Goélette Cardabela/Construction/Aménagements extérieurs

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Ce chapitre, Aménagements extérieurs, explique comment la goélette a été conçue, là-haut, sur le plateau du Larzac où poussent les belles cardes, Cardabela en occitan.

Avant de commencer les travaux d'aménagements extérieurs, avant de se lancer dans des commandes, il est bon de connaître les efforts qui s'exercent sur les structures de la goélette. On ne peut pas toujours se fier aux commerciaux, mieux vaut savoir de quoi on parle. Mieux vaut s'adresser aux fabricants des mâts plutôt qu'aux revendeurs.

Les calculs proposés à la lecture sont ceux de la construction d'origine; peu de chose ont changé à part la pose d'un enrouleur de génois et d'un bout-dehors pour un génois double de 130 m² sur emmagasineur. Ces nouvelles dispositions ont annulé le dispositif d'escamotage du beaupré, incompatible avec l'enrouleur de génois.

L'étai de trinquette reste en place tel qu'il était à son origine; il est très utile par gros temps avec sa trinquette, bômée ou non, et son tourmentin.

Quelques données à retenir[modifier | modifier le wikicode]

Caractéristiques à retenir pour le calcul de la structure extérieure 
  • Couple de redressement lège à 15° de gîte : 3 000 m·kgf. C'est la meilleure option pour remonter au près sans dérive relevable en position basse. (« lège », s'entend à moins de 14 tonnes)
  • Couple de redressement lège à 30° de gîte : 6 000 m·kgf. pont à raz de l'eau c'est la gîte lège limite.

On peut augmenter le couple de redressement pour de long bords par le remplissage des ballasts. Dans la pratique on ne remplit les ballasts que lorsqu'il y a risque de chavirage, pour faciliter le redressement du bateau.

Tableau de la pression dynamique moyenne dans la voilure
Pression en kgf / m²
Vent en nœuds
Hauteur probable des vagues en mètres (h-max)
Force Pression Vent Vagues
F 6 10 22 - 27 3 (4)
F 7 15 28 - 33 4 (5,5)
F 8 23 34 - 40 5,5 (7,5)
F 9 32 41 - 47 7 (10)

Force d'avancement et ses limites[modifier | modifier le wikicode]

Pour un voilier, on sait qu'il faut exercer une force de 25 à 27 kg par tonne pour avancer à une allure égale à 80 % de la vitesse théorique maximale.

Force d'avancement au moteur[modifier | modifier le wikicode]

Pour Cardabela, (15 tonnes), il lui faut une force de (4 000 Nw) 407 kgf pour arriver à une vitesse de 7 nœuds.

Force d'avancement à la voile[modifier | modifier le wikicode]

Au près serré la force d'avancement est de l'ordre de 0,2 fois la force latérale à la gîte. Pour Cardabela ce serait 2000 kgf pour atteindre cette vitesse de 7 nœuds. Cela n'est jamais arrivé... Quand on arrive à une vitesse supérieure à 3 nœuds, au près serré, on est déjà très content.

Exemple d'évaluation par force 5[modifier | modifier le wikicode]

Avec un vent de force 5 (F6 en dynamique au près), si on estime le centre vélique à 6 mètres au-dessus du centre anti-dérive, avec un couple de redressement de 3 000 mètre-kilogramme, on peut estimer à 500 kgf la force de pression latérale dans une voilure de 50 à 70 m².
Avec un vent apparent de 45°, proche de 90° de vent réel, on estime à 500 kgf la force vers l'avant, 500 kgf la force latérale, et à 700 kgf la force de pression dans la voilure. On pourrait espérer atteindre la vitesse de 7 nœuds s'il n'y avait pas le fardage !

Fardage[modifier | modifier le wikicode]

Le fardage est très important car le bateau de plaisance est généralement volumineux afin laisser de la place pour la vie à bord.

Estimation du fardage de face[modifier | modifier le wikicode]

Estimation de la surface de fardage : 2,5 m au dessus de l'eau et 4 m de large au maître bau, on peut envisager un fardage de 12 m² pour la coque auquel il faut ajouter le fardage des hauts (mâts et voiles). Nous pouvons évaluer à 20m² le fardage de face.

