Le mât, élément fondamental du voilier, est bien plus qu'une simple pièce de bois ou de métal ; il est la colonne vertébrale du gréement, l'âme même du bateau, garantissant sa performance, sa sécurité et son esthétisme. Cette structure verticale s'étendant vers le haut depuis le pont est cruciale pour exploiter efficacement la puissance du vent et propulser l'embarcation. Au fil des siècles, la conception et la construction des mâts ont connu d'importantes innovations, reflétant les progrès de la technologie maritime et l'évolution constante des besoins des marins.
Ancrage et Terminologie Spécifique des Mâts
La fixation d'un mât est un aspect crucial de sa construction et de son fonctionnement. Sur la plupart des navires, le mât passe à travers le pont par un trou que l'on appelle l'étambrai. Il repose traditionnellement sur la quille. Toutefois, s'il repose directement sur le pont, ce dernier doit être solidement soutenu par une épontille, une pièce de bois ou de métal placée verticalement pour reprendre la charge. Le mât pénètre dans le pont par ce trou appelé « étambrai » et va se fixer au fond de la coque dans une pièce nommée « emplanture », assurant ainsi une stabilité structurelle indispensable.
Certains gréements présentent des terminologies spécifiques pour leurs mâts. Dans les gréements à voiles latines au tiers, typiques des mâts de chaloupe, des lougres ou des chasse-marée, le grand-mât est aussi appelé « mât de taillevent ». Les mâts d'artimon de certains gréements auriques, comme ceux des yawls ou des cotres à tapecul, sont désignés sous l'appellation de « mâts de tapecul ». Il est intéressant de noter qu'en anglais, les termes peuvent prêter à confusion en raison de faux-amis linguistiques, tel que « mizzen mast » qui désigne le mât d'artimon, tandis que le mât de misaine est appelé « foremast ». Au-delà des mâts de voiliers, le terme « mât » est également employé dans l'aéronautique pour désigner la partie qui relie un réacteur à l'aile ou au corps d'un avion, illustrant la polyvalence de ce concept structurel. Pour les navires, un autre exemple est le mât de pavillon, un mâtereau positionné à la poupe, souvent incliné vers l'arrière, servant à hisser le pavillon de nationalité.
L'Évolution des Matériaux : Du Bois aux Composites
L'histoire du mât de bateau commence dans l'Antiquité avec de simples poteaux droits. Avec l'essor de l'exploration maritime, les exigences croissantes en matière de commerce, de guerre et d'exploration ont conduit à une complexité accrue dans la conception des mâts. Cette évolution a vu le passage de mâts rudimentaires à des gréements complexes capables de supporter plusieurs voiles, marquant un chapitre important de l'histoire maritime.
Le Mât en Bois : Entre Tradition et Innovation
Traditionnellement, le bois était le matériau de prédilection pour la construction des mâts. Dans les petites embarcations, le mât est souvent formé d'une seule pièce de bois, une technique connue sous le nom de « mât à pible », ou par l'assemblage de pièces lui donnant cette apparence. Sur les navires anciens en bois, un mât était un assemblage de plusieurs parties encastrées les unes dans les autres, le tout étant maintenu par de nombreuses roustures ou des cercles métalliques posés à chaud. Dans les marines historiques, la préférence allait aux bois gras, notamment ceux provenant de Scandinavie ou de Russie, qu'on appelait « mâts du Nord », reconnus pour leur robustesse et leur durabilité.
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Aujourd'hui encore, les mâts en bois sont employés, notamment sur des voiliers de croisière. Une technique avancée est celle du bois lamellé-collé, qui permet l'utilisation de pièces de bois de petite taille, plus faciles à trouver, pour créer une structure plus homogène et très robuste. Ce procédé offre la possibilité de réaliser des formes complexes et une répartition des forces propulsives équivalente, voire plus intéressante qu'un mât en aluminium, grâce à un rétreint - une réduction de section progressive - dans les hauts. Le bois lamellé-collé améliore significativement les performances du matériau.
