En mer, les marins utilisent des unités de mesure spécifiques qui diffèrent de celles employées sur terre. Alors que la plupart des équipements électroniques modernes affichent les vitesses en kilomètres par heure (km/h) et les distances en kilomètres, les professionnels de la navigation et les plaisanciers privilégient souvent les nœuds pour la vitesse et les milles nautiques pour la distance. Pour ne plus rester sur la touche quand un marin raconte sa plus folle aventure de navigation à bord de son voilier en utilisant ces unités de mesure, il est essentiel de découvrir leurs origines et de comprendre comment les convertir en km/h et en kilomètres. Ces concepts, bien que traditionnels, restent cruciaux pour une navigation sûre et efficace, servant de base à toutes les planifications et opérations en milieu marin.
Le Mille Nautique (Marin) : Unité de Distance Essentielle
Le mille nautique, ou mille marin, est une unité de mesure de distance fondamentale en navigation maritime et aérienne. Bien qu'il se situe en dehors du Système international d'unités (SI), il est intrinsèquement lié au mètre, dont la définition historique est elle-même ancrée dans les dimensions de la Terre. L'origine de cette unité remonte à des besoins pratiques de la navigation astronomique et à la nécessité de quantifier précisément les déplacements sur la surface courbe de notre planète.
Définition et Origines Historiques
L'origine du mille nautique est profondément liée à la géométrie de la Terre. Un mille marin est une unité de mesure de distance, située en dehors du Système international d'unités, il est utilisé en navigation maritime et aérienne. Il équivaut à 1,852 km. Ce chiffre n'a pas été inventé mais a une explication mathématique : un mille marin (ou nautique) équivaut à une minute d'angle en latitude de la longueur de l'arc formé par la surface de la Terre. Cet arc correspond tout simplement à celui formé si l'on trace une ligne partant de l'équateur à un pôle. La surface de la Terre étant arrondie, la ligne tracée prend la forme de la Terre et devient un arc. Puis, cet arc est divisé en degrés. Par exemple, on obtient 0° à l'équateur et 90° au pôle. Un degré est égal à 60 minutes, alors si l'on multiplie les degrés par 60, ici on obtient 5400 minutes.
La circonférence de la Terre est de 40 005 km ; elle possède 4 pôles, donc divisé par 4, on obtient 10 001 km entre l'équateur et le pôle. En divisant cette distance par le nombre de minutes, soit 5400, on obtient la valeur de 1,852. Donc, 1 mille nautique équivaut à 1852 mètres (1,852 km).
Historiquement, le mille a été introduit pour les besoins de la navigation astronomique comme la distance géographique entre deux points du même méridien à la surface terrestre à partir desquels on observe, au même moment, le même astre à des hauteurs au-dessus de l'horizon qui diffèrent d'une minute d'angle. Cette différence de hauteur signifie que les plans horizontaux de ces deux points, c'est-à-dire les plans tangents au géoïde, forment eux-mêmes un dièdre d'une minute d'angle. L'usage en navigation a toujours été de considérer le mille marin comme équivalent à une minute d'arc de l'ellipse méridienne.
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Le terme provient du latin, le mille passus désignant à l'origine mille pas. La dénomination en français est « mille marin », parfois « mille nautique ».
La Précision du Mille Marin : Une Équivalence Géométrique
Le mille marin international correspond à l'approximation d'un arc de latitude d'une minute le long de n'importe quel méridien. Aux premiers abords, cela peut sembler le contraire, la longueur d'une minute d'un arc devrait être plus élevée à l'équateur, puisque le rayon équatorial de la Terre est plus long que celui aux pôles. C'est vrai pour la latitude géocentrique, mais la latitude géographique n'est pas géocentrique. C'est l'angle entre le plan équatorial et une droite normale à l'ellipsoïde de référence.
La Terre n'étant pas une sphère parfaite, mais un ellipsoïde de révolution aplati aux pôles, la définition initiale du mille marin conduisait à une variation de longueur d'approximativement un pour cent en fonction de la latitude, paradoxalement plus grande aux pôles (1 861,6 m) qu'à l'équateur (1 842,9 m). Le mille marin est la distance d'une minute d'un arc de latitude à une latitude donnée et le long du méridien actuel.
