MANOEUVRE DES
NAVIRES
J M AUZON E.N.M.M. MARSEILLE 1999
MANOEUVRE
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GENERALITES
Le navire se déplace à la frontière de deux éléments qui constituent son environnement: l’atmosphère et la mer. Il faut
souvent y ajouter un troisième élément, notamment en ce qui concerne les manoeuvres d’approche des ports: la terre.
Pour prévoir le mouvement du navire, il est nécessaire d’avoir une connaissance des règles élémentaires de la manoeuvre
ainsi que la connaissance des forces que cet environnement exerce sur le navire, et des moyens dont on dispose pour y
faire face.
Ces forces peuvent être classées en deux catégories:
- Les forces que le manoeuvrier subit du fait de la mers, des vents, des courants.
- Les forces que le manoeuvrier met en action, c’est à dire les moyens de manoeuvre du navire et les efforts que ceux-ci
peuvent développer pour permettre au manoeuvrier de garder le contrôle des mouvements du navire.
Les moyens dont on dispose pour contrôler les mouvements du navire sont parfois insuffisants, en particulier en ce qui
concerne les manoeuvres de port. Dans ce cas, la vitesse est réduite et les forces extérieures prennent une importance
considérable. On fait alors appel à des moyens extérieurs au navire: les remorqueurs.
La connaissance du navire et de son environnement va nous permettre de dégager un certain nombre de règles simples
pour expliquer le comportement du navire, prévoir ses réactions et pour rester maître de celles-ci.
Mais en fait, la manoeuvre du navire est une affaire complexe basée essentiellement sur l’observation, la pratique et
l’expérience.
CONNAISSANCE DU NAVIRE
LES FORMES
Les qualités manoeuvrières du navire sont diverses. Mais on admet qu’un navire a de bonnes qualités manoeuvrières
quand ses réactions sont normales et aisées quand on met en action la barre et la machine.
D’une manière générale:
- les formes arrondies et pleines favorisent les évolutions; par contre, elles créent des remous, même avec très peu d’erre, et
nuisent à l’action du gouvernail quand la machine n’est pas en route. Dans ce cas, il n’est guère possible de tenir un cap
fixe.
- les formes effilées à l’avant et à l’arrière améliorent la tenue de route, mais offrent de grandes résistances à tout
mouvement giratoire. Toutefois, elles permettent au navire de rester manoeuvrant, sensible à la barre, lorsque, machine
stoppée, le navire conserve un peu d’erre en avant.
LE TIRANT D’EAU
Pour une longueur donnée, le tirant d’eau influe sur la surface de carène immergée et donc sur la surface verticale
s’opposant à la dérive.
- Un navire lège est très mobile, rapide à la barre et casse son erre très rapidement. Par contre, il est difficile à manoeuvrer
avec du vent et il perd de la puissance si l’hélice est à demi-immergée.
- Un navire chargé est lent à obéir à la barre et possède une forte inertie à l’évolution et à la propulsion. Par contre il est
moins sensible au vent.
En fait, les navires à mi-charge sont dans les meilleures conditions pour manoeuvrer: ils gouvernent bien, ils possèdent de
la puissance en arrière et sont assez enfoncés pour manoeuvrer correctement malgré le vent.
Enfin, lorsque le rapport entre la profondeur et le tirant d’eau devient inférieur à 1,5, le navire évolue en “eau peu profonde”
et la faible hauteur d’eau sous la quille affecte ses qualités manoeuvrières.
ASSIETTE
La position d’équilibre va changer avec l’assiette du navire.
Plus un navire est sur le cul plus la courbe de dérive est reportée vers l’arrière et la courbe de giration sera plus grande. Par
contre, il développe sa puissance maximum, gouverne bien et abat plus facilement au vent.
Un navire sur le nez a un diamètre de giration plus faible. Par contre le navire n’obéit à la barre qu’avec lenteur, mais dès
qu’une abattée est amorcée, il est difficile de l’enrayer. La puissance de la machine est réduite.
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LA GITE
Un navire qui a de la gîte ne répond pas aussi bien à la barre que lorsqu’il est droit, car la poussée du gouvernail a alors une
composante verticale qui est sans action.
INERTIE
On remarque que, entre le moment où l’on effectue une manoeuvre de barre, de machine, de voile, et le moment où cette
manoeuvre produit son effet, il s’écoule un certain temps. Ce retard, qui est dû à l’inertie, varie suivant le déplacement du
navire et la répartition des poids à bord.
Cette inertie se manifeste de deux manières:
- Inertie d’évolution: le navire met un certain temps à obéir au gouvernail et continue sa route pendant un certain temps. De
même, il continue à évoluer pendant un certain temps après remise à zéro de la barre. D’où la nécessité de “rencontrer”
pour casser l’évolution plus rapidement.
