Brevet FR2659288A1 — publié le 19910913

VEHICULE NAUTIQUE MULTICOQUE A PROPULSION VELIQUE La présente invention se rapporte à un véhicule nautique multicoque à propulsion vélique. En navigation de plaisance et pour le sport nautique, où l'on cherche actuellement à construire des engins à voile de plus en plus rapides, deux formes de voiliers très prisés pour leur célérité sont les multicoques (catamarans et trimarans) d'une part et les planches à voile d'autre part. On sait que les deux problèmes à résoudre pour améliorer les performances en vitesse d'un voilier tournent autour des deux concepts de légèreté, d'une part, et de puissance, d'autre part. En effet, plus un bateau est lourd, plus il déplace d'eau, et donc plus la traînée occasionnée par son mouvement sur l'eau est importante. Or, cette traînée pénalise l'avancée du bateau de la même façon que le boulet tiré par le bagnard. Par ailleurs, plus la puissance de propulsion est importante, plus le bateau peut aller vite. La puissance étant tirée du vent, on l'accroît en augmentant la surface de voile offerte au vent. Néanmoins, ce dernier moyen se heurte à une difficulté, car la poussée du vent sur la voile présente une composante latérale qui crée un couple de chavirage" tendant à faire gîter ou même chavirer le voilier. A ce couple de chavirage, on suppose différents moyens pour générer un couple opposé, afin de garder le bateau stable. Dans le cas des voiliers les plus classiques, il est prévu une quille lestée qui tend à remettre le bateau d'aplomb lorsqu'il est couché par le vent. Cette quille lestée va cependant à l'encontre de la condition de légèreté précitée, de sorte que les voiliers monocoques lestés réalisent un compromis poids-puissance plutôt mauvais. Ce compromis poids-puissance est largement amélioré par le concept des voiliers multicoques qui, en faisant usage de deux ou trois coques parallèles assemblées sur un bâti rigide, permet d'élargir l'assise latérale du bateau. De cette façon, la stabilité latérale se trouve grandement renforcée, ce qui permet de supporter une grande surface pour un poids modéré. I1 est par ailleurs possible, en technique multicoque, de construire des voiliers aussi grands qu'on veut, pour bénéficier de l'effet de la taille du bateau sur la vitesse, un bateau de même conception allant d'autant plus vite qu'il est grand. Ainsi sont nés les multicoques géants, trimarans et catamarans, qui ont dès lors largement établi leur suprématie dans les grandes courses trans-océaniques. Leurs limitations sont cependant dues à leur poids ainsi qu'à leur prix de revient, qui augmentent malheureusement plus vite que leurs dimensions. En outre, ils demeurent assez fragiles et peu maniables. La nécessité d'utiliser un gouvernail, qui procure nécessairement un effet de freinage, est également un inconvénient de ce genre de voiliers. Récemment, un nouveau type d'engin à voile a fait son apparition, cet engin semblant à première vue à peine mériter l'appellation de voilier : il s'agit de la planche à voile. C'est cette dernière qui a établi récemment le record de la plus grande vitesse de pointe jamais atteinte sur l'eau par un engin à voile. La raison pour laquelle la planche à voile a, en recherche de vitesse de pointe, détrôné le multicoque est qu'elle a permis d'améliorer encore le rapport poidspuissance. Cette amélioration a été obtenue non seulement du fait de la simplicité et de la légèreté de la construction (un seul flotteur léger, pas de gouvernail), mais aussi en raison de son mode de fonctionnement. En effet, pour lutter contre le couple de chavirage, le véliplanchiste s'incline du côté du vent (au vent) et avec lui, la voile qu'il maîtrise à bout de bras. Dans cette situation, le planchiste est partiellement soutenu sous la voile en position oblique par rapport à la verticale. De ce fait, la poussée du vent sur la voile, approximativement normale au plan de la voile, possède une composante supplémentaire orientée de bas en haut et qui a pour effet de diminuer encore le poids apparent de l'engin et de son équipage sur l'eau. Les planches à voile sont donc finalement plus efficaces que