Lycée général et technologique OzennePremière scientifique 1

Travail personnel encadré

La voile : comment et pourquoi un voilierpeut-il avancer sans moteur ?

Alexis FRAPARD, Valentin MELOT, Robin MARIONNEAU

Toulouse, 2011 – 2012

2 août 2009 : le trimaran géant maxi Banque populaire V dirigé par Pascal Bidégorry et sesonze hommes d’équipage passe le cap Lizard, à l’extrême sud-ouest de la Cornouaille Anglaise.Parti du phare d’Ambrose à New-York trois jours et quinze heures plus tôt, il vient de pulvériser lerecord du monde de la traverseée à la voile de la traversée la plus rapide de l’océan Atlantique avecplus de douze heures d’avance. Il aura parcouru les 2 880 milles nautiques (5 400 km) qui séparentle Nouveau Monde du Vieux Continent à la vitesse moyenne de 33 nœuds (61 km · h−1), avec despointes à 46 nœuds (85 km · h−1), et battu au passage le record de la plus grande distance parcourueen 24 heure : 908,2 milles soit près de 1700 km. Il n’aura cependant a aucun moment dépassé lerecord du monde de vitesse instantanée, à la voile, 61 nœuds (113 km · h−1) détenu par l’Hydroptère.

Bien que loin d’être le plus rapide — sa vitesse étant bien inférieure à celle des trains comme leTGV qui dépassa en 2007 les 574 km · h−1, bien inférieure à celle du Thrust SSC, cette « voiture »supersonique capable de franchir le mur du son, bien inférieure à celle du Concorde qui reliant poursa part Paris à New-York en trois heures et demi, et surtout ridicule par rapport à celle de la sondespatiale New Horizons qui survole en ce moment Uranus à la vitesse de 21 km · s−1 —, loin d’êtrele plus moderne — on suppose qu’il a été inventé en Mésopotamie il y a près de 6 000 ans —, levoilier reste l’un des engins les plus ingénieux parmi ceux inventés par l’Homme. En effet, de tousceux cités précédemment, il est le seul à pouvoir fonctionner grâce à aux forces de la nature, encanalisant le vent.

Comment et pourquoi un voilier peut-il fonctionner sans moteur ?Nous verrons dans un premier temps à quoi ressemble un voilier en détail, avant de nous inté-

resser à la propulsion du navire, la formation du vent, la flottaison et l’équilibre, puis la navigationet finalement les manœuvres et les accidents qui peuvent survenir.

Figure 1: Le trimaran géant Maxi Banque Populaire V, fin 2011

3

Sommaire

1 Le voilier 71.1 Les différents types de voiliers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.2 Nomenclature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.3 Historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2 La propulsion 152.1 Mesurer la force du vent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152.2 Avancer à différentes allures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.2.1 Voguer au portant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.2.2 Avancer au travers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.2.3 Remonter au près . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.3 Vent réel et vent apparent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.4 La polaire des vitesses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3 L’origine du vent 273.1 Phénomènes de mécanique des fluides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.1.1 Force de Coriolis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.1.2 Équilibrage des pressions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273.1.3 Loi de Buys-Ballot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.1.4 Densité des fluides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.1.5 Déviation des courants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.2 Les échelles de formation du vent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.2.1 A l’échelle planétaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.2.2 À l’échelle régionale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.2.3 À l’échelle locale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373.2.4 À l’échelle du plan d’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

3.3 Distinctions entre les types de vents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

4 La stabilité du navire 414.1 La flottaison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414.2 L’équilibre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

5

5 Navigation 475.1 Les instruments de navigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

5.1.1 Astrolabes et compas de relèvement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475.1.2 Cartes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495.1.3 Autres instruments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

5.2 Le repérage par coordonnées géodésiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525.2.1 Les moyens traditionnels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535.2.2 Les systèmes de géopositionnement par satellite . . . . . . . . . . . . . . . 54

5.3 La détermination d’un cap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565.4 La triangulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

6 Manœuvres et accidents 616.1 Les signaux de détresse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616.2 Auloffée, abatée et mise à la cape . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 626.3 Virement et empannage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 636.4 Départ au lof et à l’abattée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 656.5 Homme à la mer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 666.6 Chavirage, dessalage et enfournement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 686.7 Démâtage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 696.8 Échouement et naufrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

Conclusion 73

Lexique 75

Sources 77Textes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77Images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

6

Partie 1

Le voilier

1.1 Les différents types de voiliersPour commencer, il nous faut définir précisément ce qu’est un voilier. Il s’agit d’un engin flottant

se déplaçant grâce à l’utilisation à son profit de la force du vent.Cette définition est relativement large, car elle inclut aussi bien des trois-mâts que les planches

à voile. Nous allons voir ici en détail quelques types de navires à voile (fig. 1.1) :

Les planches à voile sont parmi les plus petits voiliers. Constituées exclusivement d’une planche,d’une voile et d’un aileron sous l’eau, elles sont dirigées manuellement.

Les dériveurs sont des petits bateaux à une coque. Très légers, ils sont généralement faits pour unou deux équipiers seulement. On peut citer dans cette catégorie les optimists ou les laser.

Les quillards sont des bateaux déjà beaucoup plus gros. Munis d’une seule coque, ils disposentd’un lest qui les empêche de chavirer.

Les multicoques n’ont pas de lest, mais leurs deux (catamaran) ou trois (trimaran) coques écartéesleur assure une grande stabilité. Ils sont les bateaux les plus rapides qui existent.

Les galères, à forme très allongées et qui furent très utilisées jusqu’au xviiie siècle. On peut citernotamment les trières et trirèmes, les liburnes...

Les vaisseaux et les galions sont les plus gros navires. Habitables, souvent munis de plusieursmâts, ils étaient destinés avant d’être remplacés par les cargos à moteurs à transporter mar-chandises et passagers entre les continents, où à la guerre. Cette catégorie regroupe les vais-seaux de ligne, les frégates, les caravelles...

1.2 NomenclatureUn navire à voile est un ensemble d’éléments simples assemblés de manière complexe. Les

principaux éléments du voilier sont la coque, qui assure la stabilité et la flottaison du bateau, le jeude voile qui permet la propulsion, le gréement qui maintient les voiles en place, une quille ou unedérive pour permettre au bateau de tenir sa route, et un gouvernail pour diriger.

7

Figure 1.1: Différents types de voiliers. De gauche à droite et de haut en bas : une planche à voile sur lacrète d’une vague, un dériveur 4,70 au rappel, un flying fifteen sous spi, un catamaran fonçantau travers, une maquette de trirème grecque et le vaisseau Borda, peint par Auguste Mayer en1867.

8

Certain de ces éléments sont fixes et reliés ensemble, d’autres sont mobiles. Pour les déplacer,on utilise généralement des bouts, filins, ou cordages, qui, par l’intermédiaire d’un jeu de poulies,de palans et de treuils, transmettent le mouvement au jeu de voile pour l’orienter, le contrôler ou leréduire. Ceci lui permet d’optimiser sa prise au vent pour avancer à vitesse désirée, de s’adapter auxvariations de sa force ou de sa direction, de changer de direction, de s’arrêter.

Voici une liste non exhaustive des principaux éléments d’un voilier de plaisance moderne (fig.1.2) :

La grand-voile, de forme triangulaire, n’est pas contrairement à ce que pourrait laisser supposerson nom toujours la plus grande des voiles par sa surface. En revanche, elle est la plus impor-tante car elle n’est en principe jamais affalée (decendue) sauf au mouillage. Elle est l’élémentprincipal de propulsion et de direction du bateau. Elle s’adapte à la force du vent par différentssystèmes de réduction de sa surface.

Le foc est une autre voile, triangulaire elle aussi et toujours hissée devant la grand-voile. Lors quele bateau remonte face au vent, elle permet d’accélerer les filets d’air entre elle et la grand-voile ce qui augmente la puissance du jeu de voiles. Lorsqu’au contraire le bateau descenddans le sens du vent, elle permet d’augmenter la priseà l’air.

Le spinnaker ou spi est une voile qui n’existe pas sur les plus petits bateaux. Contrairement auxdeux précédentes, elle n’est pas triangulaire mais à la forme d’une section sphérique à troiscôtés. Elle ne sert que lors que le bateau descend avec le vent, où elle permet d’augmenterla surface de voilure exposée au souffle d’air, maximisant ainsi la vitesse. À cette fin, elleest écartée du centre du bateau du côté d’où vient le vent par un tangon, perche orientablearticulée et maintenue par la balancine et le hale-bas de tangon. Fragile, elle demande lamaîtrise d’un équipage confirmé faute de quoi des incidents peuvent se produire par vent fort.

La coque est l’élément central porteur du bateau. Elle maintient tous les éléments en place, assurela flottaison de l’ensemble, et accueille l’équipage, la cargaison et les éventuels passagers. Descaractéristiques de son dessin découlent les différentes performances du navire en fonction duprogramme auquel il est destiné (régate, croisière, course au large...).

La dérive est située sous la coque, dans l’axe du bateau. Elle l’empêche de dériver lors que le ventest latéral. Sa forme est hydrodynamique dans le sens de la marche tandis que sa surfaceoppose une résistance imporante au glissement latéral venu du vent ; d’où son nom. Sur cer-tains bateaux appelés quillards, elle est affectée d’un lest, ce qui par effet de levier s’opposeau forces de chavirage (vent ou vagues). On l’appelle dans ce cas quille. Sur les vaisseaux,galères et multicoques, c’est la forme de la coque qui fait office de dérive. Sur les planches àvoile enfin, on parle d’aileron.

Le safran est l’élément du gouvernail au contact de l’eau, l’autre étant la barre, maîtrisée par lebarreur. En déviant les filets d’eau, il permet au bateau de changer de cap. À partir d’une cer-taine taille d’unité, la barre est remplacée par une roue qui démultiplie les efforts à transmettreau safran.

Le mât est une perche verticale située au centre du bâteau. Mesurant plusieurs mètres, voire plu-sieurs dizaines de mètre de haut, il maintient la grand-voile, et les palans permettant de hissertoutes les voiles. Les unités anciennes ou très grandes comportent plusieurs mâts pour diviseret répartir les efforts.

9

Figure 1.2: Schéma de côté d’un voilier gréement Marconi. 1 : grand-voile – 2 : foc – 3 : spinakker – 4 :coque – 5 : quille – 6 : safran – 7 : dérive – 8 : mât – 9 : barres de flèche – 10 : haubans – 11 :écoute de grand-voile – 12 : bôme – 13 : mât – 14 : tangon – 15 : pataras – 16 : étai – 17 :hale-bas de bôme

10

La bôme, fixée au mât par le vit de mulet, est quant à elle une perche horizontale orientable main-tenant la forme de la grand-voile.

Les haubans, l’étai et les pataras sont un ensemble de câbles en tension qui maitiennent etcontrôlent la rigidité et la forme du mât et des voiles par la triangulation des efforts assu-rée par les barres de flèche. L’ensemble constitue le gréement dormant.

Les drisses servent à hisser et tendre les voiles en position haute, tandis que les écoutes, les bras etles hale-bas contrôlent leur orientation et leur tension basse. Ils forment le gréement courant.

Certains éléments sont présents en double, comme les haubans : il y a un hauban à gauche et unà droite du navire. On nomme les deux zones du navire « tribord » pour celle qui se trouve à droitelorsque l’on regarde dans le sens de la mache, et « bâbord » pour celle qui se trouve à gauche. Il n’ya donc plus de confusion possible entre le hauban tribord et le hauban babord. Parfois, on préfèreparler du côté « au vent », celui d’où vient le vent, et du côté « sous le vent », le côté opposé dunavire, l’équipage étant toujours du côté au vent.

1.3 HistoriqueL’idée d’utiliser une embarcation pour flotter et traverser une étendue d’eau est probablement

née rapidement après l’apparition de de l’Homme, et lui permit de migrer vers l’Amérique et versl’Océanie. Les premières pirogues ont dû quant à elles apparaître au paléolithique. Cependant, l’uti-lisation du vent plutôt que la force musculaire est plus tardive : les premières traces de navires datentde l’époque sumérienne, vers 4 000 avant Jésus-Christ.

La marine à voile se développe dans l’Égypte antique, vers −2 500. Les marchands Égyptiensutilisent alors des gondoles à voiles carrées, d’abord pour remonter et decendre le Nil, puis pourexplorer des nouveaux horizons commerciaux : ils parcourent ainsi la mer Rouge et le golfe d’Aden.

Les Athéniens, lors de la période héllénistique, développent le concept et inventent la trière. Na-vire très allongé, utilisé notamment dans des buts militaires, elle utilise deux modes de propulsions :le vent lors qu’il souffle dans la même direction que celle du bateau, et les rames dans tous les autrescas. Sont aussi inventés à la même époque des navires de commerce bien plus proches de ceux quenous connaissons, avec une coque boursoufflée et large. Mais les voiles carrées, seule forme encoreutilisée à l’époque, ne permettent pas d’aller dans une direction opposée à celle du vent.

Pendant l’antiquité, la diffusion de la technologie permet l’apprentissage de la navigation, laconnaissance du vent, et des perfectionnements successifs comme l’invention de l’ancre par lesRomains. La majorité du commerce autour de la mer Méditerranée se fait à la voile, tandis quechaque grande puissance organise une flotte de guerre

La chute de l’Empire romain met fin aux découvertes géographiques et à l’innovation dansla marine, jusqu’au ixe siècle environ. À cette époque, les drakkars vikings sont construits pourexplorer le grand Nord : Iles Féroé, Islande, Groenland, Vinland... Ils présentent comme principaleinnovation leur symétrie, leur fond très plats qui leur permet de naviguer avec peu de fond, et leurlarge quille qui tient d’un seul tenant.

Au xve siècle, le besoin naît chez les Européens d’explorer le monde. Pour cela sont inventésde nouveaux types de navires à voile. La caraque, ou nef, grand navire à deux chateaux est dérivéedes cogues, les bateaux de la mer du Nord. Sa taille lui donne une certaine stabilité, ce qui permet

11

Figure 1.3: Les évolutions les plus marquantes des voiliers : de gauche à droite et de haut en bas un dessinde navire égyptien datant du troisième millénaire avant Jésus-Christ, une maquette de trièregrecque, romaine, un drakkar viking, la caraque des chevaliers de Malte, un vaisseau de lignede la marine Royale de Louis XIV, le Napoléon, premier navire de guerre mixte moteur/voile, unnavire à voile des années 1930 et un grand Surprise, navire récent des années 1980.

12

à ce bateau à plusieurs voiles d’être l’un des premiers à s’aventurer en haute mer, pour traverserl’Atlantique et découvrir l’Amérique, pour contourner l’Afrique, et pour effectuer la première cir-cumnavigation. La caravelle, évolution de la caraque, permet quant à elle de mieux remonter au vent(près de π/3 rad).

S’ensuit la période de la Renaissance. Durant celle-ci, le commerce est dominé par les mar-chands flamands, vénitiens et génois qui cherchent à utiliser de nouveaux bateaux peux coûteux àproduire et solides. Naviguant sur toutes les mers du monde, la flûte est un facteur important del’essor des flamands aux xvii et xviiie siècles. Elle permet elle aussi de remonter à π/3 rad du vent.

Durant l’époque moderne, les mers sont dominées par la marine française, puis anglaise aprèsla guerre de Sept ans et la bataille de Trafaluar. Les flottes, très puissantes, sont faites notamment devaisseaux de ligne : très gros, très hauts, munis d’une coque très imposante à plusieurs ponts et deplusieurs mâts et d’un grand nombre de voiles. Les navires servent aussi au commerce d’esclaves(commerce triangulaire) entre l’Afrique, l’Asie et l’Europe.

La première révolution industrielle, à la fin du xviiie, et l’apparition du moteur à charbon vontmarquer un tournant décisif dans l’histoire de la voile. Les premiers steamers, dotés d’un moteur etd’une voile en cas de panne apparaissent dès le début du xixe siècle, d’abord pour la navigation surrivière, puis en mer. Des liaisons intercontinentales sont mises en place et des dépôts de charboninstallés en mer.

