Brevet FR2818236A1 — publié le 20020621

L'invention décrite ici concerne un dispositif de stabilisation de voiliers monocoques ou de catamarans par le déplacement automatique d'un lest non immergé. Traditionnellement les monocoques sont stabilisés par un lest situé sous la quille ou dans le cas des dériveurs par une dérive immergée jouant le rôle de lest que l'on peut relever en eau peu profonde, par une quille inclinable, ou par un ballast d'eau qui déplace le centre de gravité au vent. Les catamarans sont stabilisés essentiellement par l'écartement de leurs flotteurs, parfois par des foils ou comme pour les monocoques par un ballast d'eau. Cette invention peut être utilisée indifféremment sur un monocoque ou sur un catamaran. Pour en simplifier la description nous allons dans un premier temps nous limiter au cas du monocoque. Il faut d'abord définir un axe de rotation (1) fixe par rapport à la coque, approximativement horizontal, situé dans le plan de symétrie de la coque, et à une hauteur suffisante pour permettre le fonctionnement décrit par la suite. La position de cet axe est déterminée par deux membrures (3a et 3b) de la coque (10). Le dispositif comprend : 1-Un ensemble mobile. Cet ensemble est composé : a) d'un support qui comprend deux fléaux (4a, 4b) perpendiculaires à l'axe (1), deux traverses latérales (4c, 4d) réunissant les extrémités des fléaux et d'une troisième traverse centrale (4e) réunissant les parties supérieures des fléaux, b) d'un mât porté par la traverse 4e, c) de deux glissières composées elles-mêmes de 2 profilés en U (Sa et 5b) parallèles dont les ouvertures des U se font face et qui sont fixés sur les fléaux (4a et 4b). 2-Un chariot (11) muni de quatre roulements (12) peut se déplacer dans les profilés de glissières (5a et 5b). Le lest proprement dit (6) est fixé sous le chariot (11). 3-Une liaison mécanique composée de quatre poulies et de deux filins, commande le déplacement du chariot dans les glissières en fonction de la rotation de l'ensemble mobile par rapport à la coque (10). Les deux poulies (7) sont fixées au milieu des traverses 4c et 4d en face du centre du chariot. Les deux autres poulies (8) sont fixées au fond de coque à une même distance de l'axe (1) que les poulies (7) de l'ensemble mobile. Symétriquement chaque filin est attaché au chariot puis passe dans une poulie (7) et dans la poulie (8) correspondante. Dans le cas des figure 1 et 2 le filin revient finalement s'attacher à l'axe de la poulie (7). Fonctionnement : En absence de vent et de vagues le centre de gravité du lest (6) se trouve dans le plan de symétrie de la coque (figure 1). Avec un vent latéral (figure 2), l'ensemble mobile pivote autour de l'axe (1), la distance entre les poulies mobiles (7) et les poulies (8) du fond de coque vont augmenter d'un coté et diminuer de l'autre, ce qui va entraîner un déplacement du chariot sur les glissières. Le déplacement du chariot est limité par des butées disposées aux extrémités des glissières. Si le vent n' est pas trop fort, le déplacement du lest s'effectue jusqu'à ce que le poids du lest équilibre la force latérale du vent sur les voiles. L'enroulement des filins adopté dans le cas des figures exposées ici est tel que le rapport entre le déplacement du chariot sur les glissières et la variation de distance entre les poulies mobiles (7) et les poulies (8) de fond de coque est égal à deux. On peut envisager un enroulement supplémentaire du filin sur les poulies et le rapport est alors égal à trois. Ce rapport sera noté dans la suite : rapport de déplacement du lest. Dans tous les cas, poulies et filins fonctionnent comme un treuil inversé, c'est à dire que l'écartement des poulies commande le déplacement du lest, alors que dans un treuil de levage, par exemple, c'est la traction sur le filin ou la chaîne qui commande l'écartement des poulies. Quelque soit le rapport de déplacement du lest, la trajectoire du lest par rapport à la coque résulte de la combinaison de deux mouvements : La rotation des glissières et la translation du chariot sur les glissières. Le lest décrit donc un arc de spirale. Pour un angle de rotation ou angle de gîte du mât inférieur à 20 degrés, cet arc de spirale peut être confondu avec un arc de cercle (13) figure 2. La figure 1 représente les divers éléments de l'invention dans le cas où le vent est nul et où il n'y a pas de vague. La figure 2 représente la position des éléments dans le cas où l'ensemble mobile gîte par rapport à la coque, la courbe en tirés (3) représente la trajectoire du centre de gravité pour une gîte du mât comprise de-20 à +200. La figure 3 représente l'axe (1), les membrures (3a et 3b), les fléaux (4a et 4b) et les glissières de (5a et 5b), le chariot (11) et ses quatre roulements (12), et le lest (6) fixé sous le chariot. L'éclaté de la figure 4 représente en perspective les éléments de la figure 3. L'adaptation du montage au catamaran est en principe simple, l'axe (1) est porté par deux arceaux reliant les deux flotteurs du catamaran. Le lest (6) n'est pas immergé au repos et il n'y a pas d'espace pouvant se remplir d'eau. Les poulies (8) sont fixées sur le pont des coques. La présence d'un lest sur un catamaran est inhabituelle mais on peut prévoir une forme de coque pour provoquer l'effet de surf. Le déplacement latéral du lest (6) joue le rôle d'un ballast placé dans l'une des coques, mais ici le déplacement du lest assure en permanence l'équilibre