Régulateur d’allure vs pilotes électriques: ce que vous devez savoir

Le pilote automatique d’un bateau est son composant électronique le plus cher. Il est donc important de bien le connaître et de savoir l’utiliser pour en tirer le meilleur parti. Cependant, les pilotes automatiques n’ont pas toujours été électriques, leur évolution a nécessité des années d’affinement. A l’aube de la navigation océanique, il n’y avait que des pilotes de régulateurs d’allure. Mécaniques et non dépendants de l’électricité, ils sont au cœur de la navigation hauturière depuis des décennies.

Régulateur d'allure - Monitor Windvane - schéma
Régulateur d’allure – Monitor Windvane – schéma

Cependant, le régulateur d’allure a des limites qui ne le rendent pas idéal en toutes circonstances. Le monde des courses a donc donné une impulsion au développement des pilotes automatiques électriques. Au début, ils étaient très simples, mais les pilotes automatiques modernes sont vraiment très sophistiqués. Sur les bateaux de course modernes, les régulateurs d’allure ne sont plus vus, cependant ils ont encore un grand marché dans le monde des croiseurs. Dans cet article, nous essayons de comprendre ses avantages et ses inconvénients et ses évolutions au fil des décennies.

Régulateur d'allure- Pen Duick II
Régulateur d’allure- Pen Duick II

Régulateur d’allure mécanique et pilote automatique électrique

Avant que l’électronique n’envahisse nos bateaux, il n’y avait que des régulateurs d’allure, Un pilote automatique mécanique est appelé un régulateur d’allure. En anglais, on les appelle windvanes ou windpilots. Leur histoire est très fascinante, avant qu’une version commerciale ne soit produite, ils étaient tous auto-construits. Lors de la première édition de l’OSTAR en 1960, tous les concurrents avaient leur propre ingénierie.

OSTAR - Les fondateurs
OSTAR – Les fondateurs

Le régulateur d’allure

Lorsque Francis Chichester a terminé son premier tour du monde à la voile en 1967, il est devenu un héros. Naviguant avec un sextant et un régulateur d’allure sur la poupe du Gipsy Moth IV , il est devenu une légende. L’année suivante, le Golden Globe a commencé, la première course autour du monde sans escale. Robin Knox-Johnston est devenu le premier homme à effectuer un tour du monde à la voile sans escale. Bernard Moitessier était aussi au départ et ses photos avec le sextant en main sont entrées dans l’histoire. Son bateau était également équipé d’un système auto-construit.

Régulateur d'allure - Francis Chichester - Gipsy Moth IV
Régulateur d’allure – Francis Chichester – Gipsy Moth IV

Le principe de fonctionnement du pilote du régulateur d’allure

Le fonctionnement d’un régulateur d’allure est plus complexe que vous ne le pensez. Ces systèmes ont également évolué au fil du temps en essayant diverses solutions. Il existe en fait deux méthodes, l’une qui utilise une pale asservie à un pendule (par ex. Monitor) et l’autre qui entraîne un gouvernail de bateau secondaire (par ex. Hydrovane). La voile ou la pale du gouvernail du régulateur d’allure ne peut certainement pas avoir la force de diriger un grand bateau de plusieurs tonnes et dans de tels cas, les pilotes qui utilisent un gouvernail secondaire ont besoin d’une installation à deux régulateur d’allure. Sur un système servo-pendule, les petites oscillations de la pale sont transformées en une force suffisante pour diriger le bateau mais fonctionnent mieux avec les barres qu’avec des roues et leur installation n’est pas toujours possible.