Rapidement, le charbon surplante la voile, en raison de l’absence de contraintes liées à la pré-sence et à la direction du vent. Au début du xxe siècle, la quasi-totalité des flottes des puissancesoccidentales sont équipées de moteurs. Frégates à moteurs, cuirassés, sous-marins, puis torpilleurs,porte-avions. Dans les pays développés, la voile devient exclusivement réservée à la plaisance.

Mais cela n’empêche pas l’innovation technique. En effet, depuis toujours, la vitesse a été unfacteur important de l’évolution de la voile. Par exemple, les pirates et les corsaires devaient êtreplus rapide que leur proie pour pouvoir les rattraper, ou les pêcheurs régâtent entre eux pour êtreles premiers à la criée à vendre leur pêche. À partir du milieu de xixe siècle, les premiers navirescapables de remonter au vent sont mis au point lorsque les pilotes du Havre, de Plymouth et deBristol se font la course pour être les premiers à bord des grand voiliers qui rentrent dans la Mancheet pouvoir les piloter jusqu’au port. Naît alors rapidement le yachting, la recherche de la vitesse« pure » : la première coupe de l’América, aujourd’hui encore l’une des plus importantes régâtes,a lieu autour de l’île de Wight (Angleterre) en 1851. À partir des années 1910, le développementdu gréement Marconi, c’est-à-dire des bateaux avec une seule grand-voile triangulaire avec un focà l’avant et un spinakker, une coque allongée et arrondie et une grande quille, permet d’allégerconsidérablement le poids des unités par rapport à la surface de voilure, augmentant ainsi leur vitesseet leur facilité d’utilisation. Surtout, le remplacement des voiles carrées par des voiles bermudiennes(triangulaires) fixées au mât et à l’étai, en s’inspirant de la forme des ailes d’avions, permet auxnavires de remonter à environ π/4 rad du vent.

Au long du xxe siècle, la recherche de l’aérodynamisme fait encore accélérer les voiliers etdiminue les angles de remontées au vent. Une des grandes innovations de la deuxième moitié dusiècle est le multicoque. En effet, les voiliers monocoques Marconi, lestés de plusieurs quintauxvoire plusieurs tonnes pour empêcher le chavirement ne peuvent aller très vite. En s’inspirant despraos, les navires malais et polynésiens à deux coques assymétriques, les architectes navals crééentles premiers catamarans et trimarans, dont la stabilité n’est assurée non plus par une quille mais par

13

la largeur du navire. Bien que celle-ci ne permette pas un angle de remontée au vent très intéressant,la perte de poids permet une augmentation des vitesses (la plus grande vitesse atteinte par un voilierl’a été par un trimaran, l’Hydroptère).

De nouveaux systèmes sont régulièrement essayés depuis. L’usage de ballasts pour augmenterla stabilité et améliorer la prise au vent, la recherche de nouvelles formes de plus en plus épurées,l’usage de matériaux composites de plus en plus légers en font partie. On peut aussi citer le systèmede suspension dérivé des avions Rafale, utilisé par exemple sur l’Hydroptère : des ailerons sontinstallés au bout des coques, ce qui, passé une certaine vitesse fait remonter le plan porteur. Labateaux n’a plus qu’une traînée minimale, étant donné que la surface de contact avec l’eau estréduite, ce qui augmente encore la vitesse.

Aujourd’hui, pour des raisons environnementales, s’ouvre à nouveau pour la voile un possibleavenir commercial. Un grand nombre de projets de voiliers géants naissent chaque année, à l’instarde l’Eoseas, pentamaran de croisière à cinq mâts. Ces recherches restent toutefois pour l’instantexpérimentales.

14

Partie 2

La propulsion

Dans toutes cette partie, le référentiel sera l’axe du vent : c’est au navire de s’adapter au vent etnon l’inverse.

2.1 Mesurer la force du ventDans tout ce TPE, nous parlerons de vent. Pour mesurer sa vitesse, il est courant d’utiliser

une unité marine, le nœud, noté kn. Il correspond à la vitesse de un mille nautique par heure, lemille nautique étant la longueur d’une seconde d’arc de l’équateur (environ 1 852 m). On a donc1 kn ≈ 1, 852 km · h−1 ≈ 2 m · s−1.

Cependant, il est peu intéressant lorsque l’on parle de vent d’avoir une vitesse exacte, notammentparce que l’incertitude est grande, et qu’une vitesse exacte ne sert pas à grand chose. On préfèredonc échelonner la vitesse du vent avec l’échelle de Beaufort, qui, numérotée de 0 (pas de vent) à12 (ouragan), permet aussi de nommer les forces de vent : jolie brise, coup de vent... L’échelle debeaufort et les effets du vent pour chaque force de vent sont résumés dans la table 2.1.

15

#N

omV

itess

e(k

n)E

ffet

sà

terr

eE

ffet

surl

esbe

ateu

xE

ffet

sen

mer

Hau

teur

des

vagu

esà

lacô

te(m

)0

Cal

me

<1

Pas

deve

ntB

atea

ux«

clou

és»

Mer

com

me

unm

iroi

r0

1Tr

èslé

gère

bris

e

1–

3L

afu

mée

s’él

ève

vert

ical

e-m

ent

Les

bate

aux

avan

cent

très

lent

emen

tQ

uelq

ues

ride

s0,

0–

0,1

2L

égèr

ebr

ise

4–

6L

esfe

uille

sde

sar

bres

com

-m

ence

ntà

boug

erL

esba

teau

xav

ance

nttr

èsle

ntem

ent

Vag

uele

ttes

0,1

–0,

3

3Pe

tite

bris

e7

–10

Les

drap

eaux

flotte

ntV

enta

ppro

prié

pour

les

déri

-ve

urs

Petit

sm

outo

ns0,

3–

0,8

4Jo

liebr

ise

11–

16L

esbr

anch

esm

oyen

nes

re-

mue

ntV

ent

idéa

lpo

urle

spe

tits

quill

ards

Vag

ues

moy

enne

s0,

8–

1,2

5B

onne

bris

e17

–21

Les

arbu

stes

seba

lanc

ent

Les

quill

ards

avan

cent

rapi

-de

men

tPr

emiè

res

vagu

esdé

fer-

lant

es,p

rem

iere

mbr

uns

1,2

–1,

7

6V

entf

rais

22–

27L

esgr

osse

sbr

anch

esre

-m

uent

,les

arbu

stes

ploi

ent

Ven

tré

serv

éau

xun

itéco

nfirm

ées

Nom

breu

ses

défe

rlan

tes,

écum

e1,

7–

2,5

7G

rand

frai

s28

–33

Tuile

seta

rdoi

sess

onts

oule

-vé

esC

ours

eset

régâ

tes

annu

lées

Lam

esdé

ferl

ante

s,to

ur-

billo

nsd’

écum

e2,

5–

3,5

8C

oup

deve

nt34

-40

Les

gros

ses

arbr

espl

oien

t,le

sbr

anch

esca

ssen

tU

neer

reur

dem

anœ

uvre

de-

vien

tdan

gere

use

Gro

sses

lam

esdé

ferl

ante

s3,

5–

4,5

9Fo

rtco

upde

vent

41–

47L

esro

utes

devi

enne

ntda

n-ge

reus

esL

ana

viga

tion

est

fort

men

etdé

cons

eillé

eL

am

erfu

me

4,5

–6,

5

10Te

mpê

te48

–55

Arb

res

bris

és,

ligne

sél

ec-

triq

ues

coup

ées

N’a

ller

enm

erso

usau

cun

prét

exte

Vag

ues

pouv

ant

atte

indr

ela

haut

eurd

’une

mai

son

6,5

–8,

5

11V

iole

nte

tem

pête

56–

64L

esvo

ies

deco

mm

unic

atio

nso

ntco

upée

sN

’alle

ren

mer

sous

aucu

npr

étex

teIn

desc

ript

ible

8,5

–12

12O

urag

an>

64L

esco

nstr

uctio

nsfr

agile

sso

nt«

souffl

ées»

N’a

ller

enm

erso

usau

cun

prét

exte

Inde

scri

ptib

le>

12

Table

2.1:

L’éc

helle

deB

eauf

ort,

etle

seff

ets

duve

ntse

lon

safo

rce

16

2.2 Avancer à différentes allures

Selon l’orientation de l’axe du bateau par rapport à celui du vent, la voilure doit être orientéedifféremment dans le but d’atteindre la vitesse maximale pour le risque de chavirement le plus faiblepossible. On classe les angles entre le navire et l’axe du vent en allures, ce qui n’a aucun rapportavec la vitesse du navire. Selon les allures, le bateau avance de différentes manières et est soumis àdes contraintes différentes. Les allures sont (fig. 2.1) :

Figure 2.1: Les principales allures de navigation par rapport au vent.

Le vent debout est l’allure dans laquelle le vent arrive dans l’axe du bateau par l’avant, à un anglecompris entre 0 et π/6 rad environ : aucun système de voilure ne permet au navire d’avancerà cette allure sans l’aide d’un moteur ou de rames.

17

Le près-serré est l’allure allant d’environ π/6 rad à π/4 rad. Les voiles sont tendues au maximumpar leurs écoutes pour chercher le compromis optimal cap/vitesse ou VMG (velocity madegood, cf. section 2.4) de remontée au vent. L’effet anti-dérive de la quille est essentiel.

Le près-bon plein est l’allure suivante, allant de π/4 à π/2 rad de l’axe du vent. Les écoutes sontmoins tendues et la vitesse par rapport à l’axe du bateau (vitesse sur route) augmente, contrai-rement au VMG de remontée au vent qui diminue.

Le vent de travers ou petit largue est atteint à environ π/2 rad de l’axe du vent. À cette allure, oncommence à débrider les écoutes, la vitesse sur route augmente encore. Le VMG de remontéeau vent est nul. Là encore, la quille tient un rôle majeur. Il est éventuellement possible dehisser un spinnaker.

Le grand largue est compris entre π/2 et π rad. C’est l’allure portante la plus confortable, quiautorise de grandes vitesses sur la route. Le VMG de remontée au vent est minimal, celui dedescente maximal.

Le vent arrière est atteint lors que la route du bateau se confond avec le sens du vent. L’allure estdélicate à tenir pour le barreur et l’équipage ; la vitesse sur route est légèrement plus faiblequ’au grand largue, surtout lorsque le vent faiblit. Le VMG de descente au vent n’est pasmaximal à cette allure.

On distingue les allures de près (près-serré, près-bon plein), où le bateau avance en remontantcontre le vent des allures portantes où il est entraîné dans une direction proche de celle du vent.Lorsque l’on navigue contre le vent, on procède à une succession de virements de bord pour serapprocher du but recherché ; l’ensemble de cette trajectoire en zig-zag s’appelle le louvoyage (fig.2.2). Dès lors que l’on a plus à louvoyer, c’est que l’on navigue en route directe vers le point àatteindre. Il est aussi parfois nécessaire de louvoyer pour descendre le vent plus rapidement.

Les bateaux modernes étant tous symétriques, le disque des allures admet un axe de symétrie,l’axe vertical passant par le centre. Il y a donc deux zones de travers, deux zones de largue, deuxzones de près. On peut donc parler de navire « tribord amure » ou « bâbord amure », qui reçoiventrespectivement le vent de leur droite ou de leur gauche.

2.2.1 Voguer au portantLe portant est utilisé pour désigner les deux allures que sont le grand largue et le vent arrière.

Les phénomènes qui permettent au bateau d’avancer sont relativement simples. Les voiles, hissées,détendues, et éventuellement croisées sont gonflées par le vent auquel elles exposent une surfacemaximale.

Ainsi, l’accumulation des molécules de l’air de côté exposé au vent créée une surpression quipousse la voile, tandis que la dépression sous le vent de la voile la tire. La somme de ces deux phé-nomènes est appelée force vélique ; elle s’applique sur chaque voile au portant, selon une directionperpendiculaire à l’axe de la grand-voile et son importance croît avec la vitesse du vent. Il existe unangle optimal pour que cette force soit maximale.

La force vélique de la grand-voile « tire » le bateau par le mât ; celle du foc par l’étai.Il est possible à ces allures d’envoyer une voile supplémentaire, le spinnaker ou spi. Cette voile,

très grande, a la forme d’un triangle tracé sur une sphère. Lors que le vent la gonfle, il prend donc la

18

Figure 2.2: Le louvoyage enchaîne les virements de bord pour atteindre un but dans la direction d’où vient levent.

Figure 2.3: Au portant, la voile est perpendiculaire aux flux d’air, en bleu. Certains sont donc arrêtés, cequi laisse un vide sous le vent de la voile. Il se forme donc une différence de pression qui tire lebateau dans le sens du vent.

forme d’une section de sphère ce qui augmente la pression du vent dans le creux et la dépression àl’extérieur. Le spi a une particularité : c’est une voile libre ; c’est-à-dire que contrairement et au focdont les guindants (l’un des côtés de la voile) sont fixés respectivement au mât et à la l’étai, deuxéléments rigides du gréement, et qui sont rigidifiés par des lattes, il n’est tenu qu’à ses trois coinspar trois bouts (cordages) : les bras en bas à tribord et bâbord, et la drisse en haut. La force du spi estdonc répartie en seulement trois points très éloignés les uns des autres sur le bateau, ce qui peut lerendre très instable (cf.section 6.4). Si le bateau est suffisamment léger et qu’il y a beaucoup de vent

19

Figure 2.4: Différentes forces s’appliquent sur ce bateau sous spi au vent arrière. La grand-voile en bleu etle spi en vert tirent le navire ; mais les frottements du bateau avec l’eau et l’air engendrent unetraînée, en noir. La résultante, en violet, est une force qui tire le bateau dans la même directionque le vent. Le gouvernail permet de modifier légèrement la direction de la traînée pour ajusterla direction.

(force 4 – 5 pour un petit quillard, force 3 – 4 pour un dériveur), le bateau déjauge : à la vague, sonétrave (avant) se lève et sort de l’eau, lui permettant d’accélerer encore plus en réduisant la traînée.Lorsque le spi est hissé, le foc est généralement abattu.

Finalement, le navire au portant est donc soumis à trois forces (fig. 2.4) : les forces véliques dela grand-voile et du spi ou du foc d’une part, et la traînée qui est dûe aux frottements avec l’eauet l’air, qui augmente avec la vitesse et décroît lors que le bateau déjauge. Le gouvernail permetde modifier légèrement la direction dans laquelle s’exerce la traînée. La somme vectorielle de cesforces donne une résultante qui tire le bateau dans la direction du vent : il avance.

À noter que les bateaux vont rarement au plein vent-arrière, c’est-à-dire dans la direction et dansle sens exact du vent et préfèrent louvoyer au grand largue. En effet, cette dernière allure est souventplus rapide notamment sur les catamarans, et est surtout bien plus « confortable : elle exclut unrisque de changement d’amure non désiré qui peut être très dangereux, ainsi que le risque de départà l’abatée, un accident qui survient sous spi au vent arrière et qui peut causer de très importantsdégâts matériels voire humains (cf. section 6.4).

2.2.2 Avancer au traversLe vent de travers, ou « petit largue », est une allure très rapide notamment sur les multicoques.

Les forces auxquelles est soumis le navire sont plus complexes à expliquer.Recevant le vent par le côté tribord ou bâbord, la grand-voile est relâchée, formant un angle

de π/4 rad avec l’axe du navire et se gonfle. Le tir vélique de la grand-voile ayant une direction

20

Figure 2.5: Sur ce bateau au près, les voiles tirent à π/4 rad du bateau : la dérive (en orange) exerce uneforce dite anti-dérive qui empêche le bateau de dévier latéralement. En tenant compte de latraînée (noir), on obtient une résultante moins importante qu’au portant (en violet).

perpendiculaire à son axe, le bateau devrait donc partir à 3π/4 rad du vent. C’est la dérive, la quilleou la forme de la coque selon les unités qui permet au navire de maintenir une route perpendiculaireà celle du vent.

