La conception et la réalisation d'un plan de flotteur pour catamaran, qu'il soit destiné à la navigation de plaisance, à un usage professionnel ou à la création de structures flottantes, est une entreprise complexe qui requiert une compréhension approfondie des matériaux, des principes hydrodynamiques et des contraintes structurelles. Le flotteur, élément fondamental de tout multicoque, détermine non seulement la flottabilité mais aussi une part essentielle de la stabilité, de la vitesse et du comportement général du navire. De la sélection rigoureuse des matériaux à l'élaboration détaillée de sa structure interne, chaque choix de conception a des répercussions significatives sur la performance, la durabilité et la sécurité. Cette exploration détaille les divers aspects de la conception des flotteurs, depuis leurs spécificités de fabrication jusqu'à leur intégration harmonieuse dans l'ensemble d'un projet naval, en tenant compte des défis rencontrés par les constructeurs amateurs comme des solutions proposées par l'industrie.
Concevoir et Fabriquer un Flotteur : Des Matériaux aux Méthodes Innovantes
La fabrication des flotteurs est un processus important qui nécessite de prendre en compte divers aspects techniques et matériels. Le choix correct du matériau pour les flotteurs est crucial pour garantir leur durabilité et leur fonctionnalité, et plusieurs méthodes de production sont utilisées.
Le Choix des Matériaux pour la Durabilité et la Performance
Parmi les matériaux les plus plébiscités, le polyéthylène haute densité (PEHD) se distingue comme un choix populaire pour les flotteurs de bateau pour catamaran, en raison de sa résistance, de sa durabilité et de sa légèreté. Ce plastique très résistant aux dommages mécaniques, aux conditions atmosphériques variables et à la corrosion offre également une bonne flottabilité et la capacité de supporter des charges mécaniques. Nos flotteurs en polyéthylène, par exemple, sont fabriqués par moulage rotatif, ce qui permet d’obtenir des formes uniformes et précises. Ce procédé, le rotomoulage, est la méthode la plus courante pour la production de grands objets creux, assurant une haute résistance, une étanchéité et d’excellentes caractéristiques d’utilisation des flotteurs. Le polyéthylène est résistant aux hautes températures, aux conditions atmosphériques et aux dommages mécaniques, se caractérisant également par une grande stabilité dimensionnelle, d’excellentes propriétés électroisolantes et une faible absorption d’eau. Pour la fabrication des unités flottantes, l’un des meilleurs types de polyéthylène est utilisé, un bloc flottant qui a d’excellentes propriétés de glissement et une résistance à l’abrasion.
Une autre technique est l'injection sous pression, utilisée pour fabriquer des pièces de forme complexe. Ce processus consiste à faire fondre le polymère et à l’injecter dans un moule sous haute pression, permettant une grande précision de fabrication, bien que nécessitant des moules coûteux. L'extrusion, quant à elle, est utilisée pour la production de tubes et de profils, où le polymère est fondu et poussé à travers un moule pour obtenir la forme désirée du flotteur. Cette méthode est efficace pour fabriquer des flotteurs avec des formes géométriques spécifiques.
En complément de ces polymères, le polypropylène, plus rigide et résistant aux températures élevées mais moins flexible que le PEHD, est utilisé là où des propriétés thermiques supplémentaires sont nécessaires. Le polyéthylène expansé, léger et offrant une bonne flottabilité, est moins résistant et généralement réservé aux flotteurs ne subissant pas de fortes charges mécaniques. Les matériaux composites, combinant par exemple la fibre de verre et la résine, permettent d’obtenir des caractéristiques spécifiques, comme une grande résistance avec un faible poids.