Aries régulateur d'allure - Transmission de rotation
Aries régulateur d’allure – Transmission de rotation

Pour ce faire, l’airblade est relié à une pale immergée dans l’eau qui ressemble à un gouvernail. Cependant, il faut tout de suite préciser que cette pale ne fait pas office de gouvernail sur les régulateurs d’allure servo-pendule, c’est comme ça seulement sur le régulateur d’allure comme l’Hydrovane. Sur les systèmes à servo-pendule, la lame est montée sur un tube vertical avec un point d’appui et peut basculer de gauche à droite. Sur un Hydrovane ou un système de safran auxiliaire, le safran dirige le bateau et n’oscille pas. Sur les systèmes à servo-pendule, ce qui fait osciller la pale est l’airblade, la faisant tourner légèrement, mais cela ne modifie pas la course du bateau, car le pendule est alors connecté au gouvernail du bateau. Sur le gouvernail auxiliaire, la même rotation fait tourner le gouvernail auxiliaire pour diriger le bateau directement indépendamment du gouvernail du bateau. L’airblade est ajusté à un certain angle par rapport au vent et reste vertical en l’absence d’autres forces. Lorsque le vent au lieu de s’écouler le long de l’axe de la pale la frappe latéralement, il la renverse d’un côté. L’airblade dans l’air a un contrepoids, donc même un peu d’air suffit pour que cela se produise.

Wind Pilot - Schéma de construction
Wind Pilot – Schéma de construction

La pale oscillante provoque une rotation de l’axe de la pale immergée. Il s’agit soit de générer une force qui servira à déplacer le gouvernail du bateau sur les systèmes servo-pendules, soit de diriger le bateau directement sur les systèmes de gouvernail auxiliaires. Sur les systèmes à servo-pendule, la rotation fait pivoter la lame vers la gauche ou la droite par le flux d’eau qui la frappe. Sur les systèmes de gouvernail auxiliaire, la pale fait office de gouvernail et dirige directement le bateau. L’eau étant beaucoup plus dense que l’air a une résistance beaucoup plus élevée, c’est ce principe qui a conduit au développement de systèmes à servo-pendule, qui transforment une petite force en une grande force par la différence de densité de l’air par rapport à l’eau. Sur les systèmes de safran auxiliaires, un safran très bien équilibré permet de diriger même un grand servo-gouvernail avec peu de force, tout est dû à l’utilisation d’un safran neutre bien équilibré. Sur un système servo-pendule, les deux lignes liées au tube qui maintiennent la servo-lame sont ensuite ramenées à la barre. Sur les systèmes de safrans auxiliaires tels que Hydrovane, il n’y a pas d’autres lignes ou complications. Sur un système à servo-pendule, les deux lignes de commande sont généralement liées à une chaîne qui a un point d’accouplement sur la barre de timon. La chaîne permet un réglage fin si vous souhaitez garder la barre légèrement décentrée. Sur un système de gouvernail auxiliaire, le gouvernail principal n’est pas utilisé pour diriger le bateau, il est plutôt verrouillé en place et peut être utilisé comme trim-tab pour rendre le bateau aussi neutre que possible par rapport au gouvernail auxiliaire de la girouette afin qu’il n’en ait besoin que de peu forces pour diriger le bateau.

Les pros des régulateurs d’allure

Le flux d’eau qui frappe la pale immergée dans l’eau est capable de générer une force énorme – ceci est très important sur les systèmes à servo-pendule qui doivent se diriger avec le gouvernail d’origine du bateau. Moins important pour les systèmes de gouvernail auxiliaires car le gouvernail du bateau n’est pas utilisé pour diriger le bateau. Avec les systèmes asservis à pendule, la force de l’eau est transmise aux lignes ramenées au cockpit ainsi capables de déplacer la barre. Le deuxième point fort réside dans le fait que ces systèmes n’ont pas de composant électrique. Tant qu’il ne tombe pas en panne, nous n’avons à nous soucier que des accidents tels que heurter des objets semi-immergés ou casser l’airblade.

Régulateur d'allure - tube sacrificiel
Régulateur d’allure – tube sacrificiel

La lame dans l’eau est généralement connectée au tuyau principal avec une section de tuyau intentionnellement plus faible. En cas de collision avec un objet, la lame pliera la section du tube sacrificiel. La pale elle-même, attachée au bateau, ne sera pas perdue, et il sera possible de remplacer le tube sacrificiel. Quant à l’airblade, elle aussi peut être endommagée par des vents très forts. Étant très léger, apportez simplement des pièces de rechange et le problème est résolu.

Vent apparent et allures au prés avec le régulateur d’allure

L’énorme force du régulateur d’allure est de pouvoir barrer même des bateaux de tonnage important. Les forces mises en jeu ne sont pas indifférentes et il est nécessaire d’acheter un système de la taille appropriée pour votre bateau. Cependant, il est vraiment impressionnant d’observer la capacité d’une de ces régulateur d’allure à diriger un bateau même dans une tempête.