La fabrication de mâts en bois creux est également une approche recherchée pour combiner légèreté et résistance. Un défi majeur dans la construction d'un mât en bois est de concilier faible densité, résistance, et dimensions, tout en gérant le séchage du matériau. Pour les collages, certains artisans utilisent une imprégnation époxy à l'eau appliquée la veille du collage, suivie d'un collage sous presse avec une résine époxy classique. Les scarfs, des assemblages à mi-bois, sont souvent disposés dans la partie haute du mât où le moment de flexion est plus faible et sont décalés les uns par rapport aux autres pour optimiser la résistance. Après l'étape de fabrication qui génère un volume certain de copeaux, il est courant de découper les cages de réa et de percer les axes. Pour guider le travail au rabot, il est utile de tracer les arêtes des polygones, comme des octogones puis des hexagones, à l'aide d'un gabarit de traçage, qui peut être réalisé avec une latte en bois et deux tiges ou tubes de guidage le long de la section carrée. Quant au choix de la colle pour un mât en bois, il peut susciter des débats, certains préférant l'époxy et d'autres, comme Dudley Dix, la résorcine, soulignant la complexité technique derrière ces choix.
L'Aluminium : Le Choix Majoritaire de la Modernité
À partir du milieu du XIXe siècle, les mâts ont évolué, notamment avec l'introduction de la tôle d'acier roulée et rivetée pour les navires plus récents. Cependant, les voiliers de plaisance actuels ont, dans leur énorme majorité, des mâts en alliage d'aluminium. Ce matériau s'est imposé comme le choix principal pour les mâts modernes en raison de sa légèreté et de sa résistance à la corrosion, des qualités particulièrement appréciées pour les voiliers de course et les yachts où l'efficacité et un entretien minimal sont primordiaux.
La fabrication d'un mât en aluminium est un processus technique précis. L'alliage utilisé doit être suffisamment ductile pour être filé, présenter les caractéristiques mécaniques voulues, avoir une bonne résistance à la corrosion et être soudable. Ces exigences limitent la composition chimique de l'alliage et les traitements possibles. Les alliages à performances élevées obtenus par des opérations complémentaires comme le laminage ou le forgeage, utilisés en aéronautique, ne peuvent être directement transposés. L'alliage est souvent de la série 7000 (zinc 5 à 8 %, magnésium 1,5 à 3 %, cuivre 0,2 à 2 %, par exemple AZ5GU ou AZ8GU). Le soudage en continu par bombardement électronique, très localisé, ne modifie pas les performances du tube. Le fabricant de mât exécute éventuellement le rétreint du sommet, qui peut impliquer un sciage en vé étroit sur quelques mètres, le rapprochement des lèvres, puis une soudure TIG ou MIG. Les usinages, tels que perçages, fraisages, emboutissages et tronçonnages, sont ensuite réalisés. Les pièces rapportées, comme les embases de barres de flèche ou la tête de mât, sont soudées. Pour les alliages forts en cuivre, dont le sommet n'est pas soudable en raison de leur composition, le rétreint est réalisé mécaniquement par moletage ou martelage, et l'engoujure est rapportée par rivetage. Après ces étapes, la protection par anodisation sulfurique et colmatage est effectuée avant d'équiper le mât de son accastillage. Une partie des manœuvres courantes passe souvent à l'intérieur du mât, limitant ainsi le fardage et les bruits aériens.
Les Composites : La Pointe de la Technologie
Dans le marché des mâts, l'innovation a conduit à l'utilisation de matériaux composites, notamment le carbone. Ces matériaux procurent une flexibilité et une légèreté sans précédent, devenant le choix privilégié pour des unités de course. Leurs profils parfois très élaborés, incluant des mâts-ailes pivotants, peuvent même devenir une partie propulsive associée à la voile, optimisant l'aérodynamisme et la performance. Le choix du carbone et de l’aluminium comme matériaux de fabrication n’est pas fortuit, car ils permettent de créer des mâts plus légers et, en même temps, plus rigides que les autres.
