Les quilles orientables Pourquoi ? Comment ? Les précautions.

La vitesse V d’un bateau est liée au rapport entre la poussée sur les voiles Fv (propulsion) et la traînée de la coque c’est à dire une certaine proportion du poids du bateau.

Marcher à la voile vent de travers ou au près nécessite :
- soit de gîter (c’est inconfortable et cela diminue la poussée sur la voilure)
- soit de porter les poids au vent (équipage, ballast, quille)

Lorsqu’on est au grand portant, la stabilité est assurée par le déplacement du centre de poussée de l’eau sur la carène dû :
- à l’enfoncement
- au planing
- au déplacement de l’équipage
- au déplacement du matériel
- à l’adjonction d’un ballast d’eau.

Le bateau étant en général assez long, la stabilité longitudinale permet aux bateaux légers de planer au grand portant. Le planer demande environ 10 % de poussée par rapport au déplacement.
Par contre, au vent de travers ou au près, la stabilité est assurée par le décalage entre le centre de carène et le centre de gravité d qui crée un couple de forces qui s’oppose au couple créé par la poussée sur la voile et la dérive.

Ce décalage peut être assuré :

soit par la déformation de la carène A	soit par le déplacement de l’équipage au rappel B	soit par l’adjonction de ballasts C	soit par le basculement de la quille D

Sur les catamarans, les petits dériveurs et les planches à voile, le ratio poids-équipage/poids-bateau est très important et suffit à assurer un planning au bon plein et quelquefois au près.
Pour les bateaux plus grands et plus lourds, le ratio poids-équipage/poids-bateau donc propulsion/poids-bateau n'est plus suffisant.

Ce ratio diminue sur un bateau de régate à quille : on peut planer vent de travers sur un bateau de 800 kg avec un équipage de 5 personnes comme le Melge ou l’Open 7,50.
Pour les bateaux plus gros et plus lourds, l’équipage ne suffisant plus, il faut mettre :
- soit du ballast au vent
- soit basculer la quille
pour porter le centre de gravité au vent.

Ces dispositifs permettent de créer suffisamment de stabilité pour planer au largue appuyé.

Ballast

Le dispositif avec du ballast est, de loin, la solution la moins chère, la plus sûre. De plus, le ballast, situé en abord à un endroit qui n’est pas très utilisable, ne gène pas les aménagements.
Il est nécessaire, quand même, de situer ce ballast relativement bas de façon qu’aux grands angles de gîte cela n’affecte pas la stabilité du bateau.
L’avantage du ballast est également de changer le déplacement du bateau pour les allures de près et de corriger l’assiette longitudinale au portant. Car lorsqu'on augmente la stabilité latérale, les bateaux modernes avec ces dispositifs (équipage, ballast ou quille) ont autant de problèmes de stabilité longitudinale que de stabilité latérale.

Le ballast est un dispositif valable pour les bateaux de course au large dans la mesure où la jauge l’autorise à l’exclusion d’autres dispositifs.
Il est également valable pour la croisière par son faible encombrement, son faible prix de mise en œuvre et le confort que cela procure par l’élimination de la gîte

La quille mobile

Si on a beaucoup de tirant d’eau, la quille mobile offre sur le plan de la vitesse et de la rapidité de manœuvre un attrait important.
Pour cette raison, elle est actuellement prisée pour les bateaux de course au large.

Mais c ela demande cependant beaucoup de précautions, de calculs, de maintenance.

Le dispositif E

La quille comprend : - le voile de quille (5), - portant un bulbe (6), - articulé sur la coque par un axe (7), - s’appuyant sur deux paliers avant et arrière (8)

La quille est mise en position pour les minitransat par un palan, pour les plus gros bateaux par 1 ou 2 vérins hydrauliques
Le vérin hydraulique (9) est fixé sur la quille par un axe (10)
Le vérin (9) est fixé sur la coque par un axe (12)
L’ensemble est tenu à l’avant et à l’arrière par une paire de varangues (15)
Les vérins sont reliés à une centrale hydraulique (14)
Dans ce cas, la quille ne joue pas son rôle de plan de dérive, il faut rajouter une ou deux dérives (16) .