Régulateur d'allure - Vent apparent
Régulateur d’allure – Vent apparent

Par définition, la pale en l’air ne réagit qu’à l’air qui la frappe. Le régulateur d’allure ne peut donc conduire un bateau que par rapport au vent apparent. Pour les voiliers à déplacement traditionnels, cela ne pose pas de problèmes majeurs à n’importe quelle vitesse. Cependant, il est important que le bateau soit bien équilibré et vous pouvez dire que votre régulateur d’allure vous apprendra à mieux équilibrer et gérer votre bateau. Le point fort du régulateur d’allure reste cependant au prés, où il donne vraiment le meilleur de lui-même. Avec un apparent fort qui contrôle la pale avec précision, le bateau réagit et navigue très bien.

Faiblesses des régulateurs d’allure

Les forces importantes impliquées peuvent provoquer la rupture du régulateur d’allure. Les dommages causés aux pales dans l’air ou dans l’eau sont facilement réparés. Tout dommage aux pièces mécaniques est difficile à résoudre. La structure elle-même est susceptible d’être endommagée dans des conditions particulièrement difficiles. Certains modèles ont un corps en aluminium et si celui-ci casse il ne sera même pas possible de le souder plus tard. Pour ceux en acier, même si vous ne pourrez peut-être pas les réparer en mer, il est toujours possible de les réparer plus tard.

Régulateur d'allure servo-pendule - lignes de commande menant au cockpit
Régulateur d’allure servo-pendule – lignes de commande menant au cockpit

L’autre problème est l’absence ou la légèreté éventuelle du vent. Dans un calme plat le régulateur d’allure ne peut pas fonctionner, par définition et il peut pas être très fiable dans des airs légers et variables. Dans le petit temps on est obligé de barrer à la main, jusqu’à ce qu’il y ait assez d’air pour réenclencher le régulateur d’allure.

Astuces de régulateurs d'allure - Attachez un petit pilote automatique électrique pour créer un système qui peut diriger le bateau en mode compas.
Astuces de régulateurs d’allure – Attachez un petit pilote automatique électrique pour créer un système qui peut diriger le bateau en mode compas.

Naviguer au portant avec les régulateurs d’allure

La capacité de barrer avec précision des systèmes de girouette est quelque peu diminuée lors de la navigation au portant, lorsque le vent apparent est moindre. Aussi parce que le bateau est soumis à des accélérations, notamment dues à la montée et à la descente des vagues. Lorsque cela se produit, le vent apparent change. Lorsque nous accélérons, l’apparent avance, lorsque nous ralentissons, il recule. En d’autres termes, le vent apparent oscille d’avant en arrière lorsqu’il navigue au portant par rapport à son angle moyen.

Régulateur d'allure - Navigation au portant
Régulateur d’allure – Navigation au portant

Cette oscillation amène le bateau à suivre une trajectoire en « S » d’autant plus marquée que les accélérations sont plus importantes. Pour cette raison, les Régulateurs d’allure sont toujours une solution valable sur les bateaux à déplacement mais ne peuvent pas être utilisés sur les bateaux de course planant modernes. Ceux-ci ont des accélérations trop brusques, ce qui rend difficile pour le régulateur d’allure de travailler avec précision. La légèreté du bateau implique également un manque d’inertie, et la vitesse subit inévitablement des variations continues et importantes.

OSTAR - Pen Duick VI
OSTAR – Pen Duick VI

Quand on ajoute ces variations de la vitesse du bateau à celles du vent, tout se complique. Avec le balancement apparent continu par rapport au bateau, le régulateur d’allure est incapable de se diriger avec précision. Surtout sur un bateau de course planant naviguant au portant. La seule façon de se débrouiller avec un régulateur d’allure sur une coque planante est de réduire fortement la grand-voile et de garder la toile vers l’avant et d’accepter l oscillation de direction du régulateur d’allure. D’autre part, sur une coque non planante, une navigation uniquement avec un foc à tangon peut également être manœuvrée par régulateurs d’allure dans une grosse mer.

