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Jack Innovations, Metz (2024)

28/02/2017

UN BATEAU DE VOYAGE DE TYPE NOUVEAU :

UNE MAISON SUR L’EAU AUTOUR DU MONDE

Le programme

Un bateau de voyage pour un couple de retraités partant autour du monde pour un périple de 10 à 15 ans, dans des conditions de confort "terrien", avec la possibilité de recevoir régulièrement famille et amis pour des croisières dans des endroits idylliques.
J'avais imaginé ce projet il y a une quinzaine d'années, mais je n'avais pas assez d'argent pour le mener à bien. Je l'ai repris et amélioré récemment mais je n'ai toujours pas assez d'argent et malheureusement 15 ans de plus. Aussi, je le propose aujourd'hui, totalement libre de droits, à tous ceux que cela intéresse. Ce bateau doit être dessiné et calculé par un architecte naval et un bureau d'études, mais le cahier des charges en est assez précisément défini et rassemble mes déjà anciennes expériences de navigateur. Il réunit, je crois, le principal avantage de la marine à voile, la gratuité du vent, avec la manœuvrabilité et le confort des yachts à moteur.
Le bateau

Dans le nécessaire compromis entre l’habitabilité, la sécurité en mer, l’esthétique et les performances, je choisis de privilégier fortement l’habitabilité et la sécurité.
Un multicoque permet de naviguer à plat et offre de la place. Un trimaran permet une charge plus importante et un passage plus doux dans la mer. C’est pourquoi mon choix se porte sur un grand trimaran à ailes aménagées de 20 m de longueur sur 10 m de largeur pouvant recevoir un équipage de huit personnes. Pour ne pas exploser le budget, le mode de construction sera le sandwich polyester. L’aménagement sera économique, les ébénisteries remplacées par des aménagements en stratifié, le sur-mesure par des équipements fabriqués en série, le spécial marine par des équipements du commerce classique (cuisinière, frigo, lits, fenêtres, etc.).
Le gréement

Un grand multicoque se heurte à la taille des gréements. C’est pourquoi j’ai inventé un nouveau gréement de type aile rigide manœuvrable par un homme (ou une femme) seul. J’appelle ce gréement "la voile plume". Il est composé d’un mât auto-porté, non haubané et pivotant, portant, régulièrement espacés des axes horizontaux libres en rotation, sur lesquels sont enfichées à l’avant des "plumes", en forme de bord d’attaque d’une aile d’avion, et à l’arrière des "plumes", en forme de bord de fuite d’une aile d’avion. Les "plumes", sont commandées par un système à crémaillères un peu à la manière des lames d’un store vénitien. "Plumes " à plat, dans le lit du vent, la voile est au repos, "affalée". Tournées d’un côté ou de l’autre d’un quart de tour, les "plumes" forment entre elles et avec le mât une aile épaisse rigide de bonne facture générant une portance d’un côté ou de l’autre. En position intermédiaire, la portance est réduite, ce qui équivaut à une réduction de voilure.
Ce gréement ne comprend donc que deux commandes en pied de mât : l’inclinaison coordonnée des «plumes» et l’orientation du mât. Elles ne demandent qu’une faible puissance, le centre de voilure étant ramené sur le mât par construction en choisissant des tailles adaptées pour les "plumes" avant et arrière. On supprime ainsi toutes les drisses, écoutes, bastaques, bosses, winches, etc.. Deux manivelles suffisent, que l’on peut remplacer par deux petits moteurs électriques.
Le transfert de la poussée de la voile à la coque ne se fait que par le mât. En équipant de capteurs le collier de traversée du pont par le mât, on peut automatiser la conduite et la mise en sécurité du bateau.
La portance d’une aile épaisse rigide est deux à trois fois supérieure à celle d’un gréement classique. Donc la surface nécessaire est deux à trois moins moindre. On retiendra pour notre trimaran, après mesures d'un prototype au tiers, une "petite" voile de 60 à 90 m², équivalente à un gréement classique de 180 m² au prés.
Une fabrication haut de gamme ferait appel à la fibre de carbone pour le mât, au carbone ou au titane pour les axes et les structures des plumes. Une fabrication bon marché se contentera de l’alu, du bois, de la toile et des fibres de verre, ce qui pourrait amener ce gréement à un prix compétitif une fois le développement réalisé.

L’architecture du bateau

Une coque centrale très effilée de 20 m de long, 2.5 m de bau maxi avec le pont à 1,50 m au dessus de la flottaison.
Deux flotteurs latéraux de 18 m de long, 1,25 m de bau maxi et même hauteur de pont.
Des quilles longues formant de longs et solides plans anti-dérives de faible profondeur (tirant d’eau 1 m) permettent de poser le bateau à plat sur le quai ou la grève. La quille longue de la coque centrale est prolongé par le safran du gouvernail.
A l'avant et à l'arrière, deux solides poutres de liaison entre les coques sont séparées de 11 m avec 5 m de coque centrale devant et 4 m derrière.
Entre ces deux poutres, sur les trois flotteurs, un "caisson" de 9 m de large (1 m de moins que le bateau), profilé à l’avant, est enchâssée dans les coques à un mètre au-dessus de l’eau. Il offre une hauteur sous barrot de 2 m.
Un espace de navigation intérieur autour du mât, (comprenant timonerie et carré supérieur) est surélevé de 50 cm avec une hauteur sous barrot de 2 m, ce qui place le point culminant de la coque à 3.5 m au-dessus de l’eau. Cet espace est agrandi vers l'avant en arc de cercle au dessus de la coque centrale.
Depuis cet espace, à bâbord, trois marches permettent de descendre à la cabine propriétaire, à tribord trois marches aux cabines invités, à l'arrière trois marches à l'espace vie arrière avec à tribord la cuisine, à bâbord le salon, au centre à un dégagement central puis par une grande porte fenêtre à un pont arrière courant d'un flotteur à l'autre et entièrement couvert par un prolongement du toit.
Sous l'espace de navigation, à partir d'une descente depuis le dégagement central, on trouve dans la coque, un salon sous-marin puis une troisième cabine invités.
Ces espaces sont enchâssées dans un pont de navigation qui se situe à 1,50 m au dessus de l'eau. De chaque côté, un passavant de 0,50 m de largeur joint les plages avant et arrière des flotteurs. Au milieu, une tranchée dans le "caisson" de 0,70 m de large entre les espaces arrières et les cabines avants permet de joindre par deux portes étanches l'espace de navigation qui est au même niveau. A l'avant entre les coques, un cheminement de 0,30 m de large devant le plan incliné des cabines et un trampoline de 2 m de large permettent de rejoindre la plage avant de la coque centrale. A l'arrière, trois marches permettent de descendre sur le pont arrière à 1 m au dessus de l'eau. Pas de filières, mais un solide garde-corps de 0,90 m de hauteur en tube acier chromé ou aluminium entoure entièrement ce pont de navigation.
Les entrées du bateau sont sécurisées : les trois portes, les hublots, les fenêtres étanches et solidement fermés.

