Le monde de la navigation est riche en débats passionnés, et la comparaison entre monocoques et multicoques en est un exemple éloquent. Une question centrale qui se pose fréquemment concerne la stabilité unique des catamarans, souvent perçue comme une absence de "gîte" ou d'inclinaison prononcée en navigation. Contrairement aux voiliers monocoques qui penchent sous l'effet du vent, les catamarans, avec leurs deux coques et leur architecture distinctive, réagissent différemment aux forces qui s'exercent sur eux. Cette caractéristique n'est pas seulement une question de sensation, mais elle découle de principes physiques et de choix de conception fondamentaux qui influencent tout, de la performance à la vie à bord.
Principes Fondamentaux de la Flottabilité et des Forces Hydro-Aérodynamiques
Pour comprendre pourquoi les catamarans ne "penchent" pas de la même manière que les monocoques, il est essentiel de revenir aux principes fondamentaux de la flottabilité et de l'interaction entre un bateau et les fluides qui l'entourent, à savoir l'eau et l'air. Le centre de gravité du bateau s’applique au centre de la masse volumique du bateau. C’est la pesanteur, une force orientée verticalement vers le centre de la terre. En opposition, c’est le centre de gravité de la partie immergée du bateau sur laquelle s’exerce la poussée d’Archimède, celle qui fait flotter le bateau. Elle s’exerce du bas vers le haut. Ces deux forces sont essentielles à la flottabilité et à l'équilibre initial du navire.
Lorsque le bateau avance, il rencontre une résistance. Le frottement de l'eau sur la carène, la quantité de surface exposée, qu'on appelle "surface mouillée", contribue grandement à cette résistance. La surface mouillée du bateau s’appelle la carène. Ça représente un solide qui avance dans un fluide, donc cette carène procure une résistance à l’avancement appelée Force de résistance de carène (Fr). C’est pour cela que Tabarly avait commencé à penser aux Foils (Hydroptère) pour sortir la carène de l’eau et ainsi éliminer la Fr. Maintenant, tout ce qui flotte est sur foils (fun board, kitefoil, paddle-foil, surf-foil, wingfoil, voiliers de l’américa’s cup, voiliers de la route du Rhum).
L'air, comme l'eau, est un fluide et interagit avec les voiles pour générer la propulsion. Dans un écoulement TURBULENT, les particules sont désorganisées et n’ont plus une direction linéaire. Mais au contact d'une surface, comme la voile ou la carène, les particules situées dans la couche limite de ces solides, ralentissent et elles freinent aussi les particules juste à côté d'elles (jusqu’à un certain point). L'explication de la portance aérodynamique est cruciale ici. Il existe une loi démontrée par l’équation de continuité qui dit que lorsqu’un débit volumétrique donné rencontre un rétrécissement, le même volume passe mais pour cela il doit augmenter sa vitesse, et inversement. Par exemple : lorsque que vous pincez un tuyau d’arrosage vous constatez que la puissance du débit est plus importante. L’effet est une manifestation du principe de conservation de l’énergie (formalisé dans le cas des écoulements fluides par le théorème de Bernoulli) et peut s’énoncer de la façon suivante : dans le cas d’un écoulement fluide horizontal, lorsque la vitesse d’écoulement augmente, la pression diminue. Si l’on prend l’exemple du profil d’une aile d’avion placée dans un écoulement d’air, celui-ci se déplace plus vite sur la partie supérieure (appelé extrados) et moins vite sur la partie inférieure (appelé intrados). La raison de ce phénomène est due à l'équation de continuité. En effet, en arrivant sur l’aile, le fluide passant au-dessus se retrouve dans la situation d’un courant arrivant dans un tuyau rétréci. À cette augmentation de vitesse se joint une diminution de la pression (effet Bernoulli). La différence de pression entre le dessus de l’aile (extrados, avec une basse pression) et le dessous de l’aile (intrados avec une légère surpression), crée une force ascendante (dirigée vers le haut) appelée portance. Le profil de l’aile d’avion est bombé d’un côté. Maintenant, on l’aura compris, c’est pour créer une accélération, et donc la force de portance. Sur le profil d’une voile, plus souple, on peut régler cette courbe en jouant sur la bordure et la drisse. On peut creuser ou aplatir le profil de la voile en fonction si l’on veut donner ou réduire la puissance. Mais attention, il y a une limite : trop creux et les filets d’air, les particules d’air, vont décrocher, c’est le décollement.