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Les fibres utilisées dans les composites à hautes performances peuvent être en verre R (silicone), en aramides (Kevlar) ou en carbone « haute résistance ». La fabrication de fibres de carbone implique un processus sophistiqué. Un fil, oxydé entre 200 et 300 °C, devient noir et infusible, puis carbonisé (ou pyrolysé) entre 1000 et 1500 °C sous atmosphère neutre (azote) pour former les fibres dites « module intermédiaire » et « haute résistance ». Celles-ci sont ensuite « graphitisées » entre 1800 et 2500 °C pour devenir des fibres « haut module ». Pendant ces opérations, le polymère de départ perd successivement ses atomes d’hydrogène, d’azote et d’oxygène, ne laissant subsister que les atomes de carbone en chaînes hexagonales.
La fabrication d'un mât en composite implique des techniques avancées. Une méthode, utilisée par des entreprises comme HALL Spars and Rigging, consiste à enfermer l'ensemble dans une baudruche sous vide, puis à l'introduire dans un autoclave et à le cuire sous 6 bars à 120 °C. Une autre technique utilise deux demi-moules qui s'assemblent selon le plan transversal d'épaisseur maximale. L'engoujure, souvent en alliage d'aluminium anodisé dur, est généralement posée en premier dans le moule, isolée de la résine par un film pour permettre son coulissement. Sur les mâts de forte section, l'ajout de mousse ou de nid d'abeille est possible pour alléger la structure tout en conservant la rigidité. La cuisson se fait en étuve aux environs de 120 °C, avec une vitesse de sortie de l'ordre de 0,5 m/min. Une autre approche consiste à déposer des fils préalablement imprégnés ou pré-imprégnés sur un mandrin en rotation, qui a la forme de l'intérieur du profil voulu, à l'aide d'une machine à commande numérique. Les renforts sont réalisés par des enroulements plus denses aux endroits stratégiques, et les fils peuvent être mieux orientés dans le sens des efforts. La qualité de ces renforts est cruciale, car le moindre défaut d'imprégnation ou la présence de bulles peut entraîner un délaminage.
L'Acier Inoxydable : Robustesse et Résistance
Outre le bois, l'aluminium et le composite, l'acier inoxydable est un matériau qui se distingue par sa robustesse et sa résistance à la corrosion. Bien qu'il soit plus lourd que l'aluminium, il offre une durabilité exceptionnelle dans l'environnement marin exigeant. Le choix entre ces matériaux - bois, aluminium ou acier inoxydable - dépendra des contraintes spécifiques du bateau, des exigences en termes de résistance, de poids et, naturellement, du prix.
Conception et Fabrication des Mâts : Un Processus Méticuleux
La fabrication de mâts de bateau est un processus rigoureux et méticuleux, nécessitant une attention particulière aux détails, qu'ils soient destinés à un voilier, un yacht ou même un bateau pirate.
Conception et Dimensionnement
La première étape consiste à concevoir le mât en tenant compte des contraintes spécifiques du bateau, qu'il s'agisse d'un voilier à mât fixe ou d'un mât enrouleur pour un yacht. La conception d'un mât représente un équilibre délicat entre l'intégrité structurelle et l'efficacité aérodynamique. Un mât bien conçu ne se contente pas de soutenir les voiles ; il le fait de manière à optimiser la vitesse et la stabilité du bateau. La forme de la section transversale, l'arrangement du gréement et les propriétés du matériau jouent un rôle crucial dans la façon dont un mât se comporte dans différentes conditions de vent. Les ingénieurs et les concepteurs utilisent des modèles informatiques avancés pour prédire ces performances et s'assurer que le mât peut résister aux charges dynamiques imposées par le vent et la mer. Pour garantir le calcul précis des charges sur le mât, certains fabricants ont développé des logiciels spécialisés, permettant à leur équipe de conception de dimensionner et de planifier précisément chaque mât. La taille du mât est également plus importante qu'il n'y paraît, car c'est lui qui assure la stabilité du bateau lorsque les voiles sont levées et que le vent souffle. Il constitue également un point d'équilibre lors des manœuvres et empêche le gîte. Les dimensions du mât influencent directement son efficacité, et pour le rendre plus aérodynamique, une forme ovale est souvent préférée. Cette forme renforce le diamètre du mât et augmente la résistance au vent.