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Pour la construction artisanale, des structures en bois de type lamellé/collé, comme une grosse poutre à la base, sont envisagées. Des flotteurs recouverts de résine polyester sont une option, où la résine joue principalement le rôle d'étanchéité, la rigidité mécanique étant assurée par la structure de bois. L'utilité d'y inclure de la fibre de verre dépendra de cette répartition des rôles. Le bois utilisé peut être du contre-plaqué, par exemple de l'épinette d'environ 1 cm d'épaisseur, pour les cloisons ou le bordé, avec une préférence pour une construction en CP époxy en pratiquant le scarf avec des panneaux moyens. Des joints critiques et multiples peuvent être réalisés en acier, la structure générale étant en bois époxy pour un meilleur rendement au poids et une plus grande souplesse.
L'Architecture Interne du Flotteur : Structure et Résistance
L'ossature interne des flotteurs est primordiale. Dans une approche en bois, elle peut inclure des cloisons, des lisses pleine longueur passant à travers, et des poutres en lamellé-collé. L'espacement des cloisons est un facteur crucial pour la rigidité et la répartition des contraintes. Des cloisons de 20 mm ou 2 x 12 mm peuvent être suffisantes, mais leur positionnement est essentiel pour ne pas sur-solidifier inutilement la structure. Le concept d'une "grosse poutre lamellé/collé" à la base, comme un trait bleu dans un plan, peut être questionné : si son seul intérêt est la forme pour une non-développabilité, une solution en mousse serait plus légère. Le but est de trouver la structure la moins pire pour un amateur, en évitant d'être "trop solide" pour rien.
Les couples peuvent aller jusqu'au fond du flotteur, guidant le choix de la forme, notamment en fonction des dimensions des panneaux de contreplaqué disponibles (par exemple, 120 cm x 250 cm). L'assemblage se fera par vissage/collage. Une petite "quille" dans le fond du flotteur peut être envisagée pour assurer le support de force que la fibre aurait apporté et pour aider à tenir les couples en place, surtout si la technique de construction implique de venir coller les panneaux de contreplaqué sur le côté et d'utiliser la forme des pièces de quille (demi-lune) comme fond de flotteur, le tout étant ensuite recouvert de fibre à l'extérieur pour une solidité extrême.
Les flotteurs doivent également prévoir des espaces pour diverses applications. Ils sont munis d'un gros bouchon fileté permettant le lestage ou toutes autres applications telles que le stockage d'eau alimentaire, ou le stockage des eaux usées. À l'intérieur, la protection du contreplaqué peut se faire par peinture époxy ou résine. La question de l'osmose pour l'intérieur doit être considérée. Des compartiments peuvent être remplis d'uréthane pour la sécurité, ou configurés pour des réservoirs d'eaux grises ou noires, un groupe électrogène, ou une buanderie. Les gaines PVC de 12 mm extérieur et 8 mm intérieur sont fournies pour permettre la dilatation des matériaux dans les trous de fixation, une attention aux détails qui garantit la durabilité.
Les Flotteurs Spécifiques : Adaptations Fonctionnelles
Certains flotteurs sont spécifiquement conçus pour des usages précis. Les constructeurs de pontons utiliseront volontiers des flotteurs de forme hydrodynamique pour faire des pontons motorisés ou des pontons à placer dans les rivières à forts courants. Ces flotteurs pour ponton sont souvent remplis de mousse de polyéthylène, ce qui signifie que même en cas de dommages mécaniques, leurs propriétés de flottabilité ne changent pas. Ils sont résistants aux conditions atmosphériques, durables et esthétiques, et leur installation est rapide et facile. Les modules de quais flottants, en tant que blocs flottants pour quai, peuvent supporter des températures allant de -40°C à +60°C et sont également résistants aux variations brusques de température, éliminant la nécessité de les démonter ou de les enlever pendant l'hiver.
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Pour les maisons flottantes, des séries de flotteurs comme les W900, W1200 et W1200S sont proposées, avec des modèles spécifiquement conçus pour une plus grande vitesse de navigation et une stabilité/maniabilité améliorée, dotés d'une proue extra profilée, d'une quille et de redans. Pour faciliter le montage sur une plateforme en acier, tous les flotteurs de maison flottante ont une longueur de 1200 mm, mais chaque modèle possède sa propre largeur et hauteur. Des flotteurs correctement sélectionnés assurent une bordure confortable au-dessus de l’eau et une faible résistance à l’eau.