En effet, la forme de la dérive, plate et très effilée, est aérodynamique dans un sens alors qu’elleoppose une resistance maximale à l’eau dans l’autre. Une nouvelle force, dite force anti-dérives’applique donc sur le navire. La somme des deux donne une résultante perpendiculaire au vent,ce qui permet de tirer l’embarcation dans la direction souhaitée. La traînée est toujours présente(fig. 2.5).

À cette allure, la gîte, c’est-à-dire l’inclinaison du bateau est grande car la grand-voile est pous-sée par le vent. Il faut donc, en plus de la vitesse, chercher l’équilibre : border (tendre) les voilespermet en augmentant la surface exposée au vent d’aller plus vite, mais augmente le risque de cha-virage.

Les équipages confirmés peuvent, par vent faible ou moyen, hisser un spi ; cependant celui-ciest difficile à tenir.

2.2.3 Remonter au près

Les allures de près (près-serré, près bon plein) sont les plus compliquées à expliquer. En effet,le navire doit utiliser la force du vent qui lui arrive de face pour le remonter, comme le fait une ailed’avion mais à la verticale.

Au près-serré, si elle est correctement reglée, une grand-voile doit avoir la forme d’une aile deplaneur creuse. Le côté convexe, qui dévie les flux d’air appelé l’extrados est « sous le vent », tandisque le concave qui ne les dévie pas ou peu est nommé intrados et est « au vent ». Cette forme permetl’écoulement continu des molécules de l’air ; il ne devrait donc en thérorie pas y avoir de vide sousle vent.

Cependant, l’extrados est en raison de sa forme convexe plus long que l’intrados. Ainsi, poursuivre l’extrados, il faut qu’une molécule parcoure une plus grande distance que pour aller toutdroit, en longeant l’intrados. L’air dévié par l’extrados accélère conséquemment pour garder undébit constant, tandis que celui suivant l’intrados reste à vitesse fixe. Il se créée donc une différence

21

Figure 2.6: Certains flux d’air, en rouge-orangé, sont beaucoup plus déviés par la grand-voile que les autres,en vert. Par conséquent, ils accélèrent. À cause de l’effet Venturi, la pression est plus faible sousle vent, ce qui occasionne une portance alors qu’une surpression se forme au vent.

Figure 2.7: Ce schéma montre ce qu’est l’effet Venturi. Au point 2, la section du conduit A2 est plus petite quela section au point 1 A1. Par conséquent, pour permettre un débit constant, la vitesse v2 est plusimportante que v1. En raison de l’effet Venturi, la pression décroît avec la vitesse, donc P2 < P1.

de vitesse entre les fluides déviés et non déviés (fig. 2.6). Or, une loi de mécanique des fluides,l’effet Venturi, affirme que plus la vitesse d’écoulement d’un fluide est élevée, plus sa pression estfaible (2.7). La pression est donc plus faible sous l’extrados où l’air accélère que sous l’intrados. Dela même manière qu’au près, cette différence de pression tire le bateau : la force vélique n’est pasnulle. Cependant, elle s’applique presque perpendiculairement au bateau ; celui-ci est peu tiré versl’avant. Là encore, l’effet anti-dérive de la quille est essentiel pour permettre au bateau d’avancerdroit (fig. 2.8).

22

Figure 2.8: Ici, le foc (en rouge) ne tire pas car sa forme ne le lui permet pas, mais il accélère les filets d’airet augmente par conséquent la force vélique de la grand-voile, en bleu. La force anti-dérive (enorange) est toujours très importante, et la traînée est très forte en raison du vent qui vient deface : le près est une allure très lente (en violet).

Le foc sert, au près, n’exerce presque pas de force vélique car sa forme ne permet pas de créer dedifférence de pression suffisante. Il sert à accelérer et resserer encore les filets d’air pour augmenterdifférence de pression donc la puissance du bateau. Cependant, un foc trop bordé (serré) peut êtrenuisible : le bateau il peut ralentir, devenir ardent (aller tout seul vers le vent), voir s’arrêter et taperd’avant en arrière sur place.

L’une des difficultés majeures au près est de trouver le rapport cap-vitesse optimal pour se rap-procher d’un point voulu en louvoyant. On utilise pour ça souvent la courbe de polaire des vitesses.On notera qu’en théorie, il n’y a pas de différence entre tirer deux grands bords ou dix petits ; enpratique les virements de bord peuvent occasionner une perte de vitesse, et en raison des variationsdu vent, de la présence d’autres voiliers sur le plan d’eau ou d’obstacles, certains bords peuvent êtreplus favorables que d’autres.

La traînée est maximale à cette allure : en plus des frottements avec l’eau et l’air, l’embarcationdoit affronter le vent qui vient de face et, bien que canalisé dans la grand-voile, le pousse dans ladirection opposée à celle souhaitée. À cela s’ajoute l’obligation de louvoyer : le près est une alluretrès lente (2.8).

2.3 Vent réel et vent apparentLors que le navire avance, il va à la rencontre des molécules qui composent l’air : on a donc

l’impression à bord qu’un vent se forme : le vent de la vitesse. Il faut en tenir compte car il s’ajouteau vent réel pour former le vent dit apparent. Au près, ce-dernier est plus fort que le vent réel car levent de la vitesse est dans le même sens que le vent réel et que leurs forces s’ajoutent, mais il plusfaible au portant car ils sont dans des sens opposés. Ainsi, au près et éventuellement au travers, ilpeut être possible d’égaler voire de dépasser la vitesse du vent sur certains voiliers très légers —

23

ainsi qu’au grand largue pour, différentes raisons.

Figure 2.9: Au près-serré, le vent de la vitesse est dans le même sens et presque la même direction que le ventréel ; le vent correspond à la somme des deux.

Cependant, le vent de la vitesse peut aussi poser problème. Au près, le bateau forme un anglemoins grand avec le vent apparent qu’avec le vent réel. Il peut donc être obligé de s’en éloigner enréduisant son cap par rapport à celui de vent réel. L’accélération du bateau renforce, le vent de lavitesse donc change encore l’angle du vent apparent, obligeant encore le navire à descendre au ventet ainsi de suite. Finalement, cet « effet boule de neige » force certains navires comme les catamaransà descendre continuellement au vent.

2.4 La polaire des vitesses

Pour déterminer le meilleur cap à adopter, on utilise une courbe dite de polaire des vitesses.Cette courbe, symétrique par rapport à l’axe vertical permet de déterminer sa vitesse selon le capdu bateau par rapport au vent. Le navire est au centre des cercles concentriques, chaque cerclecorrespondant à une vitesse. Les rayons, pour leur part, correspondent aux angles de remontée auvent, le vent debout étant en haut et le vent arrière en bas. Chaque bateau a plusieurs courbes quidépendent de la force du vent et du jeu de voile utilisé (avec ou sans spi, avec ou sans foc...). Lespolaires se déterminent par théorie avec des logiciels de simulation ou par la pratique.

Elle se lit de la manière suivante : le point d’intersection de la courbe et d’un rayon donnécorrespond à la vitesse maximale théorique que peut atteindre le bateau à cet angle du vent. Parexemple, en figure 2.10, on peut lire à l’endroit marqué par la flèche que « pour un vent de 13noeuds, à 40°du vent, le bateau peut atteindre sous grand voile et foc la vitesse maximale théorique

24

de 6 noeuds ». Cela est très utile pour optimiser le réglage des voiles : tant que le voilier est en-dessous de cette vitesse, il est possible de faire mieux.

Figure 2.10: Un cercle concentrique = un nœud. La courbe rouge correspond au jeu de voiles grand-voile+ foc, le bleu à grand-voile + spi. Ces courbes sont donénes pour un vent de 13 kn. La flècheindique la vitesse maximale théorique pour un bateau remontant à 40°du vent. Le trait vert per-met de déterminer le cap optimal pour remonter le vent au foc et le trait bleu pour le descendresous spi.

Un autre intérêt de ces courbes est qu’elles permettent de déterminer le cap optimal pour remon-ter le vent ou le descendre. En effet,

– Remonter au vent en route directe est impossible à l’heure actuelle, les meilleurs bateauxne permettant que de remonter à π/7 rad environ. Il faut donc tirer des bords, mais bien que

25

l’éloigement de l’axe du vent permette une augmentation de la vitesse, elle induit aussi unallongement de la route. Il faut donc trouver un compromis.

– Bien qu’il soit possible de descendre au vent arrière en route directe, ce n’est pas forcémentla trajectoire la plus rapide, le grand largue étant souvent beaucoup plus rapide. Là aussi, ilfaut donc rechercher le cap optimal.

Pour trouver ce cap optimal, on utilise la polaire des vitesses. Il faut rappeler qu’elle est symétriquepar rapport à l’axe vertical ; on n’en donne donc en général que la moitié.

On trace une droite perpendiculaire à l’axe vertical, en-dessous de la courbe pour déterminerle cap optimal de descente, au-dessus pour le cap de la remontée. On la fait ensuite glisser vers lacourbe jusqu’à ce qu’elle y soit tangente : le point de contact entre la droite et la courbe donne le capoptimal. Le point de croisement entre la droite tracée et l’axe vertical donne le VMG, de l’anglaisvelocity made good, qui est la vitesse de rapprochement de l’objectif.

Par exemple, sur la figure 2.10, on peut tracer la droite verte, perpendiculaire à l’axe vertical et« au-dessus » du voilier. Celle-ci est tangente à la courbe au point d’azimut 40° : c’est le cap optimalpour remonter un vent de 13 nœuds sur ce voilier. La courbe étant symétrique, il en est de même surl’autre bord. Ce louvoyage permet de se rapprocher du but à la vitesse de 4,7 kn environ. De même,pour la descente sous spi, on trace la droite violette perpendiculaire à l’axe vertical et « au-dessous »du voilier : le cap optimal est de 150°, pour un VMG de 6,5 kn.

26

Partie 3

L’origine du vent

Nous avons vu que les voiliers avançaient grâce au vent, mais de manières différentes selon leurallure, leur angle par rapport au vent. Voyons maintenant comment le vent, déplacement de l’air,peut se former.

3.1 Phénomènes de mécanique des fluidesL’air, comme tous les liquides et tous les gaz, est un fluide, c’est à dire un ensemble de molécules

en libre mouvement. Il est donc soumis aux principes de la mécanique des fluides, qui permettentde modéliser, de comprendre et de calculer leurs mouvements. Le vent étant un mouvement d’air, ilpeut s’expliquer par certains de ces principes de mécanique des fluides. Étudions-en quelques-uns :

3.1.1 Force de CoriolisL’atmosphère est la couche de gaz située entre 0 et 50 kilomètres environ au-dessus du niveau de

la mer. Elle est entraînée par la Terre dans sa rotation sur elle-même en vingt-trois heures, cinquante-six minutes et quatre secondes. Cependant, sa fluidité génère une différence de vitesse de rotationd’autant inférieure à celle du sol que celui-ci est entraîné rapidement par la rotation terrestre : im-mobile aux pôles et maximale à l’équateur. Pour un observateur terrestre, c’est donc l’atmosphèrequi bouge, en sens inverse : c’est la « force » de Coriolis. La Terre tournant d’ouest en est, le terrienressent donc un vent général venant de l’est surtout à l’équateur.

3.1.2 Équilibrage des pressionsDans tout espace contenant deux fluides de même nature soumis à des pressions différentes, la

différence de pression tend à s’annuler, ce qui créée un mouvement. C’est le cas par exemple dansdes vases communicants (fig. 3.1) : la colonne d’eau est plus haute à gauche qu’à droite, d’où lapression de l’eau contenue dans le vase de gauche est plus importante que celle du vase de droite.Lors que l’on ouvre une vanne, la pression des deux vases tend à s’équilibrer : la hauteur de l’eaudans le vase de droite monte tandis que celle dans le vase de gauche descend ; un courant de lagauche vers la droite se forme.

27

Figure 3.1: Le pricipe des vases communicants : la différence de pression s’annule, la hauteur des colonnesd’eau s’équilibre et un courant se forme de la gauche vers la droite.

Il en est de même avec l’air. La pression moyenne de l’atmosphère au niveau de la mer est de1 013 hPa ; il se forme donc autour des zones à plus haute pression (anticyclone) ou à plus bassepression (dépression) un phénomène appelé gradient de pression, qui aspire d’air vers l’intérieurpour les dépressions et souffle vers l’extérieur pour les anticyclones.

Lors qu’un anticyclone et une dépression se rencontrent, il ne se mélangent pas mais s’affrontent.Les gradients des deux perturbations s’aditionnent ; le déplacement d’air est donc maximal à la zonede contact entre l’anticyclone et la dépression. Un phénomène météorologique appelé front se forme.

Ce phénomène est intrinsèquement lié à celui des courants verticaux. En effet, lors qu’un ventse forme, l’air qui quitte le bas de l’anticyclone est « remplacé » par de l’air provenant des couchessupérieures de l’atmosphère. Les courants d’air au sein des anticyclones sont donc généralementdescendants. Au contraire, lors que l’air arrive en bas de la dépression, il « chasse » l’air qui étaitdéjà là, ce qui induit des mouvements ascendants (fig. 3.2).

3.1.3 Loi de Buys-BallotDans les dépressions, l’aspiration de l’air se fait dans toutes les directions ; on observe une

effet dit de gradient de pression de l’extérieur vers l’intérieur de la dépression. Au contraire, dansl’anticyclone, de l’air est soufflé vers l’extérieur ; il y a donc un gradiant dans le sens inverse.

Cependant, les perturbations, comme l’atmosphère en son entier ne suivent pas exactement lemouvement de rotation de la Terre. La force de Coriolis fait donc effet, en déviant la circulation del’air mais dans des sens différents selon que l’on est dans l’hémisphère nord ou sud, et selon que lescourants d’air sont ascendants ou descendants. La loi de Buys-Ballot conjecture que les anticyclonesde l’hémisphère sud et les dépressions de l’hémisphère nord (fig. 3.3) tournent dans le sens direct,tandis que les anticyclones de l’hémisphère nord et les dépressions de l’hémisphère sud tournentdans le sens indirect.

3.1.4 Densité des fluidesIl est bien connu que les fluides dont la densité est faible « montent » sur ceux dont la densité est

importante. Or, les fluides chauds sont par nature moins denses que les fluides froids. Lors qu’une

28

Figure 3.2: Lors que l’anticyclone de droite rencontre la dépression de gauche, un courant d’air de la droitevers la gauche se forme. L’air aspiré en bas de l’anticyclone est remplacé par de l’air venant deshautes altitudes, et inversement. La loi de Buys-Ballot, due à l’effet de Coriolis, fixe le sens derotation de l’air autour du centre de la perturbation atmosphérique.

masse d’air ou d’eau chaude rencontre une masse d’air ou d’eau froide, un courant dont le sens varieen fonction de l’altitude se forme.

Pour le vérifier, nous pouvons mener une expérience. On prend deux éprouvettes, percées cha-cunes de deux trous ; que l’on relie par deux tubes en platstique flexible. On assure l’étanchité grâceà deux joints.

On chauffe à 60 °C un flacon d’eau colorée en jaune orangé, qui représente la masse d’air oud’eau chaude, et l’on refroidit à 5 °C un autre d’eau colorée en bleu qui représente la masse d’air oud’eau froide. Le montage complet est visible en figure 3.4.

On déverse ensuite le contenu des flacons dans les éprouvettes : l’eau chaude est à droite et l’eaufroide à gauche (fig. 3.5). À l’ouverture des vannes, après avoir pompé, l’eau chaude tend à occuperla partie supérieure des éprouvettes, tandis que l’eau froide cherche à prendre l’espace inférieur(fig. 3.6). La trop grande différence de température empêchant les deux fluides de se mélanger, on adonc un courant chaud qui se forme en haut de la droite vers la gauche, et en bas de la gauche versla droite (3.7).

