent un moteur électrique qui déplace le lest au vent. Dès que le déplacement du lest est suffisant pour équilibrer la force latérale du vent, le mât reste en position verticale et l’alimentation du moteur se coupe ; le lest s’immobilise. Une variation de la force du vent remet le moteur en marche pour déplacer le lest vers un nouvel équilibre.
Dans ce cas la tolérance de la gîte du mât par rapport à la coque est de + ou – 2 degrés et dans cet intervalle, le moteur n’est pas alimenté. On peut régler cet intervalle par le positionnement des butées.
La construction du bateau est tout à fait classique. Pour la coque, je me suis aidé d’un ordinateur sur lequel j’ai utilisé le logiciel Virtual Basic 4. J’ai programmé la forme des couples en fonction des paramètres choisis et j’ai fait imprimer les dessins des couples que j’ai collés sur du contreplaqué. Ainsi j’ai réalisé une coque en bois qui m’a servi de moule pour obtenir finalement une coque en résine epoxy.
La glissière est réalisée avec des cornières d’aluminium ; le chariot est chargé de barres de plomb d’environ 200g chacune qui permettent de donner facilement au lest le poids désiré. Du fil de pêche tressé et des poulies de renvoi relient le chariot à la poulie située sur l’axe du moteur électrique qui déplace le chariot pour équilibrer la force latérale du vent.
Avantages :
- Une force propulsive optimale quelle que soit la direction du vent ; ce qui n’est pas le cas d’un voilier qui gîte fortement. Quand il n’y a pas de gîte, il faut remarquer que la composante verticale de la force du vent sur la voile est nulle.
- Un fonctionnement automatique qui ne nécessite aucun servomoteur supplémentaire dans le cas d’une maquette de voilier radio-commandée.
-Une augmentation possible de la surface des voiles selon le poids du lest et le déplacement maximum du lest.
-Une quille (9) fine, peu profonde, sans ogive de plomb, donc une traînée minimum de la quille. L’absence de gîte donne à la quille une efficacité anti-dérive maximum.
- Une forme de carène constante, donc une résistance à l’avancement qui ne dépend que de la vitesse.
- La glissière restant dans un plan quasiment horizontal, un moteur électrique de faible puissance suffit à déplacer un lest relativement lourd.
Ce système peut s’adapter facilement aux catamarans ou aux trimarans et augmenter considérablement leur stabilité. Dans le cas d’un catamaran, une augmentation importante de la stabilité lui permet de naviguer sur ses deux coques avec une surface de voile supérieure admissible sur le même voilier non équipé de ce système anti-gîte. L’enfoncement des 2 coques étant le même, la résistance à l’avancement reste équilibrée. Pour un trimaran, la navigation se ferait sur la coque centrale ; les coques latérales restant très peu enfoncées, leur volume pourrait être réduit et leur profil hydrodynamique amélioré.
- l’augmentation de la puissance vélique peut permettre d’utiliser un hydro générateur dont le poids serait inférieur au poids de la réserve de carburant nécessaire. Par petit temps, le système anti-gîte ne consomme pas d’énergie et l’hydro générateur peut-être soulevé hors d’eau.
- si on intègre les batteries et le moteur électrique au lest mobile, on diminue le poids mort et l’effet anti-gîte est amélioré.
- l’augmentation de la puissance vélique peut permettre d’utiliser un hydro générateur dont le poids serait inférieur à celui d’un groupe électrogène et inférieur au poids de la réserve de carburant nécessaire. Par petit temps, le système anti-gîte ne consomme pas d’énergie et l’hydro générateur peut-être soulevé hors d’eau.
-Si on intègre les batteries et le moteur électrique au lest mobile, on diminue le poids mort et l’effet anti-gîte est amélioré.
Inconvénients:
- la position du lest non immergé élève le centre de gravité du monocoque.
- le déplacement du lest à l’intérieur de la coque mobilise un volume important.
- une consommation d’énergie supplémentaire pour assurer le déplacement du lest.
- il faut obtenir un déplacement du lest assez rapide pour maintenir l’équilibre malgré les variations de la force du vent sur les voiles. En fait, si le lest ne se déplace pas assez vite en fonction de ces variations, la coque gîte le temps que l’équilibre soit atteint. Il faut donc bien choisir la puissance du moteur.
- en cas de changement imprévu de la direction du vent, il faut éviter que le lest se trouve sous le vent avant d’avoir eu le temps de se déplacer. Si de plus les voiles sont bordées, le voilier court le risque de se renverser. Ce risque peut être évité en choquant rapidement les voiles.
- ce système à des limites ; si le vent devient trop fort, le lest atteint une extrémité de la glissière et le bateau gîte. On peut détecter la position du lest un peu avant l’extrémité de la glissière, choquer légèrement les voiles ou réduire la surface des voiles.
Sur un bateau en vraie grandeur en cas de panne de batterie, il faudrait prévoir un moyen de ramener le lest au centre de la glissière. Ceci n’a pas été réalisé sur la maquette.
Pour plus de simplicité, j’utilise des batteries en bon état et complètement chargées.
Conclusion:
Malgré les inconvénients précités, ce dispositif peut-être amélioré par exemple en ajoutant des commandes manuelles en cas de difficultés pour ramener le lest au centre de la coque. On peut commander de choquer la grand voile quand le lest arrive en butée sur la glissière. On peut aussi incorporer un ballast d’eau à remplir ou à vider selon la force moyenne du vent, etc.
La maquette réalisée a été testée sur des étangs et sur le bassin du musée de la marine de La Rochelle ; ce bassin est muni de ventilateurs. En 2006 de nombreux visiteurs sont venus me voir et ont apprécié l’originalité de la réalisation ; d’autres m’ont donné de bons conseils pour améliorer les performances. Le dispositif fonctionne, le bateau commence par gîter quand on borde les voiles et se redresse de lui-même rapidement pendant le déplacement du lest. Ce comportement pour un monocoque se remarque immédiatement et ce qui est intéressant, c’est d’observer l’accélération qui en résulte. Il a été possible de placer la maquette assez près d’un ventilateur pour constater l’efficacité du système. De l’idée initiale à la réalisation en passant par la conception, les hésitations, les plans, la construction, les essais et les mises au point successives, il se sera écoulé plus de cinq années. Ce projet a fait l’objet d’une demande de dépôt de brevet en décembre 2001. La recherche d’antériorité effectuée par l’INPI montre que ce dispositif est original. Je dois remercier la présidente et le Premier Secrétaire du club de Saint-Palais-sur-Mer ainsi que tous les membres de ce club pour leur disponibilité, leur aide et leurs bons conseils. Je dois aussi beaucoup aux conseils que m’a donnés le Maquettiste du Musée de la Marine de La Rochelle. Je le remercie pour les aménagements qu’il m’a proposé.
Malheureusement Claude nous a quitté mais vous pouvez utiliser le lien suivant si ce brevet vous intéresse: Un Monde Technicien