Le safran, pièce maîtresse de la direction d'un navire, est en mouvement constant et soumis à d’importants efforts. Sa solidité est directement liée à la sécurité du bateau, et son dessin, tout comme la qualité de sa réalisation, sont des facteurs déterminants pour les sensations de barre. Cette pièce stratégique est le résultat d'un compromis entre de multiples paramètres, à l'image du reste du voilier. Sa qualité dépend autant de sa conception que du soin et de l'attention qui lui sont portés. Comprendre les matériaux et les techniques de fabrication des safrans, notamment ceux des catamarans, est essentiel pour tout navigateur ou constructeur.
L'Évolution et les Configurations Structurelles du Safran
Historiquement, le safran était souvent un prolongement de la quille longue sur les unités classiques. Cependant, au fil du temps, il a pris son indépendance pour rejoindre l'extrémité arrière de la voûte, ou carrément le tableau. Sur un plan structurel, il est rassurant d'avoir ce petit aileron stratifié d'une seule pièce avec la coque, car il tient une bonne partie de la pelle. D'un point de vue économique, cette approche peut être plus complexe et chère à fabriquer. Sur le plan pratique, le coin ouvert entre le skeg et le safran représente un joli piège à bouts, un inconvénient à considérer.
Les configurations de safrans ont évolué pour s'adapter aux performances recherchées et aux contraintes architecturales des voiliers modernes. Les safrans sur skeg et sur aileron, bien que robustes, sont devenus coûteux à fabriquer et tombent en désuétude. Le safran sur skeg, par exemple, est un type où la partie basse seulement est partiellement compensée, tandis que celui sur aileron, qui court de haut en bas et protège le safran, ne l'est pas du tout. Le safran suspendu s'impose aujourd'hui, pour le plaisir du barreur et pour la rationalisation de la construction. Cette configuration est privilégiée pour sa simplicité et son efficacité.
Sur un voilier à petit tirant d'eau ou lorsque la carène est très large, comme c'est souvent le cas pour les catamarans, la solution du double safran s'impose. Bien que plus onéreuse, cette configuration offre des avantages significatifs. Le fait de n'avoir qu'un seul moule à réaliser, un seul type de mèche à commander et un seul modèle de paliers simplifie la fabrication. Le plus petit bateau équipé de cette solution sera, au pire, un peu dur à la barre, mais offrira un excellent contrôle. Celui du milieu, en termes de taille et de conception, sera souvent considéré comme « au poil ». Une certaine méfiance doit aussi être portée aux versions à petit tirant d'eau (PTE) des bateaux de croisière, car un voilier en PTE est plus lourd - en raison d'un lest plus important pour maintenir la stabilité exigée par la norme européenne - et son safran, qui ne doit pas dépasser le niveau de la quille, est souvent rogné, ce qui peut compromettre ses performances directionnelles.
Principes de Conception Hydrodynamique des Safrans
La performance d'un safran est intrinsèquement liée à sa conception hydrodynamique, qui dicte sa capacité à générer de la portance et à minimiser la traînée.
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Surface et Allongement : Critères de Performance
Pour garantir une direction efficace, il est couramment admis que la surface minimale d'un safran doit être au moins égale à 1% de la voilure au près du bateau. Cette règle empirique fournit une base de départ, mais de nombreux autres facteurs interviennent. Pour améliorer la performance, la tentation est d'avancer plus encore le safran sous la voûte. Une autre approche consiste à augmenter la surface et, surtout, l'allongement du safran. Néanmoins, un allongement accru implique une mèche de safran plus échantillonnée pour supporter les efforts. Qui dit augmentation du diamètre de la mèche, dit accroissement de l'épaisseur maximale du safran, ce qui n'est pas exactement le but recherché au départ si l'on vise une finesse hydrodynamique. Il est donc crucial de trouver un équilibre entre ces exigences contradictoires.
La Compensation : Clé de la Douceur de Barre
La compensation d'un safran désigne le pourcentage de sa surface qui se trouve en avant de son axe de rotation. Un safran pas assez compensé sera dur et imposera une barre à roue au-delà d'une certaine taille de bateau. À l'inverse, une compensation excessive peut rendre la barre trop légère, voire instable. Le bon pourcentage de compensation se situe généralement entre 15 et 20% sur les bateaux habitables. Par exemple, sur le schéma typique, un safran sur skeg peut être partiellement compensé (partie basse seulement), tandis qu'un safran sur aileron ne l'est pas du tout. L'optimisation de cette compensation est essentielle pour le confort et la précision de la barre.
