Le modélisme naval, qu'il s'agisse de la reproduction fidèle de voiliers emblématiques ou de la conception de prototypes innovants, connaît une transformation profonde grâce à l'avènement de l'impression 3D. Cette technologie, autrefois réservée aux professionnels, est désormais accessible et offre des possibilités inédites en termes de précision, de personnalisation et d'efficacité. De la coque aux moindres détails du pont, l'impression 3D permet aux passionnés de concrétiser leurs rêves maritimes avec une facilité et une qualité inégalées.
L'Excellence du Modélisme Naval Redéfinie : L'Expérience de Chris Engelhardt
L'histoire de Chris Engelhardt illustre parfaitement cette révolution. Tout a commencé par un blues hivernal dans la grisaille berlinoise. Son propre yacht étant en hauteur et au sec, et le catalogue de commande du magasin d'accessoires ayant déjà été feuilleté plusieurs fois, Chris Engelhardt, commercial chez Daimler, a cherché à ajouter une nouvelle dimension à son hobby. Il s'est procuré un kit de modélisation de cerf-volant, travaillant de manière classique avec une structure de membrures à recouvrir. Pendant deux mois, il a bricolé son premier mini-yacht, le modifiant et l'affinant déjà ici et là : plinthes et barre franche en acajou, joints gracieux en sika pour le pont en teck. Cette expérience traditionnelle a posé les bases de son parcours, qui allait bientôt embrasser pleinement les avantages de l'impression 3D.
Aujourd'hui, cet homme de 55 ans vit à Stuttgart et profite de sa préretraite. "Quand j'ai quitté mon travail, le modélisme a un peu dérapé", dit Engelhardt en souriant malicieusement. Dans le salon de sa maison, des photos grand format et une peinture à l'huile encadrée avec des motifs maritimes témoignent de sa passion. Dans le bureau, divers modèles de bateaux sont posés sur la commode et le rebord de la fenêtre, tandis que sur le sol se trouve un imposant Open 60 bien connu : l'ex-"Malizia-Seaexplorer" de Boris Herrmann. Et ce modèle a tout pour plaire.
Le "Malizia-Seaexplorer" : Symbole de la Performance Imprimée en 3D
Le modèle réduit du "Malizia-Seaexplorer" n'est pas seulement fidèle à l'original, il peut aussi être piloté à l'aide d'un contrôleur. Et comme si cela ne suffisait pas, le bateau est si bien équilibré qu'il peut même naviguer en foil. Pour y parvenir, Engelhardt a dû puiser au plus profond de sa boîte à malices. Il a notamment remarqué qu'il était difficile de savoir à quel angle d'attaque un foil est le plus performant, particulièrement dans les conditions de vent variables du sud. Sans hésiter, il a construit une hélice sur le bateau, à l'endroit où se trouve habituellement le mât. L'hélice est orientable afin de pouvoir simuler une voile qui tire sur le côté. De cette manière, il peut reproduire les conditions de son test et mesurer exactement à quelle vitesse la coque sort de l'eau et quelle est la vitesse maximale du bateau.
Le professionnalisme et l'ingéniosité de Chris Engelhardt ont rapidement attiré l'attention. Il ne fallut pas longtemps pour qu'un contact s'établisse avec l'équipe de Boris Herrmann. Le navigateur professionnel a été tellement enthousiaste qu'il a invité Engelhardt chez lui à Hambourg. Pendant une heure et demie, les deux technophiles se sont affairés autour du modèle réduit de bateau et ont discuté des commandes et des détails du pont. Il existe en effet quelques différences subtiles par rapport au grand "Malizia" ainsi qu'à un modèle purement destiné à la vitrine. Par exemple, le guidage des cordages et le pont sont aussi simples que possible afin d'éviter que les filigranes ne s'emmêlent, ce qui pourrait rendre difficile de ramener le bateau sur la rive. Pour la même raison, la voile d'avant a une bôme, ce qui permet de la ramener rapidement et facilement de l'autre côté lors d'un virement de bord ou d'un empannage. La quille est également proportionnellement plus longue que celle de l'original, car sinon, le bateau miniature se coucherait trop vite sur la joue. Lors du départ de l'Ocean Race Europe à Kiel, Herrmann a invité le Souabe d'adoption et sa mini "Malizia" sur le stand de l'équipe, où le petit bolide est rapidement devenu une attraction pour le public.