- Inertie de propulsion: le navire ne prend de la vitesse qu’un temps après la mise en route et conserve longtemps une
vitesse non nulle après arrêt de la machine. Il faut alors battre en arrière pour casser l’erre.
Enfin tout manoeuvrier doit avoir à l’esprit les principales caractéristiques de son navire:
- vitesse en fonction du nombre de tours machine;
- les allures de manoeuvres;
- les caractéristiques de giration;
- la distance d’arrêt (en route libre ou en manoeuvre);
- le temps nécessaire pour passer de la route libre à l’allure de manoeuvre;
- la longueur de chaîne disponible sur chaque ancre;
- la distance de la passerelle à l’avant et à l’arrière.
VOCABULAIRE DU MANOEUVRIER
Le cap du navire peut être suivi au compas ou mis sur le “paysage” mais le manoeuvrier se réfère aussi à la direction du
vent.
Bien que cette façon de faire soit moins impérative qu’à la voile, elle est très commode à bord des navires à propulsion
mécanique et simplifie le langage.
Par exemple, il est plus simple de dire “le navire abat sur tribord” plutôt que d’énoncer “l’axe longitudinal (orienté vers
l’avant) du navire s’éloigne de la direction d’où vient le vent, dans une rotation sur la droite (ou dans le sens des aiguilles
d’une montre)”.
Les expressions les plus usuelles sont les suivantes:
Arrivée ou abattée: action du navire qui s’éloigne du lit du
vent.
Ex: faire arriver le navire: le faire évoluer pour recevoir le
vent plus sur l’arrière.
Le vent arrive: le vent frappe le navire de plus en plus sur
l’arrière (pendant l’évolution du navire).
Aulofée: action du navire qui se rapproche du lit du vent
(faire loffer le navire).
Par contre lorsque le navire garde un cap constant et que
la direction du vent change, on dit que
- le vent adonne lorsqu’il tourne dans une direction
favorable à la marche,
- le vent refuse ... dans le cas contraire.
Aulofée
Vent
Le navire lofe
Abattée
Le navire abat
ou arrive
Un navire ardent est un navire qui tend de lui-même à
loffer, il est mou dans le cas contraire.
Les allures “au près”, “grand largue” ... sont beaucoup
moins usitées. On se contente de “vent debout”, “vent
arrière”, “vent de travers”, “sur l’arrière” ou “sur l’avant du
travers”.
Pour évaluer un gisement de façon approximative, on
utilise le “quart” qui équivaut 11,25° (90°= 8 quarts).
...refuse
Le Vent...
...adonne
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CONNAISSANCE DES QUALITES MANOEUVRIERES DU NAVIRE
Le manoeuvrier se réfère à deux séries de facteurs agissant sur le navire;
- les facteurs extérieurs: l’effet du vent sur les superstructures, l’effet de l’eau sur la carène (résistance de la coque
immergée, courant, houle...)
- les facteurs intérieurs: essentiellement le gouvernail et le propulseur mais aussi les ancres, chaînes et amarres dont nous
ne tiendrons pas compte dans cette première partie.
Il est sans doute artificiel de séparer l’action du vent et l’action de l’eau alors que ces deux éléments agissent
simultanément; cependant l’analyse de chaque phénomène en est facilitée. Ensuite il sera possible de combiner force du
vent et résistance de carène pour justifier le comportement du navire pendant la manoeuvre.
EFFET DU VENT
Le vent observé est le vent apparent: sa direction est fournie immédiatement par l’orientation des fumées à la sortie de la
cheminée, des pavillons ou de la girouette si le navire en possède une. La vitesse est indiquée par l’anémomètre.
La vitesse s’exprime soit en mètre par seconde, soit en noeuds.
Conversion des m/s en noeuds: V(m/s )x 3600/1852 = V (noeuds);
en pratique: V(m/s) x 2 = V (noeuds)
La force du vent, suivant l’usage, s’exprime selon l’échelle de BEAUFORT établie en fonction de l’effet du vent sur la
surface de l’eau.
Le navire soumis à un vent vrai Vv, de direction quelconque, dérive.
La vitesse Vn du navire sur la route fait ressentir à l’observateur se déplaçant dans l’air immobile un vent appelé vent de la
course -Vn.
Le vent apparent est la somme de ces deux vecteurs vitesse:
Va = -Vn + Vv
LE VENT APPARENT
Plusieurs tracés du triangle de composition des vitesses
sont possibles.
