Pour naviguer à la voile, la maîtrise des équipements essentiels d'accastillage est fondamentale, et parmi eux, le winch occupe une place prépondérante. Comprendre son fonctionnement, ses différentes déclinaisons et les bonnes pratiques d'utilisation est indispensable pour tout marin, qu'il soit novice ou expérimenté. Sur un voilier, les "ficelles", à savoir les cordages ou "bouts", servent notamment à hisser et à régler les voiles. Ces manœuvres exigent une application de force qui, au-delà d'une certaine vitesse de vent et en fonction de la surface des voiles, nécessite l'assistance mécanique d'un winch. Bien utiliser des taquets et un winch est une des bases essentielles de l’apprentissage de la voile, et ce n’est pas sorcier si l’on apprend avec méthode.
Le Principe Fondamental du Winch : Une Démultiplication de la Force Humaine
Le winch est un mécanisme ingénieux conçu pour démultiplier la force exercée par l'équipage sur les cordages, permettant de mollir ou de mettre en tension les voiles avec efficacité. Le cordage à mettre en tension est enroulé autour du corps cylindrique du winch, que l'on nomme la poupée. L'équipage fait ensuite tourner le winch à l'aide d'une manivelle de winch amovible qui entraîne le cordage.
À l'intérieur du winch, un jeu de pignons est responsable de cette démultiplication. La force exercée sur la manivelle est ainsi amplifiée dans un rapport qui peut s'étendre de 1/5 sur les plus petits winchs - où une force de 1 kg exercée sur la manivelle se traduit par une traction de 5 kg sur le cordage - à 1/120 sur les plus gros modèles disponibles dans les gammes commercialisées en série. La majorité des winchs proposent deux vitesses (ou deux rapports). La deuxième vitesse est généralement obtenue en inversant simplement le sens de rotation de la manivelle de winch, offrant ainsi une polyvalence appréciable pour ajuster l'effort et la rapidité de la manœuvre.
Lors de l'utilisation du winch, une attention particulière doit être portée au bout libre du cordage. Celui-ci doit être maintenu en tension et guidé pour éviter que le cordage ne glisse ou ne "surpatte" sur la poupée, c'est-à-dire pour que les tours ne se chevauchent pas lors de l'enroulement. Cette contrainte, qui immobilise une main, impose un positionnement par rapport au winch qui n'est pas toujours optimal pour exercer une force maximale sur la manivelle. Sur les voiliers anciens, des poulies, frappées sur chaque cordage, permettaient de démultiplier la traction humaine exercée sur ceux-ci, une méthode efficace mais plus laborieuse que les winchs modernes.
Comprendre les Types de Winchs et Leur Évolution
Les winchs ont évolué pour répondre aux besoins divers des voiliers et de leurs équipages, offrant des solutions adaptées à chaque type de navigation et de manœuvre. On distingue principalement trois grandes catégories de winchs : manuels standard, self-tailing et électriques, avec des variantes pour les grandes unités et les régatiers.
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Winchs Manuels Standard : Les Bases de la Traction
Le modèle de winch le plus simple est le modèle à une vitesse, où un tour de manivelle égale un tour de poupée. Ces winchs sont généralement rencontrés jusqu'au numéro 16. Au-delà de ce numéro, à partir du 16, les winchs sont conçus avec deux ou trois vitesses, augmentant ainsi leur capacité de démultiplication et leur polyvalence. Les numéros attribués aux winchs ne sont pas le fruit du hasard ; ils correspondent à ce que les fabricants appellent le Power Ratio, ou rapport de puissance, une donnée cruciale pour évaluer leur efficacité.
Sur un modèle standard, le cordage n’est pas retenu de manière autonome. Cela signifie que l'équipage doit effectuer plusieurs actions simultanément : tourner la manivelle pour enrouler le cordage, puis endrailler le cordage sur la poupée et enfin le tourner sur un taquet pour le bloquer. Cette méthode, bien que fondamentale, peut être exigeante et requiert une bonne coordination.
