Dans l'univers vaste et complexe de la navigation, les trimarans représentent une catégorie de navires qui se distingue par des caractéristiques uniques, particulièrement en ce qui concerne leur stabilité, leur vitesse et leur adaptabilité. Au cœur de la robustesse et des performances de ces embarcations se trouvent les bras de liaison, des éléments structurels cruciaux qui connectent la coque centrale aux flotteurs latéraux. Comprendre leur conception, les forces qu'ils subissent et les impératifs de leur solidité est essentiel pour quiconque s'intéresse à ces multicoques fascinants, qu'il s'agisse d'un constructeur amateur envisageant un "canoe sailring" ou d'un expert analysant les performances des voiliers de course.
Le Trimaran : Une Architecture Nautique Distincte et Ses Objectifs
Un trimaran est un voilier disposant de trois coques. La coque centrale est la partie la plus volumineuse de l’embarcation. Les deux coques latérales sont des flotteurs destinés à maintenir la stabilité du bateau en augmentant sa largeur. Ils sont fixés à la coque centrale par le biais de bras de liaison. Ces derniers peuvent être de simples tubes, des poutres aux formes évolutives, ou encore des caissons bien plus importants et pouvant alors être partiellement habitables. Cette architecture répond à des objectifs variés, allant de la recherche de performances extrêmes en course à la voile à la polyvalence pour des activités de plaisance.
Nombreux sont ceux qui, comme Yann34, s'interrogent sur la manière de choisir un kayak pour se faire plaisir à la fois en balade, voire en randonnée en mer, sur les canaux ou sur les étangs. Cette quête de polyvalence mène souvent à la considération de solutions hybrides, telles que la transformation d'un kayak en trimaran. Les objectifs personnels sont souvent de varier les plaisirs, c'est-à-dire de faire du kayak ou de la voile selon le temps (météo) et selon le temps libre disponible, de la sortie de l'après-midi à la randonnée de quelques jours. Cette adaptabilité est une motivation forte pour explorer la conception d'engins entre kayak et trimaran.
Distinction et Avantages du Trimaran face au Catamaran
Lorsque l’on ne maîtrise pas le sujet, il est parfois peu évident de voir les différences entre deux types de navires. La première similitude à noter, est que ces deux types de voiliers, les trimarans et les catamarans, appartiennent à la catégorie des multicoques. Un catamaran est un bateau possédant deux coques qui sont généralement parallèles entre elles. Ces deux coques d’un catamaran peuvent être placées l’une à côté de l’autre, ce qui est la première version connue de ce type d’embarcation traditionnellement utilisée sur les lacs. Ils peuvent être des voiliers ou des embarcations motorisées, cette dernière déclinaison étant essentiellement utilisée pour le transport des passagers.
Le principal intérêt des bateaux de cette catégorie est de pouvoir avancer plus rapidement que les voiliers disposant d’une seule coque. Cependant, des différences notables existent. Au niveau du risque de chavirage, le trimaran est considéré comme plus sûr que le catamaran. Lorsque la puissance du vent augmente, le flotteur se trouvant sous le vent a tendance à s’enfoncer et freine ainsi la progression du bateau. Pour parvenir à décoller de l’eau la coque centrale, il faut alors le surtoiler (c’est-à-dire, avoir une surface de voile supérieure à la normale).
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Le trimaran est un voilier étant principalement utilisé pour la navigation de plaisance et pour la course à la voile. Certains sont également parfois utilisés pour réaliser des croisières. Toutefois, sa conception étant bien plus complexe et demandant un financement bien plus important pour la construction, cet usage est bien moins répandu. Son volume habitable plus faible et son encombrement supérieur en largeur sont des raisons supplémentaires faisant préférer les catamarans pour ce genre d’usages. Dans l’univers de la course à la voile, les trimarans sont toutefois généralement préférés. Grâce à leurs possibilités évolutives plus grandes et à leurs performances supérieures, ils sont bien souvent préférés aux catamarans. Les catamarans, quant à eux, sont principalement utilisés en tant que voiliers de plaisance, ou pour le transport de passagers.
