Histoire des appendices des bateaux – Partie 1

“America” –  ©Detroit Photographic

Les humains naviguent sur les mers depuis très longtemps. Au commencement, les bateaux s’aventuraient en mer pour la pêche, mais représentaient aussi le seul moyen de transport et de liaison entre les îles. Lorsque les navires ont pris de l’ampleur, ils ont également commencé à être utilisés pour la guerre. Les navires sont devenus un moyen de transporter des marchandises en mer ou sur les fleuves et finalement aussi de déplacer des passagers. Au fil du temps, les raisons de la construction navale ont évolué, de même que la conception, les matériaux et les techniques de construction des navires. Les objectifs commerciaux ont guidé les choix des constructeurs de navires. Le confort et l’esthétique à bord n’étaient pas une priorité.

Il convient également de rappeler que jusqu’en 1700 environ, il n’existait pas d’écoles de construction navale, de plans ou de règles, et que toutes les connaissances étaient transmises oralement par des constructeurs de navires qualifiés. Construire un navire est un métier ancien qui n’a pas beaucoup évolué pendant des siècles.

L’avènement de la navigation de plaisance a radicalement changé les choses. Naviguer pour le plaisir est une pratique récente. Ce n’est qu’au cours des deux derniers siècles que la navigation de plaisance ou sportive a commencé.

C’est ainsi qu’en 1851, la goélette “America” du New York Yacht Club a défié 15 autres navires du “Royal Yacht Squadron” dans la course annuelle autour de l’île de Wight. Le prix était la “100 Guinea Cup”, aussi appelée “coupe de 100⁠Guinées” en Français. Deux philosophies de construction différentes s’affrontent : les Anglais pensent que les navires, pour être rapides et aptes à prendre la mer, doivent être étroits et dotés de quilles profondes, mettant l’accent sur la stabilité du poids. Leur recherche de la vitesse a abouti à la construction des légendaires clippers. N’oublions pas que, dans la seconde moitié du XIXe siècle, il existait deux grandes routes commerciales : de la Chine vers l’Angleterre pour le thé et de l’Australie vers l’Angleterre pour la laine. Le navire qui atteignait le premier le port de destination obtenait le meilleur prix de vente pour sa cargaison. Par conséquent, la vitesse était essentielle.

Les Américains pensaient que la stabilité résultant de la forme de la coque était la clé, se concentrant sur des bateaux plus larges et plus légers et, surtout, avec des quilles moins profondes. Leur recherche de la vitesse s’est développée grâce à l’expérience de navires dédiés à la pêche : les glorieux Bankers, ainsi nommés parce qu’ils étaient utilisés pour des sorties de pêche sur les infâmes bancs de Terre-Neuve. Les bateaux de pêche avec leurs prises devaient atteindre les marchés des principales villes de la côte aussi vite que possible, pour battre la concurrence et obtenir les meilleurs prix de vente. Les bateaux avaient donc des coques larges et peu profondes.

Revenons maintenant à l’île de Wight. La goélette “America” a terminé la course avec 8 minutes d’avance sur son plus proche rival, assurant la victoire et marquant le début de l’une des plus anciennes compétitions sportives, la “Coupe de l’America”. C’est également le début d’un cycle continu d’innovations en matière de conception nautique.

Les navires de cette époque avaient tous une quille continue, un grand appendice qui reliait la proue à la poupe. La quille contenait le lest permettant d’obtenir la stabilité souhaitée, calculée en fonction de la longueur du bateau et de la surface des voiles. Les matériaux utilisés pour la construction étaient principalement le bois et, dans une moindre mesure, le fer. Les bateaux étaient à fort déplacement avec un volume des sections immergées de la coque important. La conception des quilles de l’époque présentait des sections avant généreuses. De ce fait, la surface mouillée était importante, offrant une résistance significative à l’avancement.