Finalement, les fluides finissent par s’équilibrer ; les courants s’arrêtent alors (fig. 3.8). Les tem-pératures vont ensuite s’égaliser à leur tour, permettant aux fluides de se mêler (fig. 3.9).

Ce type de courant se forme aussi lors qu’une masse d’air chaud rencontre une masse d’air froid,les lois de mécanique des fluides étant les mêmes pour tous les fluides. Cependant, en raison de laloi des gaz parfaits ou loi d’Avogadro, qui dit que p · V = n · R · T avec p la pression d’un gaz

29

Figure 3.3: Dans cette rotation qui se forme dans l’hémisphère nord, deux forces interagissent : le gradientde pression en bleu qui « aspire » l’air, et la force de Coriolis en rouge qui le dévie. Le tourbillontourne donc dans le sens direct.

en pascal, V son volume en mètres cube, n la quantité de matière en moles, R la constante des gazparfait qui vaut environ 8, 314 J · K−1 ·mol−1 et T la température du gaz en kelvins, la températureet la pression d’un gaz sont deux grandeurs proportionnelles. Ainsi, bien que d’autres phénomènespuissent faire varier la pression de l’air, les anticyclones sont généralement des masses d’air chaudet les dépressions des masses d’air froid.

3.1.5 Déviation des courantsTout courant, d’air comme d’eau, peut être dévié. Ainsi, la présence d’un cap peut accélérer le

vent, celle d’une montagne l’arrêter, celle d’une falaise le perturber, etc. Par ailleurs, le resserementdes filets d’air provoque leur accelération pour garder un débit constant, et donc à cause de l’effetVenturi une baisse de leur pression : il se forme souvent du vent aux cols, dans les couloirs et dans

30

Figure 3.4: Phtotographie du montage complet de l’expérience. L’eau froide est à environ 5 °C dandis que lachaude est à près de 60 °C.

les passages.

3.2 Les échelles de formation du vent

À cause des précédents phénomènes, le déplacement des masses d’air peut avoir lieu à diffé-rentes échelles, pour différentes raisons. Nous allons étudier l’échelle planétaire, l’échelle régionale,l’échelle locale et l’échelle du plan d’eau.

31

Figure 3.5: Le montage, une fois les flacons remplis.

Figure 3.6: L’eau chaude jaune tente d’occuper la partie supérieure, l’eau froide bleue la partie inférieure.

3.2.1 A l’échelle planétaire

À l’échelle de la planète, on peut étudier la circulation atmosphérique, c’est-à-dire les courantspermanents ou semi-permanents que l’on retrouve dans l’atmosphère. La circulation générale del’air dans l’atmosphère est différente selon la latitude. On découpe donc la planète en trois zones,ou cellules, dans lesquelles le comportement du vent peut être étudié séparément, ce qui permetd’obtenir la carte des vents dominents en figure 3.10.

32

Figure 3.7: Un courant chaud apparaît en haut, et un courant froid en bas.

La cellule polaire

La cellule polaire est la plus simple à étudier. Aux pôles (de ±60° à ±90° de l’équateur), le seulphénomène important est l’effet de Coriolis, bien qu’elle soit assez faible sous ces hautes latitudes.les vents sont majoritairement d’est aux pôles, et rarement très forts.

33

Figure 3.8: Une fois que les fluides sont à l’équilibre, le courant s’arrête.

Figure 3.9: Finalement, l’eau chaude se mélange avec l’eau froide.

La cellule de Hadley

Sous les tropiques, soit de l’équateur à ±30° de latitude, plusieurs phénomènes se cumulent. Eneffet, c’est à ces latitudes que la terre tourne le plus vite ; la force de Coriolis est donc très importante,ce qui induit de forts vents d’est (jusqu’à l’invention des bateaux à moteurs, les navires souhaitantrelier l’Europe à l’Amérique passaient par l’équateur malgré un trajet plus long de plusieurs milleirsde kilomètres.

Cependant, un autre phénomène intervient. À l’équateur, le soleil est visible très longtemps, et

34

Figure 3.10: Carte des vents dominents, avec les anticyclones et dépressions semi-permanents.

est toujours très proche du zénith dans la journée. Par contre, la durée du jour est plus faible sous lestropiques. Cette différence d’ensoleillement occasionne ici une différence de température : à bassealtitude, des courants froids des tropiques vers l’équateur se forment, soit du nord vers le sud dansl’hémisphère nord et du sud vers le nord dans l’hémisphère sud.

Enfin, les variations de l’importance de la force de Coriolis selon la latitude donne la formearrondie aux alizés, visible en figure 3.11.

La cellule de Ferrel

C’est dans la cellule de Ferrel, de ±30° à ±60° que les phénomènes atmosphériques sont les pluscomplexes. En effet, des masses d’air chaud venant des tropiques et des masses d’air froid venantdu pôle se rencontrent ; tandis que des anticyclones et dépressions semi-permanents (anticyclonedes Açores, par exemple) interagissent. Il n’y a donc pas d’orientation générale du vent aussi clairequ’aux pôles ou sous les tropiques, mais la tendance globale est aux vents de sud-ouest.

Les phénomènes d’enroulement et d’affrontement des perturbations semi-permanentes permetd’établir une carte de vents dominents. Par exemple, l’Europe, entre les anticyclones des Açores etde Sibérie et la dépression d’Islande est majoritairement traversée par des vents d’ouest dûs à larotation des perturbations étudiée précédemment.

3.2.2 À l’échelle régionaleL’échelle régionale, soit l’échelle du millier de kilomètre, est plus intéressante pour étudier

l’évolution des perturbations atmosphériques. En effet, les perturbations anticycloniques ou dépres-

35

Figure 3.11: Schéma des alizés : la rotation de la Terre et la différence de température entre l’équateur etles tropiques donnent l’orientation générale de vents du nord-est dans l’hémisphère nord et desud-est dans l’hémisphère sud, tandis que la force de Coriolis fait varier l’orientation et donnela forme arrondie des filets d’air.

sives ont généralement une taille de cet ordre de grandeur ; les fronts aussi donc. Les cartes météo-rologiques représentent donc souvent des territoires mesurant dans les 1 000 km environ (fig. 3.12).

Figure 3.12: Une carte météorologique des vents sur la France. L’impact des reliefs (Alpes notamment) esttrès visible.

À cette échelle, l’impact des hauts reliefs, les chaines et massifs montagneux, les grandes dé-pressions, est fort sur le vent. En effet, le filets d’air sont arrêtés ou déviés par les hautes chaînesde montagnes, accélérés par les caps et les gorges... Dans certaines régions, le vent peut donc être

36

semi-permanent et souffler presque toujours dans le même sens. C’est le cas notamment dans lecouloir Rhôdanien où le Mistral, « serré » entre les Alpes et le Massif Central souffle toujours duNord, et dans le couloir du Lauragais où il souffle de l’ouest entre le Massif Central et les Pyrénées(fig. 3.13). Par ailleurs, le vent est souvent « concentré » à l’entrée des couloirs, et, selon le principede l’effet Venturi, souffle extrêmement fort.

Figure 3.13: Dans le Lauragais, coincé entre le Massif Central (en vert) et les Pyrénées (en marron), leMistral ne peut souffler que dans l’axe est – ouest. Par ailleurs, les vents arrivant de l’océanAtlantique sont « ressérés » dans le bassin Aquitain ; ils accélèrent donc.

3.2.3 À l’échelle locale

À l’échelle locale, soit sur des zones d’une vingtaine de kilomètres, les intercations entre lesmasses d’air chaud et froid sont très importantes en raison des différences d’inertie thermique del’air et de l’eau.

En effet, chaque milieu a une caractéristique nommée inertie thermique, qui correspond à sacapacité à rester à température constante lors qu’il est soumis à une conduction, une convectionou un rayonnement thermique. Par exemple, soumis à un rayonnement calorique équivalent, unkilogramme d’eau chauffe plus difficilement qu’un kilogramme de roche : l’eau liquide a une plusgrande inertie thermique que la roche à l’état solide. Inversement, mis dans un milieu froid, unkilogramme d’eau refroidit plus lentement qu’un kilogramme de roche.

Ainsi, en milieu d’après midi, lors que les rayonnements solaires sont les plus puissants, la terreest beaucoup plus chaude que la mer. Et inversement, en fin de nuit, la côte a énormément refroidit,tandis que la mer est resté à température presque constante. L’air, chauffé ou refroidit par la mer oula terre, a donc fait de même : de jour, l’air marin est plus froid que l’air côtier ; de nuit, il est pluschaud.

Or, comme vu précédemment et montré par l’expérience, lors qu’une masse d’air chaud estmise au contact d’une masse d’air froid des courants se forment. On a donc à proximité des côteset à basse altitude une brise de la mer vers la terre l’après-midi, et de la terre vers la mer à l’aube,le premier phénomène étant cependant plus important que le second. On parle de régime de brise(fig. 3.14).

37

Figure 3.14: Le régime de brise : un vent de la mer vers la terre le jour, et de la terre vers la mer la nuit àproximité des côtes.

3.2.4 À l’échelle du plan d’eau

Sur le plan d’eau, il est important de prendre en compte les effets du microrelief sur le vent. Eneffet, plusieurs effets peuvent avoir un impact sur l’origine, la force est surtout la fluidité du fluxd’air.

Ainsi, à flanc de falaise, le vent arrivant de la côte continue sur sa lancée. Il y a donc un dévent,zone de vent nul ou très perturbé sur environ tente fois la hauteur de la falaise (fig. 3.15). Parexemple, pour une falaise de vingt mètres de hauts, des perturbations sont ressenties jusqu’à 30 ×20 = 600 mètres de la côte. De même, le vent arrivant de la mer est aussi dévié, pour pouvoir passerla falaise, ce qui induit un vent très irrégulier.

Par ailleurs, l’effet Venturi peut ici aussi influer sur l’écoulement des filets d’air. À proximitéd’un cap notamment, le vent se « resserre » pour éviter l’obstacle. Il y a donc une zone de vent nulou très faible près de la côte, une accélération des filets d’air dont la pression a augmenté, et enmême temps une déviation du vent dont il faut tenir compte pour optimiser sa remontée au vent

38

Figure 3.15: Le vent arrivant de la côte, sur la falaise, doit franchier la falaise ; on observe donc une zeonede dévent à son flanc.

(fig. 3.16).

Figure 3.16: Le vent, à l’approche d’un cap, est légèrement dévié : une zone de dévent se forme tandis queles filets d’air compressés accélèrent suivant le principe de l’effet Venturi.

Enfin, il ne faut pas oublier que seul les reliefs perturbent l’écoulement des flux aériens : lesautres bateaux font de même ! Lors d’une remontée au près-serré, un laisse derrière lui une zone oùl’air s’écoule de manière très irrégulère ; passer dans son axe est donc déconseillé. Au contraire, auvent arrière, ce sont les bateaux qui sont devants qui suibissent un dévent venant des bateaux restésderrière.

39

3.3 Distinctions entre les types de ventsSur les voiliers, on préfère souvent distinguer trois types de vents :– Le vent synoptique, qui correspond aux phénomènes atmosphériques (anticyclones et dépres-

sions), à l’inertie de l’atmosphère, etc. donnés dans les bulletins météorologiques ;– Le vent thermique, autre nom du régime de la brise de terre ou de mer ;– Le vent du relief ;– Et les perturbations des autres bateaux.Chacun doit être pris en compte séparément, notamment car leur impact sur la conduite à adopter

ne sera pas le même. Le premier et le second, en effet, sont inéluctables mais prévisibles ; une régâtepeut facilement se perdre sur un mauvais calcul des variations du vent, et une sortie ludique se voirprolongée suite à un molissement. Le troisième et le quatrième, en revanche, peuvent être utilisésà son profit, en adoptant une tactique très précise pour gagner, mètre par mètre, de l’avance sur sesadversaires.

40

Partie 4

La stabilité du navire

4.1 La flottaison

La flottaison du navire est dûe à la poussée d’Archimède, découvert Archimède de Syracuse ily a plus de 2 200 ans. D’après ce principe, « tout corps plongé dans un liquide reçoit une pousséeégale et opposée au poids du volume déplacé ». On a donc

−→PA = −−→p = −m · −→g avec

−→PA la pous-

sée d’Archimède qui s’exerce sur le corps immergé et −→p le poids du liquide déplacé exprimés ennewtons, −→g le champ de pesenteur mesuré en newtons par kilogramme, et m la masse du liquideexprimée en kilogrammes. Par exemple, sur la Terre ou le champ de pensenteur est de 9, 71 N ·kg−1,si un objet plongé dans l’eau occupe et déplace par conséquence un volume de deux litres, pesantdeux kilogrammes, il reçoit une poussée du bas vers le haut de

−→PA = 2 × 9, 81 = 19, 62 N.

Or, si ces 19,62 N sont strictement supérieurs au poids de l’objet en question, la somme du poids−→P et de la poussée d’Archimède

−→PA donne une résultante non nulle qui s’exerce du bas vers le haut :

l’objet remonte à la surface et émerge jusqu’à déplacer un volume d’eau dont le poids est égal ausien : les forces s’équilibrent et l’objet flotte. Dans le cas contraire, le poids l’emporte et l’objetcoule (fig. 4.1).

C’est la raison pour laquelle plus la densité d’un objet est faible, mieux il flotte. En effet, àmasse (donc poids) équivalent, un objet de faible densité occupe plus de volume et reçoit donc unepoussée d’Archimède plus forte qu’un objet dense. Donc plus la densité est faible, plus la pousséed’Archimède contre le poids. De même, plus le liquide est dense, plus les objets flottent facilementcar pour un même volume déplacé, un liquide très dense a une masse donc un poids supérieur à unvolume peu dense ; et donne donc une poussée plus forte.

Les formes et les matérieux du bateau, et plus particulièrement de sa coque doivent être calculésde manière à ce que le poids de l’embarcation soit équilibré avec le volume immergé : si la densitéest trop faible, le bateau remonte trop et se couche ; si elle est trop forte, il coule à pic. Pour cela,on dessine soit des coques très plates qui restent complètement à la surface, soit des coques plus« boursoufflées » à fort tirant d’eau mais pleine d’air ce qui augmente leur volume en leur faisantgagner très peu de poids.

41

Figure 4.1: Les trois corps plongés dans ce liquide ont des densités décroissantes de gauche à droite et un

volume identique. Ainsi,−−→PA1 =

−−→PA2 =

−−→PA3 mais

∥∥∥∥−→P1

∥∥∥∥ > ∥∥∥∥−→P2

∥∥∥∥ > ∥∥∥∥−→P3

∥∥∥∥. Pour le premier corps,

on a∥∥∥∥−−→PA1

∥∥∥∥ < ∥∥∥∥−→P1

∥∥∥∥ : la poussée d’Archimède est plus faible que le poids et l’objet coule. Pour

le second corps,−−→PA2 = −

−→P2 : l’objet est à l’équilibre et reste immobile. Enfin, pour le troisième,∥∥∥∥−−→PA3

∥∥∥∥ > ∥∥∥∥−→P3

∥∥∥∥ : la poussée d’Archimède est plus forte que le poids et l’objet remonte à la surface.

4.2 L’équilibreLorsqu’un navire est au près ou, à plus forte mesure au vent de travers, il gîte (se penche), mais

ne chavire (se couche) pas. Nous allons voir pourquoi.Nous avons vu précédemment que le navire est constamment soumis à deux forces, le poids

d’une part qui entraîne le bateau vers le bas, et la poussée d’Archimède qui au contraire le poussevers le haut ; quand ces deux forces sont égales et opposées, leur somme est nulle, le bateau est aurepos et flotte.