Les Profils Hydrodynamiques : L'Héritage Aéronautique
Pour dessiner les safrans, beaucoup d'architectes continuent d'utiliser les profils NACA, issus de l'aviation, pour leur efficacité prouvée. Ce catalogue fournit pour chaque profil les coordonnées géométriques x/y correspondant à un demi-safran vu en coupe. Par exemple, un profil NACA 63-12 indique que le chiffre 63 désigne la famille de profil, avec un creux maximum assez avancé, au quart de la longueur environ. Le chiffre 12 indique quant à lui l'épaisseur maximale du profil en pourcentage de la corde (largeur).
Visuellement, on peut être tenté d'affiner au maximum l'arrière d'un safran pour réduire la traînée. Néanmoins, terminer un profil "en pointe" serait une erreur, car le bord de fuite sera trop fragile à l'usage et pourrait facilement s'endommager. De même, une terminaison arrondie est à proscrire : elle génère des tourbillons en partie arrière du profil, là où les filets d'eau des deux côtés du safran se rejoignent, augmentant ainsi la traînée et réduisant l'efficacité. Le bord de fuite doit être suffisamment épais pour être robuste tout en minimisant la formation de vortex.
Choix des Matériaux pour la Fabrication des Safrans
La sélection des matériaux est une étape critique dans la construction d'un safran, influençant directement sa solidité, sa durabilité et son poids.
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Le Bois : Tradition et Innovation
Le bois reste un matériau de choix pour de nombreux constructeurs de safrans, alliant tradition et techniques modernes de composite.
Contreplaqué et Assemblages Stratifiés
Le contreplaqué (CP) est couramment utilisé, que ce soit du CP extérieur ou du CP marine, en fonction des disponibilités et des budgets. Pour un safran robuste, on peut envisager un assemblage de deux épaisseurs de bois, par exemple 15mm X 2, entre lesquelles on pourrait intercaler deux couches de roving de 500 G. L'extérieur est ensuite stratifié avec un tissu plus léger pour la finition et la protection. Le CP type CTBX, moins dense que le CP marine, peut être utilisé pour les safrans bien emballés dans de l'époxy, offrant un bon compromis poids/résistance avec une épaisseur de 30mm.
Concernant la lamination, certains préconisent de stratifier les deux planches de CP à l'époxy sans intercaler quoi que ce soit, en utilisant une époxy légèrement chargée. Cette méthode assure une bonne cohésion de l'ensemble. Néanmoins, un avis divergent suggère que le tissu intérieur dans un tel sandwich serait inutile, ne commençant à résister que lorsque le bois extérieur est déjà au-delà de sa résistance de rupture. Un seul assemblage de CP avec une résine bien appliquée est souvent suffisant.
Bois Massif : Robustesse et Légèreté
Pour ceux qui cherchent des alternatives au contreplaqué, le bois massif offre des propriétés intéressantes. La plupart des bois massifs sont plus légers que le CP et leur résistance longitudinale est bien meilleure, ce qui est un atout pour un élément structurel comme le safran. Il est cependant crucial de choisir la bonne essence. Le sapin est à laisser de côté pour cet usage. Des essences comme le Movingui ou le Bossé sont recommandées. Le Bossé, en particulier, est souvent cité comme le meilleur pour cet usage, étant le plus léger des deux et possédant une excellente résistance à la flexion. D'autres bois durs, denses et nerveux comme l'acacia, le chêne ou le frêne peuvent également être envisagés, notamment pour les bords d'attaque et de fuite.
Une proposition intéressante combine le meilleur des deux mondes : un safran réalisé en CP CTBX pour le corps, avec le bord d'attaque et le bord de fuite en bois massif, tel que l'acacia, le bossé, le chêne ou le frêne. Cet assemblage composite bois massif-contreplaqué-résine offre un bon compromis entre légèreté, résistance et durabilité.
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Les Composites et Résines : Modernité et Performance
Les matériaux composites ont révolutionné la construction navale, offrant des solutions légères et extrêmement résistantes.
Résines et Mastics : Adhésion et Finition
Les résines sont les matrices qui lient les fibres, tandis que les mastics sont des pâtes chargées utilisées pour le remplissage et le lissage. Une résine ou un mastic, c'est différent. Les coques de bateau en fibre de verre sont généralement composées de résine polyester dans laquelle on a glissé de la fibre de verre. Pour les réparations et la finition des safrans, l'époxy est souvent privilégié. Le mastic époxy est particulièrement adapté pour des sessions d'enduit visant à recréer les profils hydrodynamiques si des gabarits femelles indiquent des irrégularités. Pour l'épaississement du gelcoat, par exemple pour le passer avec une cale à mastiquer, le microballon est un additif couramment utilisé, comme pour la résine. L'époxy est considéré comme un type de plastique, et il joue un rôle essentiel dans la fabrication de structures résistantes et durables.