L’étrave pointue qui distingue les goélettes représente le bord d’attaque de cet énorme appendice qui se poursuit par un large bau avant de se terminer à son bord de fuite par la lame du gouvernail, qui n’est autre que le prolongement de la quille. La tige du gouvernail est inclinée par rapport au plan vertical du bateau. Comme l’angle d’incidence de la pale change avec le courant de l’eau, ce désalignement génère une force latérale affectant le déplacement de l’étrave ainsi qu’une composante vectorielle verticale indésirable qui ralentit le navire. Une conception sous-marine de ce type tendait à réduire la gouvernabilité du bateau tout en assurant une grande stabilité de leur cap, réduisant les lacets au minimum et permettant à ces bateaux de naviguer au vent à des angles proches de 60°, des valeurs remarquables pour les gréements de l’époque.

Dans la première moitié du siècle dernier, les bateaux ont commencé à être plus grands et plus performants, grâce à de nouveaux matériaux de construction comme l’acier et les alliages. Les progrès se sont appuyés sur les premières expériences dans les bassins navals utilisés pour effectuer des tests hydrodynamiques sur des modèles réduits afin d’obtenir des informations sur la meilleure configuration et le rapport optimal entre la force propulsive et la résistance.

Les règlements de course étaient basés uniquement sur la longueur à la flottaison et la surface des voiles. Les quilles ont donc commencé à être de plus en plus courtes, les bateaux ayant des étraves et des poutres longues et fines. Comme les bateaux devenaient trop extrêmes et dangereux, une nouvelle méthode de classification des bateaux de course est entrée en vigueur. C’est ainsi qu’est née la célèbre classe J. En 1930, ces bateaux étaient équipés d’instruments conçus pour les avions afin de mesurer la vitesse sur l’eau et la vitesse du vent.

Peu de temps après, les premières quilles “à ailettes” font leur apparition. Les matériaux de construction étaient le fer ou le plomb, moulés ou plus rarement fabriqués avec une machine CNC. La quille constituait le lest du bateau en abaissant son centre de gravité. Le profil donnait de bonnes performances au près avec une meilleure manœuvrabilité. La grande plaque qui fixe la quille à la coque la rend relativement résistante aux impacts.

Les quilles en “L” sont une évolution de la conception initiale de la quille à ailettes, avec un profil plus fin et plus long, semblable à celui d’une aile, qui concentre le poids du ballast dans le “bulbe”. L’augmentation du tirant d’eau a amélioré le moment de redressement et d’accroître les performances au vent et au reaching.

La quille en forme de “T”, avec un centre de gravité encore plus bas, et l’apparition de bulbes, façonnés pour réduire les tourbillons créés sur l’aileron vertical, constituent un autre progrès de la conception.

La transformation du gouvernail est allée de pair avec l’évolution des quilles. À l’origine, les safrans s’articulaient sur le “skeg”, qui est une partie structurelle de la coque qui soutient et protège également le safran en cas de chocs.

Les charges importantes affectant l’ensemble du système de direction ont conduit les concepteurs à surdimensionner les composants, pénalisant l’efficacité hydrodynamique dans une zone cruciale du bateau. Une solution consistait à réduire la taille du skeg et à augmenter la surface de la pale du gouvernail. Cependant, la véritable révolution est venue de l’élimination totale du skeg. Le gouvernail s’appuie désormais exclusivement sur sa propre tige, fabriquée en acier haute résistance.

Pour atténuer la force de l’eau sur l’arbre, les concepteurs ont résolu le déséquilibre dynamique grâce à des éléments de compensation de la pression, optimisant l’équilibre entre la partie de la lame située à l’avant et à l’arrière de l’axe de rotation.

La plupart des voiliers qui prendront le départ dans les premiers groupes de la Global Solo Challenge seront équipés des types d’appendices qui viennent d’être décrits. Dans un autre article, nous analyserons les évolutions ultérieures des conceptions que nous pouvons trouver sur certains des bateaux les plus performants inscrits à l’événement.