Ces deux forces s’appliquent en deux points du bateau : au centre de gravité CG pour le poids,et au centre de carène (ou centre de poussée) CC pour la poussée d’Archimède. L’emplacementdu premier dépend de la répartition des masses du navire ; tandis que le second correspond aubarycentre de la partie immergée de l’embarcation. Sur un bateau symétrique par rapport à son plansagital (plan perpendiculaire à la surface de la mer allant de l’avant à l’arrière) parfaitement verticalet dont les charges sont équitablement réparties, ces deux points sont situés sur le plan sagital,généralement l’un au-dessus de l’autre et peuvent être confondus ou distincts. Vu de face où de

42

Figure 4.2: Sur ce schéma, l’objet gris peut être assimilé à une coque. La poussée d’Archimède et le poids

sont égaux et opposés, soit−→PA = −

−→P. En effet, le volume V1 immergé déplace un volume d’eau

dont le poids est égal à celui du corps.

derrière, les centres de gravité et de carène sont situés l’un au-dessus de l’autre ou sont confondus.Or, les deux forces s’appliquent à la verticale ; leur direction est donc la même et leur sens est opposé(fig.4.3). Il ne se passe donc rien.

Cependant, quand le bateau gîte, c’est-à-dire s’incline sous l’effet du vent au près ou au travers,cet équilibre ce romp. Le centre de gravité s’il est sous l’axe de rotation du bateau, dit axe sagital, sedéplace au vent ; et le poids ne s’applique plus dans le plan sagital. Par ailleurs, le centre de carènese déplace sous le vent et la poussée d’Archimède ne s’applique plus non plus dans ce plan.

On assiste donc à un double effet de levier formant un couple de forces que l’on appelle couplede redressement (fig. 4.3). Ce couple provoque une rotation autour du centre du bateau qui contrel’inclinaison générée par le vent : le bateau tient en équilibre et reste stable.

La gestion du couple de redressement a toujours constitué un point important à la voile. En effet,le déplacement du centre de carène suffit rarement à contrer l’inclinaison, et il faut par conséquentque le centre de gravité soit le plus possible éloigné de l’axe sagital pour que l’effet de levier dupoids soit important. Aujourd’hui, la quille des bateaux, lestée par plusieurs quintaux voire plusieurstonnes de plomb permet de déplacer le centre de gravité très bas sur l’eau ; mais autrefois, les grandsvaisseaux à la coque très arrondie tenaient plus difficilement la gîte : les très hauts mâts (parfois plusde 40 m), les canons situés sur les ponts supérieurs tiraient le centre de gravité vers le haut, et unvaisseau qui chavirait ne pouvait pas se redresser (fig. 4.4). Les dériveurs et planches à voile n’ontpas de lest et chavirent facilement. Sur les multicoques, enfin, la largeur des coques assure unestabilité très importante, puis qu’une seule des coques reste en contact avec l’eau, ce qui induit undéplacement du centre de carène de plusieurs mètres sous le vent (fig. 4.5).

43

Figure 4.3: À gauche, sur un navire au repos, les centres de gravité et de carène sont situés l’un au-dessusde l’autre, et le poids et la poussée d’Archimède sont égaux et opposés. À droite, sur un navireincliné par la force du vent, le centre de carène et le centre de gravité se déplacent dans desdirections opposées ; il se créée du couple de forces qui contre le vent et empêche le navire dechavirer.

Figure 4.4: Le Triomphant, navire de la fin du xviie siècle, avait comme tous les vaisseaux de cette époquede très hauts maâts (une trentaine de mètres) et plusieurs rangées de canons situées très haut surles ponts. Pour compenser et descendre le centre de gravité, toutes les marchandises ainsi que lesvivres étaient mises à fond de cale et solidement attachées. Si les marchandises se déplaçaient ousi le navire se couchait dans une rafale, il n’était plus possible de le redresser.

44

Figure 4.5: Sur ce trimaran USA17, vainqueur de la dernière coupe de l’América, le centre du couple deredressement s’est déplacé sur la coque bâbord ; tandis que le centre de gravité est situé sur lacoque centrale.

45

Partie 5

Navigation

En mer, il est nécessaire de savoir très précisément où l’on est : pour éviter les îles, mais aussipour trouver les ports et les abris. La navigation consiste à trouver sa route et sa position.

5.1 Les instruments de navigationIl existe un grand nombre d’instruments utiles dans la navigation : pour mesurer le temps, la

distance ou des angles, mais aussi pour tracer et mesurer des angles et des longueurs sur des cartes ;pour connaître la position des astres afin de trouver des astres de références...

5.1.1 Astrolabes et compas de relèvementLes astrolables et autres compas de relèvement sont des instruments qui permettent de mesurer

à vue des angles à l’horizon, et souvent de déterminer les positions des astres.Le Polos, inventé pendant l’antiquité, est considéré comme le plus ancien instrument de naviga-

tion. Il permettait de déterminer la hauteur du Soleil ainsi que l’heure solaire.L’astrolabe de mer est le premier instrument marin de visée. On peut grâce à lui mesurer la

hauteur du Soleil, de la Lune, de l’étoile polaire et de quelques autres astres très brillants. Il estutilisé dès le xiie siècle.

La sphère armillaire, représentée sur le drapeau portugais, est très utilisée à partir du hautMoyen-Âge. Grâce à un agencement d’anneaux mobiles, elle permet de déterminer la position dequelques astres : Lune, Soleil, quelques planètes, étoile polaire, etc.

Le Turquet est utilisé à partir du xiiie siècle. Il permet lui aussi de mesurer la hauteur des astreset de prévoir leur position, mais aussi de prévoir leurs heures de lever et de coucher et surtout demesurer des angles à l’horizon (azimut) pour déterminer son cap, donc sa position.

L’astrolabe arabe est une évolution du Turquet, en plus compact. Il permet aussi de déterminerla date et l’heure.

L’octant, inventé au xviie siècle, permet de se positionner en mer par rapport aux astres. Il permetde mesurer des mesures de hauteur d’astres jusqu’à un deux huitièmes de tour, soit π/2 rad. Il esttrès rapidement supplanté par le sextant (fig. 5.3), qui permet pour sa part de faire des mesuresjusqu’à deux sixièmes de tour, soit 2π/3 rad. Ces deux instruments sont plus précis que l’astrolabe.

47

Figure 5.1: Reproduction d’un astrolabe antique.

Figure 5.2: Dessin d’une sphère armillaire.

Le compas de relèvement est utilisé exclusivement pour mesurer des azimuts, c’est-à-dire l’angleformé entre le nord et un point visible à l’horizon.

48

Figure 5.3: Schéma d’un sextant de marine.

5.1.2 Cartes

Les premières cartes marines apparaisent vers le xve siècle, lorsque commencent les grandesdécouvertes et qu’émergent les premières grandes puissances maritimes : Espagne et Portugal. Ce-pendant, ces cartes sont peu précises, et il faut attendre le xviie siècle pour qu’apparaissent des cartessuffisamment détaillées pour la navigation côtière.

La principale difficulté avec ces cartes est que la Terre est une boule. Il n’est donc pas possiblede respecter complètement les distances sur une carte. On est obliger de faire une projection de lasphère sur le plan. Il en existe plusieurs types, mais la plus utilisée aujourd’hui est la projectiondite de Mercator, qui permet d’obtenir des planisphères rectanglaires. Mais ces cartes déformentconsidérablement les pôles : les distances paraissent étirées. De plus, cette déformation fausse lesroutes. Ainsi, le chemin le plus court entre deux points (orthodromie, ou géodésique) n’apparaitdroit sur une carte Mercator (fig. 5.4), et un segment tracé enre deux points sur une carte n’est pasle chemin le plus court (fig. 5.5).

En effet, une boule n’est pas un repère orthonormé, mais un repère dit géodésique. Les règlesénoncées dans les Éléments d’Euclide ne tiennent donc plus, et il est par conséquent impossible decalculer des routes ou des points en utilisant des formules qui s’appliquent aux figures planes dansla géométrie Euclidienne lorsque l’on utilise des points trop éloignés : par exemple, un triangle tracé

49

Figure 5.4: Oui, le chemin le plus court entre New-York et Shangaï passe bien par le pôle !

Figure 5.5: La loxodromie passant par Anchorage, Alaska, et Auckland, Nouvelle-Zélande, est loin d’être lechemin le plus court entre ces deux villes.

sur Terre peut mesurer de π rad à... 5π rad (fig. 5.6) !

Heureusement, ces désagréments restent négligeables lorsque l’on reste à l’échelle de la centainede kilomètres maximum. On a donc inventé lee compas de proportion au début du xviie siècle pourtracer et mesurer des angles sur une carte. Il a été supplanté par la règle de Cras à partir de 1917,plus légère, moins chère, moins fragile et plus simple d’utilisation. Cette dernière est une simpleréglette transparante sur laquelle sont dessinés deux rapporteurs, permettant de reporter n’importequel angle dans n’importe quel sens sur une carte en ayant à tracer aucun trait (fig. 5.7).

50

Figure 5.6: La somme des angles, tous droits, de ce triangle reliant le pôle Nord, les Galapagos et le golfe deGuinée n’est pas égale à π rad, mais à 3π/2 rad en raison de la courbure de la Terre.

Figure 5.7: Vue par transparence d’une règle-rapporteur Cras. Les deux rapporteurs croisés permettent demesurer un angle dans n’importe quel sens, et les graduations régulières de part et d’autre de laréglette permettent de mesurer les distances.

5.1.3 Autres instruments

Les compas de cap permettent de mesurer son cap, c’est-à-dire l’angle formé entre le nord et laroute du bateau. Il en existe trois principaux types :

– Le compas magnétique, premier à avoir été utilisé, fonctionne grâce au champ magnétique ter-restre comme le fait une bossole. Cependant, il est peu précis car il n’indique pas exactementle Nord.

– Le compas gyroscopique est plus récent et beaucoup plus précis. Il fonctionne grâce au prin-cipe de gyroscopie : une fois lancé et stabilisé, il indique toujours la même direction. Cepen-dant, sa précision se détérore sous les latitudes supérieures à 70°.

– Le compas satelittaire enfin fonctionne grâce à un GPS, en confrontant des relevés de positionà intervalles réguliers. Apparu dans les années 1980, il a l’avantage d’être extrêmement précis,et surtout de tenir compte de la dérive du bateau.

51

La montre est un instrument essentiel dans la navigation pour déterminer sa position. Elle estinventée au xvie siècle, mais n’était pas assez précise. Il faut attendre 1761 pour que le premierchronomètre suffisamment précis soit inventé par un anglais.

Les systèmes de géopositionnement par satellite, surnommés abusivement GPS, sont des sys-tèmes qui permettent de déterminer très précisément sa position au moyen de triangulations spa-tiales.

La corde à nœuds est le premier outil de mesure de vitesse à avoir été inventé : des nœuds sontfaits de manière régulière sur une corde, que l’on laisse s’écouler à l’arrière du navire. On regardecombien de nœuds de la corde sont tombés à l’eau une minute, ce qui permet d’obtenir la distanceparcourue, et donc sa vitesse, les nœuds étant disposés de telle sorte que chaque nœud qui s’écouleen une minute correspond à une vitesse d’un nœud.

5.2 Le repérage par coordonnées géodésiques

Pour déterminer la position d’un point sur terre, on a inventé un système de repérage appelérepérage géodésique. On considère la terre comme une sphère parfaite, et on la quadrille en traçantd’une part les parallèles, cercles parallèles à l’équateur et qui font le tour de la Terre, concentriquesautour des pôles ; ainsi que les méridiens qui sont perpendiculaires aux parallèles et font la moitiédu tour de la Terre, d’un pôle à l’autre en croisant une unique fois chaque parallèle (fig. 5.8).

Figure 5.8: Le quadrillage en parallèles et méridiens de la Terre.

On peut donc obtenir les coordonnées géodésiques de n’importe quel point à la surface de laTerre en considérant :

– La latitude φ, qui correspond à l’angle entre le parallèle sur lequel se trouve le point et leparallèle de référence : l’équateur. On la mesure généralement en degrés, et elle vaut entre-90°et 90°, les latitudes positives étant au nord ;

52

– La longitude λ, correspondant à l’angle entre le méridien sur lequel se trouve le point etle méridien de référence, qui est depuis 1884 le méridien passant par l’observatoire royalde Greenwich, au Royaume-Uni. Elle vaut pour sa part entre -180°et 180°, les longitudespositives étant à l’est ;

– Et éventuellement l’altitude a par rapport au niveau de la mer, mesurée en mètres. Il n’existepas de niveau international de référence, car la hauteur de la mer est variable selon la maréeet que certaines mers ont un niveau moyen plus bas que d’autres. En mer, on mesure donc lesprofondeurs (fosses, récifs) par rapport au niveau des plus basses mers et les hauteurs (ponts,cales de ports) par rapport au niveau des plus hautes mers. Sur terre, on utilise un niveau deréférence qui dépend du pays ; il s’agit en France du niveau au marégraphe de Marseille.

Grâce à ces trois coordonnées, il est possible de déterminer de manière certaine la position d’unpoint X(φ; λ; a) (fig. 5.9).

Figure 5.9: Pour déterminer les coordonnées géodésiques du point M, on mesure l’angle φ formé entre leparallèle de M (en rose) et l’équateur (en rouge) qui correspond à la latitude de M, puis l’angle λentre le méridien de M (en bleu pâle) et le méridien de Greenwich (en bleu foncé) qui correspondà la longitude.

5.2.1 Les moyens traditionnels

Avant l’invention des GPS et autres systèmes de géopositionnement par satellite, on déterminaitsa latitude et sa longitude en se basant sur des phénomènes naturels.

On sait depuis l’Antiquité mesurer sa latitude. Dans l’hémisphère Nord, Il suffit pour cela deviser le Nord que l’on repère facilement de nuit grâce à l’étoile polaire (à notre époque, il s’agitd’α UMi, mais cela change au cours du temps) et de mesurer l’angle formé avec l’horizon. Parexemple, si l’étoile polaire est 45° au-dessus de l’horizon, alors l’observateur est sur le 45e parallèle.De même, dans l’hémisphère Sud, il suffit de viser le Sud, qui est aujourd’hui marqué par σ Oct.

53

La mesure de la longitude, cependant, est plus difficile. Aucun moyen précis de mesure n’étaitdisponible avant le milieu du xviiie siècle, et la navigation « à l’estime » était extrêmement dange-reuse : plusieurs dizaines de navires se sont échoués en raison d’une imprécision de mesure de lalongitude. La solution est trouvée par l’Anglais Harrison qui réussit à mettre au point un chrono-mètre extrêmement précis que le mouvement de tangage ne déreglait pas (les horloges à balancierétaient déréglées par la houle). Chaque bateau possédait à son bord un chronographe reglé à l’heurede Greenwich, et tous les midis, lors que le Soleil était au zénith, le capitaine calculait le décalagehoraire avec l’Angleterre. Or, chaque point parcourt en 24 heures un tour complet de la Terre, soitun arc de 15° par heure, ou 15′ par minutes. En multipliant le décalage horaire avec Greenwich parquinze, on obtenait sa longitude.

5.2.2 Les systèmes de géopositionnement par satellite

Figure 5.10: Sur cette image, on peut voir les orbites des 24 satellites du réseau GPS américain.

Depuis les années 1980 pour l’armée Américaine, et 1995 pour le grand public, on peut obtenirbien plus facilement sa longitude grâce aux systèmes de géopositionnement par satellite. Plusieursréseaux sont aujourd’hui opérationnels (GPS pour les Américains, GLONASS pour les Russes,Beidou pour les Chinois) et d’autres en développement (Galiléo pour l’Europe, IRNSS pour l’Inde,Compass pour la Chine) mais ils fonctionnent tous de la même manière.

Une « constellation » d’une vingtaine de satellites géostationnaires situés à une altitude de25 000 km, associés à des balises au sol, connaissent chacun leur position précise (fig. 5.10. Lesutilisateurs disposent d’un récepteur couplé à un ordinateur, dont l’horloge interne est précisémentreglée sur l’horloge interne des satellites. Ce récepteur, lors qu’il est activé, reçoit les signaux dessatellites « visibles », chaque signal contenant des informations sur l’heure d’émission du message

54

et la position du satellite à ce moment. La précision de l’heure est cruciale ; les satellites embarquentdonc des horloges atomiques.