Winchs Self-Tailing : L'Autonomie au Service de la Manœuvre
Pour apporter plus de confort et réduire l'effort lors des manœuvres, le winch self-tailing a été développé. Ce type de winch se distingue par l'intégration d'une mâchoire placée sur la partie supérieure de la poupée, solidaire de celle-ci. Cette mâchoire est conçue pour exercer une pression sur le cordage et le maintenir, éliminant ainsi le besoin pour l'équipage de tenir manuellement le bout libre.
La mâchoire est amovible et capable d'accepter différents diamètres de cordage, offrant une grande flexibilité. Lorsqu'on envisage de remplacer un winch, il est souvent constaté que l'emplacement et le perçage sont déjà déterminés. Cela implique de choisir un modèle dont l'encombrement est identique, mais pas nécessairement la fonction. Ainsi, il est tout à fait possible de remplacer un winch standard par un winch self-tailing, qu'il soit à une ou deux vitesses. C'est une opération moins restrictive que de remplacer le bateau entier et offre un gain significatif en termes de confort et de sécurité, à condition de veiller à la position d'utilisation lors des manœuvres.
Winchs Électriques : Confort et Rapidité
Les winchs électriques représentent une avancée majeure en matière de confort et de réduction des efforts à bord. Un winch électrique est, dans son essence, un winch manuel doté de la même mécanique, auquel vient se greffer par le dessous un moteur électrique. Il conserve la capacité de fonctionner en mode manuel à l'aide d'une manivelle, offrant ainsi une sécurité en cas de panne électrique ou si l'on souhaite un contrôle plus fin.
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Ces modèles permettent d'effectuer les manœuvres rapidement et sans efforts considérables. Ils peuvent être électriques dès l'origine, mais de nombreux modèles manuels existants peuvent également être équipés ultérieurement d'un moteur électrique. Cependant, il est important de noter que ces winchs électriques sont gourmands en énergie. La consommation de courant électrique est significative, ce qui impose de prévoir un câblage adéquat en se référant scrupuleusement à la notice du fabricant pour dimensionner les conducteurs en conséquence. Sur un modèle électrique, la force exercée n'est pas contrôlée directement par l'opérateur comme sur un winch manuel, et elle peut être très importante, voire dangereuse si les précautions nécessaires ne sont pas prises.
Il convient également de signaler les nouvelles gammes de winchs, comme celles proposées par Harken et Lewmar, dont les modèles sont réversibles. Ces winchs sont capables de border une voile comme leurs homologues, mais aussi de choquer (relâcher la tension) en tournant dans l'autre sens, et ce, sans avoir à enlever l'écoute du self-tailing, ce qui simplifie grandement les ajustements rapides. À l'origine, les modèles électriques étaient plutôt encombrants et leur installation était souvent limitée aux grandes unités. Cependant, ils ont bénéficié des avancées technologiques, avec des moteurs tout aussi performants mais beaucoup plus compacts, pouvant être installés sur ou sous le pont, voire intégrés directement aux winchs.
Sur les multicoques, on trouve fréquemment, en plus des deux winchs électriques dédiés aux écoutes, un autre winch centralisé qui, via un circuit de poulies et de taquets coinceurs, reçoit les drisses et les prises de ris, optimisant ainsi l'organisation des manœuvres.
Solutions pour Grandes Unités et Voiliers de Régate : Colonnes et Hydraulique
Sur les grands voiliers de régate, la force à exercer sur les cordages peut atteindre des niveaux impressionnants, jusqu'à 10 tonnes. Même avec l'assistance des plus gros winchs disponibles, de telles exigences nécessitent l'intervention coordonnée de plusieurs équipiers. Dans ce contexte, la manivelle de winch est souvent remplacée par un système déporté par rapport au winch, connu sous le nom de colonne de winch, communément surnommée "moulin à café".
Ce dispositif permet de combiner la force de plusieurs personnes, avec au moins deux manivelles sur une même colonne, et de déployer une plus grande force grâce à l'axe des manivelles qui est horizontal et positionné à hauteur de hanche, offrant ainsi un meilleur bras de levier et une ergonomie améliorée. La force exercée sur une colonne est ensuite transmise au winch par un système de cardan.