les trimarans et les catamarans, en ce sens qu'elles permettent de combiner avantageusement propulsion et sustentation et qu'elles ne requièrent pas de gouvernail. Malheureusement, leur principale limitation réside dans le fait que leurs dimensions doivent rester à l'échelle humaine : il est impossible de concevoir et de dimensionner des planches aussi grandes qu'on veut. En outre, il n'est pas possible de régler indépendamment les composantes de propulsion et de sustentation de la poussée du vent sur la voile. L'importance relative de ces composantes est conditionnée par l'angle d'inclinaison de la voile au vent. Plus la voile est inclinée et plus la composante de sustentation augmente au détriment de la composante de propulsion.A la limite, par vent très fort, le planchiste se trouve presque couché à l'horizontale, totalement suspendu sous sa voile mais sans vitesse. L'invention vise à remédier à tous ces inconvénients. Elle se rapporte à cet effet à un véhicule nautique multicoque à propulsion vélique qui comporte trois coques séparées et parallèles, dont une coque principale portant le conducteur du véhicule et deux coques d'appui latéral, ou flotteurs, ces deux flotteurs étant sensiblement identiques et définissant respectivement avec la coque principale deux plans sécants des moyens de liaison entre ces trois coques, ces moyens étant aptes non seulement à maintenir les deux flotteurs parallèles à la coque principale et dans les deux plans sécants précités, mais encore à former chacun, de manière symétrique pour chacun des flotteurs, un parallélogramme, articulé et déformable, avec la coque principale un cadre carré, rigide, indéformable, qui sert de mât de support de la voilure tout en participant à la liaison précitée entre les trois coques, ce cadre étant articulé en un point de la partie médiane de la coque principale par l'extrémité libre d'un prolongement d'une de ses diagonales, étant articulé de façon similaire en un point de la partie médiane d'un des flotteurs par l'extrémité libre d'une autre protubérance du cadre, située du même côté du cadre que l'autre prolongement précité mais à distance substantielle de ce dernier, et pareillement étant articulé, de manière symétrique à l'articulation sur ce premier flotteur, c'est à dire au bout d'une protubérance symétrique de la précédente, en un point de la partie médiane du deuxième flotteur, chaque couple de montants parallèles de ce cadre servant de mâts respectifs de support d'un couple de voiles, souples ou rigides, de type biplan, de sorte que ce voilier présente toujours, qu'il repose sur l'eau soit la coque principale et sur un premier flotteur, soit, après avoir basculé de 90 degrés par exemple après un virement de bord, sur la coque principale et sur l'autre flotteur, deux couples sensiblement identiques de voiles biplan, dont un couple de voiles sensiblement verticales aptes à servir à la propulsion, et un couple de voiles sensiblement horizontales pouvant servir à la sustentation des moyens pour maintenir la diagonale précitée du cadre dans un plan sensiblement orthogonal à la coque principale, le cadre ne pouvant alors se mouvoir qu'en pivotant soit autour de cette diagonale soit autour dudit point d'articulation sur la coque principale ; et des moyens pour solidariser les deux voiles de chaque couple afin de les maintenir bien parallèles, quelle que soit leur orientation, ainsi que des moyens de commande actionnés par le pilote pour régler l'orientation du cadre ainsi que pour au moins régler l'orientation du couple de voiles qui, selon la position du voilier sur l'eau, constitue le couple de voiles dites verticales. De manière préférentielle, chaque voile est montée, et fixée en quatre points, de telle sorte que le montant qui lui sert de mât la divise approximativement en deux dans le sens de la largeur, de manière qu'elle puisse pivoter approximativement autour de son centre de gravité. De toute façon, l'invention sera bien comprise, et ses divers avantages et autres caractéristiques ressortiront, lors de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation de ce voilier multicoque d'un nouveau