Estimation de la performance maximale vent debout au moteur[modifier | modifier le wikicode]

En statique, on sait que le moteur de 75 CV peut avoir une poussée maximale de 900 daN. La force limite du vent de face, sans tenir compte des vagues, est de 900 / 20 = 45 daN par m²; ceci correspond à un vent moyen de force 9.

Au moteur, en raison du fardage, on ne pourra probablement par remonter un chenal vent debout au delà de force 8.

Estimation du fardage latéral[modifier | modifier le wikicode]

Le fardage latéral est très pénalisant à la voile, il faut compter sur 14 * 2,5 = 35 m² de fardage latéral.

Avec des vents de travers et arrière il n'y a pas lieu de se faire du souci.

Estimation de la performance à la voile[modifier | modifier le wikicode]

Avec un vent apparent de 45°, F6 comme ci-dessus, 35 * sinus(45°) * 10 = 350 kgf dans la direction du vent ou 247 kgf contre l'avancement qui vient en déduction des 500 kgf calculés précédemment. Avec un effort sur l'avant de 250 kgf on peut estimer atteindre 5 nœuds. Voir calculs moteur Volvo D2-75 à 5 nœuds.

À la voile, avec un vent réel de force 5 ou un vent apparent de force 6 à 45°, une voilure de 70 m² et une gîte de 15° :
On peut estimer que l'on ne pourra pas atteindre une vitesse supérieure à 5 nœuds.

Le beaupré et le système d'ancrage[modifier | modifier le wikicode]

Beaupré modifié en mai 2012

Le beaupré initial a été modifié en mai 2012 pour ajouter un bout dehors nécessaire à l'envoi d'un génois double de 130 m².

Un davier auto-basculant provisoire avec une ancre soc de charrue de 28 kg a été installé afin d'effectuer des essais pendant la croisière d'été. Auparavant, l'ancre plate de 40 kg était remontée par son orin jusque sous la barre de flèche centrale du beaupré.

Ces nouveaux dispositifs ont donné entière satisfaction pendant la Virée des papii de l'APPGM en juin et juillet de l'année 2012.

Il sera cependant nécessaire de consolider l'assise du davier.

Les mâts en aluminium[modifier | modifier le wikicode]

Les mâts sont en aluminium ainsi que les barres de flèches.

Caractéristiques de l'aluminium[modifier | modifier le wikicode]

  • Densité (Poids de l'aluminium pour 1 décimètre-cube) : 2,7 kg/dm3
  • Résistance de rupture à la compression : 60 kg/mm² (6 000 kg/cm²)
Charge pratique de l'aluminium avec un coefficient de sécurité de 3 = 2 000 kg/cm²

Références pour les calculs des espars[modifier | modifier le wikicode]

Construction_navale/Calcul_des_espars#Calcul_de_résistance_à_la_compression
Construction_navale/Calcul_des_espars#Calcul_de_la_résistance_au_flambage

Caractéristiques du mât de misaine[modifier | modifier le wikicode]

Dimensions : diamètre 24 x 20 cm ; longueur : 13,5 m ; épaisseur : 0,4 cm ; poids au mètre : 7,46 kg ; section = 28 cm²

Résistance à la compression du mât de misaine[modifier | modifier le wikicode]

Résistance à la rupture :

Charge pratique sur le mât de misaine avec un coefficient de sécurité de 3 : 28 * 2 000 = 56 000 kgf

Résistance au flambage[modifier | modifier le wikicode]

Tableau des charges pratiques
Coefficient de sécurité Mât de misaine Prévisions pour l'épontille
5
3

Épontille de misaine en iroko[modifier | modifier le wikicode]

On voit ici le chapeau qui recouvre l'épontille de misaine afin répartir la charge

Caractéristiques[modifier | modifier le wikicode]

Bois Iroko, section 22 cm x 7 cm = 154 cm²; longueur 2 mètres.
Les mesures sur les échantillons de 1 cm² ont indiqué une rupture de la structure fibreuse à partir de 500 kgf

Résistance à la compression[modifier | modifier le wikicode]

Résistance à la compression avant rupture : 154 * 500 = 77 000 kgf
Résistance de fatigue à la compression : 25 666 kgf pour un coefficient de sécurité de 3
15 400 kgf pour un coefficient de sécurité de 5

Note : Pour l'iroko on peut prendre un coefficient de sécurité de 3 à 5, car le bois s'écrase. Pour des bois qui risquent d'éclater on prend généralement un coefficient de sécurité jusqu'à 7 pour tenir compte de l'inhomogénéité du bois.