Ces mêmes principes expliquent comment un voilier remonte contre le vent. C’est l’équivalent de la portance sur l’aile d’avion. Cette force a son origine au Centre Vélique de la voile (CV) (dans le premier tiers de la voile, proche du mât) et est placée perpendiculairement à la corde de la voile (entre le bord d’attaque et le bord de fuite) vers l’extérieur sur l’extrados de la voile. Elle ne s’appelle plus portance car elle n’a plus de composante ascensionnelle. Cette force vélique n’est pas super bien orientée et cherche à faire déraper le bateau latéralement tout en le propulsant.
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La Stabilité Structurelle des Catamarans : Une Architecture Distincte
La différence fondamentale dans le comportement de gîte entre un catamaran et un monocoque réside dans leur architecture même. Les catamarans se distinguent par leur énorme largeur et leur grande stabilité de forme, due à leurs deux coques espacées. C’est cette conception qui explique pourquoi ils ne penchent pas de la même manière que les monocoques, où le lest joue un rôle prépondérant pour contrecarrer la gîte. Sur un catamaran, la résistance au chavirement est principalement assurée par la distance entre les deux coques, ce qui confère au navire une stabilité primaire exceptionnelle.
Cette stabilité se traduit par l'absence des effets de gîte que l’on connaît à bord du monocoque. Ainsi, les déplacements à bord, la cuisine, la toilette, les études ou le travail, toutes ces activités sont grandement facilitées. Le confort d’un catamaran se ressent en navigation, mais aussi en escale. Sur un mouillage trop rouleur et particulièrement désagréable pour un monocoque, le catamaran reste la plupart du temps stable et confortable. Les avantages d'un catamaran en charter incluent la bonne manœuvrabilité dans le port grâce à deux machines et l'absence de roulis au mouillage en cas de légère vague. Par conséquent, les occupants bénéficient d'un environnement plus stable, ce qui est un atout majeur pour la vie à bord et le bien-être de l'équipage.
Il est parfois avancé qu'un monocoque est plus lourd, plus grand, plus stable, plus fiable et plus puissant, mais cette perspective doit être nuancée par les avantages inhérents à la conception du multicoque. La stabilité impressionnante des catamarans ne signifie pas une absence totale de mouvement. Certains équipages pensent que parce qu'il navigue à la verticale, les coéquipiers d'un catamaran n'ont pas facilement le mal de mer. Ce n'est pas vrai. Les multicoques se déplacent différemment des monocoques dans les vagues : en raison de leur énorme largeur, ils ont une grande stabilité de forme. Et lorsqu'il y a plus de vagues, il y a deux coques dans la houle, pas toujours dans la même vague. En principe, le catamaran effectue des mouvements de redressement plus rapides et plus courts, ce qui peut rendre certains plus malades en mer que les monos. De plus, lorsque le bateau traverse une vague, beaucoup sous-estiment le fait que celle-ci, après avoir passé la première coque, frappe la seconde avec un très court décalage. Cela entraîne deux mouvements du bateau et parfois des vagues qui frappent fortement sous le plancher du cockpit. Cela peut déstabiliser les personnes inexpérimentées. Il est vrai que sur un cata on est secoué, mais ce n'est pas la même sensation qu'une gîte prolongée.