Pour éviter toute erreur procéder comme suit:
- se placer face au vent apparent (Va);
- porter le vent de la course à partir de l’origine de (Va);
- joindre l’extrémité de (-Vn) à l’extrémité de (Va).
-Vn
Va
β
α
dérive
Vv
Vn
On obtient le vent vrai (Vv) et l’on remarque que l’angle
formé par (Va) à partir de l’avant du navire est toujours (en
marche avant) plus petit que l’angle formé par (Vv) à
partir de l’avant:
α<β.
Remarque: la construction proposée est identique à celle
qui est faite sur l’écran radar pour trouver la route vraie de
la cible à partir du pointage en relatif stabilisé: il y a
correspondance entre route relative et vent apparent et
entre route vraie et vent vraie.
Composition pour obtenir le vent vrai
Autre exemple de composition des vecteurs vitesse: le cas
des courants. Si un courant très fort porte le navire au
vent, il faut considérer la vitesse fond pour caractériser le
vent de la course. Il peut en résulter une erreur sensible
sur la direction et l’importance de la dérive si l’on n’en
tient pas compte.
Comparaison avec le pointage radar
Vn
00
der
Route relative
03
Effet du courant
Rv
Courant
Vsurf
Navire cible
06
Vfond
Va
Vv
Navire porteur
Vn
-Vn
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EFFET DU VENT SUR UNE SURFACE ELEMENTAIRE
Il y a équivalence entre le déplacement d’un plan dans l’air immobile et le déplacement de l’air (vent) sur un plan immobile
THEORIE DU PLAN MINCE
Cette théorie est générale, elle s’applique quel que soit le fluide (nous la reprendrons à propos de la résistance de l’eau
dans la marche oblique, de l’effet du gouvernail...).
Dans le cas particulier de l’air, le vent exerce une pression sur un plan mince. S’il y a écoulement laminaire, c’est à dire sans
turbulence, la résistance éprouvée par le plan est la somme des pressions par unité de surface.
Les notations en usage sont les suivantes:
- i : incidence;
- A : bord d’attaque;
- B : bord de fuite;
- C : point d’application de la résistance R (résultante des pressions).
Si AB = l et AC = d on trouve d < l/2 (ceci est dû à
l’écoulement des filets d’air près du bord de fuite
parallèlement au plan).
R se décompose en une force P, la portance
(perpendiculaire à V) et une force T, la traînée (parallèle
au vent mais opposée au mouvement).
P tn α = T ; α s’appelle aussi la finesse.
Si O, milieu de AB, est placé sur un axe de rotation, le
P
R
α
A
T
plan tend à se mettre normal au vent (i = 90°) mais
l’équilibre est instable.
Si l’axe de rotation est très près de A, à une distance d’
telle que d’ < l /5, i tend vers zéro (girouette).
C
i
V
O
B
Notons que sur une surface plane, R est sur l’arrière de la normale à cette surface (frottement dû à l’écoulement de l’air). Si
la surface est concave (voile), R sera sur l’avant de la normale à cette surface .
R=
K.SV2 sn i
(0,2 + 0,3 sn i)
RESISTANCE A LA MARCHE DIRECTE
Vues de profil
Vue de face
Elle est fonction des dimensions du solide; elle varie
proportionnellement à la surface du maître couple et de la
forme du solide.
A maître couple égal, la variation de R est importante.
Elle est fonction de la masse volumique du fluide.
Dans le cas particulier d’un navire, la résistance est
pratiquement fonction du carré de la vitesse:
R
R/3
R/4
R/30
R = k S V2
ACTION DU VENT SUR LA CARENE
Soit F la force résultante de la somme des forces élémentaires. Nous savons que sa direction est différente de la direction
du vent apparent, mais nous ignorons le plus souvent son point d’application et son intensité. La connaissance de ces
éléments peut être obtenue en soufflerie sur modèle réduit puis transposée sur navire réel à l’aide des équations de
similitude. Les résultats de ces mesures ne sont jamais communiqués aux navigants... si toutefois de tels essais ont été
entrepris, ce qui est exceptionnel.
Cependant les effets de cette force sont observables; il est donc possible de déduire par le raisonnement le “point
d’application” et la “direction” présumés de la force F.
Soit C ce point d’application. Nous pouvons affirmer qu’il n’est ni sur la muraille qui présente sa concavité au vent,
ni sur
l’axe longitudinal; si le vent vient franchement sur l’avant du travers, C est sur l’avant du centre de gravité G; si le vent vient
franchement sur l’arrière du travers, C est sur l’arrière de G.
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Nous pouvons décomposer F en portance P (normale à
Va) et traînée T (opposée à Vn) selon la théorie du plan
mince. Mais l’usage est de considérer les composantes
sur des axes liés au navire: Gx orienté vers l’avant, Gy
orienté sur bâbord et Gz orienté vers le haut.