Résistance au flambage de l'épontille du mât de misaine[modifier | modifier le wikicode]

Charge pratique au flambage pour l'épontille de misaine :
Pp = 34 000 kgf avec un coefficient de sécurité de 5.

Rappel : Pour l'iroko on peut prendre un coefficient de sécurité de 5, car le bois s'écrase et risque peu de flamber.

Résumé des résistances à l'effort pour le mât de misaine[modifier | modifier le wikicode]

Synthèse pour l'ensemble mât de misaine - épontille
Coefficient de sécurité Résistance globale
5
3

La résistance à la compression de l'épontille est le point faible de l'ensemble.
Il faut comparer cette résistance à la pression du mât sur l'épontille.

Haubanage du mât de misaine[modifier | modifier le wikicode]

Goélette Cardabela/plans#Plans du haubanage

Un mât guidé par un hauban doit faire avec lui un angle minimum de 14 degrés qui correspond à un rapport voisin de 25% entre la barre de flèche et la hauteur libre. (Tangente de 14° # 0,25)
Par exemple, pour un point de fixation à 6 mètres pour un bas hauban, l'écart entre le pied du mât et le point d'attache au pont (ou au bordé) devra être de 1,50 mètre.
De même pour un galhauban dont le point d'attache se trouve 6 mètres au dessus de la barre de flèche qui devra avoir une longueur de 1,50 mètre.
Dans le cas où le pont serait trop étroit on peut envisager de monter des galhaubans. Il faut dans tous les cas éviter un rapport inférieur à 1/5 où la longueur de barre de flèche est inférieure à 5 fois la hauteur libre guidée. Préférer l'ajout de barres de flèches.

Étude du gréement dormant[modifier | modifier le wikicode]

L'effort de compression maximal du mât de misaine peut être évalué à la plus grande des deux valeurs de compression, en statique, et en dynamique, arrondi à : 

Choix des câbles du mât de misaine[modifier | modifier le wikicode]

Caractéristiques des câbles "Inox" du gréement
Diamètres en mm
Poids en kgp
Rupture en kgf (ou en daN)
Diamètre Poids au mètre Résistance à la rupture
diamètre 6 0,1782 3 850
diamètre 8 0,3168 5 383
diamètre 10 0,495 8 410
diamètre 12 0,72 12 111

Le triangle avant permet d'évaluer l'effort sur le marocain :

  • Effort longitudinal sur l'étai 3 600 kgf
  • Distance entre le pied de mât et le point d'amure de l'étai # 6 mètres.
  • Hauteur du mât de misaine = 13,5 m
  • F = 3 600 * 6 / (6² + 13,5²)1/2 = 1 462 kgf


  • Effort longitudinal sur l'étai de trinquette 2 100 kgf
  • Distance entre le pied de mât et le point d'amure de l'étai de trinquette # 4 mètres.
  • Hauteur du point d'attache au mât de misaine = 9,3 m
  • Effort longitudinal au point d'attache : 2 100 * 4 (4² + 9,3²)1/2 = 830 kgf
  • Couple longitudinal en tête de mât : 830 * 9,3 = 7 719 mkgf
  • Effort reporté en tête de mât en ignorant l'effet des fausses-bastaques :
  • 7 719 / 13,5 = 572 kgf
Effort total sur le marocain : 1 462 + 572 = 2 034 kgf


Le triangle de sous-barbe permet d'évaluer l'effort sur le câble :

F = 3 600 * (1,5²+1,8²)1/2 / 1,8 = 4 680 kgf
Choix des câbles "Inox" du gréement de misaine
Effort en kgf (ou en daN)
Diamètres en mm
Câble Effort estimé Diamètre choisi
étai 3 600 10
étai de trinquette 2 100 10
haubans de tête 3 600 10
fausses bastaques 8 ou 10
haubans et bas-haubans 8
marocain 2 034 6 ou 8
sous barbe 4 680 12

Caractéristiques du mât d'artimon[modifier | modifier le wikicode]