Un type de flotteur plus spécifique est le flotteur de tête de mât, compatible avec certains catamarans de sport. Ce flotteur ultra résistant en polyéthylène rotomoulé se glisse en tête de mât avec une sangle de serrage pour garantir le maintien, procurant plus de sécurité car il empêche le retournement complet du bateau lors d'un dessalage, le rendant plus facile à redresser. Il faut cependant rester vigilant, car cela augmente la vitesse de dérive du bateau lorsqu'il est renversé.
L'Intégration du Flotteur dans la Conception d'un Catamaran ou d'un Trimaran
L'intégration des flotteurs ne se limite pas à leur fabrication, mais englobe une compréhension globale de leur interaction avec le reste du navire et l'environnement marin.
Flottabilité et Stabilité : Le Cœur du Multicoque
La flottabilité est au centre des préoccupations. Un projet de construction doit s'appuyer sur des calculs rigoureux. Par exemple, si l'on estime la masse totale d'un bateau à 35 tonnes avec un facteur de sécurité d'au moins 25%, la flottabilité des flotteurs doit être conséquente. Deux flotteurs de 17T chacun (soit 17 mètres cubes par flotteur) de flottabilité peuvent sembler limites face à une masse totale de 35T. Il est crucial de ne pas mélanger la flottabilité théorique du bateau avec la masse totale. Un flotteur peut supporter 17T, deux flotteurs 34T, et un trimaran, avec trois points de flottabilité, 52T. Le volume des flotteurs déterminera en partie le comportement du trimaran. Pour obtenir un bateau stable et puissant, les flotteurs devront avoir un maximum de volume.
Le déplacement en charge, souvent appelé poids en charge, représente le poids du bateau avec ses équipements, son équipage, ses réservoirs pleins, et les consommables. La charge admissible est la différence de poids entre le déplacement léger armé et le déplacement en charge. Un multicoque, pour être performant et sécurisant, ne doit surtout pas dépasser son déplacement maximum. Les multicoques les plus légers sont généralement prévus pour la performance, leur charge admissible est souvent restreinte. Il est tentant de regarder les documentations commerciales ou l'acte de francisation, mais elles sont souvent fausses. Il arrive régulièrement de voir des bateaux avec un poids réel supérieur de 30% au poids annoncé. Les causes de ces erreurs peuvent être dramatiques, allant du manque de rigueur du constructeur à une volonté marketing d'annoncer un bateau plus léger que la réalité pour flatter le futur acheteur sur ses performances. Le cas des bateaux transportables est particulièrement révélateur : il est excessivement rare de voir des bateaux transportables au poids annoncé, les remorques étant souvent étudiées pour le poids annoncé et non le poids réel, entraînant une surcharge avant même d'avoir embarqué quoi que ce soit.
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Un multicoque ne gîte pas comme un monocoque. L'architecte n'a pas besoin de faire des calculs savants pour savoir de combien la longueur de flottaison s'allongera selon l'angle de gîte, comme c'était le cas notamment sur les Classe J. La longueur de flottaison est toujours la même. Plus une coque sera longue, meilleurs seront sa vitesse et son comportement dans une mer formée.
Formes et Profils Hydrodynamiques : Vitesse et Passage en Mer
La forme de l'œuvre vive, toute partie se situant sous la ligne de flottaison, est cruciale pour la capacité de charge, la vitesse et le passage en mer du bateau. Les sections en V améliorent le passage en mer mais supportent mal la charge et développent une forte surface mouillée, ce qui les rend moins performantes, surtout par petit temps. Les sections asymétriques, que l'on trouve sur les flotteurs de certains trimarans ou catamarans de sport, ont une forme plus volumineuse vers l'extérieur du bateau et plus aplatie vers l'intérieur, créant un plan antidérive. Quand un bateau possède un tirant d'eau similaire de l'avant à l'arrière, on parle de carène tendue.