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Pour les grosses unités, en particulier celles équipées de multiples consommateurs importants tels que winchs, guindeaux ou dérives, une centrale hydraulique peut se justifier. Ce système offre une puissance considérable et une grande efficacité pour actionner les divers équipements du bord. Suivant les chantiers, sur les bateaux de plus de 50 pieds, ce sont des modèles électriques qui sont couramment proposés pour la manœuvre des écoutes, complétant ou remplaçant les systèmes hydrauliques selon la configuration et les préférences du propriétaire.
Les Caractéristiques Techniques Essentielles des Winchs
Pour bien choisir et utiliser un winch, il est primordial de comprendre ses caractéristiques techniques, qui déterminent sa performance et son adaptation à un type de voilier et à des manœuvres spécifiques.
Le Rapport de Puissance (Power Ratio) : Chiffres et Signification
Les constructeurs de winchs utilisent des données standardisées pour définir les caractéristiques de leurs produits. Le rapport de puissance, ou "Power Ratio", est une donnée fondamentale. Mathématiquement, le rapport de puissance est obtenu en faisant le quotient entre la longueur de la manivelle et le rayon de la poupée du winch, multiplié par le rapport de vitesse. Plus la manivelle est longue, moins l'effort à fournir est important pour obtenir le même résultat côté manœuvre. Cependant, pour ne pas détériorer le mécanisme interne du winch, les constructeurs ont défini une longueur standard de manivelle de 254 mm (soit 10 pouces).
Quelle que soit la marque, les valeurs essentielles sont toujours fournies : les rapports de vitesse, le diamètre de la poupée et le numéro du winch. Le numéro du winch est une indication directe de la force maximale obtenue lorsqu’une force de 1 kg est exercée sur la manivelle, et ce, sur le rapport de vitesse le plus élevé. Par exemple, sur un winch de 50, une force de 1 kg appliquée sur la manivelle correspondra à une traction de 50 kg en amont du winch.
Prenons un exemple concret pour mieux appréhender ces concepts. Considérons un winch à deux vitesses de 44, d’un diamètre de 100 mm (ce qui correspond à un rayon de 50 mm), avec un rapport sur la vitesse 1 de 2,5 et un rapport sur la vitesse 2 de 10.Tout d’abord, il faut calculer les rapports de puissance :
- Sur la vitesse 1, le rapport est de (254/44) x 2,5 = 14,43.
- Sur la vitesse 2, le rapport est de (254/54) x 10 = 47,03.
En pratique, cela signifie que lorsque l’on applique une force de 1 kg sur la manivelle, on obtient côté manœuvre une force de 14,43 kg sur la vitesse 1 et de 47,03 kg sur la vitesse 2. Cependant, il est important de prendre en compte les différentes pertes dues aux frottements, à l'état du cordage, aux glissements, etc., qui peuvent réduire ces valeurs de 15%.
Il est également crucial de ne pas dépasser les limites de la mécanique interne du winch, notamment les engrenages. C’est le "power radio" (ou numéro de winch) qui tient compte du diamètre du winch et de sa robustesse. Le chiffre généralement donné par les fabricants pour calculer la limite de charge est 20. Ainsi, pour notre exemple d'un modèle 44, la limite mécanique est de (20 x 44) = 880 kg. Cela peut paraître peu à première vue, mais il s'agit d'une valeur bien supérieure à la force humaine moyenne, puisque l'on estime que la traction des bras d'un adulte reste inférieure à 50 kg, à moins d'être un haltérophile olympique. On considère une puissance d'un adulte de l'ordre de 25 à 30 kg.
La dernière valeur à considérer est la longueur du cordage embraquée pour un tour de manivelle. Pour cela, trois valeurs sont à retenir : le diamètre de la poupée, la vitesse et l’effort à fournir. L'effort est plus faible sur la vitesse la plus élevée, ce qui entraîne une longueur embraquée minimum. Inversement, sur la vitesse la plus faible, l'effort est plus important pour une longueur embraquée plus conséquente.