genre, en référence au dessin schématique annexé dans lequel - Figure 1 est une vue d'ensemble en perspective de ce voilier multicoque - Figure 2 est une vue semblable à figure 1, mais ne montrant que les trois coques, le cadre rigide articulé, et leur haubannage de solidarisation - Figure 3 est une vue de l'arrière de ce même voilier; et - Figure 4 en est une vue par le dessus, sans voiles horizontales, apte à faire comprendre son principe de fonctionnement. En se reportant tout d'abord à 1 l'ensemble des figures 1 à 3, il s'agit d'un engin nautique d'un modèle entièrement nouveau, qui tend à combiner les avantages des catamarans et des planches à voile, sans en présenter les inconvénients majeurs. Ce voilier est multicoque, avec une coque principale 1, sur laquelle prend place le pilote sportif ou plaisancier 2 (en position debout dans cet exemple de réalisation plus spécialement destiné aux amateurs de planches à voiles), et deux flotteurs identiques 3 et 4 de dimensions préférentiellement un peu plus réduites que celles de cette coque principale 1 et destinés à l'appui latéral à la manière des premières pirogues à balancier. Ces flotteurs 3, 4 sont maintenus, symétriquement et par des moyens qui seront décrits ci-après, parallèles à la coque 1, et dans des plans sécants. En outre, et c'est un point particulièrement avantageux comme on le verra ci-après, ils forment chacun, avec la coque 1, un parallélogramme articulé et déformable. A un instant donné, un seul de ces flotteurs (3 dans le cas de figure représenté) est immergé en même temps que la coque principale 1, tandis que l'autre, soit 4 dans ce cas de figure, se trouve en élévation à la verticale de cette coque 1. Les rôles et positions de ces deux deux flotteurs d'appui sont interchangés, selon un principe général connu en soi, par rotation de 90 degrés autour de l'axe longitudinal de la coque principale 1 lors d'un virement de bord. Pour solidariser les trois flotteurs 1, 3, 4 ainsi que pour servir de support de voilure, il est prévu un cadre ABCD carré, rigide, indéformable, réalisé en matériau léger tel qu'un alliage d'aluminium, dont les deux diagonales AC et BD sont matérialisées et solidarisées en leur point-milieu C'. La diagonale CA est prolongée d'un relativement court tronçon AA', et l'extrémité libre A' de ce prolongement est une rotule de fixation articulée du cadre ABCD sur un point central de la coque principale 1. Ce prolongement a pour but, comme on le voit sur le dessin, d'éviter que la voile inférieure horizontale ne traîne dans l'eau. Pareillement, deux courts prolongements BB' et DD' des montants CB et CD du cadre sont prévus pour fixer, de manière articulée, ce cadre en des points centraux B' et D' des flotteurs d'appui 3 et 4. Ces articulations en B' et D' sont par exemple des articulations à rotule, comme l'est celle prévue en A'. Bien entendu, compte-tenu de la totale symétrique de l'engin par rapport à l'axe CA', les longueurs des prolongements DD' et BB' sont égales. La barre diagonale CAA' est immobilisée, dans le plan orthogonal à l'axe longitudinal de la coque 1 et passant par A', au moyen de deux étais 5 et 6 d'égale longueur et reliant symétriquement le point C' à deux points M et N situés respectivement à l'avant et à l'arrière de cette coque 1 et à égale distance du point A'. De la sorte, cette barre CAA', et le cadre ABCD avec elle, ne peut que tourner autour de son axe longitudinal ou pivoter, en restant dans son plan orthogonal à la coque 1, autour du point A'. La solidarisation des trois flotteurs 1, 3, 4, est complétée par deux haubanages d'allure triangulaire, l'un 7 à l'avant du voilier et l'autre 8 à l'arrière de celuici, matérialisant deux plans KIM et LJM qui demeurent toujours parallèles entre eux et parallèles au cadre ABCD quelle que soit la position de ce dernier. Ainsi est créée une structure de flotteurs à géométrie variable, les figures géométriques IJNM d'une part et JLNM d'autre part constituant des parallélogrammes articulés et déformables. La structure qui est dessinée en figure 2 est en outre complétée pour recevoir une voilure très particulière, comportant comme