F”
Considérons d’abord que F est contenu dans le plan
horizontal Gxy, et réduisons F au centre de gravité G.
En ajoutant deux forces F’ et F” égales et opposées, de
même module et parallèles à F, le système (F,F’,F”) est
équivalent à la force F.
En effet, nous pouvons ajouter au système existant deux
forces égales et opposées, F’ et F”, parallèles à F et ayant
G comme point d’application: leur somme est nulle; leur
couple est nul.
Ce système se résume en une force F’ en G se
décomposant en F’p et F’d et en un couple FF”.
Va
y
x
C
p
der
Vn
G
F
d
F’
Navire en marche avant et vent sur l’avant du travers:
Le vent freine, fait dériver et abattre le navire.
RESULTAT:
Quand un navire en marche avant reçoit le vent sur l’avant
du travers:
- F’p freine le navire;
- F’d le fait dériver;
- le couple FF” est un couple d’abattée.
y
Va
x
F”
Quand un navire en marche avant reçoit le vent sur
l’arrière du travers:
- F’p pousse le navire;
- F’d le fait dériver;
- le couple FF” est un couple d’aulofée.
C
Vn
G
d
F
Nous avons supposé que F était horizontal, or il n’y a
aucune raison pour qu’il en soit ainsi. De plus C et G ne
sont pas dans un même plan horizontal. Pour être précis
le raisonnement qui précède s’applique pour les projection
de C et de F sur un plan horizontal passant par G.
der
p
F’
Navire en marche avant et vent sur l’arrière du travers: Le
vent pousse, fait dériver et lofer le navire.
Examinons l’effet de F dans le plan vertical longitudinal et
dans le plan vertical transversal du navire.
z
Dans le plan Gxz: l’effet sur les tirant d’eau est négligeable
et étant donné l’importance du P(R-a), la variation
d’assiette passe inaperçue, la variation de tirant d’eau est
insignifiante.
F’xz
Fxz
G
C
x
F”xz
Dans le plan Gyz: ici l’effet de la gîte peut être important.
Le couple inclinant FF” dans le plan transversal peut être
grand comparé au module de stabilité initiale et le navire
va gîter sous le vent.
z
F”yz
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Fyz
C
y
G
F’yz
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ACTION DE L’EAU SUR LA CARENE
Un navire en mouvement subit, sur sa coque immergée, des forces de frottement de la part de l’eau, dont la résistance
s’appelle la résistance de carène.
Rappelons que l’action du vent sur les oeuvres morte est une force motrice, qui agit indépendamment de la vitesse du
navire alors que le résistance de carène ne se manifeste que si le navire est en mouvement.
RESISTANCE DE CARENE A LA MARCHE DIRECTE
Lorsqu’un navire se déplace suivant son axe, l’action
résistante de l’eau à son avancement se décompose en:
- la résistance des vagues.
- la résistance de pression.
- la résistance de viscosité.
- La résistance de remous.
- La résistance de rencontre.
Deux systèmes de vagues
LA RESISTANCE DES VAGUES
le navire en se déplaçant dans l’eau engendre deux systèmes de vagues: l’un partant de l’avant, l’autre partant de l’arrière et
comportant chacun des vagues transversales et des vagues divergentes.
La formation de ces vagues d’accompagnement suppose la mise en jeu d’énergie: cette énergie dépensée pour fabriquer
ces vagues correspond à la résistance de vague.
La résistance de vague dépend des forces d’inertie et de gravité, et elle est fonction de la géométrie du navire.
On peut réduire la résistance des vagues en superposant au système de vagues existant un système artificiel: c’est la
fonction d’un bulbe d’étrave.
La superposition au système d’ondes créé par l’avancée du navire d’un système créé par un bulbe judicieusement calculé
aboutit à un système d’onde moindre et par conséquent moins gourmand en énergie. Le bulbe n’est cependant efficace
que pour un tirant d’eau, une assiette et une vitesse donnés.
+
=
La vitesse limite: pour une forme de carène donnée,
chaque navire a une vitesse limite qui ne peut être
dépassée sans une dépense d’énergie considérable.
En effet, quand la vitesse augmente, les vagues
augmentent en hauteur et en longueur et à une certaine
vitesse, une seule lame transversale subsiste : le navire a
tendance à déjauger pour la dépasser. Le déjaugeage
commence
à V > 1,25 L m/s
et est effectif pour V = 1,4
creux
crête
L
Pour les navires à déplacement, cette vitesse est une vitesse limite.