La Quête de la Polyvalence : Le Kayak Converti en Trimaran
L'idée d'un kayak trimaran séduit de nombreux passionnés, notamment pour la polyvalence qu'il offre. Comme Yann34 et Pierre, beaucoup sont intéressés par ce concept, certains ayant même "bien failli craquer pour celui de Plasmor qui paraît le plus abouti." La motivation principale derrière un bateau polyvalent est souvent l'économie, mais la question se pose de savoir si c'est si sûr. Dès lors qu'on ne cherche pas à utiliser la coque centrale comme kayak, les paramètres changent, et la coque peut être beaucoup plus étroite, par exemple.
Des réalisations concrètes attestent de cette recherche, comme en témoigne Jean-Pierre, qui possède un Klepper qu'il a modifié en trimaran avec des flotteurs gonflables de chez Grabner. Son expérience en navigation, notamment en Corse par 4-5 Beaufort sur mer plate sans difficultés, démontre la faisabilité de ces modifications. L'un des points essentiels est de pouvoir passer en version kayak ou voile sans devoir revenir sur le bord de côte, une flexibilité essentielle pour les conditions de navigation qui évoluent constamment. Il est détestable de devoir choisir l'une ou l'autre version avant de partir.
Un autre axe de réflexion est le "kayak à voile (Libellule)" qui est présenté comme l'un des plans les plus séduisants. L'idée est de modifier la version kayak ou trimaran sur l'eau et sans débarquer, un concept qui existe et qui répond à un cahier des charges exigeant la simplicité en navigation, en manutention, en transport et en préparation. L'objectif est d'éviter que le kayak se transforme en "usine à gaz" dans le jargon des "voileux."
Les Flotteurs : Clés de la Stabilité et de la Performance
Les flotteurs jouent un rôle fondamental dans la stabilité et la performance d'un trimaran, qu'il soit conçu comme tel dès l'origine ou qu'il s'agisse d'une adaptation de kayak. Les pirogues polynésiennes, par exemple, sont dotées de flotteurs longs et fins, qui opposent une faible résistance à l'avancement. Cela signifie qu'il n'est pas nécessaire de prévoir des bras de liaisons de grosse section pour ce type de conception.
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Dans le cas des kayaks modifiés, l'utilisation de flotteurs gonflables est une solution privilégiée. Jean-Pierre utilise des flotteurs gonflables en hypalon de chez Grabner. Ce fabricant autrichien est reconnu pour la qualité de ses bateaux gonflables, très solides et convenant en expédition. Pour son Klepper, Jean-Pierre utilise les flotteurs courts que le fabricant met sur les trimarans, mais il existe également des flotteurs plus longs sous forme de tube d'environ 12 cm de diamètre et d'environ 2.50m de long pour améliorer la stabilité de certains bateaux.
Le volume des flotteurs est une donnée critique. Par exemple, chaque flotteur du Trimax a un volume suffisant (3,3 m³) pour assurer à lui seul la flottabilité du Trimax complet (déplacement d’eau ±2.800 kg). Les flotteurs Grabner sont également décrits comme "d'un volume parfait," évitant qu'ils ne s'enfoncent sous l'eau lorsque le vent forcit.
La fonction première des flotteurs est de récupérer l'équilibre et d'éviter le chavirage. Idéalement, ils devraient flotter le moins souvent possible, ne touchant pas l'eau lorsque le kayak est à plat, permettant ainsi d'équilibrer le kayak avec le corps. L'idée de larges patins, bien que peut-être farfelue, est également évoquée. À l'image d'une planche à voile, ils déjaugeraient avec la vitesse et donneraient une poussée verticale positive, comme les flotteurs d'hydravions à redan. Cependant, cette option est jugée moins pertinente pour les kayaks qui n'atteignent pas des vitesses suffisantes, sans compter l'encombrement de tels flotteurs.
Un point essentiel est d'éviter ce que l'on appelle le "croche pied," c'est-à-dire le fait que le kayak ne tourne pas autour du flotteur lorsque celui-ci touche l'eau. Pour corriger cette tendance à l'abattée, Pierre suggère des flotteurs convexes vers l'extérieur et plats vers l'intérieur.
Les Bras de Liaison : Anatomie et Exigences Structurelles
Les bras de liaison sont les artères vitales qui confèrent au trimaran sa configuration distinctive et sa capacité à supporter les charges dynamiques de la navigation. Leur conception, le choix des matériaux et leur mise en œuvre sont des aspects cruciaux pour la performance et la sécurité de l'embarcation.