Standardisation et Usage Actuel
La valeur du mille marin a été standardisée en 1929 par la Première Conférence Hydrographique Extraordinaire Internationale de Monaco. Cette conférence a défini le mille marin comme étant exactement 1852 mètres. Cette valeur arrondie est très proche de la longueur moyenne d'un arc de méridien d'une minute qui fait 1 851,85 m.
À la création du Système international d'unités (SI) en 1960, le Bureau international des poids et mesures (BIPM) a déconseillé l'usage du mille marin. Cependant, son importance pratique pour la navigation a persisté. En 1982, la convention des Nations unies sur le droit de la mer réunie à Montego Bay (Jamaïque) a adopté le mille marin comme unité de distance pour définir certaines typologies d'espaces maritimes, comme les eaux territoriales, la zone contiguë, la zone économique exclusive et le plateau continental. En 2019, le BIPM ne reconnaît plus l'usage du mille marin dans ses publications formelles, mais son utilisation reste prépondérante dans les domaines maritime et aéronautique.
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Abréviations Courantes
En France, l'abréviation utilisée pour le mille nautique (ou marin) est le plus souvent M (ou m) ou bien Nm pour Nautical Mile. On peut ainsi écrire 300M, 300m ou 300Nm. L'Organisation hydrographique internationale (OHI), le Service hydrographique et océanographique de la Marine (SHOM), et le Bureau international des poids et mesures (BIPM) utilisent M pour le mille marin. L'Organisation de l'aviation civile internationale (OACI), quant à elle, utilise NM, de l'anglais nautical mile. Pour la navigation de plaisance, l'abréviation Nm est fréquemment employée (dans les livres de bord, les logiciels de navigation et de cartographie), bien que cela puisse être confondu avec les nanomètres en SI. Il est également à noter qu'une lieue marine vaut trois milles marins, soit 1/20 de degré de latitude, ce qui équivaut à 5 555,55 m. La seconde de latitude (1/60 de mille) vaut 30,87 m.
Le Nœud : Mesure de Vitesse en Milieu Marin
Le nœud est l'unité de vitesse par excellence, très utilisée en navigation maritime et aérienne. Il est directement lié au mille nautique, un navire naviguant à 1 nœud le long d'un méridien se déplace d'une minute de latitude géographique par heure, ce qui correspond à un mille marin par heure. En mer, on parle de nœuds pour exprimer la vitesse d'un bateau et non de km/h comme à terre.
Définition et Historique de la Mesure de Vitesse
Un nœud correspond à 1 mille par heure (1,852 km/h). On utilise cette unité de mesure en marine et en aérien. La vitesse du vent est également souvent exprimée en nœuds sur les applications ou sites internet dédiés à la pratique nautique.
L'origine du nom "nœud" pour désigner une vitesse est fascinante et remonte à une méthode de mesure rudimentaire mais ingénieuse. Le terme "nœud" pour exprimer une distance a été défini il y a longtemps. Les nœuds marins sont utilisés depuis longtemps en navigation. Les marins ont des unités de mesure différentes de celles utilisées sur la route. Pour la distance, ils utilisent le mille nautique (1852 mètres), et pour la vitesse, le nœud. Les nœuds marins existent au moins depuis la Rome Antique. Les Romains n'étaient pas de grands navigateurs mais leur maîtrise des cordages et des nœuds a permis un développement commercial certain.
Fonctionnement du Loch et du Sablier
À l'origine, pour mesurer la vitesse d'un bateau sans tous les équipements électroniques que nous possédons aujourd'hui, les marins utilisaient un "loch". Un loch est une planche de bois attachée à une ligne. La ligne de loch avait un certain nombre de nœuds à intervalles réguliers (environ 47 pieds et 3 pouces ou 14,4 mètres).
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Lorsque le navigateur voulait déterminer la vitesse de son navire, un marin jetait le loch à la poupe du bateau. La planche, flottant à la surface de l'eau, agissait comme un point fixe par rapport à la masse d'eau. La ligne de loch se déployait librement pour une période donnée, mesurée précisément à l'aide d'un sablier. En France, cette corde d'environ 150 mètres était constituée de nœuds tous les 15,43 mètres. On laissait filer la ligne de loch pendant 30 secondes (mesurées par un sablier) en comptant le nombre de nœuds filants afin de connaître la vitesse de l'embarcation. Le nombre de nœuds ainsi comptés donnait la vitesse du bateau à l'instant T. Ce système permettait de mesurer la vitesse en "nœuds" littéralement, d'où le nom de l'unité.