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Des Projets Ambitieux et Sur Mesure : Le Pogo 40 en Un Temps Record
Chris Engelhardt s'est fait un nom sur la scène du modélisme RC, construisant exclusivement des yachts qui le passionnent personnellement. Parfois, un designer de yacht confirmé ou le chef du chantier naval de X-Yachts fait un commentaire, et il n'est pas rare qu'une personne montre un intérêt sérieux pour un modèle après l'avoir terminé. Il arrive qu'il se sépare de son projet, qu'il construise un navire jumeau, ou qu'il propose l'ensemble des données à la vente, permettant ainsi d'imprimer soi-même les pièces détachées. En fonction de l'ampleur et de la complexité du projet, les données peuvent coûter entre 32 et 62 euros, tandis qu'un bateau fini représente des coûts nettement plus élevés. Des demandes curieuses, comme celle d'un professeur des États-Unis souhaitant savoir si ses bateaux télécommandés pouvaient être utilisés pour une traversée autonome de l'Atlantique, ou d'un fan canadien cherchant un prototype pour le yacht de ses rêves, y compris un garage à dingos, sont souvent déclinées, même si flatteuses.
Cependant, il y a déjà eu une exception en matière de travaux de commande. Lorsque le sponsor principal Otto Wulff du duo de jeunes stars allemandes Lennart Burke/Melwin Fink a demandé un modèle de leur Pogo 40, Engelhardt n'a pas pu refuser. Le seul problème était le temps : en 18 jours, le racer portant le logo du sponsor devait impressionner les visiteurs lors d'un salon de la construction. Cela signifiait travailler tous les jours jusque tard dans la soirée. Il a bénéficié du fait qu'à l'époque, il s'était déjà plongé dans la technique de l'impression 3D. Sans cela, le projet n'aurait pas pu être réalisé aussi rapidement. D'autant plus que les données du racer Class40 étaient gardées par le chantier naval comme un secret d'État. Il a donc fallu commencer par créer un modèle 3D du bateau sur ordinateur à l'aide d'un logiciel de CAO. Pour cela, il a utilisé tout ce qui pouvait l'aider : des photos et des dessins de fissures trouvés sur Internet ou dans d'anciens numéros de YACHT. Mais les indications des deux navigateurs ont également été prises en compte. Tel un détective, le maquettiste a ainsi assemblé les nombreuses pièces du puzzle.
L'Avantage Décisif de l'Impression 3D dans la Précision et la Reproductibilité
L'un des énormes avantages de l'impression 3D de composants est la précision d'ajustement quasi parfaite ainsi que la reproductibilité aisée. Dans le modélisme classique, il faut parfois poncer et corriger pendant une éternité pour pouvoir créer des segments sur mesure et les assembler. Engelhardt souligne que cela a toujours été particulièrement compliqué pour la construction de trimarans, où les coques doivent être non seulement parfaitement parallèles, mais aussi collées selon le bon angle. C'était un travail énorme ! Avec la technique moderne, il ne faut plus qu'un dixième du temps de travail, et il n'est même pas nécessaire d'être présent. Il est possible d'imprimer en mangeant ou même en dormant. De manière pratique, le processus d'impression peut également être commandé et contrôlé depuis un smartphone.
Un Atelier Moderne : Imprimantes 3D de Haute Performance et Processus Optimisés
Chris Engelhardt possède deux imprimantes 3D qui peuvent fonctionner simultanément. Toutes deux proviennent de Chine, mais cela ne veut pas dire qu'elles étaient bon marché, la grande imprimante de Bambu Lab venant du haut de l'étagère. Avec des dimensions extérieures d'un petit réfrigérateur, l'appareil a un espace imposant de 350 millimètres de large, 320 millimètres de profondeur et 325 millimètres de hauteur. Grâce à deux buses, il est possible de travailler simultanément avec deux matériaux différents au cours d'un même processus d'impression, et ce à une vitesse fulgurante. L'environnement de son atelier, qu'il décrit comme une "Man Cave", un espace de travail et un musée, reflète sa passion. Dès son enfance, Engelhardt a développé une passion pour le modélisme. Depuis que les voiliers ont également fait leur entrée dans son univers de bricoleur, il passe chaque jour plusieurs heures dans son royaume. Parfois, c'est juste pour boire son café et attendre la prochaine inspiration, ou alors, dans un moment de nostalgie, il s'empare d'un des véhicules plus anciens et le pilote pendant un ou deux tours dans la pièce. Cela lui permet d'aller naviguer avec ses mini-raceurs dans n'importe quelle mare, même la plus petite, surtout quand il n'y a pas assez de vent pour son vrai bateau.