Les espaces vie

L’espace de navigation

Cet espace est le lieu de vie principal lors des navigations.
L’espace surélevé autour du mât comprend une timonerie intérieure devant le mat, avec une barre à roue et sur une console de 1,20 m de large les commandes de la voile plume, les commandes des moteurs et les instruments de navigation. Le siège du barreur est réglable en hauteur et des marche-pieds gigognes de différentes hauteurs sont placés devant le siège à la convenance de chacun.
Devant la timonerie, un carré supérieur sert de salle à manger intérieure. Son plancher est surélevé de 35 cm de manière à donner aux équipiers assis une bonne vue panoramique. La table du carré d'allure trapézoïdale mesure 1,20 m de large, 0,80 m au fond sur 1,50 m de profondeur pour huit places, deux devant la console de navigation et trois de chaque côté. Avec les assises, cela porte la largeur du carré et de l'espace de navigation à 2,40 m, du sol jusqu'à 1,50 m de hauteur. Au dessus, avec un retrait au dessus des cabines et des espaces arrière, des vitres plates sur châssis alu ou PVC en double vitrage anti-effraction de 50 cm de haut, verticales ou même avec une inclination négative, entourent entièrement l'espace de navigation et permettent de voir sur 360°. Pour le confort et la sécurité on installe 4 essuie-glaces, un devant, un derrière et un de chaque coté. La table du carré sert aussi de table à carte pour la cartographie papier en supplément de la cartographie électronique.
A bâbord et à tribord en arrière du mat, on accède par l’intermédiaire de deux portes étanches au pont de navigation avec d'abord deux baignoires extérieures bien protégées et équipées d’assises ergonomiques pour la veille en extérieur. Un placard à cirés de 0,50 par 0,60 m est pris sur l'espace de la cabine propriétaire à côté de la porte étanche.

L’espace vie arrière

Depuis l'espace de navigation, trois marches permettent de descendre dans l’espace vie arrière à 1 m au dessus de l'eau comprenant la cuisine, le salon, et à l’extérieur de plain-pied, un vaste pont couvert. L’ensemble de 45 m² avec une hauteur sous barrot de 2 m, est le lieu de vie principal au mouillage ou au port.

Il comprend à tribord, la cuisine (3 m x 3 m) avec un grand plan de travail au dessus du flotteur accueillant plaques électriques et four électrique du commerce, un évier du commerce, un lave vaisselle, un lave linge, un four à micro-ondes, une cafetière expresso etc., tous du commerce non spécialisé marine. Une table entourée de banquettes fixes offre quatre places sous une large baie vitrée donnant sur le pont extérieur arrière avec vue sur le sillage du bateau. Sur l'autre face en L, des placards en stratifié, profonds de 60 cm et solidement fermés, contiennent ustensiles de cuisine, vaisselle et nourriture du bord. Un frigo américain tropicalisé du commerce solidement attaché complète l’équipement.
A bâbord, le salon de détente (3 m x 3 m) est équipé d’un canapé d'angle revêtement cuir sous une fenêtre arrière avec en face, télévision, home cinéma, chaîne Hi-Fi, ordinateur multimédia, bibliothèque, bar.
Au centre, une large porte à deux battants coulissants ouvre sur le pont arrière de plain-pied. Celui-ci va d'un flotteur à l'autre sur 2 m de profondeur et est élargi au centre par une surface en redent entre la cuisine et le salon de 1,30 m de profondeur sur 3 m de large. Un prolongement du toit supérieur couvre en dur ce pont arrière dans sa totalité pour le protéger du soleil et de la pluie. La partie centrale élargie (3 m x 3,30 m) accueille une table fixe en bois de huit couverts pour les repas en extérieur. Huit fauteuils en toile et bois repliables sont stockés dans des coffres à proximité.

La cabine propriétaire

Depuis l’espace de navigation, à bâbord, trois marches descendent à la vaste cabine propriétaire (5 m x 3,20 m moins le placard à cirés). Située à 1 m au dessus de l'eau, elle offre une hauteur sous barrot de 2 m dans sa plus grande partie. Elle comprend un lit avec sommier à lattes et matelas de 2,00 m x 1.60 m. Sous le lit, des coffres. Tête de lit avec chevets, coiffeuse et bureau complètent l’équipement. Une descente donne accès à un vaste coffre servant notamment de penderie dans la partie inférieure du flotteur bâbord. Une bergère est aménagée sous un hublot donnant sur la mer. Dans un coin, le grand cabinet de toilette (1,60 m x 1,80 m) rassemble WC, lavabo et do**he privatifs.