Pour un bateau, une vitesse équivalant à un nœud marin correspond à une distance parcourue d'un mille nautique par heure (soit 1.852 m/h).
Calculs de Conversion : Du Mille et du Nœud aux Unités Terrestres
Malgré la prédominance des unités marines en navigation, il est souvent nécessaire de convertir ces mesures vers ou depuis des unités terrestres (kilomètres et km/h) pour des raisons de planification, de communication ou de comparaison. La valeur clé pour ces conversions est 1,852, qui représente le nombre de kilomètres dans un mille nautique.
Conversion du Mille Nautique en Kilomètres
Pour convertir des milles nautiques en kilomètres, le principe est simple : il faut multiplier le nombre de milles par 1,852.Pour convertir de tête des milles en kilomètres, une méthode d'approximation consiste à multiplier le nombre de milles par 2 puis à soustraire au résultat 10 %, ce qui revient approximativement à multiplier le nombre de kilomètres par 1,8.Par exemple :Pour une distance de 300M :
- Approximation : 300M x 2 = 600 ; 600 - 10% (soit 60) = 540 km.
- Calcul précis : 300M x 1,852 = 555,6 km.La méthode approximative est utile pour une estimation rapide.
Conversion des Kilomètres en Milles Nautiques
Inversement, pour convertir des kilomètres en milles nautiques (ou marins), il suffit de diviser la distance en kilomètres par 1,852.Par exemple :Pour une distance de 300 km :300 km ÷ 1,852 = environ 161,987 milles nautiques.
Conversion du Nœud en Kilomètres par Heure
Un nœud étant défini comme un mille nautique par heure, la conversion d'une vitesse en nœuds vers des kilomètres par heure utilise le même facteur de 1,852. Il suffit de multiplier la vitesse de votre bateau en nœuds par 1,852.Par exemple :Pour une vitesse de 20 nœuds :20 nœuds x 1,852 = 37,04 km/h.Ainsi, un bateau filant 15 nœuds parcourt 15 milles nautiques en une heure, soit 15 × 1,852 km, ce qui représente 27,78 km. La vitesse de ce bateau est donc de 28 km/h environ.
Conversion des Kilomètres par Heure en Nœuds
Pour convertir une vitesse exprimée en kilomètres par heure en nœuds, l'opération inverse est nécessaire : il suffit de diviser la vitesse par 1,852.Par exemple :Pour une vitesse de 20 km/h :20 km/h ÷ 1,852 = environ 10,8 nœuds.
Mesurer une Distance sur une Carte Marine
La mesure des distances sur une carte marine est une compétence fondamentale pour tout navigateur, et elle s'appuie directement sur la définition du mille nautique. La particularité des cartes marines est l'utilisation de l'échelle des latitudes comme référence pour les distances.
La graduation des latitudes (échelle verticale) est la graduation qui va vous servir à mesurer une distance sur la carte puisqu'une minute vaut un mille. Pour mesurer une distance "à vol d'oiseau" (la distance la plus courte entre deux points), on procède comme suit :
- Ouvrez votre compas entre le point de départ et le point d'arrivée sur la carte.
- Reportez cette ouverture sur l'échelle des latitudes, située à droite ou à gauche de la carte. Il est crucial d'utiliser la graduation correspondant à la latitude moyenne de la zone mesurée pour compenser la légère distorsion des cartes marines.
- Comptez le nombre de milles, puis le nombre de dixièmes de milles. Cela vous donne une distance à vol d'oiseau en milles à parcourir avec votre bateau à moteur ou voilier.
Pour porter une distance sur la carte, c'est-à-dire marquer un point à une certaine distance d'un autre, vous faites l'inverse :
- Ouvrez le compas sur la graduation verticale de l'échelle des latitudes au nombre de milles voulu.
- Reportez et tracez la distance à l'aide du compas et de la règle depuis le point de référence.