Fondamentaux de l'Impression 3D FDM pour le Modélisme
L'impression 3D FDM (Fused Deposition Modeling), également désignée par le terme FFF (Fused Filament Fabrication), est la porte d'entrée idéale vers la fabrication numérique pour le modélisme. Contrairement aux idées reçues, cette technologie n'a rien de futuriste ni d'inaccessible. Le procédé existe depuis les années 1980 et repose sur un principe simple : déposer un filament plastique fondu, couche après couche, jusqu'à former un objet.
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Comprendre la Technologie FDM/FFF : Le Cœur de la Fabrication Additive
L'impression 3D est un procédé de fabrication additive, où une imprimante crée un objet physique à partir d'un fichier numérique, en ajoutant la matière couche par couche. C'est l'inverse de la fabrication soustractive, qui consiste à retirer de la matière, comme un sculpteur taille un bloc de pierre. Le principe de la FDM est qu'un filament de plastique est chauffé puis extrudé par une buse, qui le dépose précisément pour bâtir l'objet strate après strate. On peut imaginer des tranches très fines empilées et fusionnées entre elles pour qu'une pièce prenne forme. À ses débuts, l'impression 3D était appelée « prototypage rapide », un terme encore employé aujourd'hui, servant à fabriquer des prototypes à moindre coût. Le véritable tournant grand public survient en 2005 avec le projet RepRap, lancé par le Dr Adrian Bowyer à l'université de Bath, rendant la technologie plus accessible.
De l'Idée au Fichier : Création et Acquisition de Modèles 3D Navals
Le processus d'impression 3D se déroule toujours en trois temps : obtenir un modèle 3D, préparer l'impression en le convertissant en Gcode à l'aide d'un slicer (trancheur), puis lancer l'impression. Pour l'étape d'acquisition du modèle 3D, trois options s'offrent au modéliste : télécharger un modèle existant, créer le vôtre, ou scanner un objet réel. Les plateformes de référence pour le téléchargement incluent Thingiverse et YouMagine pour des ressources gratuites, ainsi que Cults, MyMiniFactory et Pinshape qui proposent des modèles gratuits et payants. Pour créer ses propres modèles, des logiciels existent à tous les niveaux, de TinkerCad pour débuter, à SketchUp pour un bon compromis, et jusqu'à Fusion 360 pour un usage professionnel, comme Chris Engelhardt l'a fait pour le Pogo 40 en assemblant des informations fragmentées.
Pour choisir une imprimante, la chose la plus importante à considérer est la taille maximale que l'imprimante peut imprimer une pièce, déterminée par le volume du plateau d'impression, généralement exprimé en mm avec des chiffres xyz. Un Racing Sparrow 1000, par exemple, nécessite un volume d'impression minimum de 210x210x245mm (xyz), tandis qu'un RS-RG65 requiert un volume maximum de 150×150×180mm (xyz). Des imprimantes comme la Creality K1 Max offrent un volume d'impression de 300x300x300mm, étant une imprimante assez grande et performante. Si le budget ne permet pas une machine haut de gamme, des modèles comme le Bambu Lab A1 sont très abordables, avec un plateau d'impression juste assez grand pour des modèles comme le RS-RG65. Les imprimantes FDM se distinguent par le mouvement de leurs axes, les cartésiennes étant les plus courantes et les Delta offrant vitesse et grand volume mais exigeant un calibrage précis.
Le Slicer : Le Chef d'Orchestre de Votre Impression 3D
L'imprimante ne lit pas directement un fichier STL (format standard pour les modèles 3D). Il faut le « trancher » en Gcode via un logiciel appelé slicer. Le plus populaire est Cura, gratuit et open source, qui propose des profils prédéfinis adaptés aux débutants. D'autres options incluent ideaMaker, le logiciel de tranchage de Raise3D, et PreForm, le logiciel professionnel intuitif conçu par Formlabs. C'est dans le slicer que sont réglés les paramètres déterminants de votre impression.