Les cabines invités du pont supérieur

Depuis l’espace de navigation, à tribord, trois marches permettent d’accéder à un couloir central de 0,70 m de large avec au fond vers l'avant une porte donnant sur un WC, et vers l'arrière une porte sur un ensemble lavabo-do**he, le lavabo étant protégé de la do**he par une paroi mobile. Au milieu de ce couloir, on trouve en face à face les entrées de deux cabines pour les invités. Chacune est aménagée avec côté intérieur un lit coffre en 160, côté mer des rangements et une banquette sous un hublot dissimulant un grand coffre dans le flotteur. Ces deux belles cabines font 2,10 m de profondeur sur 3,20 m, moins respectivement l'espace du WC (0,60 m x 0,80 m) et l'espace du lavabo-do**he (0,80 m x 1,20 m),

Le pont inférieur

Depuis le dégagement central, une descente permet d’accéder au pont inférieur dans la coque centrale. Afin de maintenir des fonds secs et propres, pas de plancher, le cheminement se fait directement sur le fond stratifié de la coque. Au pied de la descente, avec une hauteur sous barrot suffisante, un salon sous-marin est équipé avec quatre fauteuils bas et une table relevable transparente. Toute une partie de la coque sous la ligne de flottaison en plexiglas en fait un lieu d’observation privilégié sur les dauphins et les baleines lors des navigations ; au mouillage, il devrait être un aquarium magique.
Vers l’avant on trouve ensuite dans la cloison de support du mat une porte donnant accès à un espace de 4 m de profondeur et de la largeur de la coque où on aménage la troisième cabine invités avec un lit en 160 précédée d'une antichambre avec deux couchettes pour des enfants ou des célibataires.
Vers l’arrière, la salle des machines longue de 4,40 m offre une hauteur sous barrot de 1.60 m à l'entrée et de 1,30 m au fond.
Les aménagements avant et arrières

Dans l'avant des flotteurs, des grands coffres divisés permettent de stocker les pare battages, les sacs poubelles, des amarres... Les fonds, jusqu’à 50 cm au dessus de la ligne de flottaison, sont stratifiés en réserves de flottabilité, ce qui laisse une profondeur utile de 1 m.
Sur la plage avant de la coque centrale, on trouve une grande ancre à poste, un guindeau électrique, un coffre pour ce grand mouillage, un deuxième coffre pour un mouillage plus petit, puis devant la poutre avant, un grand coffre pour stocker du matériel de loisirs.
A l'arrière, dans le flotteur bâbord sous la cuisine et jusqu'à la poutre arrière, un grand coffre de 5 m de long sur 1 m de large avec une hauteur sous barrot convenable accueille un congélateur ad hoc, des réserves de vivres et le réservoir d'eaux usées de la cuisine. On y accède par un capot donnant sur le pont arrière.
Même coffre dans le flotteur tribord pour recevoir les chaises, le matériel de plongée, de pêche et des vivres.
La poutre arrière supporte entre les coques : 1 coffre pour la survie, 1 coffre pour un petit mouillage arrière, 2 coffres pour des amarres, 2 coffres pour des ancres flottantes à poste.
Derrière la poutre arrière, on place 2 vélos dans le coffre arrière du flotteur bâbord avec accès par une grande trappe sur le pont. Même coffre à tribord pour accueillir une petite moto deux places. Cette moto, les vélos ou d'autres charges sont déplacées des coffres à l'annexe ou au quai par un mat de charge amovible.
Un portique en stratifié et en tubes alu ou chromés s'appuie sur la poutre arrière de part et d'autre de la coque centrale, supporte en partie le toit et culmine à 4 m au dessus de la flottaison. Il porte les antennes et sert pour les pavillons.
Une grande porte baculante dans le tableau arrière se transforme en plateforme de baignade et donne accès à un grand coffre allant jusqu'à la poutre arrière pour stocker une grande annexe rigide de 3 m de long, du commerce ou spécialement construite. Cette annexe y est calée par un logement en mousse pour la préserver pendant les navigations. Elle est propulsée par un moteur électrique avec une batterie lithium-ion rechargée par un chargeur dans le coffre.
De chaque côté du coffre de l'annexe, on trouve un coffre pour stocker une passerelle de 2,50 m de long et un autre pour son extension.
En option, on installe au dessus du coffre de l'annexe un spa de 600 l pour 4 personnes. Dimension 1,40 m sur 2 m, hauteur 80 cm. Lorsque le spa n'est pas utilisé, il est recouvert par un pont en dur et peut servir par exemple de solarium. L'eau douce est en circuit fermé avec pompe, filtre et chauffage de l'eau par un panneau solaire thermique placé sur le portique avec appoint électrique. Lors des navigations côtières, un croisillon de planches limite les déplacement de l'eau. Lors des navigations hauturières, l'eau est jetée à la mer.
Ce pont solarium/spa est protégé par un garde-corps en tube alu ou chromé surmonté par une structure amovible pour porter un taud.

Le grand confort électrique

Ce grand trimaran de 20 m de long sur 10 m de large permet de placer plus de 50 m² de panneaux photovoltaïques sur les ponts supérieurs, mais on se contente d'équiper les toits arrière et des cabines avant avec 38 m² de panneaux. Cela permet de dépasser, après la taille des gréements, deux autres limitations traditionnelles de la marine à voile : le manque d'électricité et d'eau douce.
Les 38 m² de panneaux photovoltaïques d'une puissance de 3,8 kWc (100 W par m²) fournissent en moyenne chaque jour 18 kWh l'été en méditerranée, un peu plus sous les tropiques, et encore l'hiver 6 kWh en Méditerranée et un peu moins en Bretagne.
Vu l'importance de la production journalière, il n'est pas possible ni utile de stocker toute cette électricité. Il suffit en fait de gérer un équilibre journalier.
Le jour, les panneaux produisent. Les batteries sont rechargées, les réservoirs d'eau sont complétés, les machines à laver tournent, les plaques et les fours chauffent (pas de gaz à bord), l'électricité est consommée au fil du soleil et le surplus est perdu.
La nuit, l'électricité est prise sur les batteries. Avec 1 batterie de démarrage et 7 batteries de traction au plomb 12v de 100 Ah pouvant être déchargées à 80%, on dispose de 6,7 kWh qu'on utilise à raison de 2 kWh pour les consommations obligatoire que sont la production du froid, une partie de la navigation et un peu de cuisine, et donc 4,7 kWh pour des consommations de confort (cuisine, navigation, éclairage intérieur, loisirs, climatisation).
On fait face aux jours sans soleil par des mesures d'économies : report de la lessive, du repassage, de la vaisselle, utilisation du stock d'eau, arrêt de la climatisation... Les 4 kWh par jour de consommations obligatoires seront toujours fournis par les panneaux quelque soit le temps dans les mers chaudes.
Pour la distribution, le bateau est câblé en 220 V très bien protégé derrière un gros onduleur, mais avec aussi un circuit 12 ou 24 volts pour certains des appareils de navigation.