Les Fondamentaux Mathématiques de la Navigation
La navigation ne se résume pas à l'utilisation d'outils électroniques ; elle requiert une solide compréhension des concepts mathématiques qui sous-tendent la détermination de la position, de la route et de la vitesse. Ces calculs, bien que parfois perçus comme complexes, sont essentiels et deviennent routiniers avec la pratique. Pour ceux et celles qui sont moins habitués, ces concepts peuvent prendre du temps à maîtriser et ainsi donner l'impression que la navigation est l'apprentissage de ces concepts. Cela dit, plus on devient à l'aise, plus on peut se concentrer sur ce qu'est la navigation : les réflexions sur la position, sur la route à prendre, sur les risques, sur les plaisirs et sur les routes alternatives. Pour employer une analogie, les calculs sont à la navigation ce que sont les enjambées à la randonnée. Plus on est en forme, moins on se concentre sur ses pas et plus on se concentre sur le paysage, les obstacles et le chemin à prendre. Il faut pratiquer pour maîtriser les concepts fondamentaux.
Gérer le Temps : Conversions Heures, Minutes, Secondes
Les calculs de vitesses et de durées en navigation demandent tôt ou tard de convertir une mesure de temps décimale en heures, minutes et secondes, et inversement. Par exemple, exprimer une durée de 5.33 heures en heures et en minutes, ou encore exprimer 7.82 jours en journées et en heures. La partie fractionnaire, soit les nombres après la virgule, doit être convertie en unités de plus petite taille. On veut ainsi déterminer ce que 0.33 heures représente en minutes et ce que 0.82 jours représente en heures. Convertir ces nombres les rend plus intelligibles. Il n'est pas interdit de s'aider avec des outils en ligne si vous avez accès à l'internet, mais il est crucial d'être capable de faire ces conversions par soi-même.
Les unités de temps fondamentales sont :
- 24 heures dans une journée.
- 60 minutes dans une heure.
- 60 secondes dans une minute.
Pour faire les conversions, il faut multiplier la partie fractionnaire par le nombre d'unités dans la mesure de temps qui nous intéresse. Ainsi, pour convertir la partie fractionnaire de 5.33 heures en minutes, on doit multiplier 0.33 par 60, car il y a 60 minutes dans une heure.
- Exemple 1 : Pour une durée de navigation de 5.33 heures, la partie après la virgule est de 0.33. On doit multiplier cette partie par 60. L'usage d'une calculatrice donne 0.33 × 60 = 19.8, soit 19.8 minutes. On peut arrondir à vingt minutes. Une durée de 5.33 heures est donc équivalente à 5 heures 20 minutes. Notez que le nombre de minutes calculées peut également comprendre une partie fractionnaire (le « 0.8 » de 19.8) ; si l'on continue la conversion, 0.8 × 60 = 48 secondes. Une réponse sans arrondir serait donc de 5 heures, 19 minutes et 48 secondes. Cela dit, aucun plan de navigation n'a besoin d'autant de précision.
- Exemple 2 : Pour une durée de navigation de 7.82 jours, la partie fractionnaire est de 0.82. Comme il y a 24 heures dans une journée, on doit multiplier 0.82 par 24, ce qui donne 19.68 heures. On peut également arrondir pour dire que c'est 7 jours et 20 heures. (Si l'on continue la conversion de la partie fractionnaire, on trouvera 7 jours, 19 heures, 40 minutes et 48 secondes).
À l'inverse, il faut également être en mesure de faire la conversion inverse. À titre d'exemple, si l'on voyage à 15 kilomètres/heure pendant 3 heures et 22 minutes, il faut savoir à quelle fraction d'heure correspondent les 22 minutes. Similairement, si l'on voyage pendant 7 jours et 18 heures, on aura besoin de la partie fractionnaire du nombre de jours. Pour ce faire, il suffit de diviser le nombre de minutes par 60 et de l'additionner au nombre entier d'heures. Pour les journées, il faut diviser le nombre d'heures par 24 et l'additionner au nombre entier de journées.
- Exemple 3 : Si l'on navigue pendant 3 heures et 22 minutes, quelle est la durée de navigation en heures (format décimal) ?Solution : On divise les 22 minutes par 60 pour obtenir 0.37 heures. En additionnant à la partie entière, on obtient un total de 3.37 heures de navigation.
- Exemple 4 : Si l'on navigue pendant 7 jours et 18 heures, combien de journées - incluant la partie décimale - se sont écoulées ?Solution : On divise les 18 heures par 24 pour obtenir 0.75. On additionne ensuite au nombre entier de jours pour obtenir 7.75 jours.