Longueurs de Manivelles et Leur Impact
La manivelle est l'interface directe entre l'équipage et le winch, et sa longueur a un impact direct sur la puissance et la facilité d'utilisation. La taille standard des manivelles est de 254 mm (10 pouces). Avec une manivelle plus courte, la puissance est moindre en raison d'un bras de levier plus court. Pourtant, les modèles courts sont très pratiques dans les espaces étriqués, là où une manivelle standard serait gênante. Par exemple, elles sont proposées pour dégager de la place quand le winch est sur le rouf, gêné par une capote. Elles sont également appréciées de certains régatiers car elles peuvent s'avérer plus efficaces dans le petit temps pour reprendre une manœuvre rapidement, permettant des ajustements plus vifs.
La durée de vie d'une manivelle peut parfois être courte, car cet accessoire a une fâcheuse tendance à tomber à l'eau. En remplacement, il est judicieux de choisir une manivelle flottante, une option simple pour éviter une perte coûteuse. Le cliquet de blocage de la manivelle sur le winch a aussi son importance, assurant que la manivelle reste solidement en place pendant la manœuvre.
Matériaux de Construction : Robustesse et Performance
Le choix des matériaux pour la fabrication des winchs est crucial pour leur robustesse, leur durabilité et leur performance sous contrainte. Pendant longtemps, le bronze a été le matériau de prédilection pour les roulements internes en raison de sa résistance à la corrosion et de ses bonnes propriétés mécaniques. Cependant, l'évolution technologique a vu apparaître d'autres matériaux performants.
Aujourd'hui, on trouve des alliages légers, de l'inox et des matériaux composites pour les roulements. Ces derniers présentent souvent moins de frottements sous charge par rapport au bronze, contribuant à une meilleure efficacité du winch. Pour la poupée (le tambour autour duquel s'enroule le cordage), le bronze reste très courant, souvent poli ou chromé pour une meilleure esthétique et résistance. L'aluminium, plus léger que le bronze, est principalement réservé aux bateaux de régate où chaque gramme compte pour la performance. Quant à l’inox, il est peu répandu en première monte pour la poupée, bien que présent dans d'autres composants du winch. Les winchs sont des pièces qui encaissent des gros efforts, ce qui rend le choix des matériaux d'autant plus critique pour garantir leur intégrité et leur bon fonctionnement au fil du temps.
Installation, Entretien et Innovations pour une Durée de Vie Optimale
Une utilisation efficace et une longue durée de vie pour les winchs dépendent non seulement d'une bonne installation, mais aussi d'un entretien régulier et de la prise en compte des innovations disponibles.
Installation du Winch : Emplacement et Renforts
Lorsqu'il s'agit de remplacer un winch existant, l’emplacement et le perçage sont bien souvent déjà déterminés. Cela implique de prendre un modèle identique en encombrement, mais pas nécessairement en fonction, comme nous l'avons vu avec la possibilité de passer d'un modèle standard à un self-tailing. Il est toutefois impératif de veiller à la position d’utilisation lors des manœuvres, pour que l'accès et l'ergonomie soient optimaux.
L'emplacement du winch doit impérativement être prévu avec les renforts adéquats dans le pont pour supporter la charge considérable qu'il devra encaisser. Les winchs sont en effet des pièces soumises à de très gros efforts. Pour une installation correcte, il est essentiel de respecter l’angle d’attaque du cordage, qui doit se situer entre 3° et 8°, afin que le cordage s’enroule bien sur la poupée et évite les problèmes de chevauchement. Il faut également vérifier la position du pignon d’attaque. Enfin, il est crucial de veiller à l’isolation galvanique, par exemple, lorsqu'un modèle en inox est installé sur un mât en alliage ou sur un bateau en alliage, pour prévenir la corrosion électrolytique.
Maintenance Régulière : Les Gestes Essentiels
Un entretien régulier est la clé pour assurer la fiabilité et la longévité de vos winchs. Une pratique simple mais très efficace est de rincer régulièrement les winchs à l’eau douce après chaque sortie en mer. Cela permet d'éliminer le sel et les impuretés qui peuvent s'accumuler et causer de l'usure prématurée. Au port, il ne faut jamais laisser des bouts en tension dessus, comme on le voit fréquemment avec une garde, car cela exerce une contrainte inutile et constante sur le mécanisme.