représenté deux voiles "verticales" 9, 10, de type biplan, et deux autres voiles "horizontales" 11, 12, également de type biplan, formant deux couples identiques de voiles elles-mêmes identiques et maintenues parallèles l'une à l'autre au moyen de tangons (ou bielles) de solidarisation, 13 et 14 respectivement. Chaque montrant CB, DA, AB, DC du cadre sert respectivement de mât pour chacune des voiles 9, 10, 11, 12. En outre, il est prévu pour chaque voile un arceau h rigide de guidage, ou Awhislbone" 15, qui comporte une partie extérieure arquée 16 destinée à être saisie à deux mains par le plaisancier 2, et une barre rectiligne 17 rigide, qui forme une croix ou croisillon avec le montant de cadre associé, et qui définit avec ce montant quatre points de fixation (APDQ par exemple) pour chaque voile (10 dans cet exemple). Finalement, le mât (AD par exemple) de chaque voile (10 dans ce cas) la divise approximativement en deux dans le sens de la largeur, mais de façon que de son centre de gravité soit en arrière de l'axe de rotation de cette voile. Le fonctionnement de cet engin à voile sera maintenant explicité en se référant également à la figure 4. D'une manière générale, cet engin constitue un montage de deux assemblages 9, 10, et 11, 12 de voilure biplan orthogonaux dont l'un (9, 10 sur le dessin) est en position verticale et sert à la propulsion par le vent, et l'autre (soit 11, 12) est en position horizontale et soit, s'il n'est pas orienté par le plaisancier, se met automatiquement dans le lit du vent et n'a alors aucun effet (ce qui est le cas pour l'engin représenté au dessin) soit, s'il est orientable par un dispositif de manoeuvre tel que par exemple un dispositif classique à écoutes et poulies de renvoi, peut servir à la sustentation au moins partielle dans l'air de l'engin auquel ce montage est fixé. Comme on l'a vu, l'angle d'incidence par rapport au vent apparent (vent réel diminué de la vitesse de l'engin) du plan de voilure vertical 9, 10 est réglé par l'utilisateur 2 au moyen de l'arceau de manoeuvre 16, le mouvement de la voile 10 étant transmis à la voile 9 par la bielle 13 et cet angle d'incidence étant réglé pour obtenir la poussée de propulsion maximale. Si cet engin est équipé d'un dispositif de commande de l'angle d'incidence de la voilure horizontale 11, 12, celui-ci serait réglé pour obtenir la poussée de sustentation maximale possible sans provoquer la chavirage de l'engin. L'ensemble du dispositif de solidarisation décrit précédemment permet également la transmission des efforts et couples appliqués, par le pilote 2, au flotteur principal 1, jusqu'aux flotteurs d'appui 3, 4 et réciproquement. En navigation sur un bord quelconque, l'engin, qui se conduit au moyen du "whishbone" 15 un peu à la manière d'une planche à voile, se comporte plutôt comme un catamaran, seules les deux coques immergées 1, 3 assurant la stabilité de l'embarcation. Cependant, lorsque le pilote, en agissant sur l'arceau 16, fait tourner le cadre ABCD autour de sa diagonale CA et, de ce fait, incline en avant ou en arrière le montant DA du cadre qui se trouve approximativement au droit de la coque principale 1, cette rotation a pour effet de déformer le parallélogramme articulé IJMN formé par les deux flotteurs 1 et 3, ce qui permet d'avancer le flotteur sous le vent, 3, par rapport à la coque principale 1. Cet effet d'avancée du flotteur sous le vent présente l'avantage suivant, que ne possèdent pas les catamarans La résultante de la force du vent exercée sur la voilure de propulsion s'exerce environ à deux mètres de hauteur, pour fixer les idées, alors que la résistance à l'avancement se situe au niveau de l'eau. Il en résulte normalement un couple de basculement vers l'avant, qui n'est pas compensé sur un catamaran et qui est compensé sur une planche à voile par le fait que le véliplanchiste se rejette alors en arrière. Ici, 1 l'engin est apte à prendre des dimensions très supérieures à celles d'une planche à voile, donc très supérieures à l'échelle humaine, de sorte que le simple effet du poids du pilote 2 se penchant en arrière ne serait pas suffisant pour s'opposer à ce