Les étraves sont le commencement de la coque, la partie ouvrant la mer au reste du bateau. Pour une analyse correcte, il faut regarder le premier tiers de la carène pour vérifier la répartition des volumes et valider le type d'étrave. Les étraves inversées, par exemple, offrent une longueur de flottaison maximale et traversent les vagues et le clapot sans tanguer.
Le Gréement : Interaction avec la Stabilité Latérale
Le gréement, soit l'ensemble mât et bôme, influence également le comportement du bateau. Les gréements ramassés possèdent un petit mât et parfois une longue bôme. Ils offrent une performance accrue au vent arrière. Les gréements élancés, eux, améliorent la performance aux faibles angles d'incidences (près ou bateau rapide créant un vent apparent important). Un plan de voilure haut permet de trouver du vent en hauteur qui est plus fort et plus régulier. Le revers de la médaille est que la force étant située plus haute, elle augmente le couple de chavirage et donne des bateaux plus volages et plus difficiles à tenir par vent fort. Pour une même longueur, un multicoque large possède un couple de redressement plus important qu'un bateau étroit. Il sera difficile de le faire chavirer par le côté et il pourra porter plus de toile par gros temps. On dit qu'il est plus raide à la toile. Un bateau étroit nécessite moins d'effort à l'utilisation, soulagera une coque et diminuera sa surface mouillée plus rapidement, avec une performance accrue dans le vent médium. Les Anglais ont tendance à dessiner des catamarans étroits avec des plans de voilures ramassés pour compenser, afin d'avoir des bateaux faciles et sécurisants à la fois.
Optimisation de l'Espace et de l'Ergonomie : Les Superstructures
Au-delà de la performance pure, le confort et l'habitabilité sont des aspects majeurs dans la conception des catamarans.
Le Franc-bord et la Nacelle : Confort et Volume
La partie du bateau entre l'eau et le pont s'appelle le franc-bord. Un franc-bord important apporte du volume à la coque ou au flotteur. Les franc-bords verticaux et plats sont sensibles aux vagues qui déferlent dessus.
Les catamarans sont de trois types : de sport (non habitables), open (seules les coques sont habitables), ou avec nacelle. Pour les modèles équipés d'une nacelle, cet espace habitable installé entre les deux coques est souvent un lieu de vie privilégié. La nacelle est un élément crucial. Plus la nacelle sera grande, plus elle apportera de confort. Il est possible de faire chevaucher la nacelle sur les flotteurs pour augmenter au maximum le volume. Cependant, cette excroissance augmente le poids et le fardage du bateau. Quelques catamarans possèdent des nacelles indépendantes des coques, ce qui permet de créer trois espaces de vie totalement séparés pour un maximum d'intimité, et éventuellement de faciliter le démontage.
La hauteur sous la nacelle, dite aussi hauteur de tunnel, a son importance également. Si la hauteur de tunnel est importante, d'autres paramètres comme la longueur de la nacelle et la largeur du catamaran entrent en ligne de compte. Certains constructeurs ou propriétaires ajoutent un V sous cette nacelle pour limiter les coups de butoirs sous les nacelles basses. Ce système, pour être efficace, doit être profond, assez large et solide, ce qui alourdit quelque peu le bateau. Le gain en longueur est plus délicat. Mettre du volume vers l'avant augmente le poids, donc le risque d'enfournement, et vers l'arrière, l'architecte doit soit diminuer le cockpit, soit le reculer au maximum.