Principaux fabricants de régulateur d’allure

  • Aries (l’un des plus populaires, mais le corps en aluminium et les pièces en acier posent parfois des problèmes)
  • Hydrovane (en production depuis 1968 – Global Solo Challenge Event Partner)
  • Monitor
  • Windpilot (le régulateur d’allure s’appelle Pacific, et dans sa version Pacific Light il convient également aux petits bateaux)
Hydrovane Windvane en action au portant
Hydrovane Windvane en action au portant

Pilotes automatiques électriques

Les pilotes automatiques électriques ont connu une lente évolution au fil du temps. Les objets modernes sont des objets électroniques très complexes qui n’ont rien à voir avec le passé. Les premiers pilotes automatiques électriques ont introduit la possibilité de se diriger vers un cap compas. Les premiers pilotes automatiques, loin d’être des unités de contrôle, étaient un peu comme des mulets stupides. Ils ont juste corrigé le cap à gauche ou à droite lorsque le cap de la boussole s’écartait du cap défini.

Au début, cependant, même dans leur simplicité, ils fournissaient un système secondaire pour diriger le bateau. Surtout, ils ont résolu le problème séculaire de la conduite dans un plat calme. Les pilotes automatiques électriques n’ont aucun problème à maintenir le bateau sur un certain cap. Cela peut nous amener à régler les voiles dans des vents irréguliers et instables.

L’anémomètre (girouette)

A bord des bateaux apparaissent les premiers anémomètres (capteurs de vent) qui détectent l’intensité et la direction du vent apparent. Ce n’était qu’une question de temps avant que les capteurs de vent (l’anémomètre) ne soient interfacés avec les pilotes automatiques. De cette façon, le pilote automatique pourrait se diriger en fonction du cap compas ou également en fonction du vent apparent. Ce fut une petite révolution car sur le papier maintenant un pilote automatique électrique de voilier faisait tout ce que faisait le régulateur d’allure. De plus, il savait diriger le bateau en ligne droite dans le petit temps.

L’Atlantique Sud sans anémomètre

Lors de ma participation à la Global Ocean Race 2011/2012 au milieu de la première étape, nous nous sommes retrouvés sans anémomètre fonctionnel. Nous avions deux capteurs de vent en tête de mât mais le premier a été endommagé par un grain au milieu du Pot au Noir. Alors que nous étions encore à 3 000 milles du Cape Town, le deuxième anémomètre s’est arraché de la tête de mât. Une inspection a révélé que le support en acier s’était cassé. Au fil du temps, nous avons découvert qu’il s’agissait d’un problème très courant, mais le fournisseur a refusé d’accepter toute responsabilité. Un parfait exemple de mauvais service après-vente.

Pilotes automatiques - Capteur de vent perdu dans l'Atlantique Sud
Pilotes automatiques – Capteur de vent perdu dans l’Atlantique Sud

Le capteur de vent gisait à des milliers de mètres sous l’eau au fond de l’Atlantique Sud. Le distributeur m’a demandé d’expédier la pièce défectueuse afin de remplir le formulaire de retour. La personne savait où j’étais et que je n’avais rien à retourner – mais le monde est plein de gens intelligents. Pas sûr que ce soit ainsi que vous vous assurez d’avoir une bonne réputation en tant que fournisseur.

Cela nous a laissé un énorme problème, 3000 milles et seulement le mode boussole du pilote automatique électrique. Pendant la journée, mon co-skipper a barré avec un dévouement incroyable. De l’aube au crépuscule sans se plaindre, il réussit à rester concentré et absorbé dans son éternelle direction. Pour lui, c’était une seconde nature, un travail auquel il s’attaquait avec la systématique d’un chauffeur de camion qui parcourt des kilomètres à tout moment et n’importe où.