du bateau en fonction de la variation de la force du vent tant que les limites en butée ne sont pas atteintes, ce qui permet de maintenir les deux coques au contact de l'eau et simplifie l'utilisation d'un pilote automatique. D'autre part l'amélioration de la stabilité permet de diminuer l'écartement traditionnel des flotteurs ce qui est un avantage lors du mouillage au port. Il faut remarquer que dans le cas d'un catamaran le montage est au dessus des coques alors que pour un monocoque il prend appui sur le fond de la coque. Pour un même lest et un même ensemble mobile, le centre de gravité du lest étant plus élevé, il faudra pour un catamaran prendre un bau supérieur à celui d'un monocoque. Cette invention doit permettre d'obtenir une stabilité automatique de la coque sans intervention du barreur, sans ordinateur, sans consommation d' énergie stockée à bord. Une ou deux dérives peu profondes et finement profilées, avec un lest non immergé entraînent une diminution très importante de la traînée par rapport à un monocoque traditionnel. La forme du lest et la position de son centre de gravité peuvent être adaptées au mieux en fonction des contraintes d'encombrement et de butées. L'équilibre entre la force du vent et la position du lest (6) sur les glissières (5) ressemble à celui obtenu par le barreur qui monte au trapèze sur un dériveur léger sauf qu'ici l'équilibre est obtenu automatiquement. Une légère gîte de la coque est due à la force latérale de l'eau sur la dérive. - Les figures 1 et 2 montrent le fonctionnement de l'invention dans le cas où le rapport de déplacement est 2 ; dans le cas d'un rapport de 3 l'angle de rotation du mât pour amener le chariot en butée est plus faible, la voile prend donc mieux le vent mais il devient nécessaire d'utiliser des poulies de très bonne qualité car les frottements et les efforts sur les axes de poulies deviennent très importants. - Lorsque le chariot arrive en butée en bout de glissières le poids du lest est insuffisant pour équilibrer la gîte du mât, la rotation de l'ensemble mobile par rapport à la coque ne peut plus augmenter et la gîte de la coque est entraînée par celle du mât. - L'équilibre du lest est atteint sans intervention du barreur, et sans consommation d'énergie stockée à bord. - Dans le cas d'un monocoque la dimension des glissières (5) impose un bau important, une coque à fond presque plat, un tirant d'eau faible, donc une aptitude à surfer à vitesse relativement faible. La surface du fond autorise une augmentation du poids du lest (6) importante pour une augmentation relativement faible de la surface mouillée. - La forme du lest (6) non immergé est choisie librement ; seules les contraintes de butées doivent être étudiées soigneusement. - La forme de la coque permet d'utiliser une ou deux dérives finement profilées ce qui est favorable au passage en eau peu profonde et à la facilité d'échouage. - La traînée fortement diminuée par rapport aux embarcations à quille profonde et à lest immergé est un aussi un avantage très important à vitesse élevée. - La surface mouillée est importante. - Le montage occupe toute la largeur de la coque et de ce fait sépare la coque en deux parties entre lesquelles les déplacements seront difficiles. - L'espace occupé par le montage est ouvert vers le haut et peut se remplir d'eau ; il faudra donc des cloisons étanches pour séparer cet espace des parties avant et arrière de la coque ; il faudra aussi prévoir un moyen rapide d'évacuation de l'eau. - Le déplacement du chariot (11) dans les glissières peut s'avérer bruyant. Actuellement des essais sont en cours sur un monocoque modèle réduit conçu spécialement pour cette invention, les résultats donnent à penser qu' il est possible de construire en vraie grandeur des monocoques et des catamarans stables, rapides et faciles à barrer. Cette invention peut aussi trouver des applications pour la stabilisation d'hydroptères, de modèles réduits de voiliers et aussi de chars à voile radio-commandés. Revendications 1) Dispositif pour stabiliser les voiliers caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble mobile composé du mât (2), d'un support de glissières (4a, 4b, 4c, 4d, 4e) et de deux glissières (5a, 5b). Cet ensemble peut pivoter autour d'un axe (1) pratiquement horizontal et situé dans le plan de symétrie de la coque (10). Lorsque la coque et le mât ne gîtent pas, les glissières sont horizontales et sont perpendiculaires au plan de symétrie de la coque. 2) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un lest porté par un chariot (ll) susceptible de se se déplacer dans les glissières (5a, 5b). 3) Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il comporte une liaison mécanique entre 1'ensemble mobile et la coque constituée : - de quatre poulies dont deux poulies (7) sont fixées sur l'ensemble mobile et les deux autres (8) au fond de coque (10). - de deux filins. Chaque filin (9) part du chariot (11), puis passe par une poulie (7) fixée à l'ensemble mobile et par la poulie (8) correspondante fixée au fond de la coque (10) et revient s'attacher à l' axe de la première poulie (7), de sorte que la gîte du mât par rapport à la coque entraîne le déplacement au vent du chariot dans les glissières. Le déplacement du lest s'effectue jusqu'à ce que le poids du lest équilibre la force latérale du vent sur les voiles. Le déplacement du chariot est limité par des butées disposées aux extrémités des glissières.