Paramètres Clés du Slicer pour des Impressions de Qualité
Plusieurs paramètres du slicer sont cruciaux pour la qualité et la solidité des pièces de modélisme :
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- Température : Généralement 200-220 °C pour la buse et 60-100 °C pour le plateau, selon le filament.
- Hauteur de couche : De 0,1 à 0,3 mm. Plus elle est fine, plus l'objet est détaillé, mais plus l'impression est longue. Un bon compromis se situe souvent entre 0,15 et 0,20 mm. Il est important de noter que la hauteur de couche n'est pas le diamètre de buse (qui est de 0,4 mm par défaut).
- Remplissage (infill) : Exprimé en pourcentage, il influe sur la solidité, le temps et la matière consommée. Pour des pièces de structure, comme des coques de catamaran, un remplissage élevé, par exemple à 70% voire 80%, est souvent envisagé pour garantir une robustesse adéquate.
- Supports : Indispensables pour les porte-à-faux. Il est judicieux d'orienter l'objet dans le slicer pour les minimiser.
- Adhérence : Une bordure (brim) ou une jupe (skirt) améliore la tenue sur le plateau.
- Refroidissement actif : Également crucial, surtout pour les structures fines. Parfois, il est même conseillé d'éteindre les ventilateurs de refroidissement à l'intérieur de l'enceinte, car certains, comme le ventilateur latéral d'une Creality K1 Max, peuvent faire soulever le bord le plus proche de l'impression. Cependant, l'impact de cette modification peut parfois être minime, voire un simple effet placebo.
Choix des Matériaux : Adapter le Filament aux Exigences de la Maquette
Le choix du filament détermine l'aspect, la résistance et la durabilité de vos pièces. Si vous débutez, le PLA est le point de départ idéal.
PLA : La Polyvalence pour Débuter et les Pièces Non Sollicitées
Le PLA est le matériau le plus simple à imprimer. Il est économique, peu odorant, et peu sujet à la déformation, le rendant adapté aux petits comme aux grands objets. Pour mon impression, l'hésitation à l'utiliser est due à des interrogations sur sa solidité et son comportement dans le temps, mais l'impression en PLA est maîtrisée. Chris Engelhardt utilise des filaments PLA légers qui moussent sous l'effet de la chaleur et ressemblent au bois de balsa, matériau prisé dans la construction de yachts. Avec eSun PLA+, des paramètres d'impression rapides avec une température de buse de 200°C et une température de plaque de 60°C sont un excellent point de départ. Il existe également des variantes comme le PLA Tough, offrant une résistance améliorée.
ABS et ASA : Robustesse et Résistance Thermique pour les Structures Marines
Pour mon impression, je le ferai bien en ABS, mais cela nécessite d'avoir fini ma "super boîte" pour éviter le warping. L'ABS et l'ASA sont des matériaux solides et résistants à la chaleur, mais plus techniques à imprimer. Ils dégagent une forte odeur et tendent à se déformer, ce qui rend un caisson fermé fortement recommandé pour ces filaments. L'ASA, en particulier, a une résistance à la chaleur plus élevée et est stable aux UV, ce qui en fait le successeur de l'ABS pour les applications extérieures, bien qu'il soit plus difficile à imprimer correctement. On entend souvent que le PLA n'est pas assez résistant à la chaleur et que le bateau pourrait fondre, mais cette affirmation doit être nuancée selon l'application et les contraintes.
PETG et TPU : Compromis et Flexibilité
Le PETG offre un bon compromis entre résistance et souplesse pour les pièces mécaniques, bien que certains l'utilisent avec des degrés de succès variables. Les filaments flexibles, comme le TPU, sont idéaux pour des éléments qui nécessitent une certaine élasticité, tels que des pneus RC ou des amortisseurs.