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Fabrication Spécifique aux Matériaux et Outillage
Une fois le design établi, le mât est fabriqué. La technique employée et les outils utilisés dépendent du matériau sélectionné. Par exemple, la fabrication d'un mât en inox nécessite une attention particulière pour éviter toute corrosion et garantir une longue durée de vie dans les conditions marines. Les ateliers spécialisés, comme celui de WoodSpars basé à Locmariaquer dans le Morbihan, façonnent depuis des années des espars en bois pour bateaux de plaisance et de tradition. Forts de plus de 15 ans d’expérience, leur dévouement les a conduits à se spécialiser exclusivement dans la production de mâts et de bômes depuis 2017. Leur atelier est équipé d’un tour à mâts sans équivalent en Europe, capable de tourner, usiner et scier des poutres de 30 mètres de long et 80 cm de diamètre. Cette machine spéciale a considérablement réduit le temps de production, permettant à une seule personne de fabriquer un mât de 16 mètres en une journée, une tâche qui nécessitait auparavant l'effort de deux personnes pendant 15 jours. L'atelier est entièrement optimisé avec des fraiseuses sur mesure, des ponceuses, et un système de peinture par pulvérisation à la pointe de la technologie. La recherche de la perfection est alimentée par une culture d’innovation et une volonté d’amélioration continue, avec des tests rigoureux en laboratoire pour évaluer la résistance et la durabilité des bois et des systèmes de colle. WoodSpars, partenaire de confiance pour la restauration de navires emblématiques comme le trois-mâts Le Français, applique cette expertise unique à un programme d'entretien ambitieux où la tradition rencontre la technologie de pointe pour préserver le patrimoine maritime.
Équipements et Accessoires Intégrés
Le mât intègre diverses pièces cruciales pour le fonctionnement optimal du système de voile. Des éléments supplémentaires tels qu’une poulie pour la voile, des espars, la bôme et le pied de mât doivent être fixés de manière sécurisée. Une échelle de mât peut également être installée pour faciliter les travaux de maintenance en hauteur. Des marques spécialisées comme Selden proposent des kits de mâts complets permettant une installation efficace et fiable.
Installation Finale
Une fois le mât prêt et équipé, il est installé sur le pont du bateau, en veillant à la bonne position des éléments tels que le mât de pavillon ou la voile. Cette étape finale assure que le mât est correctement intégré à la structure globale du voilier, prêt à supporter les contraintes de la navigation.
L'Innovation et la Durabilité dans la Construction des Mâts
Dans l'industrie des chantiers navals, l'innovation joue un rôle clé dans l'évolution des mâts, améliorant ainsi leur performance et leur durabilité. L'aluminium est de plus en plus utilisé grâce à sa légèreté et sa résistance à la corrosion. Cette transition est essentielle car elle permet non seulement de réduire le poids du gréement, mais également d'augmenter la stabilité du voilier. En parallèle, le marché des mâts inclut aussi des matériaux composites, comme le carbone, qui procurent une flexibilité et une légèreté sans précédent.
L'introduction de technologies comme les systèmes d'enroulement de voile modernes permet de manipuler facilement la surface de voilure depuis le pont. Ceci réduit le besoin de monter à l'échelle du mât et améliore la sécurité à bord. Ces innovations se traduisent par une amélioration significative de la performance en mer et prolongent la longévité des mâts.