En soustrayant l’heure de réception à l’heure d’émission du signal, l’ordinateur peut calculer letemps qu’a mis le signal à lui parvenir. La vitesse de voyage des ondes eléctromagnétiques étantconnue et égale à 299 792 458 m · s−1, il peut par conséquent déterminer la distance du satellite,définissant ainsi une sphère de probabilités dont il connaît l’équation.

En procédant de même avec un second satellite, on obtient une deuxième sphère de probabilités ;l’intersection des deux donnant un disque sur lequel se trouve le récepteur. Une troisième sphère deprobabilités, enfin, ne laisse plus qu’un ou deux points ; dans ce cas, le point qui n’est pas sur Terreest éliminé (fig. 5.11). En rajoutant des satellites, on obtient des données supplémmentaires qui, eninfirmant, ou confirmant les résultats, permettent d’accroître la précision du résultat : on arrive à unemarge d’erreurs de cinq mètres lorsque cinq satellites sont visibles, et d’à peine un mètre avec huitsatelliites.

Figure 5.11: Le fonctionnement des réseaux de positionnement par satellite : en croisant les sphères de pro-babilité de trois satellites, on obtient sa propre position.

La difficulté principale avec les systèmes de géopositionnement consiste à calculer le tempsparcouru par les signaux : les données doivent être très précises (une erreur d’une microsecondefaussant le résultat de 300 m !), ce qui implique de disposer d’horloges ultraprécises, mais ausside tenir compte de la théorie de la relativité : en raison de la différence de pesenteur sur Terre et

55

dans l’espace, le temps s’écoule plus rapidement pour les satellites émetteurs que pour les balisesréceptrices !

5.3 La détermination d’un capLe cap est l’angle formé entre la ligne de foi (axe avant-arrière) du navire et le nord ; c’est-à-dire

la direction que prend le bateau. Il est toujours orienté dans le sens anti-trigonométrique, positifet généralement mesuré en degrés : le nord est à 0°, l’est à 90°, le sud à 180° et l’ouest à 270°.Rappelons que 1° = π/180 rad.

Sur une carte, il est facile de mesurer ou de rapporter un angle. Pour le mesurer, on trace leméridien passant par son point de départ, et à l’aide d’une règle Cras ou d’un rapporteur, mesurerl’angle entre ce méridien et la droite entre son point de départ et son point d’arrivée. Pour le reporter,on trace l’angle voulu avec ledit méridien, et on prolonge la droite obtenue.

Les compas magnétiques sont de loin les plus utilisés, mais il est nécessaire d’ajuster les résul-tats mesurés. En effet, il existe plusieurs « nords » de référence. D’une part, le nord géographique ounord vrai (NV) correspond au point où se recoupent tous les méridiens, situé sur l’axe de rotation dela Terre. Mais il existe aussi le nord magnétique NM, qui correspond au pôle nord du champ magné-tique de la Terre. Il se déplace fréquemment, et est actuellement situé sous les glaces du Nunavut,au Canada. Enfin, le nord compas NC correspond au nord indiqué par le compas magnétique, quin’est pas exactement le nord magnétique puis que le cap mesuré par le compas admet une marged’erreur (fig. 5.12).

Figure 5.12: La ligne de foi est en noir ; le cap vrai est en bleu, le cap magnétique en rouge et le cap compasen vert.

On définit la déclinaison magnétique D comme l’angle formé par le nord magnétique et le nordvrai ; elle est en France en 2012 d’environ 40′. La dérivation δ, elle, est égale à l’angle formé par lenord compas et le nord magnétique. Elle dépend du modèle de compas, mais aussi de la latitude, de

56

la longitude, de la déviation... La variation, enfin, notée W, correspond à la somme de la déclinationet de la dérivation ; c’est donc l’angle formé entre le nord géographique et le nord compas.

À chaque nord correspond un cap. Le cap vrai CV se mesure donc par rapport au nord géo-graphique, le cap magnétique CM est rarement utilisé et se mesure par rapport au nord magné-tique, et le cap compas CC, indiqué par la compas. Pour obtenir le cap vrai, on utilise la relationCV = CM + D = CC + δ + D = CC + W (fig. 5.13).

Figure 5.13: La variation W en vert est égale à la somme de la déclinaison D en rouge et de la dérivation δen bleu.

5.4 La triangulationLa triangulation est un moyen de déterminer avec une grande précision sa position en connais-

sant la position précise de deux points ou plus. Elle est utile par exemple lorsque l’on navigue dansun archipel, où la conaissance de sa position est essentielle pour éviter les accidents (fig. 5.14).

Pour pouvoir faire une triangulation, il faut mesurer avec un compas de relèvement l’azimut dedeux ou trois points dont on connaît la position exacte, c’est-à-dire l’angle formé entre le méridiensur lequel se trouve le navire et la droite qui relie le navire à chaque point : il s’agit du cap qu’ilfaudrait prendre pour aller sur ce point. Il est essentiel que les points utilisés ne soient pas alignésavec le navire, et que les trois relevés soient faits à peu près simultanément (fig. 5.15).

On s’équipe d’une carte détaillée du lieu, et on repère les points. On contruit ensuite les droitescorrespondant aux azimuts de chaque point ; par exemple si un point a un azimut de 15°, on tracele méridien passant par ce point, puis la demi-droite formant un angle de 15° avec ledit méridien enpartant du sud, en application du théorème des angles alterne-interne (fig. 5.16).

Les droites ainsi tracées se croisent. En théorie, elles devraient être concourrantes en la positiondu navire. En pratique, on obtient un triangle d’incertitude dans lequel se trouve le navire (fig. 5.17).

Lorsque le bateau est en mouvement régulier (sans changer de cap, à vitesse constante), on peutmême déterminer sa position et son cap avec un seul point visible par intermittence comme un phare

57

Figure 5.14: Carte de l’archipel des Glenans, dans le sud du Finistère. La navigation au sein de cet archipelest très dangereuse en raison de la présence de nombreuses îles, bancs de sables et roches peuprofondes.

Figure 5.15: On utilise ici trois points très visibles : le phare de l’île de Penfret en vert, l’amer de Guéotec enbleu et la cheminée de l’usine de l’île de Loch en violet.

pendant la nuit. On mesure tout d’abord sa vitesse, grâce à une corde à nœuds par exemple, ainsique son cap avec un compas. On fait ensuite un premier relevé sur l’amer, puis on trace la droitecorrespondante. Lorsque le point est de nouveau visible, on fait un nouveau relevé et l’on construitune nouvelle droite (fig. 5.18). Connaissant sa vitesse et le temps écoulé entre les deux relevés, oncalcule la distance parcourue dans l’intervalle, puis on mesure son cap. Il n’existe qu’un segment

58

Figure 5.16: L’amer a un azimut de 120°, la cheminée de 210° et le phare de 165°.

Figure 5.17: Le navire doit se trouver dans le triangle blanc formé par les trois droites : il faut virer pouréviter le banc de sable de Guiriden !

pouvant relier les deux droites, suivant le cap du bateau et mesurant la distance parcourue : il s’agitde la route suivie entre les deux relevés (fig. 5.19).

Il est aussi possible de procéder par le calcul : il est en théorie posssible de déterminer sa positiongrâce à des formules trigonométriques simples. Mais les formules sont complexes (il faut calculerdes tangentes d’angles, diviser par celles-ci...), ne fonctionnent pas dans toutes les situations (si l’undes points a un azimut de 0° ou 180°, la formule générale ne fonctionne pas car il faudrait faire unedivision par tan 180° = tan 0° = 0), et surtout ne tiennent pas compte de la courbure de la Terre :

59

Figure 5.18: Ici, un bateau naviguant plein nord à la vitesse de 7,6 kn a relevé deux fois l’azimut du phare dePenfret : une première fois à 21 h 33′ 12′′ où le phare était à 90°(rouge), et une seconde fois à21 h 26′ 48′′ (jaune).

Figure 5.19: Le temps qui s’est écoulé entre les deux relevés est 3′ 36′′. Le navire a donc parcouru unedistance de 0,46 NM. Or, il n’existe qu’un seul segment orienté plein nord et mesurant 0,46 NMqui permet de relier les demi-droites, en noir : c’est la route suivie par le navire.

il est nécessaire de changer de repère, en utilisant par exemple une carte en projection Mercator ;mais plus les points mesurés sont loins, plus la déformation de la carte et donc l’imprécision sontgrandes.

60

Partie 6

Manœuvres et accidents

De nombreuses forces s’appliquent à chaque instant sur un palais : force du vent, poids, pousséed’archimède, traînée, force anti-dérive... Il est nécessaire de canaliser ces forces pour manœuvrer.Mais, dès lors que l’on perd le contrôle, un accident grave voire mortel peut se produire. Et, plus levent est fort, plus la navigation est difficile.

6.1 Les signaux de détresseIl peut parfois être nécessaire d’appeler à l’aide les navires environnant, notamment en cas d’ac-

cident. Pour cela, il existe de nombreux moyens.Le plus simple est d’utiliser une VHF. Le canal no 16 (fréquence 156,8 MHz) est le canal in-

ternational de détresse : les messages de détresse (mise en danger de la vie humaine immédiate)commencent par MAYDAY, les messages d’urgence (accident grave) par PANPAN, et les messagesconcernant la sécurité de la navigation par SECURITY. Par radiotélégraphe, on utilise le code SOS(· · · − − − · · ·).

Il est aussi frésuent d’utiliser des signaux pavillonnaires. Un alphabet international associechaque pavillon à une lettre, et il est possible d’utiliser des combinaisons prédéfinies : le pavillon Vsignifie une demande d’assistance, le pavillon N au-dessus du C (signifiant respectivement « non »et « oui ») ainsi que la combinaison pavillon uni de n’importe quelle couleur sur une boule corres-pondent tous les deux à un signal de détresse. La combinaison MOB (man over board, homme à lamer) est une demande d’assistance pour le sauvetage d’un homme à la mer, le pavillon G précisantque le navire est sans pilote.

En pleine mer, pour attirer l’attention d’un avion, il est d’usage de répendre du colorant orangedans l’eau, de montrer un carré et un cercle noirs côte à côte, ou de produire de la fumée. On peutaussi produire des flammes, ou envoyer des signaux lumineux de SOS avec un miroir.

De nuit, on utilise des signaux lumineux : trois fusées ou bombes à étoiles rouges tirées à decourts intervalles, ou les flammes produites en brûlant un baril de pétrole ou de goudron, auxquelson peut répondre par trois fusées blanches tirées à une minute d’intervalle pour indiquer que lessignaux ont été reçus.

Si aucun de ces équipements n’est disponible à bord, ou s’il n’y a pas de visibilité, il est possibleen dernier recours de produire des sons explosifs (coup de canon de marine...) régulièrement, à une

61

Figure 6.1: L’alphabet des pavillon nautiques.

minute d’intervalle, ou de souffler en continu dans une corne de brume.

6.2 Auloffée, abatée et mise à la cape

L’auloffée (ou lof) et l’abattée sont les deux manœuvres les plus fréquentes à la voile (fig. 6.2).Elles consistent simplement, en modifiant la courbure des voiles et l’angle du gouvernail, à modifierle cap du bateau. On pousse la barre sous le vent pour loffer, c’est-à-dire se rapprocher du vent-debout ; et on la tire au vent pour abattre (ou laisser porter), se rapporcher du vent-arrière. Danscertains cas, le bateau peut avoir tendance à remonter ou descendre incontrôlablement le vent : onparle respectivement de départ au lof et à l’abattée.

Pour arrêter le navire tout en restant prêt à repartir, on effectue une manœuvre appelée miseà la cape : on serre le vent au maxium en loffant tout en prenant garde à ne pas virer de bordaccidentellement, puis on détend complètement les voiles (qui doivent alors battre) et on bloque sipossible le foc à contre, c’est-à-dire dans le sens opposé à celui de la grand-voile pour empêcher lesfilets d’air de passer. Le départ se fait de manière très simple, en resserant les voiles et en abattant.

62

Figure 6.2: Loffer consiste à se rapprocher du vent, abattre à s’en éloigner.

Figure 6.3: Schéma d’un navire sous grand-voile et foc à la cape.

6.3 Virement et empannage

Pour changer d’amure, c’est-à-dire passer l’axe du vent, il faut effectuer une manœuvre. On peutsoit franchir l’axe du vent en passant vent debout lorsque l’on est à une allure de près, c’est-à-direvirer de bord, soit en passant par le vent-arrière lorsque l’on est à une allure portante, c’est-à-direempanner.

Pour virer, on loffe jusqu’à ce que la voile commence à faseyer, en choquant (détendant) lesvoiles pour rester à vitesse constante. Au moment de passer le lit du vent (fig. 6.4), l’équipage et

63

l’éventuel lest changent de côté du bateau, puis on abat pour quitter le vent-debout. Si le changementdans la répartition des voix se fait au moment précis du passage de l’axe du vent, le mouvement dunavire regonfle les voiles et empêche la perte de vitesse : on parle de virement bascule.

Au contraire, pour empanner, on abat jusqu’à passer le lit du vent après avoir changer le spi decôté s’il est mis ; puis on peut éventuellement lofer de nouveau.

Figure 6.4: Un dériveur en train de virer ; son skipper change de côté pour faire un virement bascule.

Le virement de bord est une manœuvre compliqué, car il nécessite une puissance importantepour passer le lit du vent sans être repoussé ; si tel n’est pas le cas, le virement échoue ; on parlealors de manque à virer. Sur les vieux gréements, il n’est souvent pas possible d’aller assez vite pourvirer de bord ; on fait donc ce que l’on appelle des virements lof pour lof : au près-serré, on abatjusqu’à empanner, avant de lofer pour revenir au près.

L’empannage quant à lui peut être assez dangereux, surtout par vent fort. En effet, la grand-voilechange de côté avec énormément de puissance. Elle peut donc projeter un passager ou un membre del’équipage à l’eau, l’assomer voire le tuer ! Il en est de même avec les cordages sur les gros navires,qui peuvent aussi couper un membre, ou avec les poulies et rhéats. Les consignes de sécurité sontdonc d’autant plus strictes que l’on se rapporche du vent-arrière (obligation de mettre un gilet desauvetage, de s’attacher à la coque...), allure que de nombreux navires préfèrent éviter.

En alternant bords de près et virements de bord, on remonte au vent : c’est ce qu’on appelle lelouvoyage. De même, en alternant les bords de largue et les empannages, on descend plus rapide-ment au vent qu’en restant au vent-arrière (voir le chapitre sur la VMG).

64

6.4 Départ au lof et à l’abattéeLorsque le navire est sous spinakker par vent fort, il peut se produire des incidents graves que

l’on appelle le départ au lof et le départ à l’abatée.Au vent de travers, si le spi est trop relâché, son centre de tir recule. Il se produit donc un double

effet de levier avec le couple de force de tir et anti-dérive. Le voilier « part au lof », c’est-à-direqu’il change de cap sans qu’il soit possible de l’arrêter, jusqu’à se retrouver vent-debout. Il est alorspossible de reprendre le contrôle du navire (fig. 6.5), généralement sans trop de dommages.

Figure 6.5: 1 : le navire descend le vent au grand largue – 2 : l’équipage choque (relâche) trop le spi, la

somme des forces véliques des voiles−→P1 +

−→P2 ne s’applique plus dans la même direction que la

force anti-dérive−→D, le couple de force tire donc le navire incontrôlablement vers le vent-debout –

3 : une fois vent-debout, le navire s’arrête, voiles faseyante.