Comprendre les Angles en Navigation
Un angle est une mesure d'ouverture entre deux droites. Les angles se mesurent en degrés (°) et une mesure d'angle est comprise entre 0° et 360°. En navigation, les angles servent généralement à mesurer trois choses cruciales pour la conduite du navire et la détermination de sa position :
- La direction que prend le navire par rapport au Nord. C'est ce qu'on appelle le cap ou la route, selon le contexte. Dans ce cas, la première droite est une ligne verticale (sur une carte, le Nord est en haut) et une ligne qui représente la direction du bateau. Par convention, on mesure l'angle à partir de la droite verticale (le Nord) dans le sens horaire.
- La direction d'un objet par rapport au Nord. C'est ce qu'on appelle un relevé. C'est la même convention que pour la direction que prend le navire : on mesure l'angle à partir de la ligne verticale (le Nord).
- La direction d'un objet par rapport à la direction du navire. C'est ce qu'on appelle un gisement. Dans ce cas, la première droite est l'axe longitudinal du navire et la seconde droite est la ligne entre l'objet et le navire. Par convention, on mesure l'angle à partir de l'axe du navire.
Pour mesurer les angles sur une carte, il faut un rapporteur d'angle. On peut employer un rapporteur d'angle similaire à celui de la petite école, mais il est préférable d'utiliser un rapporteur breton, ce qui facilite grandement la mesure d'angles supérieurs à 180°. Sur une application électronique, les rapporteurs seront intégrés à l'application et c'est l'application qui fera la mesure automatiquement.
- Exemple : Un angle de 45° correspond à la direction du Nord-Est (NE) sur une carte. Un angle de 220° correspond approximativement au Sud-Ouest sur une carte (le "vrai" Sud-Ouest étant à 225°).
Les Systèmes de Coordonnées Essentiels
Un système de coordonnées est une convention pour désigner une position. Pour un système de positionnement sur Terre, il comprend trois éléments essentiels : un point de référence à partir duquel on mesure les positions, deux axes partant du point de référence désignant chacun une direction où les coordonnées augmentent, et deux échelles, une pour chacun des axes, qui graduent à quel point la coordonnée augmente. Deux systèmes de coordonnées sont particulièrement importants en navigation.
Le Repère Géographique de la Terre (Latitude et Longitude)
Le repère géographique de la Terre est la convention internationale retenue pour exprimer des positions sur le globe terrestre. C'est la base de toutes les cartes marines et de toutes les applications électroniques de positionnement.
- Le point de référence du système terrestre est l'intersection entre l'équateur et le Premier méridien. Ce point est quelque part au sud de l'Afrique.
- Les deux axes de ce système de coordonnées correspondent à la Latitude et à la Longitude.
- La latitude est un angle compris entre 0° et 90° et désigne l'élévation d'une position par rapport à l'équateur. Quand cette élévation est vers le pôle nord, on parle d'une latitude Nord (N). Quand cette élévation est vers le pôle Sud, on parle de latitude Sud (S). Ainsi, une position au 30° N (« en haut » de l'équateur) ne désigne pas le même endroit qu'au 30° Sud (« en bas » de l'équateur).
- La longitude est un angle compris entre 0° et 180° et mesure l'écart au Premier méridien, soit le méridien par où passe l'Observatoire de Greenwich. Pour des raisons historiques, on appelle parfois le premier méridien le Méridien de Greenwich. Quand on se déplace à l'Ouest du premier méridien, on note la coordonnée avec un W (pour « West »). Quand on se déplace à l'Est de Greenwich, on note la coordonnée avec un E (pour « East »). Ainsi, la coordonnée 22° W ne désigne pas le même endroit que la coordonnée 22° E.
Une coordonnée complète désigne alors une position en termes de latitude et de longitude. La convention est de désigner d'abord la latitude, puis la longitude. À titre d'exemple, la Ville de Québec se situe (approximativement) à la position 46.8105004° N, 071.2493283° W. Similairement, la position 33.9088006° S, 150.8694066° E désigne la position approximative de Sydney en Australie.