De l'eau douce à volonté

Une prise d'eau de mer sous la flottaison alimente, via un filtre de décantation et de dé-bullage, le refroidissement du groupe diesel et deux lignes de production d'eau douce. Celles-ci sont redondantes, une de chaque côté de la salle des machines, avec pompe et filtres basse pression, dessalinisateur, évacuation des condensats et réservoirs d'eau douce.
Pour le reste, on bannit du bord l'eau de mer très corrosive.
1 kWh permet de produire 125 litres d'eau douce. C'est donc de l'eau douce à volonté mais avec cependant encore deux limitations :
1 - Le dessalinisateur demande de l'eau de mer très propre. Donc au large, pas de problème ; au port on a l'eau du port (si elle est bonne) ; mais au mouillage, méfiance. On stocke donc 1000 litres dans 4 outres de 250 litres situées dans la salle des machines avec un démontage facile de chaque outre pour nettoyage, désinfection ou remplacement. Cela permet, sans se priver (30 litres par jour et par personne), 10 à 15 jours d'autonomie à deux, 3 à 4 jours pour un équipage complet.
2 - Les eaux usées doivent être gardées au port et au mouillage. Donc, des réservoirs d'eaux usées sont répartis dans les flotteurs sous les équipements consommateurs pour être vidés en haute mer (500 l pour la cuisine et 500 l sous chaque groupe sanitaire).
Pour l'eau chaude, on installe de chaque côté, au plus prés des points de consommation, un ballon d'eau chaude avec 1 m² de panneau solaire thermique et un appoint électrique, pour alimenter do**he et lavabo des cabines et l'évier de la cuisine.
Pour l'eau froide : 1 lave linge, 1 lave vaisselle, 1 évier avec en plus 1 robinet d'eau potable derrière un filtre charbon et un filtre minéralisateur, 2 do**hes cabines, 2 lavabos, 2 WC électriques type sanibroyeur, 1 do**he pont sur la jupe arrière, 4 points d'eau extérieurs avec tuyau d'arrosage pour le lavage (avec nettoyeur haute pression) et le rafraîchissement des ponts (1 à l'arrière, 1 à l'avant et 1 dans chaque baignoire).
On peut également envisager de recueillir l'eau de pluie gratuite pour soulager les dessalinisateurs. Les superstructures du bateau couvrent plus de 100 m² et on peut dessiner les ponts pour conduire la plus grande partie de ces eaux de ruissellement vers deux bouches situées sur les points bas des ponts des deux flotteurs. Après un sérieux nettoyage et dessalage du bateau, une eau de bonne qualité pourrait être recueillie pour le spa et pour l'eau du bord.

La propulsion auxiliaire

J’opte pour la propulsion électrique avec 2 moteurs électriques hors bord de 40 kW accrochés devant la poutre arrière de part et d’autre de la coque centrale. Pour les relever, on les fait pivoter transversalement d'un quart de tour pour qu'ils rentrent entièrement dans deux coffres sur le pont arrière formant banquettes.
La source principale d’électricité pour la propulsion est un groupe électrogène diesel de 80 kW, bien isolé de la coque, alimenté par 700 l de gazole stockées dans deux réservoirs, le tout dans la salle des machines.
Les avantages de cette solution diesel- électrique sont nombreux :
- Le fonctionnement du groupe diesel dans son cocon insonorisé est particulièrement silencieux et discret avec peu de vibrations.
- Pendant la navigation sous voiles, les hélices pourront fonctionner en hydrolienne en cas de besoin d'électricité.
- Les hélices sont hors de l'eau en dehors des périodes d'utilisation, ce qui réduit fortement leur corrosion et leur encrassement.
- Ces moteurs hors bord sont immédiatement accessibles dans leur totalité en soulevant simplement le couvercle des coffres, ce qui facilite leur entretien, leur rinçage et leur nettoyage.
- Les fonds de la coque centrale restent parfaitement secs avec la suppression du presse-étoupe classique.
- La marche à la voile est améliorée en relevant les hélices.
- La marche au moteur est optimisée avec les hélices fonctionnant à distance des coques (suppression de la résistance de succion), avec des hélices plus grandes, éventuellement carénées, éventuellement doublées par des hélices contrarotatives...
- Les entrées et sorties des ports et des mouillages se font en puisant un peu d'électricité dans les batteries.
- Une partie des surplus d'électricité des panneaux solaires est utilisée pour de la navigation à 3 ou 4 nœuds dans la pétole ou en appui moteur dans les vents faibles.
En effet, les calculs préliminaires montrent que ce bateau devrait présenter une résistance totale à l'avancement en mer plate sans vent de 500 N à 2 m/s (4 nœuds). Cela veut dire une puissance à l'hélice de 500 N x 2 m/s = 1000 W et donc, avec un rendement total de 50%, une puissance électrique en sortie de batterie de 2 kW.
En pratique, si l'équipage a correctement anticipé la baisse du vent, les batteries ont été bien chargées par les panneaux solaires ou les hélices fonctionnant en hydroliennes. On dispose donc de 4,7 kWh la nuit (6,7 kWh moins 2 kWh de consommations obligatoires) et en moyenne l'été de 22,7 kWh le jour (production journalière de 18 kWh + 6,7 kWh dans les batteries moins 2 kWh de consommations obligatoires) à utiliser pour la propulsion en totalité ou en partie. Cela permet une navigation sans vent et sans gazole à la vitesse non négligeable de 3 ou 4 nœuds pendant 2 ou 3 h la nuit et jusqu'à 12 heures le jour selon les économies sur l'électricité du bord. Dés que le vent revient, on reconstitue la charge des batteries avec les panneaux le jour ou les hélices en hydrolienne la nuit . Si le vent ne revient pas, lorsque la charge des batteries approche les 20%, on démarre le diesel, ce qui permet une navigation à la vitesse économique de 10 nœuds et la recharge des batteries.