Concernant les sensations de navigation, on lit souvent qu’entre monocoque et multicoque, seul le voilier monocoque permet de vivre des sensations en navigation. C’est faux ! Parmi la gamme de catamarans Excess, l'Excess 14 propose une expérience de navigation particulièrement performante. Avec des lignes tendues, un mât avancé, une bôme basse, un roof reculé et un franc-bord abaissé, l’architecture novatrice de l’Excess 14 invite à ressentir des sensations inédites en navigation. Cependant, il est vrai qu'une navigation sur catamaran peut être perçue comme moins sportive au prix d'un gain de confort, et les sensations de navigation seront bien moins présentes pour ceux qui recherchent la gîte et la sensation d'être "collé" à l'eau.
Vitesse et Résistance : Comment les Catamarans Surpassent les Limites
La conception à double coque des catamarans confère non seulement une stabilité différente, mais aussi des performances en vitesse supérieures, notamment par rapport à la "vitesse critique" théorique des monocoques. La vitesse critique d'un monocoque, liée à la longueur à la flottaison, est généralement calculée par la formule "2.43 multiplié par la racine carrée de la longueur à la flottaison". Un monocoque "moyen" va créer une vague, qui augmente en taille avec la vitesse. Au-delà de cette vitesse critique, le monocoque "monte sur sa vague d'étrave" et sa résistance augmente considérablement, l'empêchant d'aller plus vite, sauf s'il peut partir au planning.
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Les catamarans contournent cette limitation grâce à leurs coques fines et allongées. Un catamaran de croisière de 12 m peut dépasser allègrement les 5.95 nds qui leur seraient alloués par cette "règle". Cela signifie qu'il navigue beaucoup plus loin les limites de sa "vitesse critique". Le frottement qu'il crée le freine donc beaucoup moins qu'un mono de taille équivalente. Il peut donc aussi partir au planning, ce qui est une caractéristique des coques légères et rapides. La légèreté du bateau et la large surface de voilure, souvent, permettent à l’équipage de naviguer à la voile aussi par petit temps. L'une des solutions pour aller vite est d'augmenter la longueur, et les catamarans bénéficient de la longueur de leurs coques fines pour une résistance à la vague moindre. En conséquence, près de 80 à 90 % du total de la résistance est due au frottement quand on est proche de la vitesse critique pour un monocoque, alors que la forme élancée du catamaran réduit cette composante. Les catamarans créent moins de frottement, ils avancent plus vite. On peut comparer la résistance à l'avancement d'un catamaran à celle de deux monocoques fins de même longueur à la flottaison, mais l'interaction entre les vagues des deux coques peut devenir un facteur à des vitesses élevées.
Les Dérives : Articulation de la Performance et de la Sécurité Sous l'Eau
Si les catamarans gîtent peu grâce à leur largeur, leur capacité à remonter au vent et à ne pas dériver est largement influencée par leurs dérives ou leurs quilles. Les dérives de catamaran sont souvent comparées à des « voiles sous-marines » ou des « foils ». Tout comme une voile au-dessus de l’eau, la voile sous l’eau nécessite un réglage approprié. La densité de l’eau est plus importante que celle de l’air. C’est pour cela qu’un dériveur possède une dérive proportionnellement plus petite que la voile, car les forces qui s’y appliquent sous l’eau sont plus importantes que dans l’air.
Lors de la navigation au près, les dérives offrent une résistance sous l’eau et une portance qui compensent l’effet latéral de la poussée vélique. En termes simples, les dérives aident le catamaran à avancer vers l’avant et non sur le côté, et donc à garder le cap. Par conséquent, la meilleure pratique en navigation au près est d’abaisser les dérives. À l'inverse, lors de la navigation au vent arrière, la force exercée par la voile agit presque entièrement dans la direction souhaitée pour le catamaran. Par conséquent, la résistance des dérives n’est pas nécessaire et pourrait même ralentir votre catamaran. Dans cette configuration, il est recommandé de relever les dérives.