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LA RESISTANCE DES PRESSIONS
Un navire en déplacement perturbe la masse d’eau de façon sensible sur une zone égale à 1,5 fois sa largeur, et à 1,5 fois
son tirant d’eau (la couche limite).
Un navire qui se déplace subit des forces de pression qui s’exercent perpendiculairement à la carène sur l’avant et sur
l’arrière et des forces de dépression qui s’exercent au milieu.
Ces pressions sont les pressions hydrostatiques, hydrodynamiques et de pompage (due à l’hélice).
La répartition de ces pressions sur la carène fait
apparaître:
- une zone de surpression à l’avant et à l’arrière;
- une zone de dépression au niveau de la partie centrale
du navire.
Un navire en route quelque soit la hauteur d’eau sous la
quille, s’enfonce.
La composante des forces de pressions qui s’opposent au
mouvement sur l’avant du navire est toujours supérieure
aux forces de pression qui favorisent le mouvement.
Si la zone perturbée est réduite de fait, la vitesse des filets
d’eau augmente ainsi que la dépression:
- quand un navire navigue par fond réduit à grande
vitesse, il y a risque de talonnage phénomène
d’accroupissement).
- s’il croise ou double un autre navire de trop près, il y a
risque d’aspiration vers l’autre navire (abordage).
LA RESISTANCE DE FROTTEMENT
L’écoulement de l’eau le long de la carène à l’avant du navire est laminaire (filets d’eau parallèles) puis il devient,
brutalement et sans continuité, turbulent (filets d’eau moins rapides) puis tourbillonnaires. L’apparition de ces fluctuations
est due à un certain nombre de causes: viscosité, inertie, rugosité de la carène. La formation de ces tourbillons dépense
beaucoup d’énergie et se traduit par une force contraire au déplacement.
Rf = k SV² (v surface de carène)
Cette résistance de frottement dépend de la surface mouillée du navire et de la qualité de surface de la coque. Elle croît en
fonction du carré de la vitesse du navire.
La résistance de frottement (viscosité) augmente d’environ 15% par an si l’on ne fait pas de carénage.
LA RESISTANCE DE REMOUS
Les filets d’eau dans certaines circonstances décollent de
la carène sur l’arrière de celle-ci en créant un vide entre les
filets d’eau et la coque. Ce vide est comblé par une masse
d’eau venue de l’arrière .
Le décollement des filets d’eau autour de la carène, en
particulier vers l’arrière, provoque des tourbillons et une
dépression qui entraîne une traînée appelée résistance de
remous.
Plus la vitesse est grande, plus le décollement se déplace
sur l’avant et plus grande est la résistance de remous;
Écoulements
Turbulents
Laminaires
Tourbillonnaires
LA RESISTANCE DE RENCONTRE
Elle dépend de la surface du maître couple immergé et de
l’importance de la masse d’eau déplacé.
R r = k SV²
Pour les navires “à déplacement”, la résistance de carène à
la marche directe est la somme de toutes ces résistances.
La résistance à la marche directe n’agit que sur la vitesse
du navire en fonction de la puissance de l’appareil
propulseur.
S
RESISTANCE A LA MARCHE OBLIQUE
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Un navire recevant le vent d’un bord est soumis à une
dérive plus ou moins grande. La route réelle suivie par le
navire est inclinée par rapport à son axe de symétrie d’un
angle “d” appelé angle de dérive.
Dans cette marche, le bord opposé au vent heurte
directement le liquide et est soumis aux pressions les plus
fortes.
Selon la théorie du plan mince, la résistance de carène R
admet deux composantes:
- une composante “P” ou portance, perpendiculaire à Vn;
- une composante “T” ou traînée, opposée à Vn.
Va
y
R
Portance
x
Traînée
M
Un navire qui a de l’erre en avant, dérivant sous l’effet du
vent donne naissance à une force résistante “R” ou
résistance de carène, appliquée en un point M centre de
dérive situé sur l’avant du centre de gravité, qui a tendance
à faire lofer le navire.
Un navire qui a de l’erre en avant et qui dérive sous l’effet
du vent est ardent.
G
Vn
Erre en avant : le navire loffe
Un navire qui a de l’erre en arrière, dérivant sous l’effet du
vent donne naissance à une force “R” dont le point
d’application est situé sur l’arrière du centre de gravité, qui
a tendance à faire abattre le navire.
Cette résistance est plus importante qu’avec de l’erre en
avant; ceci à cause des formes plus angulaires sur l’arrière
et de la présence de l’hélice.