Global Ocean Race - Paul Peggs à la barre dans les 40 rugissantes
Global Ocean Race – Paul Peggs à la barre dans les 40 rugissantes

Le problème de la nuit

Malheureusement, Paul n’a pas pu piloter avec la même efficacité la nuit. Le manque de lumière la nuit ne lui faisait pas bien voir les vagues de l’Atlantique. J’ai essayé aussi, mais avec une mer agitée et sous spi, nous avons fini par échouer plusieurs fois. De plus, la nuit a été longue et froide dans les 40 rugissants j’ai été obligé de trouver un moyen de sortir de cette situation délicate. Assis à la table à cartes avec la télécommande à la main, je pouvais sentir le mouvement du bateau avec mon corps.

Pilotes automatiques électriques - La télécommande d'un NKE
Pilotes automatiques électriques – La télécommande d’un NKE

A chaque fois que le bateau « relevait sa poupe », je descendais de 10 degrés plus bas. Quand il était à plat, je montais de 10 degrés plus haut, je suis resté ainsi toute la nuit, télécommande en main. La situation était si absurde que nous avons inventé le terme « Tamagotchi Sailing ». Avec cette télécommande à la main, de forme ovale comme un Tamagotchi, je semblais obsédé par ce vieux jeu japonais. En fait, ce que j’ai fait, c’est d’utiliser le mode boussole mais de m’adapter aux légères fluctuations du vent réel.

Pilotes automatiques électriques : l’introduction du mode vent réel

Avec l’évolution des pilotes automatiques, en plus des capteurs de vent, le capteur de vitesse du bateau a également été interfacé. Les écrans dans les cockpits affichent depuis un certain temps des informations sur le vent réel. Avec des bateaux de course de plus en plus légers et planants, la capacité de barrer en mode vent réel est devenue une exigence. Un bateau à déplacement a sa propre inertie et sa vitesse de coque maximale. Pour cette raison, ses accélérations ne sont ni très brusques ni éloignées de la vitesse moyenne.

Régulateur d'allure auto-construite - Golden Globe - Robin Knox Johnston
Régulateur d’allure auto-construite – Golden Globe – Robin Knox Johnston

Sur un bateau de course, la vitesse de surf peut être le double de la vitesse moyenne, et les décélérations sont également soudaines. Un bateau de course est beaucoup plus nerveux à cet égard, en raison de son poids léger. Les pilotes automatiques qui ont introduit la possibilité de se diriger vers l’angle du vent réel ont résolu de nombreux problèmes. Les bateaux de course pouvaient pour la première fois naviguer en toute sécurité et à grande vitesse, même au portant. En effet, en effectuant un calcul vectoriel, le cerveau du pilote automatique connaissait à la fois les angles de vent apparent et réel.

Pilotes automatiques électriques - Coques planantes
Pilotes automatiques électriques – Coques planantes

Les systèmes évoluent en permanence et les pilotes automatiques deviennent de véritables unités de contrôle électronique. Avec une intelligence toujours plus sophistiquée, des accéléromètres ont été ajoutés pour fournir des informations supplémentaires au pilote automatique. Un pilote automatique moderne, s’il est bien configuré, parvient à se diriger parfaitement dans toutes les conditions. Quiconque pense que ce n’est souvent pas le cas ne sait tout simplement pas comment bien équilibrer le bateau. C’est-à-dire que même pour les pilotes automatiques électriques, le bateau doit être bien équilibré.

Pilotes automatiques électriques : les principaux fabricants

  • NKE Marine Electronics (français, le premier à se répandre dans le monde de la course)
  • B&G (américain, prend progressivement des parts de marché à NKE qui ne prédomine plus comme autrefois)
  • Raymarine (Conçu pour le marché de la croisière, il a atteint un niveau décent pour une utilisation chez les coureurs non professionnels)
  • Garmin (Leur pilote automatique est relativement inconnu dans le monde de la course)
  • Navman (Ce pilote automatique n’est pas non plus très populaire parmi les coureurs)
Pilotes automatiques - Raymarine Evolution
Pilotes automatiques – Raymarine Evolution

Installation d’un pilote automatique électrique

L’installation d’un pilote automatique, compte tenu de l’interconnexion avec les capteurs, affecte également les instruments. Pour cette raison, une fois la décision prise sur la marque, il ne sera pas possible de changer d’avis facilement sans tout réinstaller. Ils ne sont pas compatibles entre eux (sauf dans de rares cas), nous ne pouvons pas prendre les données d’un système et les transmettre à un autre pilote automatique.