Une question cruciale se pose souvent : quelle dérive utiliser ? Il est essentiel de comprendre qu’une dérive n’est efficace que lorsqu’elle est immergée dans l’eau. Par conséquent, en quête de performances dans des conditions de mer calme, le réglage optimal consiste généralement à abaisser au moins la dérive sous le vent. Faut-il laisser tomber la dérive au vent ? Par vent très faible, la pratique courante consiste à lever complètement la dérive au vent et à ne régler que la dérive sous le vent. À mesure que le vent monte, vous pourriez envisager d’abaisser progressivement la dérive au vent pour obtenir une meilleure résistance sous l’eau.
L'utilisation des dérives est un exercice d’équilibre ! Le poids du bateau, la répartition du poids, la surface de la voile, la force du vent, l’état de la mer, le réglage de la voile sont autant d’éléments qui influent sur la façon d’utiliser les dérives. C’est la raison pour laquelle il n’y a pas de règle « unique ».
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Le réglage des dérives a également un impact direct sur la sécurité. Le fait que la dérive sous le vent soit abaissée augmente le risque de « trébucher », une situation critique pour les catamarans. L’expression « faire un croche-pied » est souvent utilisée. Voici ce que cela signifie : si le vent ou les vagues viennent du côté du bateau et que la coque au vent se soulève légèrement, ou s’il y a une rafale et que le bateau passe un pic, la coque sous le vent peut s’enfoncer dans la vague suivante. La meilleure façon de se représenter ce phénomène est d’imaginer que l’un de vos lacets est coincé, mais que le reste de votre corps continue à marcher. Vous tomberez. Par conséquent, en cas de gros temps - ou d’augmentation imminente du vent ou de la vitesse, par exemple si vous êtes proche d’un littoral montagneux - lorsque vous avez l’impression que la coque se soulève ou risque de se soulever fortement, il est en fait plus sûr de relever la dérive sous le vent et de n’utiliser que la dérive au vent. Si le vent forcit encore, vous choisirez certainement de prendre un ris dans la grand-voile. Sur les dériveurs, sur les bords de vent arrière, les régatiers remontent la dérive (inutile) pour éliminer les résistances à l’avancement. Le bateau est moins stable mais plus rapide.
Les dérives peuvent également jouer un rôle de protection. L’argument inverse est que l’abaissement des dérives protège les zones immergées sous les coques en cas d’échouage ou de collision avec un objet immergé. Le fait d’abaisser partiellement les deux dérives permet de protéger l’hélice. Les placer au niveau du pont permet de protéger le gouvernail. Un autre argument contre la suppression totale des dérives est que, sans dérives, le gouvernail fait tout le travail de résistance. C’est difficile à croire, mais il agit également comme une toute petite voile sous-marine. La charge sur le gouvernail est énorme sans dérive. Pour savoir si le gouvernail travaille trop, il suffit de regarder l’angle de barre du pilote automatique. S’il est à son maximum et qu’il doit travailler très dur pour maintenir le bateau en ligne droite, c’est que vous avez probablement trop de glissement latéral. C’est un peu comme si le bateau naviguait sur une patinoire. Dans ce cas, je recommanderais de baisser un peu les deux dérives.
