Chronique n°239
Voiles de quilles
Par Dominique Wavre
Un appendice en pleine révolution
Depuis deux ans, des bateaux de course modernes et performants rencontrent des avaries de quille. Naufrage spectaculaire, abandon, situation d'urgence, la fréquence de ces accidents soulève bien des questions. II est pourtant trop simple de désigner les architectes comme seuls responsables de cette hécatombe. Les causes sont complexes, et les solutions en voie d'être trouvées. Explications.
Le maxi Skandia perd sa quille et se retourne |
La course au large a connu toute sorte de problèmes inhabituels ces deux dernières années. Dès 2003, les nouveaux Open 60 font parler d'eux. Armor Lux chavire en juin 2004 sur bris de quille pendant «The Transat». Avant le départ de la course, deux bateaux tout juste mis à l'eau, Sill et Bonduelle, renoncent à cause de vibrations sur leurs voiles de quille. Pendant le Vendée Globe Skandia, l'Open 60 de Nick Moloney perd sa quille au large de l'Amérique du sud. II regagne un port sain et sauf, mais en remorque. A quelques heures de son arrivée aux Sables d'Olonne, Mike Golding parvient à stabiliser Ecover grâce à ses ballasts, alors que son lest disparaît dans les eaux du golfe de Gascogne.
Tout le monde se souvient, en 1995, du chavirage instantané du Class America français au large de San Diego, ou plus récemment de celui du maxi Skandia pendant la dernière Sydney-Hobart.
La solidité des voiles de quille
II existe trois méthodes pour usiner une quille. Une quille mécano-soudée est formée d'une poutre centrale à laquelle on soude les tôles du profil, les axes de pivot et les pièces diverses de sa mécanique. Les pièces, en partie creuses, sont fabriquées dans des aciers de très hautes résistances, difficiles à souder. La quille fraisée est mise en forme par une fraise commandée numériquement, à partir d'un lingot géant d'acier haute résistance et affinée passage après passage pour aboutir à sa forme.
La quille en carbone est réalisée par empilement successif de tissus de carbone imprégnés d'époxy. Les tissus unidirectionnels, parallèles au profil, apportent une résistance à la flexion et les tissus bi-axiaux à 45° de l'axe du profil, une résistance à la torsion. Les fabrications en carbone et en acier fraisé restent particulièrement chères. Alors que la mise en oeuvre et la maintenance de la quille mécano-soudée demande de la délicatesse.
Bonduelle a résolu les problèmes de sa quille |
La majeure partie des accidents vient de la solidité de ces quilles. Sill, Bonduelle et Armor Lux possèdent des voiles de quille orientables en carbone de 4,50 m, qui soutiennent des bulbes de trois tonnes. On imagine aisément le bras de levier énorme que ce poids représente en flexion. Mais le problème rencontré avant ou pendant le dernier Vendée Globe tient au phénomène de torsion. Le voile se vrille sur lui-même, entraînant un mouvement de balancier du bulbe qui se met en travers dans un sens puis dans l'autre, en résonance. Ce mouvement - résolu depuis en rajoutant des fibres orientées à 45° à l'extérieur des profils - a fini par briser le voile de quille d'Armor Lux à l'endroit qui subit le maximum d'effort, près de la coque.
Le changement de fonction des quilles des Open 60, reléguées au rôle de porte bulbe, a permis aux architectes et aux ingénieurs de diminuer énormément la largeur des voiles de quille, d'augmenter leur finesse et de diminuer leur poids. Mais sur la dernière génération, il semble que les ingénieurs soient arrivés aux limites du possible.
Dernièrement, la casse s'est concentrée sur les quilles mécano-soudées (Ecover et le 60 pieds Skandia). Mais comme elles n'ont pas cassé au même endroit, il demeure difficile d'en tirer des conclusions. A part le prix, il ne semble pas y avoir de contre-indication pour les quilles fraisées dans la masse.
Enfin, les quilles en carbone vivent leur pleine évolution et Bonduelle semble avoir trouvé une solution fiable. La souplesse du carbone repousse les limites de résistance des voiles de quille. Mais comme il n'est pas possible de suivre le vieillissement des matériaux au jour le jour (contrairement aux Class America), les architectes des Open 60 doivent augmenter les coefficients de sécurité lors de calculs de dimensionnement des quilles.
II est toujours surprenant et parfois inquiétant de voir bouger le bulbe de son bateau au près ou de sentir le mouvement de vibration de la quille quand on est à l'intérieur du bateau qui tape dans la vague. On s'habitue, mais il faut faire confiance aux calculs des ingénieurs et à la mise en oeuvre du chantier.
Petit rappel historique
Le ballast d'inertie n'a rien de neuf. Rappelez-vous les sacs de sables des sand baggers anglais ou les lests de nos barques latines! Les tankers et certains cargos naviguent également «sur lest» lorsqu'ils doivent traverser sans cargaison.
Ainsi, la plupart des voiliers conventionnels augmentent leur raideur à la toile en chargeant les fonds. Cette technique profite au près, mais reste évidemment néfaste au portant. Elle va à l'encontre de l'idée reçue selon laquelle un bateau plus léger ira toujours plus vite que son frère jumeau à toutes les allures. Cette idée est vraie, sauf au près et si le bateau le plus lourd possède un centre de gravité plus bas. A la limite, l'épicurien qui charge de bonnes bouteilles les fonds de son bateau sera le plus rapide au près, mais il aura avantage à boire toute sa cargaison dès qu'il sera sous spi!
La stabiltié des OPEN 60
Ecover navigue sans quille grâce à ses ballasts |
Normalement, tout monocoque chavire sans sa quille. Et si le bilan de la saison des Open 60 est lourd, il aurait pu l'être plus encore, sans le développement des nouveaux concepts de stabilité. Cette statique, source d'étonnement, tient dans l'exploitation d'un «trou de jauge»: le droit de créer des ballasts d'inertie dans le fond des bateaux. Ces ballasts centraux, placés au fond de la coque, sont répartis longitudinalement de l'avant du mât à l'arrière du cockpit et centrés autour de l'axe latéral. Grâce à de simples écopes traversant les fonds, l'eau de mer pénètre dans les ballasts. Une fois remplis, certains bateaux augmentent de 50 % leur déplacement! Avec ce lest liquide, le centre de gravité descend. Si le bateau est doté de dérives, comme Ecover, il peut naviguer correctement et même gîter jusqu'à 50° avant de chavirer! Dès lors, le rôle de la quille se limite à balancer le bulbe de trois tonnes au vent pour augmenter la raideur à la toile. Elle ne sert presque plus de plan anti‑dérive, et abaisse à peine le centre de gravité.
A contrario, un Open 60 à quille fixe et ballast latéral comme Temenos, VMI ou Max Haavelar chavirera instantanément en cas de bris du voile de quille.
Une chose est certaine, les avaries graves de ces deux dernières années se sont produites relativement proches de terre, à portée de secours et n'ont pas eu d'autres conséquences que des dégâts matériels. Si ces avaries avaient eu lieu au milieu de l'océan Indien ou du Pacifique sud, les conséquences auraient pu être dramatiques!
II faut espérer qu'ingénieurs et architectes appliqueront des coefficients de sécurité suffisants pour garantir aux projets Open à venir une bonne tranquillité d'esprit!
Quant aux plaisanciers, ils n'ont pas de soucis à se faire sur la solidité des profils de leurs bateaux, qui ont des coefficients de sécurité énormes. II leur faut surtout surveiller la solidité de la coque et des varangues, à proximité de la tête de quille.