Une alternative sans moteur diesel

Pour une navigation surtout dans les mers chaudes, on peut envisager de supprimer ce groupe diesel sans pour autant revenir aux temps héroïques de la marine à voile : on ne se prive en fait que de la navigation au moteur à 10 nœuds. On garde le fonctionnement des hélices en hydroliennes, les manœuvres de port et de mouillage au moteur, la navigation au moteur à 4 nœuds plusieurs heures par jour.
Les moteurs électriques seront moins puissants, mais on les surdimensionne à 2 x 10 kW de manière à rester manœuvrant dans les ports par vent fort et pour pouvoir se sortir d'un mouillage étroit par fort vent de face en comptant aussi sur l'exceptionnelle manœuvrabilité de la voile plume.
Quelques batteries supplémentaires donnent plus de souplesse et améliorent l'autonomie mais ne sont pas indispensables. Dés que le vent revient, on recharge les batteries avec les panneaux ou les hélices en hydroliennes. Pour sauvegarder le parc de batteries en dernier secours en cas de grosse erreur de prévision, un petit groupe électrogène essence portable et un jerrycan d'essence sont stockés dans un coffre.
Avec cette propulsion 100% électrique, on gagne le poids et le coût du groupe diesel et du gazole, des moteurs hors bord électriques moins puissants et moins chers, un redimensionnement du bateau dans le sens de l'allègement, un fonctionnement plus écologique et moins de risques de pannes et de pollution interne ou externe. D'expérience, sur un voilier, une bonne partie des ennuis vient du moteur thermique. Pouvoir s'en passer est un vrai bonheur.

La climatisation

Pour lutter contre la chaleur, on évite le soleil direct sur les ouvertures, donc pas de fenêtre de toit (sauf un petit regard pour observer la voile plume depuis la timonerie), et des casquettes pour les hublots et les fenêtres.
Les panneaux solaires forment un double toit sur la plus grande partie de l'espace arrière et des cabines avant et on complète avec un double toit sur le reste des toits, le tout avec un espace de quelques centimètres pour une ventilation naturelle.
On utilise manuellement les tuyaux d'arrosage branchés sur l'eau douce déminéralisée du bord en aspersion ou brumisation pour refroidir les panneaux solaires et les double toits.
Des circuits de goutte à goutte sous les panneaux solaires et dans les doubles toits ventilés rafraîchissent les toits par évaporation de l'eau.
Une petite PAC air-air réversible bien insonorisée et équipée d'un déshumidificateur est placée dans la jupe en arc de cercle sous les vitres avant de la timonerie. Un premier réseau de gaine alimente toutes les cabines et les espaces communs en air asséché. Un deuxiéme réseau de gaines isolées distribue de l'air froid ou de l' air chaud à des diffuseurs réglables (comme ceux des avions commerciaux). On place ces diffuseurs précisément là où ils sont utiles : à la tête des lits et aux diverses places assises intérieures.

Structures

La structure principale de tenue à la mer est formée des solides quilles longues anti-dérives prolongées par les étraves renforcées, reliées à la poutre avant et la poutre arrière par six solides cloisons pleines et étanches.
Les renforts de bordé au niveau de la liaison coque pont de navigation sont repris sur les poutres avant et arrière à 1,50 m au dessus de la flottaison. Les renforts de bordé au niveau de la liaison coque caisson sont repris sur les cloisons avant et arrière à 1 m au dessus de la flottaison pour les flotteurs.
Pour la coque centrale, on construit à la limite espace de navigation espace arrière une cloison intermédiaire percée d'un passage central en bas de la descente pour l'accès au pont inférieur. Les renforts de bordé sont repris sur la poutre avant jusqu'à cette cloison intermédiaire à 1,50 m au dessus de la flottaison, puis repris à 1 m au dessus de la flottaison jusqu'à la cloison arrière. D'autre part une poutre joint la cloison intermédiaire à une cloison de structure supplémentaire dans chaque flotteur.
La coque centrale est renforcée de la cloison arrière jusqu'à la cloison intermédiaire pour supporter le groupe diesel, les coffres des batteries et les réservoirs d"eau et de gazole.
La force de propulsion des hélices est transmise par la poutre arrière.
La force de propulsion vélique n'est transmise que par le pied de mat et le collier de traversée du toit de l'espace de navigation.
Le pied du mat repose sur une cloison de soutien dans la coque centrale suffisante pour résister au poids du gréement et aux forces de pilonnement avec un coefficient de sécurité de 5.
Pour le maintien du pied du mat contre les couples de pivotement, des renforts longitudinaux rejoignent de chaque côté du cheminement central la poutre avant et la cloison intermédiaire, efforts repris ensuite 50 cm plus bas jusqu'à la poutre arrière. Ces renforts sont doublés par des câbles inox sous tension travaillant en traction.
Le collier de traversée du toit par le mat est relié en compression et en traction par des tirants en acier inox à 10 piliers de 2 m de haut en périphérie de l'espace de navigation. 3 de chaque côté reposent sur les renforts de bordé, 2 devant reposent sur la poutre avant et 2 derrière sur la cloison intermédiaire. Sous les vitres panoramiques, 50 cm plus bas, les efforts sont repris en compression par les toits des cabines avants, le toit de l'espace arrière et à l'avant, par des tirants travaillant en compression et en traction jusqu'aux renforts de bordé. A l'arrière , les efforts de traction sont repris par des câbles inox pré-tendus jusqu'au portique puis au bordé arrière. Sur les côtés, des câbles sont ancrées pour le pilier avant à la poutre avant suivant le plan incliné des cabines, pour le pilier arrière à la cloison supplémentaire du flotteur en suivant la paroi verticale de la cabine, pour le pilier du milieu à un ancrage en bord du toit de la cabine repris par un câble jusqu'au fond du flotteur.
L'architecture du bateau permet de renforcer ces structures primaires autant que nécessaire.
Une proposition de construction artisanale ou amateur de la voile plume