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Conception Générale et Matériaux
La diversité des formes et des matériaux pour les bras de liaison est significative. Ils peuvent être de simples tubes ou des poutres aux formes évolutives, voire des caissons bien plus importants et partiellement habitables sur de grands trimarans. Pour les adaptations de kayak, des profils d'aluminium composés de deux parties d'environ 2.50m sont utilisés, comme dans le cas du Klepper de Jean-Pierre. Pierre, quant à lui, propose le lamellé-collé pour donner un léger cintre vers le haut, tandis qu'YvonD mentionne le robinier ou le chêne.
Sur des constructions plus avancées, telles que le Trimax, les bras sont en sandwich. Les bras de liaison sont idéalement profilés et placés (haut) pour fendre les vagues, minimisant ainsi la résistance et les chocs. Un seul balancier (en deux parties) et des flotteurs gonflables peuvent permettre de ranger le tout dans ou sur le kayak pendant la navigation, soulignant l'importance de la praticité.
La Solidité au Cœur de la Conception
La solidité des bras de liaison est une exigence non négociable en raison des contraintes extrêmes qu'ils subissent. Un trimaran s’expose à des forces qui sont neuf (!) fois plus grandes qu’un monocoque de longueur similaire. C’est pourquoi un trimaran doit être construit de manière beaucoup plus solide. La coque et les flotteurs sont construits, à partir d’un calcul de forces en 3D, en matériaux légers à la fois rigides et très résistants.
Les calculs de conception doivent prendre en compte bien plus que de simples charges statiques. Comme le souligne Lossamouil, les calculs effectués sur des éléments comme la poussée d'Archimède sur le flotteur ou le moment de flexion sont des calculs statiques. Or, un bateau flotte et bouge. On ne reste plus en statique, mais on passe en dynamique. Les vagues, les coups de vents, les mouvements des personnes à bord, etc., vont engendrer des charges qui peuvent vite devenir énormes. C'est bien pour cela qu'on prend un facteur dit "de sécurité" de 2 à 5. Il faut surtout vérifier que les forces sont convenablement distribuées dans la structure, et qu'on ne forme pas de "point dur" avec par exemple des liaisons trop rigides entre la coque et les bras de liaison.
Un flotteur de 70 litres exerce au maximum une force de flottaison de 70 daN. Des calculs spécifiques montrent que, par exemple, avec 45mm en lamellé, "ça passe" avec une garantie sur facture. Cependant, l'ensemble doit garder une certaine souplesse pour absorber certaines contraintes, notamment sur les liaisons coques/bras. Sinon, une poutre sur champ serait plus rigide en appui, mais on aurait alors une élasticité dans le sens longitudinal, ce qui ne semble pas souhaitable. La qualité de la fixation au niveau des appuis est primordiale, parfois inspirée de ce qui existe sur les pirogues traditionnelles.
Placement et Profilage : Fendre les Vagues et Optimiser la Navigation
Le positionnement et le profil des bras de liaison ne sont pas laissés au hasard. Pierre suggère un balancier à peu près à hauteur des cale-pieds (hors de portée des pagaies mais pas trop excentré par rapport au centre de carène). Le profilage optimal permet aux bras de fendre les vagues plutôt que de les heurter, minimisant ainsi les chocs et la traînée. Une des préoccupations est d'éviter que les bras ne touchent l'eau trop souvent, ce qui pourrait provoquer un "croche pied" ou l'abattée du bateau. Pour contrarier cette tendance, des flotteurs convexes vers l'extérieur et plats vers l'intérieur sont envisagés.
Systèmes de Repliage : Gain de Place et Facilité d'Utilisation
L'encombrement des trimarans, notamment leur largeur, peut poser problème dans les ports. Un système de repliage ingénieux empêche un emplacement coûteux. L’action est simple et se fait en repliant les bras verticalement contre la coque. Le système de pliage du Trimax est une amélioration du système supérieur de Farrier, qui ne connaît qu’une position repliée. La largeur du trimaran peut passer de 8,50 m hors tout à 3,80 m dans le port (replié), ce qui donne accès aux emplacements monocoques. Cette caractéristique est un atout majeur pour la praticité et l'accessibilité.