Mât Marco Polo ME47; diamètres : 20 x 14 cm ; longueur : 13,5 m ; épaisseur : 0,4 cm ; poids au mètre : 5,77 kg ; section = 21,5 cm²

Résistance à la compression du mât d'artimon[modifier | modifier le wikicode]

Résistance à la rupture : 21,5 * 6000 = 129 000 kgf

Charge pratique sur le mât d'artimon avec un coefficient de sécurité de 3 : 21,5 * 2000 = 43 000 kgf

Résistance au flambage du mât d'artimon[modifier | modifier le wikicode]

k = 1 pour deux extrémités guidées.
avec D et d en cm
IG = 3,14 / 32 * (174 - 16,24) = 1438 cm⁴
I = IG * Pd / D
I = 1438 * 14 / 17 = 1184 cm⁴
avec I0 en cm4; L en mètre; E = 700000 kg/cm² (70 GPa);
Tronçon de mât le plus long : 4,6 m
Pr = 700 * 1184 / 4,6² = 39 168 kgf
Tableau des charges pratiques à prévoir pour l'épontille d'artimon
Coefficient de sécurité Mât d'artimon Prévisions pour l'épontille
5
3

Épontille du mât d'artimon[modifier | modifier le wikicode]

L'épontille d'artimon est en kotibé monobloc de longueur libre maximale de 1,87 m, de section rectangulaire h = 24 cm x b = 5 cm, maintenu en bas par un plancher et en haut entre la table à cartes et la table aux instruments.

Résistance au flambage de l'épontille du mât d'artimon[modifier | modifier le wikicode]

avec I en cm⁴; Len mètre E = 110 000 kg/cm²
Charge pratique pour le kotibé (droit fil) Pp = Pr /5 
avec un coefficient de sécurité de 5.

Note : Pour le kotibé spécialement choisi en droit fil on peut prendre un coefficient de sécurité de 5.

Résumé pour le mât d'artimon[modifier | modifier le wikicode]

Synthèse pour l'ensemble mât - épontille d'artimon
Coefficient de sécurité Résistance globale
5
3

La résistance au flambage du mât d'artimon est le point le faible de l'ensemble, à comparer à l'effort dû au haubanage.

Haubanage du mât d'artimon[modifier | modifier le wikicode]

Voir : https://fr.wikibooks.org/wiki/Goélette_Cardabela/Plans#Plans_du_haubanage

Le mât d'artimon tout comme le mât de misaine peut pivoter autour d'un axe situé sous l'avant du pied de mât.

On peut hisser le mât d'artimon, par l'arrière, à l'aide des drisses du mât de misaine. Les haubans doivent être fixés, en place. Les marches fixées sur le mât de misaine permet d'y monter pour goupiller la ferrure de tête de mât au marocain qui relie les deux têtes de mât. Le mât d'artimon prend naturellement sa place en tirant sur la drisse de la voile, directement ou en prenant appui sur la bôme avec l'aide d'un palan.

La mise en place du mât, autre que la procédure ci-dessus, n'a pas été testée.

Diamètre des câbles du haubanage du mât d'artimon :

  • Note de rappel : L'effort sur les pataras est de 6 240 kgf.

Les pataras sont constitués de deux câbles de diamètre 8 mm équipés d'isolateurs pour les communications haute fréquence sur la bandes radio-amateurs de 10 mètres.

Haubans : Diamètre des deux câbles 8 mm

Haubans intermédiaires : Diamètre des deux câbles : 6 mm

Bas haubans : Diamètres des quatre câbles : 8 mm

Le cockpit[modifier | modifier le wikicode]

Le cockpit est situé en creux à l'arrière de la cabine de pilotage. Il est muni d'un taud de soleil à trois arceaux. L'équipage y dispose de trois coffres et de deux aménagements amovibles.


Le coffre central doit rester peu encombré, il sert d'accès au moteur, il sert aussi de table aux escales.

À l'arrière du coffre central : On voit, sur l'image ci-dessus, un autre coffre qui protège le vérin de barre à roue avec les renvois sur les trois safrans. Il sert aussi de siège au barreur ou plutôt à son équipier car il est difficile de barrer assis avec pour seule vue le devant du bateau à travers les panneaux ouvrants de la cabine de pilotage intérieure.