La présentation nécessairement succincte du gréement au début de ce texte peut laisser le lecteur dubitatif sur la faisabilité et les performances de la voile plume. C'est pourquoi j'en présente ici une proposition en construction artisanale ou même en auto-construction sous réserve de calcul et de validation par un architecte naval.
Le développement de la voile plume n'ayant pas été fait, il conviendrait d'étudier d'abord le profil optimal, puis de construire une petite voile d'essai.
La recherche du meilleur profil
La littérature aéronautique donne les caractéristiques géométriques approchées de ce profil :
- Pour la cambrure, un angle entre le bord d’attaque et le bord de fuite de 40°, ce qui dévie les filets d’air du même angle.
- La corde du profil doit faire un angle de 28 à 30° avec les filets d’air incidents.
- La position de la cambrure maximale doit être au milieu de la corde.
- L’épaisseur relative doit approcher les 15% et cette épaisseur maximale doit se situer au tiers de la corde du profil. Dans ces conditions, le centre de voilure est aussi au tiers de la corde, soit pour nous au centre du mât.
- Un bec de bord d’attaque et une fente de bord de fuite devraient améliorer la portance.
On construit donc un profil variable en courbure et en épaisseur que l'on monte entre deux plaques fines sur un bâti de mesure placé dans le vent. On explore les réglages et on essaye diverses formules de becs et de fentes fixes.
La petite voile plume
Construite environ au tiers, elle a pour fonction principale de mesurer les performances aérodynamiques afin de fixer les dimensions de la voile définitive. N'étant pas destinée à naviguer, on la construit sans trop se soucier de sa solidité et de son poids. Par exemple on peut se contenter pour le mat d'accoler un profilé alu de section carré avec un profilé en U et de stratifier une enveloppe redonnant précisément la forme aérodynamique recherchée.
Caractéristiques de la grande voile plume
Une voile classique de 180 m² avec un coefficient de portance de 1,2 développe une force de propulsion vélique maximale de 1,5 tonne avant réduction de voilure à 20 noeuds de vent. On recherche cette même force de propulsion pour notre bateau.
On retient pour notre exemple une portance trois fois supérieure, donc une voile de 60 m². La force vélique moyenne par m² est alors de 25 kg.
Avec un coefficient de sécurité de 5 pour la limite de rupture, le mat devra résister à 7,5 tonnes de poussée et aussi au fardage dans les vents très forts dans la direction perpendiculaire à la précédente.
La voile est de forme effilée. L'épaisseur des plumes est en rapport avec leurs largeurs, leurs hauteurs diminuant plus lentement.
La hauteur du mat est de 17 m avec 2 m d'emplanture, 1 m de garde et 14 m de voile.
On prévoit 11 plumes, la plus grande en bas avec une diminution esthétique jusqu'en haut.
Plume du bas : largeur de la voile 5 m (1,36 m pour la plume avant, 0,60 m pour le mat, 3,03 m pour la plume arrière), 0,75 m d'épaisseur maximale (15% d'épaisseur relative) et 1,40 m de hauteur. Avec une force vélique de 25 kg par m², cela fait une force de 175 kg répartis, 80 kg sur la plume avant, 15 kg sur le mat et 80 kg sur la plume arrière. L' axe de chaque côté du mat et les plumes devront résister avant rupture à 400 kg.
Plume du haut : largeur 2,50 m (0,53 m + 0,60 m + 1,36 m), 0,37 m d'épaisseur et 0,90 m de hauteur. Donc, cela fait un effort de 56 kg répartis 25 kg, 6 kg, 25 kg, et rupture à 125 kg.
Les 9 autres plumes ont des dimensions intermédiaires.
Construction artisanale du mat
On réalise la structure résistante du mat en assemblant par collage sur toute leur surface avec décalage des joints des plaques nida alu de 20 mm d'épaisseur et de longueur standard.
Autour de petites plaques alu nida de 26 cm de large sur 37 cm de long régulièrement disposées transversalement tout le long du mat, on réalise une section rectangulaire avec deux plaques de 58 cm de large séparée à l'avant par une paroi formée de deux plaques, une de 26 cm de large entre les deux plaques latérales montée avec une deuxième de 30 cm de large en recouvrement, et derrière, par une même paroi formée de deux plaques de 26 cm de largeur montée de façon à laisser un U ouvert sur l'arrière de 15 cm de profondeur. On monte cette section tout le long des 17 m du mat.
De chaque côté on colle une première superposition de plaques alu NIDA de 60 cm de large avec décalage des joints s'arrêtant au sommet, puis une deuxième s'arrêtant à 2 m en dessous, en tout 7 épaisseurs de façon à obtenir sur les 5 premiers mètres une section carrée de 60 cm de côté (2 x 14 cm + 30 cm + l'épaisseur de la colle), avec toujours l'évidement ouvert sur l'arrière de 15 cm de profondeur sur 26 cm de large pour accueillir le système de crémaillères.
Puis on perce soigneusement les passages des axes des plumes. On usine des manchons alu avec une collerette fixe, une autre rapportée et des logements pour les roulements à billes. On fixe ces manchons mis en place très précisément par gabarit en les collant au mat par les collerettes et en les rivetant pour éviter tout glissement. (Si nécessaire, on peut prévoir des renforts en alu plein de quelques millimètres d'épaisseur entre les collerettes et le mat).
On prépare les axes en alu de longueurs appropriés en soudant les pignons pour les crémaillères, des collerettes pour le blocage en translation. On les mets en place dans les manchons avec les roulements à billes et on les bloque en translation par une autre solide collerette rapportée et goupillée capable de résister aux forces de fardage dans les vents de tempête.
Les deux crémaillères placées en vis à vis de chaque côté des pignons travailleront alternativement en traction sur une faible course (un demi tour des pignons). On pourra les construire avec de petits bouts de crémaillères fixées (soudage, collage, rivetage, boulonnage?) à deux grandes tiges alu. Elles seront maintenues en place, engrenées sur les pignons, par des étriers régulièrement disposés.
