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TECHNOLes formules 1 des mers s'offrent des matériaux high-techAvec l'utilisation de composites de plus en plus performants, tant au niveau des carènes que des voiles et des gréements, c'est l'architecture même des bateaux qui est repensée. Demain les multicoques voleront plus qu'ils ne flotteront.

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Enquête

TECHNO

Les formules 1 des mers s'offrent des matériaux high-tech

Avec l'utilisation de composites de plus en plus performants, tant au niveau des carènes que des voiles et des gréements, c'est l'architecture même des bateaux qui est repensée. Demain les multicoques voleront plus qu'ils ne flotteront.



La septième édition de la Route du rhum, qui va s'élancer les 9 et 10 novembre, s'annonce comme une surenchère de technologies. A la mesure des bateaux engagés. Dix-huit concurrents vont s'affronter sur des monocoques de plus de 60 pieds (18,28 mètres), dont la très médiatique Ellen Mac Arthur sur " King Fisher ". Dix-huit autres prendront le départ sur des multicoques, parmi lesquels Michel Desjoyaux (" Géant ") ou encore Loïck Peyron (" Fujifilm "). Et ce n'est pas un hasard si depuis la dernière édition, en 1998, les multicoques ont vu leur vitesse progresser de 4 à 5 noeuds, affichant des pointes à plus de 35 noeuds. La technologie a progressé sur tous les plans ces dernières années, avec des avancées pouvant même être qualifiées de révolutionnaires. De manière logique, le poids a été la première préoccupation des architectes et des constructeurs. Aujourd'hui, les trimarans pèsent entre 5,5 et 6 tonnes et les mâts ne dépassent pas 500 kilos. Une performance à mettre avant tout à l'actif du carbone, partout présent. La plupart des coques sont réalisées en matériau sandwich, constitué de deux peaux en carbone préimprégné de résine époxy séparées par un nid-d'abeilles enduit de résine phénolique (Nomex). Le tout est moulé sous vide, puis cuit au four à 120 °C environ. Les carbones utilisés possèdent un module (élasticité) de plus en plus élevé tout en gagnant en résistance. Grâce à ce procédé, les coques sont aujourd'hui environ deux fois et demie plus résistantes qu'il y a quatre ans.

Les avantages de la nouvelle forme en " X "

Grâce à l'amélioration des performances des matériaux, certains trimarans ont même radicalement changé de forme. Les bras de liaison entre flotteurs en " C " font place à des bras en " X ". L'idée était dans l'air depuis longtemps déjà, mais les bras en " C " (tous deux identiques) étaient moins chers à fabriquer et plus simples à assembler. La barre d'écoute était fixée sur le bras arrière. Grâce à la nouvelle forme en " X ", les masses et les efforts sur la structure sont mieux répartis, la zone de manoeuvre peut être avancée, le cockpit est bien plus spacieux. Longtemps l'aérodynamisme fut d'ailleurs un facteur plutôt négligé. Les architectes et les constructeurs se concentraient sur le gain de poids, la solidité et l'avènement de nouveaux matériaux. Le tir a été rectifié. Désormais, les multicoques ont une allure bien plus effilée. La section des haubans, par exemple, a été diminuée. Dans cette course au gain de poids, les calculs de structure sont aujourd'hui essentiels. La plate-forme est analysée en termes d'efforts. La matière est alors ajoutée uniquement là où le besoin se fait sentir : pied de mât et liaison de bras, entre autres.

Période noire pour les mâts

Les mâts-ailes - appelés ainsi pour leur forme - sont désormais inclinables dans toutes les directions. Latéralement : cela permet de soulager le flotteur sur lequel le bateau prend appui. Mais aussi d'avant en arrière : le mât régule ainsi l'équilibre à la barre et l'assiette du bateau. Ces réglages se font à l'aide de palans ou plus généralement de vérins hydrauliques. Pour Gilles Ollier, P-DG de Multiplast, architecte et constructeur, cette partie est " la plus complexe et la plus noble du bateau ". Seulement voilà, les mâts connaissent actuellement une période noire : sept d'entre eux se sont brisés depuis le début de l'année. Ils ont en commun d'utiliser des matériaux et des technologies très récents. Fabriqués en autoclave à partir d'un sandwich Nomex carbone, de nombreux mâts sont réalisés à partir d'une nouvelle fibre de carbone d'un très haut module, très rigide. En revanche, ils semblent mal accepter les déformations. Un autre type de mâts est fabriqué en carbone monolithique. Une épaisseur de quelques millimètres de carbone permet de réaliser un gain de poids d'environ 90 kilos, mais au détriment de l'aérodynamisme.

De leur côté, les voiles connaissent de petites révolutions. Le carbone a pris place au milieu du Spectra, traditionnellement utilisé en voilerie. Ayant vu le jour voici quelques années, deux procédés de fabrication arrivent à maturité. Le procédé baptisé " fibre cuben " superpose des couches de fibres qui sont ensuite " soudées " par une cuisson à basse température. Ce qui rend la voile monolithique, légère et étanche. Auparavant, les couches étaient simplement collées. Un autre procédé est en compétition, il s'agit de la technologie 3 DL, développée par North Sails. La voile, très légère, est moulée directement en trois dimensions, d'une seule pièce, sans aucune jonction, pour la rendre quasi indéformable.