Le Système de Coordonnées Cartésien
Le système de coordonnées cartésien est un système « générique » qu'on apprend dès l'école primaire. Il sert d'abord et avant tout à faire des croquis rapides, ou des calculs intermédiaires qu'on reporte ensuite sur une carte. De nombreux ouvrages de navigation se servent du système cartésien pour illustrer des concepts.
- Ses deux axes sont, d'une part « l'axe des x », désignant la dimension « gauche-droite », et, d'autre part « l'axe des y », qui désigne la dimension « haut-bas ». Les graduations sont en unités quelconques (mètres, kilomètres, centimètres, selon les besoins). La convention veut que lorsqu'on se déplace à droite du point de référence, la graduation de l'axe des x augmente, et à gauche, elle diminue. Similairement, l'axe des y augmente quand on monte et diminue quand on descend.
- Une coordonnée dans le système cartésien comprend donc deux nombres. La convention est de désigner d'abord le nombre en x, puis le nombre en y. Par exemple, la position (3, 2) désigne trois unités en x vers la droite, puis deux unités en y vers le haut.
Maîtriser les Coordonnées : Conversions Degrés, Minutes, Secondes
Les coordonnées de navigation s'expriment en degrés (°), minutes (') et secondes ("). Par exemple, la ville de Québec est aux coordonnées 46° 48′ 37.8″ N, 071° 14′ 57.58″ W. Le terme 46° 48′ 37.8″ N désigne 46 degrés (46°), 48 minutes (48′) et 37.8 secondes (37.8″) au Nord (N). Le deuxième terme (071° 14′ 57.58″ W) désigne 71 degrés (071°), 14 minutes (14′) et 57.58 secondes (57.58″) à l'Ouest (W).
C'est la même idée que pour les mesures de temps : il faut être capable de convertir des degrés, minutes et secondes en degrés comprenant une partie fractionnaire (avec des nombres après la virgule). Il faut également être en mesure de faire le contraire : convertir des coordonnées fractionnaires en degrés, minutes et secondes. On peut s'aider avec un système de conversion en ligne si l'on débute, mais il faut éventuellement être en mesure de le faire par soi-même.
Les règles de conversion sont basées sur :
- 60 minutes dans un degré (1° = 60').
- 60 secondes dans une minute (1' = 60").
Les conversions sont les mêmes que pour le temps. La seule différence est que la conversion se fait de degré en minutes (au lieu d'heures en minutes).
- Exemple : La position de Gaspé est à peu près de 48.8275383 N, 64.4878066 W. Pour convertir la latitude 48.8275383 N en degrés, minutes et secondes :
- La partie entière est 48°.
- Pour les minutes, on multiplie la partie décimale par 60 : 0.8275383 * 60 = 49.652298. Donc 49'.
- Pour les secondes, on multiplie la partie décimale restante par 60 : 0.652298 * 60 = 39.13788. Donc 39.14".
- La latitude de Gaspé est donc 48° 49' 39.14" N.
- Le même processus s'applique à la longitude.
Perspective Comparée : Unités de Vitesse Terrestres, Maritimes et Aériennes
La vitesse est un concept universel, mais ses unités varient considérablement selon l'environnement dans lequel elle est mesurée, chacune ayant des raisons historiques et pratiques.
Sur terre
L'unité de vitesse dépend de l'unité de distance et de l'unité de durée utilisées. Les unités les plus souvent utilisées sont les suivantes : kilomètre par heure (km/h) pour les voitures, mètres par seconde (m/s) pour des contextes scientifiques ou des distances courtes. Par exemple, si une voiture traverse un tunnel long de 8,4 km en 7 min, sa vitesse moyenne peut être calculée. On sait que V = d/t, donc V = 8,4 km / 7 min = 1,2 km/min. Habituellement, la vitesse d'une voiture est donnée en km/h. Effectuons la conversion : 1,2 km/min signifie qu'en une minute, la voiture parcourt 1,2 km. En une heure, la voiture parcourt donc 72 km (car 1 h = 60 min et 1,2 × 60 = 72). La vitesse moyenne de cette voiture est de 72 km/h.
Sur mer
La vitesse des bateaux est exprimée en nœuds. Un bateau qui a une vitesse d'un nœud parcourt un mille nautique (soit environ 1 852 m ou 1,852 km) en une heure. Comme mentionné précédemment, un bateau filant 15 nœuds a une vitesse équivalente à 27,78 km/h.