La stabilité d'un navire, et plus particulièrement celle d'un catamaran, constitue le fondement même de sa sécurité et de ses performances. Pour appréhender ces principes, il est nécessaire de distinguer les approches scientifiques des réalités opérationnelles. Il est permis de dire, par une formule raccourcie très expressive, que la stabilité est la force propulsive du voilier. La stabilité se mesure et s'exprime par le moment du couple de redressement, c'est-à-dire par le produit du poids du navire multiplié par la distance entre le vecteur poids appliqué au centre de gravité et le vecteur poussée hydrostatique d'Archimède appliqué au centre de carène, le centre géométrique du volume immergé.
Fondements théoriques de la stabilité navale
La courbe de redressement d'un voilier est la courbe des moments de redressement en fonction des différents angles de gîte, soit l'inclinaison latérale. L'étude de cette courbe est fondamentalement analogue à celle d'un navire quelconque. Cependant, selon le type de voilier, on obtient des courbes de redressement très différentes. Plusieurs paramètres les décrivent, parmi lesquels l'angle de chavirement statique, angle pour lequel le couple des forces de gravité et d'Archimède s'inverse et devient couple de chavirement. Pour les voiliers de plaisance de série à quille lestée, cet angle peut être de l'ordre de 120 à 140 degrés. Pour les racers des séries internationales, il arrive que le chavirement statique soit impossible.
L'aire de la partie positive de la courbe des moments de redressement traduit la résistance à l'impact d'une vague ou à celui d'une rafale de vent, tandis que l'aire de la partie négative caractérise la stabilité en position chavirée. Pour les monocoques, un accroissement de la gîte a pour conséquence une augmentation de la traînée. L'origine de l'énergie propulsive d'un voilier est la transformation par les voiles de l'énergie cinétique du vent.
Stabilité spécifique des multicoques
Contrairement aux monocoques, les multicoques, catamarans, trimarans et praos ne sont généralement pas lestés et tirent leur stabilité de leur très grande largeur. Leur courbe des moments de redressement passe par un maximum très accentué vers 10 à 30 degrés pour s'annuler ensuite vers 70 à 90 degrés. Du fait de leurs caractéristiques, ils présentent souvent des stabilités longitudinale ou diagonale voisines de leur stabilité latérale.
La caractéristique déterminante d'un catamaran est sa conception à double coque. Au lieu d'avoir une coque centrale, les catamarans ont deux coques parallèles espacées. Cette disposition crée une base nettement plus large lorsque le bateau est sur l'eau. Cette empreinte plus large est la principale raison de la stabilité supérieure du catamaran. En minimisant le mouvement de roulis courant sur les bateaux monocoques, les coques jumelées garantissent que le navire reste équilibré même face aux vagues. Les deux coques agissent presque comme les pieds d'un tabouret, fournissant une plate-forme solide et stable qui résiste au basculement.
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Facteurs influençant l'équilibre dynamique
Un autre facteur critique qui contribue à la stabilité est la position du centre de gravité. Les catamarans sont conçus pour avoir un centre de gravité bas, ce qui est essentiel au maintien de l'équilibre. Un centre de gravité plus bas signifie que la masse du navire est concentrée plus près de la ligne de flottaison, ce qui le rend plus résistant au renversement. Le poids est réparti uniformément sur les deux coques, ce qui aide à stabiliser le tangage et le roulis.
La vitesse influence également la stabilité. Les catamarans sont souvent capables d'atteindre des vitesses plus élevées que les monocoques, grâce à leurs doubles coques hydrodynamiques qui réduisent la résistance à l'eau. À des vitesses plus élevées, la conception du catamaran réduit les mouvements de balancement généralement ressentis. Lorsque l'on navigue sur une mer agitée, les larges coques offrent une excellente résistance aux forces du vent et des vagues. La séparation entre les deux coques permet au bateau de traverser les vagues plus facilement, absorbant les impacts avec moins de perturbations sur la structure globale. Cette stabilité accrue se traduit par une navigation plus confortable, idéale pour les longs voyages.
Cadre réglementaire international
La conception sûre d'un navire est régie par des instruments internationaux stricts. Les travaux de l'Organisation maritime internationale (OMI) sur la conception des navires sont principalement menés par le sous-comité sur la conception et la construction des navires (SDC), dirigé par le comité de la sécurité maritime. Le chapitre II-1 de la convention SOLAS exige que les navires se conforment aux règles de sécurité concernant la construction, la structure, le compartimentage, la stabilité, les machines et les installations électriques.
Le Code international de stabilité à l'état intact (Code IS) de 2008 fournit dans un document unique des exigences obligatoires relatives à la stabilité. Il comprend des principes fondamentaux tels que les précautions contre le chavirement, le critère météorologique, l'effet des surfaces libres et l'intégrité de l'étanchéité à l'eau. L'OMI élabore actuellement des critères de stabilité de deuxième génération pour évaluer cinq modes de défaillance de la stabilité dynamique dans les vagues, tels que le roulis paramétrique ou la perte pure de stabilité.
Stabilité après avarie et normes de construction
La stabilité après avarie est un aspect crucial, harmonisant les dispositions applicables aux navires à passagers et aux navires de charge. La méthode probabiliste, visant à assurer un compartimentage efficace, exige que l'indice de compartimentage atteint ne soit pas inférieur à l'indice requis. Le plan et le livret de contrôle des avaries sont destinés à fournir aux officiers des informations claires sur le compartimentage étanche pour permettre de prendre des mesures efficaces en cas de sinistre.
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Pour les vraquiers et pétroliers d'une longueur égale ou supérieure à 150 mètres, des normes de construction fondées sur des objectifs (GBS) ont été instaurées. Ces navires doivent être conçus pour une durée de vie spécifiée afin d'être sûrs et respectueux de l'environnement, tant à l'état intact qu'en conditions d'avarie. La convention SOLAS ne prohibe pas l'utilisation de matériaux alternatifs, mais tout matériau non conventionnel doit satisfaire aux exigences relatives à l'étanchéité, aux normes de sécurité incendie et aux propriétés ductiles approuvées.
Évolution historique et usage moderne
Le terme « catamaran » provient du mot tamoul « kattumaram », qui signifie « troncs attachés ». Les premiers catamarans ont été imaginés par les pêcheurs du sud de l'Inde. Cette conception a évolué vers les navires modernes. Parallèlement, d'autres types de navires ont marqué l'histoire maritime. Le brick, apparu après 1750, était un petit navire de guerre à voile, tandis que la flûte, d'origine hollandaise, était destinée au transport de marchandises. La frégate, issue de la famille des galères, et le galion, qui tenait de la nef, illustrent l'évolution des rapports de forme entre largeur et longueur.
Dans la plaisance moderne, le choix d'un catamaran par rapport à un monocoque repose sur des critères de performance et de confort. Un catamaran est généralement plus cher à l'achat, mais son entretien est plus abordable. Les parties essentielles, comme les coques, le pont, le mât et le gouvernail, sont conçues pour optimiser la sécurité et la maniabilité. Des chantiers comme Outremer intègrent des technologies de pointe, comme le sandwich mousse PVC et les cloisons anticollision, pour assurer l'insubmersibilité et garantir une vie à bord harmonieuse grâce à une réduction du tangage et des mouvements plus doux.
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