couple de basculement.En revanche, le fait de manoeuvrer l'engin pour déformer le parallélogramme IJNM de façon que le flotteur d'appui 3 avance en avant du flotteur principal 1 fait jouer à ce flotteur latéral 3 un rôle de béquille qui s oppose alors à ce couple de basculement. Cette action sur le cadre ABCD est utilisée par ailleurs pour atteindre deux objectifs complémentaires (voir la figure 4). Le premier consiste à maintenir constant le cap de l'embarcation. En effet, selon la répartition des charges sur les deux flotteurs immergés, et en particulier, en fonction de l'importance du couple de chavirage occasionné par la poussée du vent sur la voilure tant verticale qu'horizontale, les deux flotteurs en contact avec l'eau sont immergés plus ou moins profondément et, par conséquent, la poussée anti-dérive exercée sur chacun d'eux est variable en intensité. La résultante GT des deux poussées anti-dérive passe cependant toujours par un point R situé sur l'axe passant par les centres de dérive des deux flotteurs au droit de A'B'.Mais ce point R, normalement approximativement à mi-chemin entre A' et B', peut évoluer sur cet axe selon l'intensité de la poussée anti-dérive exercée sur les deux flotteurs G1 et G2. D'autre part, la résultante FT de la poussée vélique exercée sur l'ensemble de la voilure se trouve, quant à elle, passer par un point W qui se trouve toujours sur l'axe passant par les centres de poussées des différentes voiles (U et V pour les voiles verticales) et ce point est réputé immobile puisque les voiles appariées, semblables en dimension et en orientation, fournissent des poussées d'importance identique. Il s'ensuit que pour maintenir l'embarcation en ligne droite, il faut amener la résultante de poussée vélique partant du point W à passer au droit du point R, origine de la résultante de la poussée anti-dérive, ce qui a pour effet d'annuler tout couple pouvant entraîner le changement de direction de l'embarcation.Pour ce faire, il suffit, comme indiqué précédemment, d'agir sur le montant du cadre approximativement au droit du flotteur principal AD pour l'incliner plus ou moins en avant ou en arrière, ce qui a pour effet de faire se mouvoir le point R sur l'axe A'B' jusqu'à satisfaire la condition énoncée au paragraphe précédent. Le deuxième objectif mentionné, complémentaire du premier, consiste à utiliser la même action sur le cadre pour entraîner le changement de route de l'embarcation en rompant la condition d'équilibre énoncée précédemment dans un sens ou dans l'autre. Cette action éventuellement complétée par un couple exercé par le pilote sur le flotteur principal autour de son articulation en A' et transmise aux flotteurs d'appui permet de modifier la direction de l'embarcation pour se rapprocher de l'axe du vent (lof) ou s'en éloigner (abattée) ou pour virer de bord, manoeuvre au cours de laquelle le cadre bascule de 900 au dessus du flotteur principal et les positions des flotteurs d'appui et des plans de voilure sont échangés, la voilure précédemment horizontale devenant verticale et réciproquement. Comme il va de soi, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit. C'est ainsi par exemple que la coque principale 1 pourrait, au lieu d'être un simple flotteur sur laquelle se tient debout le pilote, être une vraie coque de bateau, avec cabine éventuellement, dans ou sur laquelle le barreur 2 serait assis. l'engin serait alors muni d'un gouvernail et l'arceau de manoeuvre 16 serait remplacé par un système de commande classique à écoutes et poulies, ce système étant alors avantageusement conçu pour agir, de manière séparée, sur les voiles verticales (réglage de la poussée propulsive) aussi bien que sur les voiles horizontales (réglage de la composante de sustentation). Dans un même ordre d'idées, l'engin pourrait être équipé de voiles rigides et profilées, au lieu de voiles souples. Dans la réalisation décrite, la branche 17 de l'arceau de commande 15 pourrait ne pas être solidaire en son milieu du montant associé du cadre, ce qui présenterait néanmoins l'inconvénient de solliciter la voilure elle-même lors de la transmission des efforts. REVENDICATIONS 