De plus cette résistance varie en fonction de la gîte, de la
vitesse, de l’action des lames et de la houle sur le navire.
d
y
Portance
d
Va
R
Trainée
M
G
Vn
x
MARCHE OBLIQUE DUE AU REMORQUAGE
Erre en arrière : le navire abat
Le deuxième cas de résistance à la marche oblique se
manifeste lorsque le navire est soumis à l’action d’une
remorque dont le point d’application n’est pas en un point
particulier.
R
On constate que, lorsque le navire a
stabilisé sa marche, il va dériver et l’angle ϕ
(entre la remorque et l’axe longitudinal ) est
plus grand que l’angle de dérive.
d
G
M
A
Le remorquage permet l’étude expérimentale de la
résistance à la marche oblique: en effet, la force motrice
agissant sur le navire est connue (c’est la tension exercée
sur la remorque qui peut être mesurée au dynamomètre).
Son point d’application et son orientation sont aussi
matérialisés.
Lorsque le navire est en mouvement uniforme, il y a
équilibre entre la force motrice T et la résistance de carène
R dont la grandeur et la direction sont aussi connues.
ϕ
T
Application: Halage “à la cordelle”.
Ce procédé permettait de faire suivre à un bateau une route
parallèle au chemin de halage sans faire intervenir le
gouvernail.
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DEVELOPPEE DE DERIVE
C’est une courbe qui est obtenue en faisant varier le point
d’attache d’une remorque. L’enveloppe des direction des
tractions (T) s’appelle courbe de dérive ou développée de
dérive.
Elle présente quatre points de rebroussement.
On distingue:
- M0: centre de dérive initial avant;
- M1: centre de dérive transversal;
- M2: centre de dérive initial arrière.
Par analogie avec la développée métacentrique en théorie
du navire, on appelle métacentre de dérive, le point m,
contact de la résistance de carène R avec la développée
de dérive.
Il existe un incertitude sur la position de M, point
d’application de R, pour une orientation de R quelconque.
Ce que l’on peut affirmer, c’est que M n’est pas sur la
muraille (le navire n’est pas un plan mince d’épaisseur
négligeable). M n’est pas non plus sur l’axe longitudinal; il
se trouve du coté de la muraille recevant l’effet maximum
des filets d’eau (coté qui a même nom que la dérive).
m
M0
M1
ϕ1
M
T0
M2
T1
Position de la développée de dérive dans le sens vertical.
En supposant que la force R soit
horizontale, la
développée de dérive est contenue dans un plan
horizontal. Ce plan est voisin du centre de carène, il se
situe à peu près au niveau du tirant d’eau moyen.
Le centre de dérive transversal M1 n’est pas sur la verticale
de G (passant par C); on peut admettre que si l’assiette est
sur le cul, M1 est sur l’arrière de G.
Effet de la traction de remorque sur l’assiette: il est
négligeable.
Effet de la traction de remorque sur la gîte: il est
appréciable: les point A et M n’étant pas au même niveau,
le navire gîte du coté de la remorque.
ϕ0
A
R
M0
m
M
M1
A
T0
M2
Stabilité du remorquage
Au démarrage, la résistance de carène est négligeable.
Seule la tension T1 va agir. Même si l’angle ϕ1 est
supérieur à ϕ0, angle d’équilibre, le navire tend à venir en
direction de la remorque.
Il n’en est plus de même lorsque le remorqué a pris de la
vitesse. Il peut se produire que le moment de R1 soit
supérieur au moment de T1 (si le remorqué diminue son
effort); dans ce cas le navire va embarder.
Or la résistance à la marche oblique reste tangente à la
développée de dérive: le moment de T1 va redevenir
prépondérant et le navire va évoluer du coté de la
remorque. Par inertie, le navire va dépasser la position
d’équilibre jusqu’à ce qu’un couple antagoniste se
manifeste. Après une série d’oscillations, le navire se
stabiliser de façon que la remorque forme un angle ϕ0 à
partir de l’avant.
MANOEUVRE
M0
m
M1
ϕ1
M
A
T1
ϕ0
T0
M2
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POSITION D’EQUILIBRE D’UN NAVIRE
C’est la position que prend un navire par rapport au vent de
telle sorte que les actions de l’eau, du vent et
éventuellement des hélices et du gouvernail s’annulent
(sauf la dérive); cette position est stable (position d’équilibre)
et le navire aura tendance à y revenir chaque fois que le
cap prévu s’en écarte.
VENT
Pour un navire donné, il y a trois positions d’équilibre:
- navire stoppé;
- navire en marche avant;
- navire en marche arrière.
POSITION D’EQUILIBRE D’UN NAVIRE STOPPE
Elle est fonction de la répartition du fardage (surface offerte
au vent: coque et superstructure).
Navire de croisière, ferry, porte conteneur chargé: vent de
travers.