Le départ à l’abatée, en revanche, est beaucoup plus problématique. Au plein vent-arrière-si lespi est trop choqué, le centre de tir n’est pas exactement dans l’axe du navire. Un coup de barremalencontreux ou, plus souvent, une vague perpendiculaire au navire, destabilise le bateau. Le spien profite pour se mettre parallèle au bateau, et sa force vélique s’oppose au poids du navire et àla poussée d’Archimède donnant naissance à un couple de forces autour de l’axe sagittal du navire.Si le vent est fort, le il peut réussir à coucher le navire au ras de l’eau (fig. 6.6–6.7), la grand-voile

65

en équilibre prête à tomber en balayant l’équipage, et tomber dans l’eau en en charriant plusieursmètres cubes, donc plusieurs tonnes. Non manœuvrant, le bateau peut heurter un obstacle (une autreembarcation par exemple), et les forces énormes qui s’appliquent sur chaque élément du navire(poids, vent, eau chalutée par le spi) donne lieu à des dégâts matériels importants : voiles et cordagesdéchirées, démâtage (cf. infra), voire naufrage si les accès à la coque sont mal fermés et se retrouventimmergés.

Figure 6.6: Un voilier parti à l’abatée par vent fort qui ne parvient pas à se redresser.

6.5 Homme à la merLors qu’un homme passe à la mer, on effectue une manœuvre appelée manœuvre de l’homme

à la mer, abrégée MOB (man over board). Ainsi, si l’on suppose un voilier au près, qui perd unmembre d’équipage :

– On avertit immédiatement l’ensemble de l’équipage par la phrase « un homme à la mer ! ». Sic’est le capitaine qui est tombé à l’eau, le second prend immédiatement le commandement.

– On envoie immédiatement un bouée-couronne ou tout autre objet flottant à l’homme.– Si possible, on appelle à l’aide (cf. supra) les navires environnants.– Un membre d’équipage surveille en permanence l’homme à la mer, la pire faute possible étant

de le perdre.– Le timonier effectue la manœuvre de récupération : elle consiste à former un large « 8 »

pour revenir sur son point de départ deux fois après avoir perdu de la vitesse. Pour cela, dèsque possible, on vire de bord une première fois avant d’abattre et d’empanner ; on repasse àproximité de l’homme, on ré-empanne, puis on fait un dernier virement de bord en serrant le

66

Figure 6.7: 1 : Le voilier navigue plein vent-arrière – 2 : le spi est trop choqué, et le navire reçoit une vaguelattérale, ce qui le déséquilibre – 3 : si le vent est fort, le navire va se coucher, risquant des dégâtsmatériels voire humains très importants.

67

plus possible le vent pour revenir sur l’homme à la mer le plus lentement possible, quitte àmettre à la cape (fig. 6.8). En cas d’échec, on recommence autant de fois que nécessaire poursauver l’homme.

Figure 6.8: 1 : on remonte au vent – 2 : on vire de bord une première fois – 3 : on abat – 4 : on empanne et onredescend le vent – 5 : on empanne une seconde fois – 6 : on vire une nouvelle fois et on remontesur l’homme à la mer – 7 : on vient s’arrêter et récupérer l’homme en mettant à la cape.

6.6 Chavirage, dessalage et enfournementLorsqu’un bateau est couché par une rafale comme c’est le cas lors d’un départ au lof, on dit

qu’il chavire. Ce type d’incident peut arriver sur tout type de bateau, mais les quillards se redressent

68

naturellement après la rafale grâce au couple de redressement formé par le poids de la quille et lapoussée d’Archimède qui s’exerce sur la coque. Cependant, les multicoques nécessitent une inter-vention extérieure, et les galères et vaisseaux sont impossibles à redresser.

Généralement, les dériveurs on plutôt tendance à déssaler, c’est-à-dire que le mât passe sousl’eau, et la coque dépasse au-dessus. Un équipier seul peut redresser son navire en motant dessuset en utilisant son poids pour faire effet de levier, mais plus la voile est grande, plus la résistancede l’eau est grande. Surtout, par fort courant (à mi-marée, dans les goulets...), la voile exerce unepoussée vélique... sous l’eau !

Les multicoques, quant à eux, enfournent, ou sancissent : en raison d’un déséquilibre des poids,d’une rafale ou d’une vague latéralent, ils dessalent par l’avant (« soleil ») ou par l’arrière (« lune »),comme le catamaran BMW/Oracle d’entraînement pour la coupe de l’América 2013 en figure 6.9.

Figure 6.9: Enfournement du catamaran d’entraînement du team BMW/Oracle AC130 pour la coupe del’América 2013 dans la baie de San Francisco le 14 juin 2011.

Ces accidents sont généralement responsables de dégâts matériels et humains importants puisqueles membres d’équipage peuvent tomber à l’eau, les voiles se déchirer et le navire démâter.

6.7 DémâtageLe démâtage est un accident extrêmement grave. On dit qu’un navire démâte lorsque son mât,

la pièce du gréement dormant qui maintient la grand-voile, casse, tombe ou se détâche de la coque(fig. 6.10). Cela peut survenir soit par vent fort, si une force trop importante s’exerce sur le mât(notamment par l’intermédiaire de la drisse de spi, le cordage qui rattache le haut du spi au hautdu mât), soit si l’étai ou les haubans qui maintiennent le mât cassent, soit si le mât cogne contre unobstacle (pont, autre mât...), soit, pire, si par temps orageux le mât joue le rôle d’un paratonnerre.

69

Figure 6.10: Le mât du navire italien +39 Challenge s’est cassé en régâte, lors du passage d’une bouéedifficile.

Dans ce cas, les conséquences sont nombreuses. En tombant, le mât peut assomer, blesser, pro-jeter à l’eau voire tuer un équipier ou un voyageur. Surtout, il n’est plus possible sans mât d’avancersi le navire n’a pas de moteur ; il faut donc une aide extérieure pour rentrer à terre d’autant plus qu’ilest généralement impossible de remettre un mât sans aide.

6.8 Échouement et naufrageUn navire fait naufrage (coule) lorsque la poussée d’archimède devient plus faible que le poids

du navire, ou si la coque est détruite (fig. 6.12). Cela peut survenir soit en raison de voies d’eau sousla ligne de flottaison (trappes d’accès à la coque laissées ouvertes, frottement contre un iceberg, chocfrontal avec un rocher...), soit en raison d’un icendie, d’une explosion, d’un torpillage, ou encore sides vagues géantes détruisent l’embarcation.

Enfin, en raison d’une erreur de navigation, ou une tempête, il peut arriver qu’un navire s’échoue,sur un banc de sable ou une roche par exemple (fig. 6.11). Cela survient aussi si l’ancre d’un navirecasse ou chasse (ne parvient pas à s’accrocher), comme ce fut le cas à la mi-décembre 2011 pourle navire maltais TK Bremen au sud de la Bretagne. Les dégâts matériels peuvent être importants,car le navire est généralement détruit et peut ensuite faire naufrage. De plus, si le navire contenaità bord une cargaison, celel-ci est perdue et peut polluer durablement (hydrocarbures...). Un navireéchoué doit être soit coulé, soit détruit, soit renfloué.

70

Figure 6.11: Lorsqu’un navire se heurte à une rouche ou un banc de sable et que la marée descend, ils’échoue.

71

Figure 6.12: Si un navire a une voie d’eau sous sa ligne de flottaison, l’eau ramplit la coque, le poids de lacoque devient supérieur à celui de l’eau qu’elle déplace et, par conséquent, la poussée d’Archi-mède qu’elle reçoit : le navire coule !

72

Conclusion

Le voilier est un engin complexe, qui n’a cessé de se perfectionner depuis l’Antiquité, et quiévolue régulièrement. Ces évolutions ont permi de donner naissance à plusieurs grands types devoiliers, de la planche à voile au vaisseau de guerre, du dériveur au multicoque, du quillard à lagalère.

Sa coque, l’élément central lui permet de flotter, grâce au principe de la poussée d’Archimède,et de le stabiliser, de l’empêcher de chavirer ou de déssaler. Ses voiles, qui sont l’élément de pro-pulsion, lui permettent d’avancer que le vent vienne de l’arrière, de travers, ou de l’avant. Dans tousles cas, c’est un écart de pression de part et d’autre des voile, ce qui créée une aspiration, la forcevélique, et tire la navire entier par l’intermédiaire du mât, de l’étai, ou des bras de spi. Lorsquela force vélique n’est pas orientée dans la bonne direction, la quille ou la dérive du bateau permetd’avancer droit.

Si cette dépression se créée, c’est avant tout grâce au vent, déplacement de l’air dans l’atmo-sphère qui a plusieurs origines : la rotation de la Terre, l’effet du relief, et surtout l’affrontement demasses d’air à des pressions et des températures différences, les perturbations atmosphériques. Desphénomènes complexes se produisent, pouvant donner naissance à une légère brise, à un vent fort,à des tempêtes, voire à des ouragans. En maîtrisant le vent, en manœuvrant, il est possible de serendre n’importe où sans consommer le moindre carburant.

Mais tout l’art de la navigation est l’optimisation. Il faut trouver le meilleur compromis entreplusieurs paramètres : la vitesse et la distance à parcourir pour atteindre son but par exemple, ou laforce qui peut s’appliquer sur les voiles sans risquer de les déchirer. Pour les constructeurs aussi :il faut déterminer ce qui sera le plus efficace entre un catamaran rapide mais difficile à manœu-vrer, et un dériveur maniable mais lent. Ou la masse optimale pour qu’un voilier puisse accelererrapidement, tout en ayant suffisament d’inertie pour garder un minimum de vitesse lorsque le ventfaiblit.

Avec les progrès techniques, de nouvelles technologies ont été inventées, pour créer des maté-riaux plus légers, plus résistants. Les recherches ont donné naissance à des voiles tellement légèresqu’un panache de photons suffit à les mettre en mouvement, les voiles solaires, testées par la NASAdepuis fin 2010. Verra-t-on, demain des voiliers solaires partir à la conquête de l’espace (fig. 13) ?

73

Figure 13: NanoSail-D, le premier voilier solaire lancé par la NASA, a volé pour la première fois le 6 dé-cembre 2010.

74

Lexique

Abattée : rapprochement du vent-arrière. Voir « auloffée ».

Affaler : descendre une voile. Voir « hisser ».

Allure : direction par rapport au vent.

Auloffée : rapprochement du vent-debout. Voir « abattée ».

Au vent : du côté d’où vient le vent, celui où est assis l’équipage. Voir « sous le vent ».

Bâbord : à gauche en regardant vers l’avant du navire. Voir « tribord ».

Bôme : espar permettant de renir la grand-voile par le bas.

Bord : trajectoire droite d’un voilier entre un point et un autre.

Border : tendre une voile ou une écoute, voir « choquer ».

Bout : cordage, le mot « corde » étant proscrit en mer.

Dérive : élément situé sous la coque empêchant au navire de dériver.

Dériver : suivre une trajectoire ne correspondant pas à la ligne de foi du navire.

Chavirage : accident, fait pour un bateau de se coucher sur l’eau, voire de se retourner.

Choquer : détendre une voile ou relâcher une écoute, voir « border ».

Compas : le compas est un outil de mesure qui permet de repérer des angles : des azimuts (compasde relèvement) ou des caps (compas de cap).

Course au large : raid de voiliers sur un vaste plan d’eau, généralement très longue. La plus im-portante est le Vendée Globe. Voir « régâte ».

Écoute : élément de cordage permettant de choquer ou de border une voile.

Empannage : manœuvre consistant à franchir l’axe du vent en passant par le vent-arrère. Voir« virement de bord ».

Espar : élément solide permettant d etenir la voilure.

Étai : espar tenant le mât et le foc par le côté.

Étarquer : border ou hisser au maximum.

Foc : voile située à l’avant de la plupart des navires, qui sert à accelérer les filets d’air pour donnerde la puissance au navire au près.

Gîte : inclinaison du navire.

Grand-voile : voile principale du navire.

75

Hisser : monter une voile. Voir « affaler ».Largue : le largue est l’allure à laquelle est un navire qui est entre π/2 et 3π/4 rad du vent environ.Latte : espar permettant de rigidifier les voiles, à l’exception du spi.Ligne de foi : axe reliant la proue à la poupe du navire.Louvoyer : remonter au vent en alternant les bords de près et les virements de bord.Mât : espar tenant la grand-voile par le côté.Mille : 1/21 600 de la longueur de l’équateur, soit environ 1 852 m. Symbole : NM.Nœud : mille par heure, soit environ 1, 852 km · h-1 ou 0, 5 m · s-1. Symbole : kn.Palan : dispositif composé de plusieurs poulies permettant de décupler la force.Portant : les allures portantes sont les allures où le vent est dans le même sens que la route du

navire.Poue : arrière du navire, voir « proue ».Poulie : dispositif permettant de transmettre et de dévier le mouvement de translation.Près : les allures de près sont les allures où le vent est dans un sens contraire à celui de la route du

navire.Près serré : le près serré est l’allure à laquelle est un navire qui remonte le plus possible le vent,

d’environ π/7 à π/4 rad du vent selon les navires.Proue : avant du navire. Voir « poupe ».Quille : dérive lestée de plomb pour contrer l’effet de la gîte.Rappel : position des équipages visant à déplacer au maximum le centre de gravité du navire vers

l’extérieur pour diminuer la gîte.Régâte : course de voiliers sur une courte distance et qui consiste généralement à alterner bords

de près et bords de portant. La plus importante est la coupe de l’América. Voir « course aularge ».

Roulis : mouvement oscilliatoire du navire de tribord à bâbord. Voir « tangage ».Sous le vent : de l’autre côté que celui d’où vient le vent. Voir « au vent ».Spinakker : voile qui permet de gagner de la vitesse au vent-arrière.Tangage : mouvement d’oscilliation de bateau, d’avant en arrière. Voir « roulis ».Tribord : à droite en regardant l’avant du navire. Voir « bâbord ».Vent : déplacement de l’air.Vent-arrière : allure à laquelle est un bateau qui reçoit le vent en plein par l’arrière. Risque d’ac-

cidents.Vent debout : allure à laquelle est un navire qui est à entre 0 et π/6 rad du vent environ ; il est

impossible d’avancer à cette allure.Vent de travers : allure à laquelle est un navire qui fait route à π/3 rad de l’axe du vent.Virement de bord : manœuvre consistant à franchir l’axe du vent en passant par le vent debout.

Voir « empannage ».Winch : poulie spéciale qui ne laisse le bout s’écouler que dans un sens.

76

Sources

Textes

– Exposition permanente du musée de la Marine Nationale, palais de Chaillot– Exposition temporaire « le France »au musée de la Marine Nationale, Palais de Chaillot, 2011– Denis Diderot et Jean le Rond D’Alembert, Encyclopédie, ou Dictionnaire raisonné des

sciences, des arts et des métiers, Première édition, 1751, http://fr.wikisource.org/wiki/L’Encyclopédie

– Centre nautique des Glénans, Cours de navigation des Glénans, éditions du Compas Paris,1961

– Robert Prince, Copain des Sciences, éditions Milan Jeunesse Toulouse, 2003– Jean-Pierre Petit, Anselme Lanturlu, éditions Belin Paris– Hélène Dutilleul, la Grande encyclopédie Fleurus nature, éditions Fleurus Paris, 2003– François Chevalier, Jacques Taglang, 1851 America’s cup yacht design 1986, Paris, 1987

– Le géométricon, 1980– Le trou noir, 1981– Le topologicon, 1985

– René Cuillerier, « Les secrets du vol : les ailes », Science et vie junior hors-série no 76, mars2009

– René Cuillerier, « Einstein est vivant : il squatte votre GPS ! », Science et vie junior no 270,mars 2012

– Règlement international pour prévenir les abordages en mer, Annexe IV : « Signaux de dé-tresse ». Texte intégral disponible sur http://www.developpement-durable.gouv.fr/IMG/spipdgmt/pdf/texte-colreg_cle7f7d24.pdf.