1 - Véhicule nautique multicoque à propulsion vélique, caractérisé en ce qu'il comporte trois coques (1, \, 3) séparées et parallèles, dont une coque principale (1) portant le pilote (2) du véhicule, et deux flotteurs d'appui latéral (3, 4) sensiblement identiques et définissant respectivement avec la coque principale (1) deux plans (IJNM et KLNM) sécants des moyens (7, 8, B'BAA', D'DAA') de liaison entre ces trois coques, ces moyens étant aptes non seulement à maintenir les deux flotteurs (3, 4) parallèles à la coque principale (1) et dans les plans sécants précités, mais encore à former avec la coque principale (1), et de manière symétrique pour chacun des flotteurs (3, 4), un parallélogramme articulé et déformable (IJNM et KLNM) un cadre carré (ABCD), rigide et indéformable, ce cadre servant de mât de support de la voilure (9 à 11) tout en participant à la liaison précitée entre les trois coques et étant articulé en un point (A') de la partie médiane de la coque principale (1) par l'extrémité libre d'un prolongement (AA') d'une de ses diagonales, étant en outre articulé de façon similaire en un point (B') de la partie médiane d'un des flotteurs (3) par l'extrémité libre d'une autre protubérance (BB') du cadre, située du même côté de ce cadre que l'autre prolongement précité (AA') mais à distance substantielle (AB) de ce dernier, ce même cadre étant encore articulé, de manière symétrique à l'articulation (B') sur ce premier flotteur, c'est à dire au bout d'une protubérance (DD') symétrique de la précédente (BB'), en un point (D') de la partie médiane du deuxième flotteur (4), chaque couple (BC, AD, et AB, DC) de montants parallèles de ce cadre servant de mâts respectifs de support d'un couple de voiles (9, 10 et 11, 12), souples ou rigides, de type biplan, de sorte que ce voilier présente toujours, qu'il repose sur l'eau soit sur la coque principale (1) et sur un premier flotteur (3), soit, après avoir basculé de 90 degrés par exemple après un virement de bord, sur cette coque principale et sur l'autre flotteur (4), deux couples sensiblement identiques (9, 10 et 11, 12) de voiles biplan, dont un couple de voiles verticales aptes à servir à la propulsion et un couple de voiles horizontales pouvant servir à la sustentation des moyens (5 et 6) pour maintenir la diagonale (CA) du cadre dans un plan sensiblement orthogonal à l'axe longitudinal de la coque principale (1), cette diagonale, et le cadre avec elle, ne pouvant alors se mouvoir soit qu'en pivotant autour de son axe longitudinal soit, en restant dans ce plan, en pivotant autour dudit point d'articulation (A') sur la coque principale (1) ; et des moyens (13, 14) pour solidariser les deux voiles de chaque couple afin de les maintenir bien parallèles quelle que soit leur orientation, ainsi que des moyens (15) de commande actionnés par le pilote (2) pour régler l'orientation du cadre (ABCD) ainsi que pour au moins régler l'orientation du couple de voiles verticales. 2 - Véhicule nautique selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque voile et montée, et fixée en quatre points (AP, DQ), de telle sorte que le montant (AD) qui lui sert de mât la divise approximativement en deux dans le sens de la largeur, mais de manière à ce que son centre de gravité soit situé en arrière de l'axe de rotation de la voile. 3 - Véhicule nautique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ces quatre points de fixation sont constitués par les deux extrémités (AD) du montant de cadre qui sert de mât à la voile (10) considérée, et par les deux extrémités (P, Q) d'une barre rigide (17) croisant ce montant (AD). 4 - Véhicule nautique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ce montant (AD) et cette barre rigide (17) forment un croisillon rigide. 5 - Véhicule nautique selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que cette barre rigide (17) fait partie d'un arceau de manoeuvre du genre "whishbone" (15) 6 - Véhicule nautique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdites autres protubérances (BB' et DD') du cadre sont constituées chacune par un prolongement d'un montant (CD et CB) du cadre.