Pétrolier sur ballast: vent à 1 quart ou 2 quarts sur l’avant
du travers.
Pétrolier chargé: vent à 1 ou 3 quarts de l’avant du travers.
Remorqueur: vent arrière.
POSITION D’EQUILIBRE D’UN NAVIRE EN MARCHE
AVANT (barre à zéro)
Positions d’équilibre navire stoppé
En partant de la position d’équilibre navire stoppé, on met
en marche avant, barre à zéro. Le navire est soumis aux
actions suivantes:
- l’action dû au vent est moins forte (incidence du vent
apparent plus faible): réduction de l’abattée;
- apparition de la résistance de carène: l’action d’auloffée.
VENT
Le navire a tendance à se rapprocher du lit du vent d’un ou
2 quarts jusqu’à ce que les forces s’équilibrent de nouveau.
Cette position est fonction du type de navire, de la vitesse,
de la force du vent et de l’état de la mer.
Navire de croisière, ferry, porte conteneur chargé: 5 à 6
quart du vent.
Pétrolier sur ballast: 4 à 5 quarts du vent.
Pétrolier chargé: 2 à 3 quarts du vent.
Remorqueur: vent de 3 à 4 quarts de l’arrière.
POSITION D’EQUILIBRE EN MARCHE ARRIERE
Si le navire a de l’erre en marche arrière, la résistance de
carène devient très forte en raison des formes arrières. Le
navire abat très fortement.
La position d’équilibre en marche arrière de presque tous
les navire est vent arrière.
Mais certains navires, qui ont un fardage important à
l’arrière (pétrolier chargé), ont une position d’équilibre en
marche arrière qui est avec le vent aux environ de 4 quarts
sur l’arrière du travers.
Il est nécessaire de tenir compte de ce principe pour toute
manoeuvre en rade étroite ou dans un port.
Le gouvernail, même utilisé avec un angle de barre
important, compense difficilement cet effet si le vent est fort.
MANOEUVRE
Positions d’équilibre navire en marche avant
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EFFETS COMBINES DU VENT ET DES RESISTANCES
DE CARENES
Considérons un navire dont les superstructures sont également réparties, et dans un premier temps, prenons uniquement
en compte les facteurs externes du navire (vent + eau), c’est à dire que la machine est stoppée et que la barre est à zéro.
VENT
Position 1
Position 2
Position 4
Position 3
Position 1:
Le navire est immobile et reçoit le vent par tribord avant
(cap à 2 ou 3 quarts du vent).
Sa vitesse étant nulle, le navire est immobile, les
résistances de carène n’interviennent pas. La force F, due
au vent, appliquée en C est donc la seule à agir. Elle est
équivalente au système:
- une composante Fd: dérive sur bâbord;
- une composante Fp: force de propulsion en arrière;
- un couple FF” qui est un couple d’abattée.
Le navire cule, dérive sur bâbord et abat.
Position 5
Position 6
Position 2: Le navire ayant pris de l’erre en arrière, la résistance (R) de carène se manifeste.
L’action de F (due au vent) se maintient comme en position 1.
L’action de R est équivalente au système:
- une composante Rd: résistance à la dérive;
- une composante Rp: résistance de freinage;
- un couple RR” qui est un couple d’abattée.
Le navire est ralenti dans sa marche arrière, et dans sa dérive, mais l’effet d’abattée est renforcé.
Position 3: Le navire passe vent de travers. La
composante Fp s’annule, mais le navire poursuit son
mouvement par inertie.
Position 4:
Le vent est passé sur l’arrière du travers tribord.
La composante Fp est maintenant dirigée sur l’avant et
contrarie le mouvement en arrière.
Fd est toujours dirigée sur bâbord.
Le couple FF3 est un couple d’aulofée qui s’oppose à
l’abattée due à la résistance de carène.
L’abattée et l’erre en arrière diminuent et le navire
s’immobilise.
Position 5:
Le navire est stoppé, les résistances de carène
disparaissent mais le vent agit toujours comme en (4): le
navire repart en avant, dérive et lofe.
Noter que dans la position 5, le navire est plus près de sa
position d’équilibre que dans la position 1.
Position 6:
La résistance de carène réapparaît. Elle va freiner le
navire, s’opposer à la dérive et accentuer l’auloffée.
Conclusion: Un navire qui n’est pas, au moment où il est stoppé sans erre, en position d’équilibre, n’atteindra celle-ci
qu’après plusieurs oscillations tout en dérivant sous le vent. Cette position ne sera vraiment stable que si aucune
modification n’intervient dans la force du vent et dans l’action de la houle.