Dans le contexte actuel où la réduction de l'empreinte carbone des industries est primordiale, l'industrie du chantier naval n'échappe pas à la règle. Les mâts de bateau jouent un rôle crucial dans l'amélioration de l'efficacité énergétique des embarcations. Pour optimiser la consommation d'énergie, les matériaux modernes comme l'aluminium et l'acier inoxydable sont préférés pour la fabrication des mâts, offrant une résistance élevée tout en restant légers. Le design innovant des mâts de bateau, y compris des systèmes comme le mât enrouleur, permet aussi d'optimiser la gestion des voiles. Cela se traduit par une meilleure captation du vent, essentielle pour les voiliers cherchant à maximiser leur puissance propulsive uniquement à partir des voiles. Les fabricants tels que Selden et d'autres leaders du marché investissent dans la recherche et le développement de produits plus écologiques et efficaces. Ces innovations dans la fabrication de mâts contribuent à un avenir de la navigation plus durable, ce qui est non seulement un avantage pour l'environnement, mais aussi une réduction potentielle des prix à long terme pour les propriétaires de bateaux. Des fabricants comme AG+ excellent dans l'innovation des produits, utilisant des matériaux et des conceptions qui rendent le mât plus performant que prévu. La qualité de leurs conceptions est telle qu'AG+ est souvent présent dans les compétitions de haut niveau, équipant même les médaillés olympiques.
L'Entretien des Mâts : Assurer Longévité et Sécurité
Un entretien régulier des mâts de bateau est crucial pour garantir la sécurité et la performance des voiliers. L'usure naturelle due au vent, au sel et aux mouvements constants en mer peut affecter l'état des mâts. Une inspection visuelle fréquente de l'ensemble du mât, y compris des espars et de la bôme, est essentielle pour identifier d’éventuels signes de fatigue ou de corrosion, surtout si le mât est en aluminium ou en inox.
Le nettoyage du mât avec des produits adéquats, en privilégiant des matériaux doux pour éviter d'endommager la surface (qu’elle soit en bois ou en métal), aide à prolonger la durée de vie des mâts et à maintenir leur apparence. Le graissage des poulies est également vital, car elles jouent un rôle essentiel dans le fonctionnement des voiles ; il faut s'assurer qu'elles sont bien lubrifiées pour éviter toute surcharge inutile qui pourrait fragiliser le mât. La vérification des fixations, telles que le pied de mât et les fixations de la chaise de mât, est une étape non négligeable.
En hivernage, la protection du mât devient primordiale. Si la plate-forme est dormante, son état doit être examiné périodiquement. Le sel et la saleté peuvent recouvrir les écoutes, les drisses et les autres lignes, entraînant rouille et dommages. Il est conseillé de mettre la bôme sur le pont pour réduire la charge et l'usure du vit-de-mulet et de relâcher la tension du gréement en desserrant les haubans de quatre ou cinq tours maximum. Pour les engins courants, les drisses sont souvent conservées à l’aide d’un messager de plus petit diamètre, placé sur le poteau et relié à la drisse au moyen d’un nœud fouetté. Il est préférable de laver les cordes avec des produits de nettoyage écologiques, puis de les sécher et de les stocker dans un endroit peu humide pour qu'elles restent souples et prêtes à être utilisées.
Cas Particuliers et Typologies de Gréements
La diversité des types de gréements implique des contraintes spécifiques pour les mâts. Par exemple, le misainier grée une voile au tiers et ne possède généralement pas de haubans. De ce fait, le mât est soumis à des efforts de flexion importants et continus qui peuvent engendrer une fatigue et conduire à la rupture. Dans de tels cas, il est observé que les défauts du bois, tels que les nœuds ou un collage imparfait, ne sont pas nécessairement la cause principale de la rupture, mais plutôt la conception inhérente au gréement sans haubans.
Les 6mJI, bien qu'ils ne soient pas des bateaux de 6 mètres de long, sont des yachts conçus pour répondre à une règle de jauge particulière dont le résultat est « 6 mètres ». Ces bateaux classiques de régate nécessitent une construction de mât adaptée à leurs exigences de performance et de rigidité. La capacité à fabriquer un mât parfait pour un voilier remorquable, conçu pour qu'une seule personne puisse facilement le lever et l'abaisser, illustre l'innovation des fabricants pour répondre à des besoins spécifiques des plaisanciers, permettant de voyager en remorque avec son bateau et de choisir librement son lieu de navigation.