Construction des plumes
Elles sont constituées de 4 parties :
- 1 corps central de section rectangulaire,
- 2 parties bombées de chaque côté pour permettre la rotation des plumes.
- et éventuellement 1 bec de bord d'attaque pour les plumes avants et 1 volet formant fente pour les plumes arrières.
Pour le corps central : La technique qui a ma préférence est de faire comme une aile d'avion bois avec une structure mixte alu bois et une toile thermorétractable encollée. Cette technique semble solide et légère et après tout, les aviateurs confient leur vie à une telle aile. On réalise en bois selon le profil retenu deux nervures pour les bords et une ou deux nervures intermédiaires. On les joint un peu en biais pour compenser la diminution d'épaisseur avec des traverses bois. On relie le tout par des haubans alu ou par des plaques alu nida à un tube alu au centre qui viendra s'enficher sur l'axe. On réalise le bec de bord d'attaque en bois ou en stratifié et on matérialise la fente arrière également avec des pièces de bois ou de stratifié. Puis on encolle des toiles thermorétractables sur l'extrados, l'intrados, la face contre le mat et les flancs, toiles que l'on tend en les chauffant avec un fer à repasser. On termine avec une peinture anti UV et une peinture polyuréthane de finition.
Pour les flancs bombés chargés de réaliser une bonne étanchéité entres les plumes, on part d'un bloc de mousse (matelas mousse) découpé selon le profil et arrondi à la forme voulue que l'on colle sur le flanc. On recouvre ensuite ce bloc de mousse d'une toile à voile résistante au raguage, collée et vissée sur les bords du flanc.
Finition du mat
Puis, on monte les plumes sur le mat et on les place en position relevée. On rattrape l'épaisseur du mat (de 60 cm à 75 cm pour la première plume) sur l'intrados et l'extrados avec des plaques de polystyrène au droit des corps centraux des plumes et on creuse cette épaisseur de polystyrène pour établir au mieux la continuité aérodynamique au droit des sillons formés par les bords bombés des plumes. Après démontage des plumes, on stratifie sur le mat une fine peau polyester-fibre de verre en protection que l'on recouvre d'une peinture de finition polyuréthane, en ménageant sur les faces avant et arrière du mat, des capots démontables et étanches aux précipitations pour protéger les axes, les roulements et les crémailllères . Pour l’étanchéité mat-plumes, on colle et visse des joints mousse recouverts de toile à voile tout le long des 4 arêtes du mat.
Ce mat devrait peser moins de 500 kg. Avec des plaques nida pesant environ 70 kg au m3, on a un poids des nida de 150 kg, la colle pour quelques kilos, les manchons, axes et crémaillères pour 150 kg, un poids de la peau stratifiée de 150 kg.
On installera de chaque côté et tout le long du mat des arceaux alu rétractables servant à la fois de marches et de points d'assurance pour monter dans la mature.
Winglets haut et bas
Au dessus de la dernière plume, on fabrique un chapeau fixe avec plusieurs fonctions : Réaliser l'étanchéité du mat, porter le feu et la girouette-anémomètre, remplir une fonction esthétique de couronnement de l'aile, et enfin servir de winglet pour diminuer les pertes par tourbillon au delà de la dernière plume Ce winglet est composé d'une partie plate et fine de forme symétrique surmontée d'une forme aérodynamique et arrondie en demi goutte d'eau.
Même chose en bas sous la première plume, mais en plus grand avec pour principale fonction de border cette plume aérodynamiquement. Ce winglet fin et plat est soutenu par un carénage aérodynamique fixé et entourant le mat sur la hauteur de la garde. Du fait de la cambrure, une grande partie de la plume arrière en descendant dans la position "plumes à plat" passe sous le plan du winglet, donc il faudra arrêter celui-ci avant. On expérimentera sur la petite voile d'essai l'ajout d'un volet mobile relié par deux câbles aux deux crémaillères pour mesurer le gain obtenu.
Montage sur le bateau
Le centre de voilure est environ à 7 m au dessus du toit, la force vélique maxi est de 1,5 tonne et la limite de rupture de 7,5 tonnes avec un coefficient de sécurité de 5.
Au pied du mat, l' effort radial maxi est de 5,25 tonnes et la limite de rupture de 26 tonnes. L'effort axial est de 1 tonne + les forces de pilonnement et on prendra la aussi un coefficient de sécurité de 5. (Ce sont des forces comparables à ce que l'on trouve dans les gréements classiques en compression sur le mat et en traction dans le gréement dormant).
On enserre le pied du mat dans un cuvelage qui repose sur une grosse butée à rouleaux.. On recherchera une solution du commerce capable d'encaisser les efforts axiaux et radiaux. Au-dessus une grande roue dentée entoure le mat, engrenant sur des pignons actionnés par une manivelle et/ou un moteur pour la rotation du mat. Encore au-dessus, un contacteur rotatif entoure le mat pour alimenter le moteur pour l'inclinaison des plumes, le feu de mat, recueillir les infos de la girouette anémomètre et de l'inclinaison des plumes... Le tout est mis sous carénage sur le plancher de l'espace de navigation.
Pour le collier de pont, l'effort, uniquement radial, est au maximum de 6,75 tonnes et la rupture à 34 tonnes.
On glisse le mat dans un gros roulement à rouleau du commerce, lui même inséré dans une couronne recevant les jauges de contraintes pour mesurer la direction et la force de la propulsion vélique. Enfin une dernière couronne distribue les contraintes sur dix piliers entourant l'espace de navigation (2 devant, 2 derrière, 3 de chaque côté).
On étudiera la solution alternative de faire reposer le mat tournant sur le fond de la coque en le solidarisant d'une épontille tournante. Dans ce cas, la porte vers la troisième cabine invité sera décalée sur le côté. En doublant le bras de levier, les efforts diminuent : Au pied, 2,63 tonnes rupture 13 tonnes ; à l'étambrai 4,13 tonnes rupture 21 tonnes.