Les avantages de la quille mobile

- si le tirant d’eau est assez grand ( 80% de la largeur du bateau)
- si l’angle de quille est important (40-45°)
le déplacement du centre de gravité est lui-même important.
En plus, le centre de gravité reste bas.

Il n’est pas nécessaire de rajouter du poids pour créer la stabilité du bateau.
Pour l’équipage cela donne une rapidité de manœuvre importante.
Pour l’architecte, cela permet de séparer
- le plan de dérive associé à la voilure d’une part
- le bulbe associé au devis de poids et à l’équilibre longitudinal du bateau.
et cela donne, en conséquence, une plus grande liberté dans le dessin de la carène.

Les limites

La quille mobile crée un bonne stabilité latérale, par contre la stabilité longitudinale n’est pas suffisante. Il faut donc ajouter un ballast arrière pour le portant et souvent un ballast avant pour le près.

Le dispositif des vérins prend beaucoup de place à l’intérieur du bateau.

Les deux dérives qui traversent le bateau dont au moins une qui sort sur le pont prennent aussi beaucoup de place.

La mécanique est compliquée.

Cela crée du poids, nécessite de l’entretien.
Cela nécessite un bon parallélisme des 3 axes (8) (10) (12).

L’inconvénient et le danger

Par rapport à une quille fixe, une quille mobile a au moins 4 fois plus de chances de se détériorer :
- le voile de quille (5)
- la liaison de l’axe avec le lest (7)
- la liaison de l’axe avec la coque (7)
- la liaison du vérin avec la quille (10)
- la liaison du vérin avec la coque (12)
- le fonctionnement du vérin lui-même (9) et (14)
Ces fixations peuvent légèrement bouger.
Le parallélisme peut disparaître engendrant des désordres en cascade.

Le plus grand danger est que ce système, en dehors d’un contrôle effectué par le règlement des courses, pousse au crime, car il favorise un voile de lest (1)le plus mince et le plus léger possible :
- pour descendre le centre de gravité au maximum
- pour faire le moins de traînée possible dans l’eau.

Dans un bateau classique à quille fixe, le voile de quille sert aussi de plan anti-dérive et, en général,la marche au près nécessite une certaine surface et une épaisseur suffisante pour la marche au près.
Ce n’est plus le cas avec ce dispositif de quille mobile.

De plus, la quille s’incline à 40°, le bateau gîte à 20°, sous les effets du pilonnement les charges d’accélération sur le lest incliné à 60° sont 2 fois plus importantes environ que celles qui affectent un bateau à quille fixe gîté à 20°.

- L’absence de mesures sur les efforts de ce type de lest pour les courses lointaines
- L’absence de référence, de règlement (une première mesure serait que chaque constructeur et chaque architecte rende publique les cas de charge qu’ils prennent pour concevoir et construire les quilles)
- La poussée des coureurs qui veulent aller le plus vite possible

tous ces éléments ont conduit à un certain nombre de problèmes que l’on a vu :

- panne de vérins
- fixation des vérins sur la quille
- fixation de la quille
- fragilité de la quille

On a tout vu, particulièrement récemment.

Ce dispositif de quilles orientables est intéressant pour effectivement augmenter la vitesse des bateaux et permettre du planning sur de nombreuses courses au large, ce que l’on voyait sur les multicoques mais que l’on n'avait jamais vu sur les monocoques.

Cependant, cela demande des moyens financiers importants.
Les prix de ces quilles et dérives font augmenter le prix du bateau de 20 à 25%.
Cela demande une maintenance pendant toute la vie du bateau.
Cela demande de la redondance (vérins, circuits hydrauliques etc..)
Cela demande une organisation du contrôle de la solidité du dispositif.

Cela est possible mais, pour faire des bateaux qui vont aussi loin au large, il faut beaucoup de modestie dans la recherche, dans la conception, dans la construction.

Cet article est paru dans le n° 105 des Cahiers de Régates (avril 2006)