L'intérêt des Navires à Grande Vitesse |
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Dans le domaine naval comme dans celui de l'aéronautique, c'est la traînée
d'onde dans la résistance à l'avancement qui explique les difficultés éprouvées à
dépasser une certaine vitesse critique. Ainsi un pétrolier géant de 500000 tonnes
navigant à 20 nds, est un navire lent alors qu'un porte-conteneurs est un navire
semi-rapide et une vedette de plaisance, un navire rapide.
On peut préciser que la notion de " grande vitesse " est adaptable au milieu :
- Un train dépassant 250 km/h peut être qualifié de TGV,
- Pour un avion, la grande vitesse se situe au delà de 1000 km/h,
- Pour un navire, enfin, cette grande vitesse commence aux environs de 30 noeuds, soit 55 km/h.
Par sa densité, l'eau est l'élément qui offre la plus grande résistance à l'avancement des engins. Cette résistance est le plus souvent renforcée à son contact avec l'atmosphère, par l'agitation de sa surface provoquée par les vents. Lorsque la vitesse d'un navire augmente, la répartition des pressions exercées par l'eau sur la carène peut devenir très différente de la répartition hydrostatique. Ce phénomène entraîne alors des modifications sensibles de l'assiette et de l'enfoncement de la carène: généralement, le navire commence par s'enfoncer légèrement, puis il finit par déjauger en prenant une assiette qui tend à cabrer.
Aux grandes vitesses, la résistance de vague croît moins rapidement que la
résistance de frottement qui devient prépondérante et constitue pour les navires le
principal obstacle à l'augmentation de vitesse.
Dans la recherche de grandes vitesses, on recherche systématiquement des moyens propres
à réduire cette résistance de frottement, c'est à dire la surface mouillée de la
carène ainsi que des moyens susceptibles d'améliorer et de maintenir en exploitation, la
qualité de son état de surface ( problème de la stabilisation ).
Les coques semi-planantes ont généralement des fonds plats ou à faible V et leurs bouchains sont vifs. Leur largeur est importante et leur maître-bau est situé très en arrière. Pour réduire la surface mouillée au minimum nécessaire pour assurer la sustentation dynamique du navire, on favorise le décollement de l'eau en pratiquant sur le fond un ou plusieurs redans dont la position est étudiée afin de conserver à grande vitesse, une stabilité longitudinale correcte. Les défauts majeur des coques planantes sont:
- Des problèmes de stabilité de route et d'assiette,
- Une très grande sensibilité au vent relatif et à l'agitation des plans d'eau.
L'inconfort à la mer, la fatigue des structures limitent l'emploi des coques planantes à de très petites unités pour des eaux calmes. Pour des navires plus gros et devant affronter des mers plus dures, on utilise des coques semi-planantes en V profond dont la résistance à l'avancement est inférieure à celle de coques traditionnelles à bouchains ronds.
Pour une carène donnée, la puissance à installer tend à varier comme le cube de la vitesse à atteindre et on atteint vite des limites économiques et même physiques, pour l'encombrement, le poids et la consommation. De gros progrès ont été accomplis par les fabricants de moteurs diesel marins. La marinisation des turbines à gaz permet d'obtenir de fortes puissances avec un poids et un encombrement réduits, mais dont la consommation est encore un peu élevée malgré un rendement effectif qui atteint 40 % contre moins de 25 % il y a une vingtaine d'années.
L'essentiel des recherches sur les navires rapides consiste donc à s'affranchir au maximum de toute contrainte de résistance à l'avancement :
- En optimisant les formes de carènes
- En réduisant l'enfoncement de la coque :
- en utilisant des matériaux adéquats à sa construction,
- en lui permettant de déjauger avec la vitesse.
Les sources
Navires rapides, étude d'un projet en cours : Le Corsaire 11000
Par Rodolphe STRIGA ( mémoire fin de cycle C1NM 1995 )