Le Grément et la Voile : Propulser le Trimaran avec Efficacité et Simplicité
La capacité à porter de la toile sans transformer son embarcation en "usine à gaz" est le problème majeur du kayak à voile. L'expérience montre que la voile en V est souvent considérée comme idéale pour les kayaks rigides en fibre si l'on n'a pas de balancier. Sur ce type de bateau sportif, le plaisir de la glisse à la pagaie reste l'objectif principal, et la voile est utilisée en annexe pour augmenter la distance et la vitesse selon les conditions de vent. La vitesse augmente considérablement au portant, mais pour remonter au vent et garder une vitesse convenable, il faudra augmenter la surface de voile et rajouter un plan antidérive. Cela dénature le kayak, complique énormément les choses et le transforme en bateau à voile. Contre le vent, il vaut mieux pagayer, car la vitesse et la direction seront bien meilleures.
Cependant, sur un kayak plus stable (Klepper, Nautiraid, Bélouga par exemple), il ne faut pas se priver d'un gréement, car les sensations de glisse et de manœuvres à la pagaie sont moins présentes. Le gréement apporte un plus lors de la navigation. L'expérience de Jean-Pierre avec son Klepper équipé d'un gréement d'origine de 5 m² (foc et grande voile) permet de remonter efficacement au vent à une allure proche ou supérieure à la pagaie.
Le mat d'origine du Klepper, étant de faible section, doit bénéficier d'un haubanage. L'ajout de haubans au mât implique des charges supplémentaires sur les bras de liaison, surtout si le mât est haubané sur le flotteur. Lossamouil souligne que si le mat est haubané sur le flotteur, il faut ajouter aux bras de liaison la charge engendrée par la tension de ces haubans. SVS nuance en expliquant que sur un prao, lorsque le flotteur est sous le vent, l'éventuel hauban est totalement détendu, et lorsque le flotteur est au vent, le hauban le soulève, sans intervention de la poutre de liaison. Sur un catamaran, le mât exerce une poussée forte sur le milieu du bras, et le hauban au vent une force de traction qui s'exerce dans le sens de la flottaison, allégeant d'autant l'effort sur le bras. Ces subtilités doivent être prises en compte dans la conception des bras.
Pour rester à plat et éviter de choquer continuellement sa voile afin d'éviter le chavirage, il est nécessaire d'adjoindre un balancier. Sur le Klepper de Jean-Pierre, un seul balancier et des flotteurs gonflables suffisent et ne produisent pas de "croche pied." La voile n'étant pas une bête de course dans ce contexte, la prudence est de mise pour mettre le bateau sous contrainte… graduellement.
Le Dièdre : Un Compromis Crucial en Architecture Navale
La notion de dièdre est fondamentale pour la stabilité et le comportement d'un trimaran. En géométrie, un dièdre est une figure formée par deux demi-plans limités par une même droite. Dans le contexte naval, on dit d’un trimaran dont les flotteurs touchent l’eau en même temps lorsqu’il est à l’arrêt qu’il a peu de dièdre.
Avoir un trimaran avec peu de dièdre permet d’avoir un bateau stable au mouillage. Il ne se balancera pas d'un flotteur sur l'autre. Cela permet également d'avoir un bateau plus puissant dans la brise, avec moins de gîte. À l'inverse, un trimaran avec un dièdre important aura le flotteur au vent qui touchera moins souvent et moins fort le clapot et les vagues par mer formée. Cela évitera au bateau de recevoir ces coups de buttoirs qui ralentissent le bateau. Ces chocs répétés sous le flotteur au vent fragilisent les bras de liaison, donc moins ça touche, moins le bateau souffre.
Selon la forme et le volume des flotteurs, la largeur du bateau et son poids, le flotteur au vent se soulagera plus ou moins vite ; c'est ce que l'on appelle le dièdre dynamique. Vous l'avez bien compris, il est difficile de savoir ce qui est préférable en termes de confort et de vitesse entre ces deux approches. La solution idéale, comme souvent en architecture navale, est un savant compromis entre ces deux composantes. Le plus souvent, on trouve des flotteurs qui touchent l'eau au mouillage avec des flotteurs en V (Plans D. Newick, I. Farrier), ou à l'inverse, des trimarans avec des flotteurs volumineux aux formes porteuses mais au dièdre statique important (Plans E. Lerouge, D.). Ce compromis influence directement la conception des bras de liaison, qui doivent pouvoir supporter les contraintes spécifiques générées par le type de dièdre choisi.