Pilotes automatiques - Calculateur NKE avec capteurs (hors vent)
Pilotes automatiques – Calculateur NKE avec capteurs (hors vent)

La seule exception est celle du linear drive, c’est-à-dire le bras qui commande le gouvernail. Ce n’est plus dans le cockpit mais en sécurité sous le pont et généralement connecté directement à l’axe du gouvernail. Le drive proposé par NKE par exemple est fabriqué par d’autres bien qu’ils portent leur marque. Le fabricant Lecomble & Schmidt qui produit des actionneurs hydrauliques excellents et fiables. Cependant, les actionneurs hydrauliques ont une consommation électrique assez élevée. Il est possible, voire préférable, d’installer un Linear Drive Type 1 ou 2 (selon le bateau) de Raymarine.

Pilotes automatiques - Actionneur hydraulique de Lecomble & Schmidt
Pilotes automatiques – Actionneur hydraulique de Lecomble & Schmidt

Ces actionneurs électriques sont vraiment indestructibles et peuvent parcourir des dizaines de milliers de kilomètres sans nécessiter réparations. Les actionneurs de petits bateaux fonctionnent sur un courant réversible de 12 V. Par conséquent, vous pouvez toujours installer un actionneur d’une marque avec un autre pilote automatique. La combinaison du cerveau NKE et de l’ actionneur Raymarine est celle avec laquelle j’ai fait le tour du monde. J’avais la même configuration à bord de mon Mini 650 Basecamp 438 vainqueur de la Mini Transat en 2005.

Pilotes automatiques électriques - Actionneur électrique Raymarine
Pilotes automatiques – Actionneur hydraulique de Lecomble & Schmidt

Paramétrage d’un pilote automatique NKE

Dans un prochain article, nous parlerons des paramètres du pilote automatique. Voici un bref aperçu de NKE. En fait, j’ai appris au fil du temps à tirer le meilleur parti des réglages, vous devez apprendre vos réglages pour votre bateau. Voici une table de référence que j’ai utilisée dans le centre de formation à la voile offshore que je dirigé. Pour beaucoup de gens, le tableau ci-dessous sera du charabia, d’autres liront avec intérêt.

Mini 650 Pogo3 - Ambrogio Beccaria
Mini 650 Pogo3 – Ambrogio Beccaria

 

Diagramme de paramétrage du pilote NKE sur une série Mini 650
AllureMode piloteGainCoefficient de vitesseAmortissement du vent
MoteurCompas25N/A
Petits airsCompas252
Mer plate au prèsVent apparent24 – 63
Mer agitée au présVent apparent3 à 45-73
Bon plein / travers à plat sur la merVent réel36-81
Bon plein / Travers avec vaguesVent réel4-56 – 101
Au portant dans une mer plateVent réel45 – 81
Au portant avec vaguesVent réel5 à 67-141
Note
Le contre-gouvernail doit toujours être réglé sur Auto. Le coefficient de vitesse doit être proportionnel à la vitesse du bateau avec une formule égale approximativement à Coefficient de vitesse = vitesse moyenne du bateau en nœuds. Ajoutez ensuite +2/3 avec des vagues significatives.
Naviguant à 6 nœuds le coefficient de vitesse sera fixé à 6 avec mer plate et à 8/9 avec vagues, à 10 nœuds à environ 10 avec mer relativement plate et à 12/13 avec vagues etc.

Paramétrage sur d’autres bateaux

Sur les Mini 650 Prototypes les coefficients de vitesse doivent être légèrement supérieurs. Par exemple, vous pouvez commencer avec un facteur de vitesse du bateau multiplié par 1,2. Donc à six nœuds avec une mer plate on l’aura à 7/8. Ceci pour tenir compte de la plus grande réactivité du proto plus léger.

Sur un Class40 , nous avons multiplié la vitesse du bateau par 1,5. A 10 nœuds, le coefficient de vitesse dans une mer relativement calme était de 15. L’expérience et la connaissance de votre bateau vous conduiront à adapter la table à vos besoins.

Vendée Globe - GiancarloPedote - Prysmian Group
Vendée Globe – GiancarloPedote – Prysmian Group