Filaments Composites et Renforcements : Pour la Performance Structurelle
Au-delà des plastiques de base, il existe des filaments composites chargés, mélangeant plastique et poudre (bois, métal, pierre). Ces derniers imitent l'aspect de ces matières, mais il est crucial de se souvenir qu'une pièce « effet bois » reste en plastique chargé. Ces filaments étant abrasifs, une buse renforcée et de plus grand diamètre (0,5-0,6 mm) est conseillée. Chris Engelhardt, pour sa part, renforce ses modèles : pour éviter que le matériau ne se déforme plus tard, il le recouvre d'une fine couche de plastique renforcé de fibres de verre. La dérive, le gouvernail ou le mât sont en carbone. Il renforce d'autres parties fortement sollicitées lorsque le gréement est mis en tension avec des bandes de carbone. Pour la quille, une coque imprimée est remplie de billes de plomb et recouverte de résine. En revanche, la quille ne peut pas passer par l'imprimante : elle doit être fabriquée dans un matériau dur comme le carbone, car elle fléchirait sous la charge. Pour mon assemblage, je compte le consolider soit par les picots qui seront imprimés sur les pièces, soit avec du métal d'apport inox (soudure) que j'insérerai dans le profil du bateau.
Des entreprises comme BEDROCK3D proposent une gamme variée de filaments (PLA, ABS, TPU, PAHT CF15, PPSU) adaptés à différents projets, en fonction des besoins de rigidité, flexibilité ou tenue thermique.
L'Importance Cruciale du Stockage des Filaments
Les filaments sont sensibles à l'humidité. Claquements, bulles, stringing sont souvent des signes d'un filament humide. Il est primordial de bien stocker et sécher ses filaments 3D pour des impressions réussies.
Conseils Pratiques pour une Impression 3D Réussie de Maquettes de Catamaran
La qualité de l'impression dépend de nombreux facteurs, et quelques astuces peuvent faire toute la différence, notamment pour des pièces de modélisme naval.
L'Environnement d'Impression : Maîtrise de la Température
Mon imprimante fermée Creality K1 Max a été incroyable et a été utilisée quotidiennement pendant 18 mois sans aucun problème majeur. Je trouve que mon imprimante dans le garage et fermée aide vraiment à la stabilité des températures d'impression. J'ai remarqué que si j'ouvre la porte de mon K1 Max pendant une impression, il y aura une ligne subtile mais évidente dans l'impression à ce moment-là. Je pensais vraiment au début que je réfléchissais trop, mais je l'ai remarqué maintenant plusieurs fois. L'impression en plein hiver est plus difficile qu'en été. Un jour froid ici à Nelson, Nouvelle-Zélande, à 1°C, rend l'impression difficile. Comme mon imprimante a un enclos, je sens que j'ai un certain contrôle sur la température ambiante autour des pièces imprimées. Un bon conseil est de préchauffer l'imprimante pendant 20 minutes avant de faire votre première impression de la journée. Il suffit d'allumer l'imprimante, de régler la température de la plaque de construction à 65°C et de laisser toute la machine se réchauffer.
La Première Couche : Fondement de la Qualité
Lorsque vous commencez une impression, si les premières couches semblent un peu désordonnées, il est préférable de s'arrêter, de nettoyer la plaque et la buse, et de recommencer jusqu'à ce que la première couche soit propre et correcte. Si vous laissez cette première couche désordonnée s'imprimer, vous êtes plus susceptible d'avoir des bords qui se soulèvent ou des pièces mal ajustées. Certains filaments sont plus problématiques que d'autres et un certain réglage est souvent nécessaire pour que cette première couche se comporte bien.
Optimisation des Réglages : Buse et Vitesse
Nous utilisons une taille de buse standard de 0,4 mm chez Racing Sparrow, car c'est simplement ce qui est fourni avec la plupart des imprimantes en magasin, et notre éthique est axée sur des pièces et des outils communs. Le temps total varie en fonction de quelques variables, mais avec mon imprimante fonctionnant à une vitesse d'environ 200-300mm/s, je peux imprimer un RS760 en environ 24 heures, ce qui inclut le temps nécessaire pour retirer une pièce et préparer l'imprimante pour la pièce suivante.
