Le mouillage - 5 : Où sont les données empiriques ?


Lorsqu'on veut étudier les forces exercées par le vent sur un voilier au mouillage, il est pratique, sinon indispensable, de séparer l'effet du vent sur la coque de celui sur la mâture (au sens large). En effet, comme nous l'avons vu, la force exercée dépend d'un coefficient C, qui n'est pas le même pour ces deux types de surface frontale.
Une manière d'opérer est de réaliser une simulation numérique. Mais les résultats de toute simulation DOIVENT être comparés à des données MESUREES afin d'établir la validité des (nombreuses) hypothèses et approximations qui sous-tendent toujours une simulation !





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Lorsqu'on veut étudier les forces exercées par le vent sur un voilier au mouillage, il est pratique, sinon indispensable, de séparer l'effet du vent sur la coque de celui sur la mâture (au sens large). En effet, comme nous l'avons vu, la force exercée dépend d'un coefficient C, qui n'est pas le même pour ces deux types de surface frontale.
Une manière d'opérer est de réaliser une simulation numérique. Mais les résultats de toute simulation DOIVENT être comparés à des données MESUREES afin d'établir la validité des (nombreuses) hypothèses et approximations qui sous-tendent toujours une simulation !
Or c'est ici que le bât blesse...Les données empiriques (mesurées par exemple avec un dynamomètre sur un voilier précis dans un vent connu) sont aussi rares que les icebergs en Méditerranée. On trouve en revanche assez facilement des études portant sur de gros navires, sécurité et rentabilité exigent (bibliographie récente dans la thèse de Lindeen (2008), disponible ici), mais ils ne contiennent rien qui puisse nous intéresser. Et pourtant, les tests empiriques ne nécessitent pas les moyens de la NASA. Les fabricants d'ancres (qui ne sont pas à plaindre quand on considère le prix de certaines) ou les revues nautiques, qui ont publié un assez grand nombre de résultats sur la capacité de résistance de différents modèles d'ancres (bien que les méthodologies fassent souvent dresser les cheveux sur la tête...) ont toujours négligé cet aspect des choses (Une telle étude changerait pourtant des marronniers habituels...)

Par défaut, on fait alors souvent (et à tort) référence aux chiffres publiés dès les années 60 par l'ABYC (American Boat and Yacht Council, sorte d'équivalent de la FIN française, mais qui édicte des normes que les constructeurs se doivent de respecter). Un tableau ancien est intitulé "Typical Ground Tackle Design Horizontal Loads Table", ce qui se peut se traduire par Tableau des forces horizontales représentatives pour la conception des apparaux de mouillage (l'image est reproduite de E.A. Hinz, The Complete Book of Anchoring and Mooring, Cornell Maritime Press, 1986, p. 18).



Ce tableau donne en livres (lbs) (pour des bateaux à voile et à moteur de longueur et bau spécifiés en pieds (ft)) la force horizontale pour trois conditions, lunch hook (grappin pour mouillage de déjeuner), working anchor (ancre de travail = ancre employée d'ordinaire), storm anchor (ancre de miséricorde), qui correspondent à des vents de 15, 30 et 42 nd.
Une table plus récente (1996), publiée dans la norme H-40, est assez voisine. Elle est intitulée "Design Loads for Sizing Deck Hardware" (Forces de référence pour le dimensionnement des équipement de pont) (d'après D.Geer Boat Mechanical Systems Handbook, International Marine / McGraw Hill, 2009, p.369



Cette table contient maintenant des données métriques (en k(ilo)N(ewtons), à multiplier par 10 pour avoir des "kilos" ordinaires), et les conditions sont working anchor et storm anchor comme précédemment (et avec les mêmes valeurs), et une condition nouvelle permanent mooring (mouillage permanent), aux valeurs très élevées (qui remplace les valeurs du mouillage temporaire pour déjeuner !).

Tout ceci montre clairement que ces chiffres sont les forces qu'il est recommandé de retenir pour le calcul de la solidité des équipements dans diverses conditions de vent, et qui incorporent, comme toujours, une large facteur de sécurité. Il ne s'agit donc PAS d'une estimation de la force aérodynamique. Don Dodds cite (p. 4 avec référence) un directeur de l'ABYC qui confirme : 'The ABYC numbers are overstated and contain a considerable safety factor' (Les chiffres de l'ABYC sont surévalués et incorporent un facteur de sécurité considérable).

Or des valeurs extrapolées de ces tableaux (notamment par Plastimo, reprises dans des revues nautiques) sont souvent comprises en France comme des forces générées par le vent.



Les forces pour 15, 60 et 120 nd sont simplement extrapolées de la colonne correspondant à 30 noeuds (Working anchor) par la règle simple : un doublement (une division par deux) de la vitesse implique un quadruplement (une division par 4) de la force, conséquence de la présence du carré de la vitesse dans l'expression de la force aérodynamique. La colonne pour 42 nd est celle concernant la storm anchor. En conséquence, le plaisancier est incité à choisir des équipements (chaîne, câblots, manilles...) fortement sur-dimensionnés (et donc chers), ce qui n'est pas un scandale si on considère que d'autres forces que le vent, notamment le clapot, peuvent entrer en jeu. Mais les choses sont plus discutables pour le choix de l'ancre, où d'autres facteurs que la force de résistance à la traction sont à considérer, comme nous le verrons.

Alain Fraysse donne sur son magnifique site une formule caractérisant cet ensemble de valeurs (et surtout un script permettant le calcul). Notre dernière figure, calculée à l'aide de cette formule, illustre les données de l'ABYC pour des forces de vent modérées impliquant des voiliers de 8 à 12 m.



En conclusion, les données de l'ABYC, quelle que soit leur valeur par ailleurs, ne peuvent servir de référence pour tester une simulation des forces aérodynamiques... La situation n'est pourtant pas désespérée comme nous le verrons dans un prochain billet...

A suivre...

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