Dans son ensemble, le poids du gréement a donc beaucoup diminué ces dernières années. Avec pour effet un abaissement non négligeable des centres de gravité, d'environ 40 centimètres. Performances et sécurité s'en trouvent ainsi nettement améliorées.

Les foils courbes : " la " révolution de la course

Les appendices tels que dérives, foils ou safrans ont, eux aussi, profité de la vague carbone. Pour être efficace, une dérive doit évidement être la plus profonde et la plus étroite possible. Grâce aux composites de carbone utilisés, les dérives peuvent maintenant mesurer jusqu'à sept mètres. Par ailleurs, elles peuvent basculer en avant ou en arrière afin de modifier le centre antidérive (par exemple, le déplacer vers l'arrière quand le plan de voilure recule). Certaines peuvent également pivoter de plusieurs degrés, afin d'améliorer le cap au près. Pour la même raison, certains architectes ont choisi d'ajouter un " trimmer " à la dérive, un volet à l'image de ceux situés sur le bord de fuite d'une aile d'avion. La différence entre les trimarans semble désormais se jouer autour de ces appendices. La Route du rhum 2002 voit ainsi l'avènement des foils courbes, auparavant droits comme des " I ". Les foils courbes améliorent en effet la portance, autrefois dévolue au seul flotteur. Ils offrent également moins de résistance à l'avancement, par des entrées d'eau plus fines. Ce sont eux qui ont d'ailleurs permis aux trimarans d'enregistrer des gains de vitesse aussi importants.

Pour les safrans (un par coque), la tendance est au relevable. Lorsqu'un safran n'est pas utile, il est alors relevé. La traînée s'en trouve diminuée et le safran est protégé, par exemple en cas de choc avec un cétacé. Sur de tels engins, qui ont tant de pièces différentes, les architectes ont eu à régler des problèmes de compatibilité de matériaux. Il est par exemple impossible de mettre du carbone en contact avec de l'aluminium, ce dernier étant dégradé par le carbone. " Comparés à ceux de la dernière Route du rhum, les bateaux vont beaucoup plus vite et sont bien plus sûrs. Ce n'était pas un challenge simple à relever, puisque la performance joue en général au détriment de la sécurité ", assure Vincent Lauriot-Prévost, architecte naval, qui signe avec Marc Van Peteghen neuf bateaux présents au départ de la course. A l'avenir, la courbe des performances devrait cependant s'aplanir. Pour éviter l'escalade de la puissance des trimarans, la jauge du championnat Orma est de plus en plus contraignante : les multicoques sont désormais limités, entre autres, par leur longueur (60 pieds) et par la hauteur du mât. Dans ces conditions, il sera difficile d'égaler la rapidité d'évolution des performances de ces quinze dernières années. D'autres voies sont donc explorées pour diminuer la résistance à l'avancement des bateaux. " Les trimarans navigueront de plus en plus sur leurs foils à des vitesses plus lentes ", pronostique Vincent Lauriot-Prévost. Il faut actuellement atteindre environ 25 noeuds pour que la coque centrale se retrouve hors de l'eau, le trimaran appuyé uniquement sur le foil et les derniers mètres du flotteur.

" Vers l'aile absolue "

Beaucoup de progrès restent à réaliser. " On va vers l'aile absolue ", lance en rêvant Pascal Conq, dessinateur pour le groupe Finot. Les simulations certes se perfectionnent. Mais, sur ce point, les formules 1 de la mer ont un handicap par rapport aux formules 1 automobiles. La mer étant imprévisible, tous les cas de figure peuvent difficilement être simulés. Solution à l'étude : installer des instruments de mesure sur les bateaux en mer. " Il faut que nous puissions en tirer des valeurs fiables, comparables aux hypothèses de calculs ", commente Gilles Ollier. Déjà les architectes et les constructeurs sont tournés vers la prochaine Route du rhum, en 2006.



De prudentes retombées dans la plaisance

Généralement, dix à quinze ans sont nécessaires pour que les innovations en matière de nautisme passent du bateau de compétition à la plaisance. " Ce que font les compétiteurs nous intéresse bien sûr fortement. Mais la technique doit être très fiable et complètement validée par de nombreux essais avant de pouvoir être appliquée au bateau du client lambda ", explique François Chalain, directeur général du groupe Bénéteau, leader mondial de la construction de voiliers de plaisance. Un autre frein, et non des moindres, est le prix. D'autant que les innovations ces dernières années reposent pour beaucoup sur l'utilisation du carbone. Les mâts en carbone commencent ainsi à être proposés à la plaisance. D'autres éléments s'inspirent de la compétition : des coques sont aujourd'hui réalisées en sandwich mousse-verre. Quelques-unes sont même en carbone. Les formes de coque, de dérive et de safran s'inspirent également de la compétition. Au niveau du gréement, les drisses en Dyneema (fibre à haute ténacité et à faible allongement), par exemple, sont beaucoup plus fines que des drisses classiques. Parfois, le passage de la compétition à la croisière est presque instantané : ce fut le cas des poulies à billes en Torlon. Ce Nylon très dur autorise des efforts beaucoup plus importants sur des poulies plus petites.



Les objectifs

Améliorer l'aérodynamique et l'hydrodynamique.

Alléger l'ensemble du bateau.

Augmenter la solidité.









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