L'Adhérence au Plateau : Techniques Simples et Efficaces
Pour que vos impressions adhèrent au plateau de construction, il n'est généralement pas nécessaire de faire quoi que ce soit de spécial avec des bâtonnets de colle, des laques pour cheveux ou d'autres adhésifs. Les aspects les plus importants sont la température du plateau de construction et sa propreté. À 60°C et avec un plateau bien propre, il n'y a généralement aucun problème d'adhérence. Parfois, des marques de doigts gras peuvent être visibles, nécessitant un nettoyage. L'alcool ISO est une solution rapide et simple, prête à imprimer presque immédiatement, sans avoir besoin de sécher ou d'attendre entre les impressions. Si le plateau n'a pas été touché, le nettoyage n'est même pas nécessaire entre chaque impression.
La Stabilité de l'Imprimante : Un Facteur Souvent Sous-Estimé
La qualité d'impression est directement liée à la robustesse de la plateforme sur laquelle vous placez l'imprimante. L'imprimante K1 Max est consciente du balancement de l'imprimante et en tient compte pendant l'impression, car elle bouge réellement lorsqu'elle travaille avec acharnement. Parfois, la machine a besoin d'une calibration.
Finitions et Assemblage : Donner Vie à Votre Maquette
Une fois imprimé, l'objet peut être utilisé tel quel ou amélioré par diverses techniques de post-traitement et d'assemblage.
Les Techniques de Post-Traitement pour un Aspect Impeccable
Le post-traitement regroupe les techniques de finition telles que le ponçage, l'application d'un apprêt, et la peinture acrylique ou en bombe. Pour l'ABS et l'ASA, les vapeurs d'acétone permettent de lisser la surface et même de coller deux pièces entre elles. Chris Engelhardt a également expérimenté d'autres méthodes, comme l'impression d'un moule négatif. Les différents modules sont collés et renforcés par des crampons, et la surface est si parfaite qu'il est possible de laminer directement dans le moule pourvu de cire de démoulage, permettant d'obtenir un mini-racer performant en PRV.
Assemblage des Modules : Précision et Solidité
L'assemblage des pièces est un moment clé. Pour mon projet, mon assemblage sera consolidé soit par les picots qui seront imprimés sur les pièces, soit avec du métal d'apport inox (soudure) que j'insèrerai dans le profil du bateau. La partie arrière que j'ai dessinée comporte un guide pour mon tube étambot. Mon support moteur, je lui ai donné une inclinaison de 5% (copie d'un modèle qui lui avait une inclinaison de 11°). Pour mon gouvernail que j'ai également dessiné je le placerai manuellement sur l'arrière. L'utilisation d'aimants pour fixer le couvercle du système de télécommande est également une approche intéressante, conciliant précision d'ajustage et facilité de manipulation.
La Fabrication des Voiles : Une Touche d'Authenticité
Les performances des bateaux sur l'eau sont toujours au centre des préoccupations de Chris Engelhardt. Outre les foils, cela nécessite bien sûr des voiles performantes. Pour les toiles, il utilise du matériel Code Zero original, qu'il achète à un voilier français. Après avoir découpé une voile à la bonne taille, il la divise en lés qu'il recolle ensuite ensemble. Cela peut paraître surprenant au premier abord, mais c'est une pratique courante chez les voiliers professionnels, permettant de mettre en valeur le profil. Sur les vraies voiles, les panneaux sont coupés en forme de courbe. Pour les petites voiles de bateau, ce n'est pas assez précis. C'est pourquoi il place les pièces découpées sur une forme bombée, également appelée tortue, et les recolle ensuite pour obtenir le profil souhaité.
Défis Spécifiques : Imprimer en Milieu Marin
La question de l'impression 3D sur un bateau, notamment un catamaran en mouvement, soulève des défis uniques.
Le Roulis en Mer : Contrainte ou Opportunité pour l'Impression 3D ?
Un modéliste habitant sur un voilier, un catamaran de 14m, s'interroge sur la faisabilité d'utiliser une imprimante 3D à bord, sachant qu'au mouillage, le bateau est très stable, mais qu'il y a toujours un très léger mouvement de roulis. Des essais d'impression dans des véhicules roulants ont montré que les succès dépendent de l'état de la route, les cahots, nids de poule, freinages brutaux étant des facteurs d'échecs. En revanche, dans le cadre de la houle et du roulis, le mouvement est souvent cyclique et régulier. Il "suffirait" probablement de réduire la vitesse d'impression à mesure que la houle s'amplifie. L'expérience d'un membre d'un forum qui vit et imprime sur une péniche suggère que des conditions proches du sédentaire peuvent être atteintes.