– Articles de Wikipédia, l’encyclopédie libre (liste des auteurs disponible dans l’onglet « histo-rique ») :– « Allure (marine) », http://fr.wikipedia.org/wiki/Allure_(marine)), consulté le

28 novembre 2011– « Anticyclone », http://fr.wikipedia.org/wiki/Anticyclone), consulté le 5 dé-

cembre 2011– « Cap », http://fr.wikipedia.org/wiki/Cap_(navigation), consulté le 7 no-

vembre 2011– « Circulation atmosphérique », http://fr.wikipedia.org/wiki/Circulation_atmosphérique), consulté le 14 novembre 2011

– « Coordonnées géodésiques », http://fr.wikipedia.org/wiki/Coordonnées_

77

géodésiques, consulté le 7 novembre 2011– « Couple de forces », http://fr.wikipedia.org/wiki/Couple_de_forces, consulté

le 7 novembre 2011– « Dépression », http://fr.wikipedia.org/wiki/Dépression), consulté le 5 dé-

cembre 2011– « Effet Venturi », http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Venturi), consulté le 28

novembre 2011– « Équilibre du navire », http://fr.wikipedia.org/wiki/Équilibre_du_navire),

consulté le 7 novembre 2011– « Force de Coriolis », http://fr.wikipedia.org/wiki/Force_de_Coriolis),

consulté le 28 novembre 2011– « Inertie thermique », http://fr.wikipedia.org/wiki/Inertie_thermique),

consulté le 16 janvier 2012– « Loi de Buys-Ballot », http://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_de_Buys-Ballot),

consulté le 28 novembre 2011– « Mise à la cape », http://fr.wikipedia.org/wiki/Mise_à_la_cape, consulté le 23

janvier 2011– « Mistral », http://fr.wikipedia.org/wiki/Mistral), consulté le 9 janvier 2012– « Orthodromie », http://fr.wikipedia.org/wiki/Orthodromie), consulté le 9 jan-

vier 2012– « Poussée d’Archimède », http://fr.wikipedia.org/wiki/Poussée_d’Archimède), consulté le 23 janvier 2012

– « Projection de Mercator », http://fr.wikipedia.org/wiki/Projection_de_Mercator), consulté le 9 janvier 2012

– « Système de positionnement par satellites », http://fr.wikipedia.org/wiki/Système_de_positionnement_par_satellites, consulté le 14 novembre 2011

– « Voilier »,http://fr.wikipedia.org/wiki/Voilier), consulté le 9 janvier 2011– Cartes de Google Maps (http://maps.google.com) et de Google Earth (http://earth.google.com)

– Meteo.org, Anticyclones et dépressions, http://www.meteo.org/phenomen/d_a.htm– Antoine Rerolles, « Infos vent et relief », Pages perso Neuf Telecom, http://antoine.rerolle.perso.neuf.fr/voile/documents/infos/infos-vent-et-relief.pdf

– Banque Populaire Voile, Record de l’Atlantique Nord, http://www.voile.banquepopulaire.fr/Maxi-Trimaran-Banque-Populaire-V/Tentative-de-record-Atlantique-Nord-102.html

– Enguerrand Gourrong, L’histoire de la Marine de France, http://enguerrand.gourong.free.fr/Histoiremarine/)

– Alamer.eu, Polaire des vitesses, http://www.alamer.eu/polaire.htm– Virtual-winds.com, Comment ça marche ?, http://www.virtual-winds.com/ltm_comment_ca_marche.php

– Emmanuel Chazard, Couples de rotation, prévention du dessalage et de l’enfour-nement (http://chazard.org/emmanuel_/index.php?option=com_content&view=article&id=81:cata11rotation&catid=80&Itemid=484)

78

– linternaute.com, Comment marche le système GPS ? (http://www.linternaute.com/science/technologie/comment/06/gps-galileo/gps-galileo.shtml)

– Cours-voile.fr :– le bateau, http://www.cours-voile.fr/les-fondamentaux/les-elements-dun-bateau/

– les allures, http://www.cours-voile.fr/les-fondamentaux/les-allures/– la barre, http://www.cours-voile.fr/les-fondamentaux/la-barre/– les manœuvres, http://www.cours-voile.fr/les-fondamentaux/les-manoeuvres/

– Charlotte Portalis, « Comment naît le vent ? », l’Internaute, juin 2007, http://www.linternaute.com/science/environnement/comment/07/naissance-vent/naissance-vent.shtml

– Documents internes de :– Service hydrographie et océanographique de la marine (http://www.shom.fr)– Météo France (http://www.meteofrance.fr)– Fédération Française de Voile (http://www.ffvoile.fr)

Images– page de garde : Gérard Albouy, « Week-end "grands voiliers" à Cherbourg », Le Monde,

29 juin 2005, http://medias.lemonde.fr/mmpub/edt/ill/2005/06/29/h_3_ill_667593_voy_voiliers_050629_dr.jpg

– fig. 1 : Banque Populaire Voile, Jour 45 : Le Maxi Banque Populaire V attendu ce soirà Ouessant, 6 janvier 2012, http://www.voile.banquepopulaire.fr/espace-presse/Maxi-Trimaran-Banque-Populaire-V/Jour-45-Le-Maxi-Banque-Populaire-V-attendu-ce-soir-a-Ouessant-7049.html

– fig. 1.1 : juxtaposition de plusieurs images avec le logiciel mspaint.exe :– Travel-in-morocco.com, activités sportives, http://www.travel-in-morocco.com/images2/dakhla14.JPG

– Dd.fatboy.free.fr, le 470, http://www.renatoc.it/Vela/Derive/470/470-2.jpg– Nautic Expo, voiliers et quillards de sport, http://img.nauticexpo.fr/images_ne/photo-m2/voiliers-quillards-de-sport-flying-fifteen-classe-internationale-isaf-49156.jpg

– Stephen Hicks, John Hale on Themistocles and the Athenian navy, 22 octobre 2009, http://www.stephenhicks.org/wp-content/uploads/2009/09/trireme.jpg

– USAM Brest, hobie cat 16, http://www.usam-voile.fr/wp-content/uploads/2010/04/hobie-cat-16-31.jpg

– Auguste Mayer, le Borda, 1876, http://www.cosmaodumanoir.fr/images/Borda_auguste_mayer_1867-reduc.jpg

– fig. 1.3 : juxtaposition de plusieurs images avec le logiciel mspaint.exe :– Enguerrand Gourrong, L’histoire de la Marine de France : les origines,http://enguerrand.gourong.free.fr/Histoiremarine/illust/silhnav/01-nil2000avjc.gif

79

– Denis Delpalillo, « Reconstitution d’une trière grecque, éch. 1 :100 (long. 330 mm),180 avirons, réalisation en bois », GALAAD, http://www.galaad.net/delpalillo-10.jpg

– Enguerrand Gourrong, L’histoire de la Marine de France : les origines,http://enguerrand.gourong.free.fr/Histoiremarine/illust/silhnav/11-galerromaine.gif

– Navistory.com, La Renaissance : la grande caraque de Malte, http://www.navistory.com/images/divers/renaissance/grandecaraquemalte.gif

– Union des marins de Lorraine, Le bailli de Suffren de Saint-Tropez (1727– 1788), http://france-coree.pagesperso-orange.fr/Mar_Lor/img_UML/b910_vaisseaux-m.jpg

– Christian Fevrier, Endeav, jclass.com, http://www.jclass.com/images/endeav.jpg– Atlantique Concept Voile, Grand surprise, http://www.ac-voile.com/modules/catalogue/upload/GrandSurprise(600x398).jpg

– fig. 1.2 : Jimmy P. Renzi, « Sailingboat lightning », Wikimedia Commons, http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sailingboat-lightning-num.png

– fig. 2.1 : Louis Charbonneau, « Au près », Voile évasion, http://www.voileevasion.qc.ca/au_pres.htm

– fig. 2.2 : Camille Bonnamy, Aymeric Bourland, Antoine Prouvost, « Comment avanceun voilier ? », TPE l’Hydroptère, 2009–2010, http://tpe-hydroptere.wifeo.com/comment-avance-un-voilier.php

– fig. 2.3 à 2.6 : images personnelles créées avec le logiciel inkscape– fig. 2.7 : HappyApple, « Venturifixed2.PNG », Wikimedia Commons, 19 mai 2006 http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Venturifixed2.PNG. Modifié avec le logiciel gimp.

– fig. 2.8 : image personnelles créées avec le logiciel inkscape– fig. 2.9 : Camille Bonnamy, Aymeric Bourland, Antoine Prouvost, « Comment avance

un voilier ? », TPE l’Hydroptère, 2009–2010, http://tpe-hydroptere.wifeo.com/comment-avance-un-voilier.php

– fig. 2.10 : alamer.eu, Polaire des vitesses, http://www.alamer.eu/polaire.htm. Modifiéavec le logiciel GIMP

– fig. 3.1 : Toupie.org, vases communiquants.gif, http://www.toupie.org/Textes/Libre_echange_limites.htm

– fig. 3.2 : CycloneXtrème.com, Lire une carte météo, http://www.cyclonextreme.com/Images/Technique/Schemaantydepreciculationvent.gif

– fig. 3.3 : Ogre, Cleontuni, « Coriolis effect10.svg », Wikimedia Commons, 23 août 2007,http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Coriolis_effect10.svg

– fig. 3.4 à 3.9 : photographies personnelles– fig. 3.10 : Ministère de l’éducation nationale, de la jeunesse et de la vie associative, « La dy-

namique des masses atmosphériques », Eduscol, http://eduscol.education.fr/obter/appliped/circula/theme/atmo322.htm

– fig. 3.11 : Williams, « alizés », La Climatologie, http://la.climatologie.free.fr/alize.gif

– fig. 3.12 : Ministère de la Défense, Carte des vents (http://jdb.marine.defense.gouv.

80

fr/public/jdv/4iC3èmeCPIE/Metoc/carte_des_vents.jpg)– fig. 3.13 : Capture d’écran de Google Maps (http://maps.google.com)– fig. 3.14 : Ingwik, Pic-Sou, « Sea Land Breeze.svg », Wikimedia Commons, 13 novembre

2010, http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sea_Land_Breeze.svg– fig. 3.15 à 3.16 : Antoine Rerolles, « Infos vent et relief », Pages perso Neuf Te-

lecom, http://antoine.rerolle.perso.neuf.fr/voile/documents/infos/infos-vent-et-relief.pdf

– fig. 4.1 : Christophe Finot, « Principio di Archimede spinta e peso.png », Wikimedia Com-mons, 18 septembre 2006, http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Principio_di_Archimede_spinta_e_peso.png. Modifié avec le logiciel gimp

– fig. 4.1 : Christophe Finot, « Principio di Archimede galleggiamento.png », Wikimedia Com-mons, 18 septembre 2006, http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Principio_di_Archimede_galleggiamento.png. Modifié avec le logiciel gimp

– fig. 4.3 : Emmanuel Chazard, Couples de rotation, prévention du dessalage et de l’enfourne-ment, http://chazard.org/emmanuel_/images/image_cata.php?url=rotati3.gif

– fig. 4.4 : Frank Fox, « triomphant 1693 », Musée de la Marine Nationale, Pa-ris, http://koti.mbnet.fi/felipe/France/French_Pictures/Triomphant_1693/roylal_louis_1668.jpg)

– fig. 4.5 : Gilles Martin-Raget, « The Beast at Speed - Images of BMW Oracle Racing fo-rum.hardware.fr », sail-world.com, 20 août 2009, http://www.sail-world.com/photos/Alt_610577174_SD5_3584.jpg

– fig. 5.1 : Brigitte Alix, « Astrolabe Antique - Tympan fixe », Astrolabes.fr, http://www.astrolabes.fr/astrolabe-Afx.html. Modifié avec les logiciels kolourpaint et gimp

– fig. 5.2 : Denis Diderot et Jean le Rond D’Alembert, « Sphère armillaire », Encyclopédie,ou Dictionnaire raisonné des sciences, des arts et des métiers, Première édition, volume 15,1751, http://commons.wikimedia.org/wiki/Fichier:Armillary_sphere.png

– fig. 5.3 : Joaquim Alves Gaspar, « Marine sextant fr.svg », Wikimedia Commons, octobre2006, http://fr.wikipedia.org/wiki/Fichier:Marine_sextant_fr.svg

– fig. 5.4 : captures d’écran Google Earth et Google Maps (http://maps.google.fr et http://earth.google.fr)

– fig. 5.5 : Université de Nantes, Orthodromie et loxodromie, http://www.sciences.univ-nantes.fr/sites/genevieve_tulloue/Meca/RefTerre/Orthodromie1.html

– fig. 5.6 : capture d’écran de Google Earth (http://earth.google.fr)– fig. 5.7 : Latitude360.net, Règle Jean Cras PVC gravure noire, http://www.latitude360.fr/regle-jean-cras-pvc-gravure-noire-itm15486-th36.html. Modifiée avecgimp.

– fig. 5.8 : Académie de Versailles, A quoi servent les coordonnées géographiques ?, http://www.defcom92.ac-versailles.fr/article.php3?id_article=429

– fig. 5.9 : image personnelle créée avec le logiciel inkscape– fig. 5.10 : Mon mag moi, L’évolution de la technologie, http://www.mmamoi.ca/b/archives/images/gps1.jpg

– fig. 5.11 : GPS-Auto.org, Généralités : principe du GPS, 2010, http://www.gps-auto.org/images/fonctionnement/gps-triangularisation.jpg

81

– fig. 5.12 à 5.13 : images personnelles créées avec le logiciel inkscape– fig. 5.14 à 5.19 : cartes de l’institut géographique national (http://www.geoportail.fr)

modifiées avec les logiciels geogebra et kolourpaint– fig. 6.1 : Le flibustier, « Navigation : Pavillons nautiques - alphabet », amiguet.ch, 2005, http://www.amiguet.ch/~flibustier/pavillons1.htm

– fig. 6.2 : cours-voile.fr, La barre, http://www.cours-voile.fr/wp-content/uploads/2010/11/barrer.png

– fig. 6.3 : Arne Nordmann, « Beiliegen (Segeln).svg », Wikimedia Commons, 31 mars 2007,http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Beiliegen_(Segeln).svg

– fig. 6.4 : Denis, « Le virement bascule », blogspot.com, http://4.bp.blogspot.com/_dztQQWBPkqw/RxZrvyZkiJI/AAAAAAAAA88/1qcLQTG1YyM/s400/FD05.jpg

– fig. 6.5 : dessin personnels– fig. 6.6 : Pierre-Marie Bourguinat, « Petits ennuis sous spi (2/2) : le départ à l’abattée », Voiles

et voiliers no 491, janvier 2012– fig. 6.7 à 6.8 : dessins personnels– fig. 6.9 : AmericasCup, « Going, going, going...gone - AC45 capsize », Youtube, 14

juin 2011, http://www.youtube.com/watch?v=HjwY6O2zE0E. Image retouvhée aveckolourpaint.

– fig. 6.10 : Carlo Borlenghi, « Le démâtage du +39 Challenge », l’Internaute, 2007,http://www.linternaute.com/mer-voile/magazine/photo/coupe-louis-vuitton-acte-13/le-dematage-du-39-challenge.shtml

– fig. 6.11 : Voile JMH, Manœuvres, http://voilejmh.free.fr/voile/fichiers/photos/echouage_450-600.JPG

– fig. 6.12 : Julien Berthier, Love love, 2007, http://www.julienberthier.org/Love-love.html

– fig. 13 : National Aeronautics and Space Administration, « Small Satellite Missions : NASA’sFirst Solar Sail NanoSail-D Deploys in Low-Earth Orbit », nasa.gov, http://www.nasa.gov/images/content/475897main_080421-Earth+Sail_3023x2006.jpg

Document réalisé par Robin Marionneau, Alexis Frapard et Valentin Melot.Avec l’aide de M. Mejean, Mme. Michel, Mme. Lamy et M. Cerisier, enseignants au lycée Ozenne, Toulouse.

Pour l’épreuve de première scientifique des travaux personnels encadrés 2011–2012.Imprimé le 27 février 2012.Mis en page avec LATEX 2ε.

82