Chaque année, il est vivement conseillé de procéder à un démontage du winch. Pour ce faire, on ôte la poupée, puis on nettoie minutieusement les engrenages et les roulements avant de les graisser avec le produit spécifiquement conseillé par la marque du winch. Il est primordial de graisser tous les engrenages, roulements et pignons, mais il ne faut jamais graisser les cliquets et leurs ressorts. La graisse, combinée au sel, peut former une sorte de colle qui empêcherait leur bon fonctionnement. Les cliquets et les ressorts sont d'ailleurs les pièces d’usure les plus courantes. Le démontage et le remontage d'un winch ne sont généralement pas difficiles, et tous les fabricants proposent des kits de maintenance incluant cliquets, ressorts et la graisse appropriée.
Innovations et Alternatives : Les Manivelles Électriques
Les innovations dans le domaine des winchs portent sur des aspects variés, telles que la transformation des modèles manuels en électriques ou l'utilisation de nouveaux matériaux comme le carbone et les roulements composites. Une autre innovation notable est l’automatisation des vitesses, qui consiste en l’intégration d’un capteur de charge sous la poupée.
Cependant, installer ou électrifier un winch peut parfois poser des problèmes, notamment en termes de complexité d'installation, de coût ou de contraintes d'espace. Une solution alternative et de plus en plus populaire est l’utilisation d’une manivelle électrique. Jusqu’à ces dernières années, les modèles proposés n’étaient pas toujours satisfaisants. Soit ils étaient alimentés par un câble encombrant nécessitant une installation électrique importante, soit ils fonctionnaient sur batterie indépendante, mais avec une autonomie souvent insuffisante.
Depuis peu, des solutions innovantes sont apparues, comme l’Ewincher de fabrication française. Cette manivelle électrique fait appel aux techniques modernes tout en conservant le concept d’une manivelle manuelle. Son premier atout est sa longueur, identique à celle d'une manivelle standard (250 mm), ce qui la rend familière à l'usage. Elle offre trois modes de base : manuel, assisté et combiné. Pour le mode manuel, il suffit d’appuyer sur le pommeau et de l’utiliser comme une manivelle standard. Le mode assisté assure une rotation en fonction de l’appui (de 15 à 80 tours/minute) ; pour l’enclencher, il faut appuyer sur le bouton situé sur la poignée. Le mode combiné permet, en utilisation assistée, de tourner la manivelle comme une standard pour embraquer plus vite, alliant la rapidité de l'action manuelle à la puissance de l'assistance électrique.
Pour inverser le sens de rotation, deux options sont disponibles : soit on appuie sur le bouton du pommeau, soit on positionne la manivelle de l’autre côté du winch, comme on le ferait avec une manivelle classique pour la deuxième vitesse. En pratique, un bouton sur le pommeau donne accès au mode manuel ainsi qu’à l’inversion de sens, tandis qu'un deuxième bouton sur la poignée assure la rotation grâce à l’assistance électrique. Grâce à une application gratuite pour smartphone, il est même possible de régler la force délivrée par la manivelle électrique, entre 10 et 32 kg. Par exemple, sur le réglage maximum de 32 kg, on peut obtenir sur un winch de 40 une force de 274 kg sur la vitesse 1 et de 1312 kg sur la vitesse 2.
Les manivelles électriques comme l'Ewincher transforment des manœuvres qui demandent énergie et force en opérations incroyablement simples. Hisser la grand-voile, effectuer des virages de bord, ou même hisser un équipier au mât devient un jeu d'enfant. Elles simplifient le quotidien à bord et permettent à tous les membres de l'équipage de participer, en éliminant les obstacles liés aux problèmes d'épaules, au manque de force ou d'énergie, et ce sans devoir installer un winch électrique. Il existe aussi des offres proposant d'utiliser des perceuses/visseuses avec un embout spécifique pour actionner les winchs, mais il est légitime de se demander si c'est une véritable solution d'assistance à la manœuvre sur le long terme.