Implications Pratiques de la Conception des Catamarans en Navigation
La stabilité inhérente des catamarans, bien qu'avantageuse en termes de confort, a des implications importantes sur la manière de les naviguer et de les manœuvrer. L'une des particularités majeures est que, contrairement aux monocoques, les catamarans n'indiquent pas au skipper, ni par leur position ni par l'augmentation de la pression sur le gouvernail, si le bateau est surpuissant et s'il faut donc prendre des ris. Cela rend essentielle la consultation et l'adhésion aux tableaux de prise de ris fournis par le fabricant ou l'opérateur de la flotte. Parfois simples, basées uniquement sur la force du vent, parfois élaborées, qui tiennent également compte de l’angle d’incidence du vent et même de la hauteur de la mer pour chaque vitesse de vent. Les équipages inexpérimentés devraient s’y conformer. Le winch électrique, très puissant en petite vitesse, peut alors soit déchirer les lignes de lazy jack, soit endommager les prises de ris dans la voile, ce qui est un dommage très coûteux. Il faut donc utiliser le winch avec précaution et prudence. Ce qui est parfois agaçant, c’est que certains exploitants de flottes mettent à bord leurs propres tableaux de vitesses de vent, qui sont même un peu plus basses. Ceux qui les suivent se retrouvent souvent avec un catamaran qui navigue difficilement. Dans ce cas, il est possible de consulter les manuels de chantier naval du bateau (site web du fabricant), où l’on trouve parfois des tableaux complètement différents. Mais le problème des grands catamarans de série typiques pour les charters n’est presque jamais la simple pression du vent, qui entraîne très rarement des chavirages. C’est souvent la combinaison avec une mer agitée qui pose problème.
Les manœuvres de port avec un catamaran impliquent également un changement de mentalité. L’énorme largeur et le déplacement rapide par vent de travers exigent de l’anticipation et de la prudence. La plateforme de certains catamarans rend les débutants souvent hésitants. Il n’est pas toujours facile de manœuvrer ce monstre hors et dans des ports méditerranéens parfois trop étroits. Cependant, le cata a un grand avantage : avec ses deux machines, il peut être tourné sur son assiette comme un char d’assaut, une machine en avant, l’autre en arrière, et le bateau tourne déjà sur place. Pour les derniers mètres en arrière, il est préférable de naviguer uniquement avec les machines et non plus avec les rames. Les catamarans sont vulnérables à cet égard en raison de leur faible surface latérale. Les hélices de nombreux nouveaux catamarans sont situées à l’arrière du safran et souvent à moins d’un mètre de la poupe, ce qui permet d’attraper très facilement les lignes de mouillage.
Sous les voiles, les catamarans se conduisent différemment des monos. Le chariot d’écoute de grand-voile, qui s’étend généralement sur toute la largeur du toit de la cabine, est un instrument central de réglage. C’est l’instrument privilégié pour relâcher rapidement la pression avant l’écoute de grand-voile. Si l’on effectue un empannage, il est particulièrement important de ramener le traveller au centre au préalable. Sinon, en cas d’empannage incorrect ou même d’empannage breveté, le chariot peut prendre de l’élan très longtemps et heurter soit les butées, soit, dans le pire des cas, les lattes de la voile dans les haubans. Si cela se produit, les lattes peuvent même se briser.
Au mouillage, les catamarans flottent beaucoup plus que les monos en raison de leur superstructure haute et de leur petit plan latéral dans l’eau. Pour réduire cela, il y a pratiquement toujours une gaffe de cordage montée sur les beams, que l’on accroche à la chaîne avec une manille. Cela permet de mieux stabiliser le bateau. Néanmoins, lors de l’ancrage avec le catamaran, il faut prévoir plus d’espace pour naviguer dans les baies étroites qu’avec le monocoque. Par vent de travers ou houle, l'arrière sous le vent peut être pressé contre la jetée en raison de la grande largeur du bateau. Cela peut être évité de manière relativement simple en croisant les lignes de poupe à terre.
Un mât permet de faire de la voile. Mais quand on est sur le bateau, qu'on y vit, il devient parfois gênant. En effet, le mât augmente le poids du bateau, il engendre des mouvements dans la houle et produit du bruit dans le gréement quand le vent se lève. Le mât offre aussi une importante prise au vent qui engendre du fardage quand on est au mouillage ou bien que l’on veut prendre une place de port mal exposée. L'inconvénient d'un catamaran peut aussi être la circulation naturelle de l’eau sous la nacelle, qu'il est préférable d'éviter pour des raisons de confort.