Réduction du Fardage et Résistance au Vent
On appelle fardage la prise au vent de tout ce qui compose un bateau. Les plaisanciers recherchent souvent un maximum de confort à bord, ce qui nécessite un volume intérieur conséquent. L'architecte n'a pas beaucoup d'autres choix que d'augmenter les superstructures du bateau et d'augmenter par la même occasion le fardage. Les murs en diagonale peuvent limiter pratiquement à zéro la colonne d'eau sur le pont et offrir plus d'espace aux niveaux supérieurs à l'intérieur, un style un peu militaire furtif, comme celui de "Games Bond et compagnie".
Gouvernance et Maîtrise de la Trajectoire
La capacité à diriger et à contrôler un multicoque dépend de plusieurs dispositifs.
Les Plans Antidérive : Fondamentaux de la Navigation
Il existe trois sortes de plans antidérive sur les multicoques. Qu'elles soient de type sabres (coulissantes) ou pivotantes, les dérives permettent de faire évoluer cette surface de plan antidérive. D'autres bateaux possèdent un plan antidérive fixe situé sous les flotteurs. Moins performants que les dérives, ils permettent un échouage facilité pour les modèles conçus à cet effet (renforcés). Si les deux flotteurs sont en permanence dans l'eau, c'est la forme en V qui obtient les résultats les plus probants. Sur les catamarans de sport ou trimarans qui naviguent avec un flotteur hors de l'eau, il est possible de créer une forme asymétrique pour créer un plan porteur au niveau du flotteur sous le vent. Chaque flotteur possède un plan porteur à l'inverse de l'autre. Ce système est assez performant tant que le flotteur au vent ne touche pas l'eau, mais naviguer avec les deux flotteurs dans l'eau fait perdre l'avantage des flotteurs asymétriques.
Les Safrans : Direction et Contrôle
Ce sont les safrans qui dirigent le bateau et donnent les sensations au barreur. Ils participent également au système d'antidérive. Positionnés sous la coque, à l'arrière généralement, ces safrans ne peuvent pas être démontés facilement s'ils sont fixes. Généralement pivotants ou coulissants, certains safrans sont amovibles. Pour les bateaux équipés de dérives, ces appendices sont les compléments idéaux pour un échouage facile.
Spécificités des Trimarans : Au-delà du Catamaran
Les trimarans présentent des défis et des solutions de conception uniques, notamment en ce qui concerne leurs flotteurs latéraux.
Le Volume des Flotteurs de Trimaran : Puissance et Stabilité
Situés de part et d'autre de la coque centrale, les deux flotteurs d'un trimaran sont son identité et son caractère. Le volume des flotteurs va déterminer en partie le comportement du trimaran. Pour obtenir un bateau stable et puissant, les flotteurs devront avoir un maximum de volume. En contrepartie, la structure du bateau devra être solide et rigide pour supporter cette puissance, ce qui implique du poids et un coût supplémentaire. Les pionniers des trimarans, n'ayant pas les connaissances actuelles en matériaux composites, avaient des difficultés à fabriquer une structure adéquate à ce genre de bateau. Les premiers trimarans possédaient pour ces raisons de petits flotteurs, utilisés pour des raisons de poids, de coût et de structure, en raison de connaissances techniques insuffisantes pour réaliser une structure légère, solide et rigide.
Si le bateau est trop toilé, le flotteur s'enfonce sous l'eau, le trimaran prend une gîte importante, et le bras de liaison tape les vagues ou rentre dans l'eau, ce qui ralentit le bateau. Au près, cela ne génère qu'une perte de vitesse, mais au portant, ce coup de frein peut augmenter l'enfournement pour finir en retournement par l'avant (le trimaran chavire). Sur un trimaran équipé de ce genre de flotteur, il faut considérer que dès que le flotteur commence à se prendre pour un sous-marin, il faut réduire la voilure. Les défenseurs, de moins en moins nombreux, de ce genre de flotteurs expliquent que cela permet d'avoir un avertisseur sur la surpuissance éventuelle du bateau.
