Matériaux

Quelle a été l'influence de l’hydrodynamisme sur les coques ?

La coque est un élément très important pour le fonctionnement d’un bateau. Elle permet d’assurer la flottaison et la stabilité du navire.

En fonction des performances et de l’utilisation souhaitées, les matériaux utilisés et la forme de la coque peuvent différer.

Tout d’abord il y a 2 principaux types de bateau : en premier nous avons le monocoque qui est un bateau composé d’une seule coque, et ensuite nous avons le multicoque qui est un bateau composé de plusieurs coques bien distinctes.

Il y a de multiples possibilités de matériaux. Les coques des navires étaient autrefois en bois, la diversité des matériaux n'est apparue que récemment. Aujourd'hui les matériaux sont très variés et sont utilisés selon les performances, l’utilisation désirée et le financement.

Voici un tableau comparatif des différents matériaux qui peuvent être utilisés sur une coque de bateau.

Un « + » signifie que le matériau est plutôt avantageux pour les performances du bateau

Un « - » signifie que le matériau est plutôt désavantageux pour les peformances du bateau

• Le bois n’est plus très utilisé car il est très lourd et peu performant.

• La fibre de verre est très utilisée pour les bateaux de plaisance ne cherchant pas la performance mais plutôt du confort et de la solidité, à faible coût. Si l’on regarde le tableau et qu’on compare le bois ou la fibre de verre à la fibre de carbone, on constate que ces matériaux n’offrent pas de bonnes performances et que les bateaux que nous étudions ne sont pas fabriqués avec ce type de matériaux.

Pour qu’un bateau offre les meilleures performances possibles il faut qu’il soit léger, résistant et rigide.

Un voilier de compétition doit donc rassembler ces 3 critères.

En général on n'utilise pas un seul pour la coque d’un bateau mais un groupement de matières, appelé matériaux composite.

Le matériau composite est apparu car son usage est beaucoup plus avantageux en termes de performances.

Un matériau composite est un assemblage d'une fibre et d'une résine, créant un couple de plusieurs matériaux. Cette technique permet d'associer les matériaux entre eux et d'améliorer leurs performances.

Le matériau composite le plus utilisé pour les bateaux est la fibre de verre couplée avec de la résine. En effet la fibre de verre est la plus facile à travailler, elle se découpe facilement avec des ciseaux pour tissus courant. La fibre de verre est facilement moulée par la résine, elle est compatible avec toutes les résines du marché (résine polyester, époxy, vinylester....).

Nous allons maintenant nous intéresser plus précisément à nos bateaux de compétitions :Spindrift 2 et IMOCA banque populaire VIII.

En effet nos bateaux sont composés de matériaux optimisés au maximum pour avoir les meilleures performances possible, notamment grâce à l’utilisation de la fibre de carbone et du nomex pour la coque.

Comme vous avez pu le voir sur le tableau précédemment, le carbone est le meilleur compromis pour les bateaux de compétition notamment grâce à sa masse extrêmement réduite, ce qui induit une baisse génerale du poids du bateau.

La fibre de carbone est composée de fibres extrêmement fines (environ 5 à 10 micromètre de diamètre). Elle est composée principalement d’atomes de carbone (C) : 90% de carbone, 8% d’azote, 1% d’oxygène, 1% d’hydrogène. Ces atomes sont assemblés dans des cristaux microscopiques qui sont alignés à l’axe de la fibre. Grace à cette technique nous obtenons une fibre extrêmement solide pour sa taille. Il faut plusieurs milliers de fibres de carbone pour former un fil. Ce matériau est caractérisé par sa faible densité de 1,7 à 1,9.

Le nomex est une marque déposée de fibre synthétique haute performance appellée "nid d’abeille".

Le nid d’abeille est un produit non métallique, très léger et résistant. Il est réalisé avec un papier aramidique imprégné d’une résine. Ce produit est principalement utilisé en tant que renforcement structurel dans le secteur nautique et aéronautique. Il est apprécié pour ses caractéristiques de légèreté et d’extrême rigidité.

Après avoir vu les matériaux de la coque, nous allons maintenant parler des matériaux utilisés sur le mât et sur la voile : toujours dans le but d'améliorer les performances, le mât et la voile sont eux aussi fait pour être le plus léger et performant possible.

Le mât, tout comme la coque, est fait en fibre de carbone.

La voile, elle, est faite en fibre de cuben : c’est un tissu extrêmement léger et résistant. Dans la voile les filaments sont disposés à plat sous formes de bandelette.

Même en reduisant le poids au maximum, notre bateau a encore une importante traînée. Pour régler ce probléme les ingenieurs navales ont développés de nouvelles technologies comme les foils que nous vous présenterons dans cet article.