Fibres de Renforcement : Structure et Résistance
Diverses fibres sont employées pour renforcer les résines et créer des composites. Le roving de verre de 500 G peut être intercalé entre des épaisseurs de bois pour augmenter la rigidité. Une stratification extérieure avec un tissu plus léger, comme un tissu de verre de 170-180g, est souvent suffisante pour la protection. Il est important de noter que le mat de verre n'est généralement pas utilisé avec la résine époxy, car il est conçu pour les résines polyester. Le tissu bi-biais est une excellente option avec l'époxy pour obtenir une résistance équilibrée dans plusieurs directions. Le Kevlar est un matériau très résistant qui peut être utilisé pour une meilleure protection du bord d'attaque, mais son inconvénient majeur est sa difficulté extrême au ponçage, ce qui rend les finitions délicates. Le carbone, sous forme de tubes ou de tissus unidirectionnels (UD carbone), est utilisé pour les mèches de safran et les structures légères à haute performance.
Âmes Sandwich : Gain de Poids et Rigidité
Pour les constructions composites avancées, les âmes sandwich sont employées pour réduire le poids tout en maintenant une rigidité élevée. L'Airex est un matériau de choix pour ces âmes. On peut concevoir un tube en mousse par collage de 3 plis d'Airex de 10 mm, avec une stratification d'UD de carbone sur chaque face, le tout sous pression. Cette technique permet d'obtenir une pièce finale légère et extrêmement rigide.
Techniques de Fabrication et de Réparation des Safrans
La réalisation d'un safran de qualité demande une attention particulière aux techniques de fabrication et de finition.
Construction de Safrans en Bois/Composite
Pour un safran en bois, le processus débute souvent par la lamination des planches de contreplaqué à l'époxy. Une fois la forme générale obtenue, une stratification externe est appliquée, par exemple avec un mat de verre et de l'époxy, ou un tissu léger. Cette couche protectrice doit chevaucher sur le bord d'attaque (créant ainsi localement 3 couches de renforcement) et être découpée sur le bord de fuite, car le tissu de verre ne s'enroulerait pas correctement sur une pointe trop fine. La préparation de surface est cruciale : un ponçage est nécessaire une première fois pour faire accrocher le mastic, puis un second ponçage pour s'assurer qu'on ne distingue pas "au doigt" de sur-épaisseur entre la réparation au mastic et le gel-coat. Si l'on souhaite conserver l'aspect bois après la stratification verre/époxy, un vernis polyuréthane bi-composants fonctionne très bien et empêche les UV d'agir sur l'époxy, qui autrement se dégraderait.
Construction Avancée en Composite Carbone/Mousse
Pour les safrans de haute performance, une approche plus sophistiquée implique l'utilisation de composites carbone. On fabrique tout d'abord un marbre en contreplaqué, constitué d'un plateau de 15 mm et de croisillons collés en dessous. Cette planéité est essentielle pour la précision de la pièce. Un tube en carbone, servant de mèche, peut avoir un diamètre intérieur de 38 mm et un diamètre extérieur de 50 mm. Ce tube peut être stratifié directement dessus. Pour la pelle du safran elle-même, un tube en mousse (Airex par exemple) est obtenu par collage de 3 plis d'Airex de 10 mm, et une stratification d'UD de carbone est appliquée sur chaque face, le tout sous pression. L'ensemble est ensuite stratifié et collé en une seule opération sur le marbre. Des cales de hauteur sont utilisées pour limiter la compression des strates afin d'obtenir une pièce finale à l'épaisseur souhaitée, par exemple 40 mm. Des bagues de frottement en inox sont ensuite installées au niveau des portées sur le tube de jaumière du bateau pour assurer une rotation fluide et durable.
Réparation et Entretien des Safrans
Le safran est une pièce qui nécessite une surveillance régulière. Nul besoin de régater pour jeter un œil aux profils de son safran. Si la géométrie du profil est connue, il est possible de réaliser des gabarits femelles (en carton plume ou contreplaqué fin) et d'effectuer un contrôle in situ. Si le profil n'est pas optimal ou s'il a été endommagé, il faut recréer des gabarits femelles du profil et se lancer dans une séance d'enduit au mastic époxy pour le restaurer. Choisir une peinture pas super chère pour les safrans peut être une considération secondaire par rapport à la solidité structurelle et la finition des profils. Les efforts sur un safran sont énormes, comme le détaille le tome 2 de "Architecture du voilier" de Gutelle, ce qui souligne l'importance d'une maintenance rigoureuse et de réparations conformes aux standards.