Avec un volume correspondant au déplacement du bateau, un des flotteurs peut supporter le poids du trimaran à lui seul. En cas de navigation sur un flotteur, ce dernier est à fleur d'eau si l'eau est plate mais en cas de vagues ou de survente violente, le flotteur se retrouve sous l'eau. Dans cette configuration, la même cause produit la même conséquence que pour un trimaran avec des flotteurs submersibles. Avec ce genre de flotteur, il est conseillé de ne pas naviguer sur un flotteur. Les flotteurs volumineux, eux, ont fait leur apparition sur les trimarans de course, car ils apportent plus de puissance au bateau et donc plus de vitesse dans la brise. Avec ces flotteurs, il est possible de naviguer sur un flotteur, donc de réduire la surface mouillée et la traînée. Plus le rapport volume flotteur/poids sera important, plus il sera facile et sécurisant de naviguer sur un flotteur.
Solutions de Transport et de Rangement
La largeur des trimarans pose souvent problème, notamment dans les ports ou pour le transport routier. Architectes et constructeurs ont trouvé des solutions aussi diverses que variées pour les trimarans. Lors du repliage, les bras de liaison, à l'aide de bielles, peuvent se déployer vers le ciel et les flotteurs se glissent sous la coque centrale. Ce système est rapide à mettre en œuvre et est particulièrement adapté au transport routier. Pour replier les flotteurs, il suffit parfois d'actionner des bouts pour que les bras de liaison tournent, ainsi les flotteurs se positionnent vers l'arrière du bateau. Dans cette position, le pont des flotteurs est horizontal et les coffres de flotteurs sont accessibles. La longueur du bateau une fois repliée est augmentée, mais le bateau garde une stabilité correcte. Ce système rustique a l'avantage d'être économique. D'autres solutions existent où les bras de liaison coulissent dans la coque centrale, la manœuvre étant faite soit grâce à des bouts soit à la force des bras selon le poids des flotteurs.
Le Projet de Construction : De la Conception à la Réalisation
Qu'il s'agisse d'un projet industriel ou d'une construction amateur, la démarche exige rigueur et expertise.
La Rigueur du Cahier des Charges et de l'Ingénierie
Un projet mal appréhendé peut conduire à des erreurs coûteuses. Il est indispensable d'élaborer un cahier des charges sérieux. Faire vérifier les plans par une personne compétente en la matière est idéal. Celle-ci calculera la section de la structure à utiliser pour relier la construction aux flotteurs. Des calculs de base et l'évaluation des besoins sont des étapes préliminaires essentielles. L'utilisation de logiciels navals peut être très intéressante pour des aspects comme le centre de flottaison et la compagnie, qui, sans cela, seraient calculés "à la mitaine". Un commentaire ultra professionnel et intelligent permet de passer des étapes avec des résultats époustouflants.
Défis et Stratégies pour l'Amateur Constructeur
Pour un amateur, les défis sont nombreux, mais surmontables avec de la méthode et de la persévérance. Le projet peut s'étendre sur un an ou plus, incluant l'aspect général, des prototypes construits, des discussions résolues et la modélisation. Commencer une maquette en partant des flotteurs et demander de l'aide pour son élaboration préliminaire, en demeurant ouvert à toute recherche ou travail supplémentaire, est une démarche sérieuse. Un budget plus que serré est souvent le moteur de l'innovation, poussant à envisager des solutions moins coûteuses comme des panneaux de polyéthylène (mousse) en sandwich entre deux planches de contre-plaqué, ou des structures en bois-époxy. Les cloisons ouvertes dans les flotteurs sont importantes pour pouvoir accéder à certains endroits (boulonnage des accastillages après la pose du pont, fixation de la poutre de nacelle, accès pour l'entretien moteur), et elles offrent également des volumes de rangement ou des locaux techniques. Si l'on souhaite habiter à bord, des caisses à eau noire et grise, un groupe électrogène, une buanderie, deviennent nécessaires, et tout cela doit être intégré dès la conception des flotteurs et de leurs compartiments.
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