Conduite

Pour la conduite manuelle, on dispose de deux manivelles actionnant chacune un axe muni d'un frein. Sur le mat, on relâche le frein et on tourne la manivelle pour obtenir l'inclinaison des plumes désirée d'un côté ou de l'autre, puis on remet le frein. Ensuite, on relâche le frein de rotation du mat et on tourne la manivelle jusqu'à la position désirée avant de remettre le frein. Pour aider aux réglages, on dispose du loch, de la force et direction du vent, de la force et direction de la force de propulsion vélique.
Pour la conduite semi automatique, les manivelles et leurs freins sont débrayés et suppléés par deux petits moteurs électriques commandés par le barreur à l'aide de 2 joysticks ou des boutons poussoirs.
Pour la conduite automatique, c'est un calculateur qui commande les deux moteurs en fonction de la force et direction du vent et de la force et direction de la force de propulsion vélique. La direction du vent est présentée en permanence au barreur avec un secteur vent debout. Lorsque le vecteur vent est dans ce secteur, les plumes sont mises à plat. Dés que l'on en sort, le calculateur relève les plumes sur la bonne amure. Dés que le vent forcit, les plumes sont inclinées de manière à maintenir la force de propulsion vélique dans des limites pré-établies. Pour la sécurité, on interface aussi un inclinomètre qui "lachera tout" en cas d'alerte. La conduite de la voile plume se résume donc à appuyer sur un bouton marche-arrêt et à diriger le bateau en dehors du secteur vent debout (sauf évidemment pour les virements de bords).

ANNEXES

Pour terminer ce texte, je joins en annexe un tableau des caractéristiques du bateau, un devis de poids et un devis des coûts avec des chiffres estimés très grossièrement pour une construction artisanale par un chantier.
En auto-construction ils devraient être bien plus bas.
J'ai traversé l'Atlantique en 1988 sur un trimaran de ce type mais avec une voilure classique, plus petit (16 m sur 9 m de large et 8,5 tonnes lège) que son propriétaire skipper avait auto-construit en 1 an (à plein temps). Il regrettait après l'expérience de ce chantier de ne pas avoir choisi de construire la version 18 m. Le bateau ici proposé est plus grand avec une estimation de 17 tonnes en lège armé, mais avec les progrès des outils et des matériaux et en utilisant au maximum les solutions du commerce, je pense que ce chantier est réalisable en auto-construction, évidemment après études et plans par un architecte naval . Avis aux amateurs !

Caractéristiques du bateau

longueur : 20 m
largeur : 10 m
tirant d'eau : 1,00 m
tirant d'air : 20 m
poids lège armé : 17 tonnes
charge : 5 tonnes
dont équipage : 1 tonne
matériels divers : 1,3 tonne
Ravitaillement : 1 tonne
gazole : 0,7 tonne
eau douce : 1 tonne (plus le spa)
poids total : 22 tonnes

voile plume : 60 m²
Force vélique : 1,5 tonne
Vitesse maximum au portant : > 18 nœuds
vitesse limite de coque : 12 nœuds

2 moteurs électriques : 80 kW
vitesse économique au diesel : 10 nœuds
vitesse ultra économique sur batteries : 4 nœuds
Devis de poids

Coque stratifiée : 12000 kg
Renforts inox voile plume 400 kg

Voile plume 1000 kg

groupe électrogène diesel 80 kW 250 kg
2 moteurs électriques hors bord 40 kW 150 kg
batteries (7 + 1 démarrage) 250 kg
panneaux solaires 400 kg

frigo 120 kg
lave linge 60 kg
lave vaisselle 45 kg
fours + plaques cuisson 45kg

garde corps + portique 200 kg
vitrerie feuilleté 44,2 : 21 kg/m² 300 kg
literie et coussins 300 kg
distribution électricité 150 kg
sanitaires et circuits d'eau 150 kg
tables 100 kg
spa 200 kg
annexe 100 kg
guindeau et mouillages 500 kg
survie 50 kg
Divers 230 kg

Total 17000 kg
Devis de coûts

Coûts à l'unité produite
Voile plume 50 000 euros
dont mat 20 000 euros
plumes 20 000 euros
colliers, moteurs et contrôles 10 000 euros

Coque (10 euros par kg pour 12000 kg) : 120 000 euros
dont : résine 8 tonnes 25 000 euros
fibre de verre 4 tonnes 35 000 euros
Renforts inox, divers 10 000 euros
Main d’œuvre, marge 50 000 euros

38 m² pan. sol. + électronique + batteries 20 000 euros
Groupe électro-diesel + 2 moteurs 25 000 euros
Circuits électriques 220v et 12/24 volts 10 000 euros
1 dessalinisateur + pièces de rechange 15 000 euros
Eau douce : do**hes lavabos WC évier 10 000 euros
Électronique de bord, pilote 7 000 euros
hublots, fenêtres, portes étanches 8 000 euros
Garde corps et portique 8 000 euros
Survie, guindeau, mouillages, annexe 5 000 euros
Cuisine, tables, coussins, revêtements, divers.. 7 000 euros

Total 285 000 euros

Coûts mutualisables
Architecte et bureau études 30 000 euros
Profil d'essai plume 5 000 euros
petite voile plume 10 000 euros
Étude Automatisation voile plume 10 000 euros

Total : 55 000 euros

Options
Deuxième dessalinisateur 10 000 euros
Pont en teck 100 m² 10 000 euros
Vaigrages bois et luxe 10 000 euros
Spa 5 000 euros
PAC air air 5 000 euros

Total : 40 000 euros

Total général toutes options : 380 000 euros