On voit aussi, sur l'image ci-dessus, la timonerie extérieure (La colonne de barre à roue sans sa barre) avec son compas de route et le coffrage blanc de commande par câbles pour l'ensemble moteur-inverseur avec, sur le dessus, les écrans des instruments de navigation.

Le coffre tribord contient le réservoir à gasoil de secours, car Le gasoil pollué est courant aux petites escales méditerranéennes.
Une observation visuelle permet de connaître l’état du gazole. Une coloration verte, noire ou marron, une eau trouble dans le filtre décanteur, des filtres recouverts de taches, ou encore des boues ou des dépôts gélatineux dans le réservoir, sont des signes de pollution par les bactéries du carburant. Mais, attention, si on ne prend pas la précaution de le vérifier régulièrement et, si l’eau n’a pas été évacuée à temps, elle peut passer dans la pompe à injection et provoquer des dégâts importants.[1] L'aménagement tribord contient le canot de survie. Le couvercle de cet aménagement est aussi le plancher du poste d'observation de la veille en navigation.

Le coffre bâbord contient le matériel d'amarrage, un jerrican de transport et de secours de 20 litres pour le gasoil, et un bouteille de butane. L'évacuation des vapeurs toxiques ou inflammables s'effectue par un orifice d'évacuation vers l'extérieur du bateau.

L'aménagement bâbords contient le matériel courant pour éviter de descendre dans les cabines pendant la veille en navigation.

Références
  1. https://www.dielette.fr/2016/06/14/bacteries-carburant-souci-plaisancier/

Le « roof »[modifier | modifier le wikicode]

Outre le capot de la descente, le roof est équipé de quatre panneaux solaires ouvrants.

Panneaux solaires ouverts.
Panneaux solaires fermés.
Articulation du pied de mât d'artimon.
Articulation du pied de mât d'artimon.
Articulation du pied de mât de misaine.

Les pieds des mâts sont articulés autour d'un axe qui permet leur pivotement sur l'avant. Les haubans sont également équipés d'une articulation, ils permettent ce pivotement tout en maintenant l'équilibre latéral. Les axes des mâts doivent être maintenus alignés avec l'articulation des haubans.

Les filières[modifier | modifier le wikicode]

les filières sont amarrées au pont à l'avant et à l'arrière, faute de balcons qui gênent les manœuvres de voilure à avant.

Les filières sont guidées par des chandeliers de 60 cm, surélevées de 10 cm par fixation sur les listons. Elles sont tendues par des petits ridoirs de résistance conformes à la règlementation, capables de résister à la chute d'un homme par dessus bord.

Les safrans[modifier | modifier le wikicode]

Système de commande de l'angle de barre des trois safrans de la goélette. Le petit safran central, situé derrière l'hélice, sert à faire pivoter le navire lorsqu'il n'a pas d'erre. Les deux safrans latéraux commandent la rotation lorsque le navire se déplace.
Système de commande de l'angle de barre. Détail de la commande, du renvoi, et du capteur de position de barre. (Remarque:Ces photos n'ont pas été prises pour être présentées sur wikis, elles devront être remplacées)

Les safrans sont constitués de ronds en acier de 60 mm de diamètre, chemisés par des tubes en acier inoxydable 60 x 61,5 mm sur toute la longueur immergée. Les extrémités sont en acier inoxydable spécialement façonnées pour recevoir les bras manchots de gouverne.

L'acier inoxydable n'est pas inoxydable en absence d'oxygène, c'est le cas en immersion.
Le chemisage est effectué avec des presses et enduction de graisse hydrofuge. L'extérieur de la chemise est également protégée de la corrosion par enduction de graisse hydrofuge lors de l'assemblage des deux demi-ailes de safran. Les deux demi-ailes en polyester sont remplies de mousse polyuréthane et sont assemblées par boulonnage emprisonnant la mèche de safran.

Les axes des safrans traversent la coque guidés par de gros roulements à rotule sur billes, auto-alignants. La traversée de coque est protégée par des joints « SPI » à lèvres de chaque côté des roulements. Les extrémités supérieures des axes sont guidées par des roulements à billes à contact radial.

Notez que la mèche du safran central, en acier inoxydable, n'est pas visible sur les photos ci-contre, car la mèche de ce safran longe la coque, loin des safrans latéraux. Son extrémité immergée est guidée par le bas de la cage d'hélice. La traversée de la coque se fait au travers d'un guide en polyéthylène haute densité (PEHD). Le safran est constitué d'un feuille en acier inoxydable repliée autour d'un tube également en acier inoxydable. Le bras de direction est fixé au safran par des vis et sa rotation est assurée par des méplats.

Il convient de protéger de la corrosion tout ce matériel bien fragile, pour cela on utilise les anodes en zinc, on peint, on graisse à la graisse hydrofuge.

Aperçu de la disposition des safrans[modifier | modifier le wikicode]

Hélice de navire à déplacement.JPG

Hélice[modifier | modifier le wikicode]

QR Hélice version imprimable
L'hélice a un chapitre spécial 
https://fr.wikibooks.org/wiki/Hélices_de_navires_à_déplacement

Les dérives relevables[modifier | modifier le wikicode]

  1. La résistance est assurée par une planche de bois imputrescible de 4 m de long par 15 cm de large et 36 mm d'épaisseur. Cette planche est amincie progressivement depuis le niveau de flottaison jusqu'à son extrémité inférieure, sur une seule face.
  2. La surface anti-dérive est constituée de contreplaqué CTBX de 2,5 m par 50 cm en 10 mm d'épaisseur.
  3. On découpe le contreplaqué à chaque extrémité avec un angle de 60 degrés qui correspond à l'inclinaison des passages aménagés lors de la construction de la coque. Ces passages sont de 50,5 x 5 cm.
  4. Le contreplaqué est ensuite collé sur la planche de bois jusqu'à 20 cm de l'extrémité avec une colle souple genre sikaflex ou similaire ; éviter le colles dures et les colles blanches.
  5. Il est nécessaire de coller un renfort de compression et anti-torsion en haut de la plaque de contreplaqué.
  6. L'ensemble est ensuite travaillé à la ponceuse pour amincir légèrement le bord de fuite et préparer la planche pour une obtenir une finition d'aile.
  7. La forme est obtenue, sur l'avant, avec de la mousse polyuréthane et, sur l'arrière avec du contreplaqué marine de 3 mm d'épaisseur. Ce contreplaqué de 3 mm ne doit pas être collé au bord de fuite afin de laisser de la souplesse à la dérive.
  8. La partie immergée est ensuite enduite par deux couches de résine époxy puis l'ensemble est peint selon les préférences de couleurs, avec une finition de peinture anti-salissure sous-marine pour les parties immergées.
Dérives en place
Dérives en place remontées.
Stratification du puits de dérive bâbord
La dérive peut et doit pouvoir casser
  • La résistance est assurée par une planche de bois imputrescible de 4 m de long par 15 cm de large et 36 mm d'épaisseur. Cette planche est amincie progressivement depuis le niveau de flottaison jusqu'à son extrémité inférieure, sur une seule face.
  • La surface anti-dérive est constituée de contreplaqué CTBX de 2,5 m par 50 cm en 10 mm d'épaisseur.
  • On découpe le contreplaqué à chaque extrémité avec un angle de 60 degrés qui correspond à l'inclinaison des passages aménagés lors de la construction de la coque. Ces passages sont de 50,5 x 5 cm.
4. Collage planche-CTBX 10mm
5. Renfort anti-torsion
  • Le contreplaqué est ensuite collé sur la planche de bois jusqu'à 20 cm de l'extrémité avec une colle souple genre sikaflex ou similaire ; éviter le colles dures et les colles blanches.
  • Il est nécessaire de coller un renfort de compression et anti-torsion en haut de la plaque de contreplaqué.
5. Collage du renfort
6. Collage de l'extrados en CP 3mm
  • La forme est obtenue, sur l'avant, avec de la mousse polyuréthane et, sur l'arrière avec du contreplaqué marine de 3 mm d'épaisseur.
7. Affinage des bords et masticage
7. Mise en forme du bord d'attaque
  • L'ensemble est ensuite travaillé à la ponceuse pour amincir légèrement le bord de fuite et préparer la planche pour une obtenir une finition d'aile.
8. Époxy et anti-salissures
8. Dérives terminées
  • La partie immergée est ensuite enduite par deux couches de résine époxy puis l'ensemble est peint selon les préférences de couleurs, avec une finition de peinture anti-salissure sous-marine pour les parties immergées.