MANOEUVRE
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LE GOUVERNAIL
Le gouvernail est destiné à faire évoluer le navire dans les
manoeuvres, à le maintenir sur une route rectiligne en route libre
et à changer de cap, à la mer.
Il subit des efforts intenses et doit être rigide, profilé et adapté au
bâtiment.
Pour étudier les actions qui s’exercent sur lui, on peut l’assimiler à
un plan mince.
ACTION DES FILETS D’EAU SUR LE GOUVERNAIL
Soit W la vitesse des filets d’eau, égale et opposée à celle du
navire, V, et S la surface du gouvernail.
Si le safran s’incline d’un angle i, les lois déjà énoncées
permettent d’écrire que la poussée N exercée sur le plan est la
suivante:
K.SV2 sn i
N=
(0,2 + 0,3 sn i)
avec :
- k (<1) coefficient dépendant de la viscosité du fluide, de la
qualité de la surface du safran et de sa forme;
- S la surface du safran en m²;
- la vitesse du fluide en m/s;
- i l’incidence du safran.
W
d
i
l
C
N
La poussée N est appliquée en un point C, situé en avant du
centre de gravité de S, à une distance d de l’arrête (le bord
d’attaque) telle que:
d = (0,2 + 0,3 Sn i) l
l étant la largeur du plan.
La poussée N se décompose en 2 composantes: Nt (traînée) et
Np (portance).
Cette poussée N agit de deux façons:
- elle crée un couple de moment Nxd qui tend à redresser le plan
mince (et que l’appareil à gouverner doit vaincre):
c’est le MOMENT DE REDRESSEMENT.
- elle crée un couple par rapport au centre de gravité du navire:
le MOMENT D’EVOLUTION
G
N”
D
W
Ce couple s’exerce sur le mèche du gouvernail. L’expression de
Nxd montre que le moment de redressement est d’autant plus
important que V et i sont grands.
Pour ne pas dépasser certains efforts sur l’appareil à gouverner,
la mèche etc..., on adopte les dispositions suivantes:
- limitation de l’angle i à 35° environ, ce qui correspond au
maximum du couple d’évolution.
- calcul des organes de manoeuvre et de la structure du
gouvernail en fonction de la surface du safran et de la vitesse
maximale du navire.
- compensation du gouvernail en reculant l’axe de la mèche du
gouvernail par rapport au bord d’attaque, ce qui a pour
conséquence de diminuer le bras de levier d et donc le moment
de redressement.
C
N
s
S
C x
d
d’
d-d’
Mr = N x (d-d’)
s/S étant le rapport de compensation (environ 1/4).
MANOEUVRE
i
i
LE MOMENT DE REDRESSEMENT m = Nxd = KSV² l sn i
MOMENT DE REDRESSEMENT AVEC DE L’ERRE
N’
EN
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ARRIERE
Le point d’application du centre de poussée ne se trouve plus en
C mais en C’ situé à une distance d1 de la mèche.
Pour une même vitesse et un angle i, le moment de
redressement en marche arrière est plus du double du moment
de redressement en marche avant. D’où les consignes suivantes
:
- limiter la vitesse ne marche arrière;
- limiter l’angle de barre.
La valeur du moment de redressement conditionne le calibre de
la mèche.
W
C’ C
x x
d1
MOMENT D’EVOLUTION
Si nous reportons en G, centre de gravité du navire, deux forces
opposées égales et parallèles à N, nous constatons que le
bâtiment sera soumis aux actions:
- de la force N’
- du couple NN”, de bras de levier D (le moment d’évolution)
sensiblement égal à N x L/2 cosi , d’où:
Me =
K. L/2 SV 2 sin i cs i
(0,2 + 0,3 sn i)
La force N’ reportée en G peut se décomposer selon deux
directions perpendiculaires:
- la force de dérive N’d, perpendiculaire à l’axe du navire;
- la force de résistance N’f dirigée selon l’axe du navire.
Le navire aura tendance à sortir de sa courbe de giration vers
l’extérieur et à ralentir.
L’action la plus importante sur le navire est due au couple Nd qui
crée le moment de giration NxD, qui fait pivoter le navire autour
de son centre de gravité alors qu’il se dirige toujours dans la
même direction: il se déplace alors en MARCHE OBLIQUE. C’est
parce que le navire se déplace en marche oblique que sa
trajectoire s’incurve du coté où l’on a mis la barre.
G
N”
Le moment de giration, si le safran était mince, parfaitement lisse
et rectangulaire varierait comme sini.cosi, c’est à dire qu’il aurait
un maximum pour i = 36°.
N’f
N’d
L/2
N’
W
D
i
C
N
R’’
M
R
G
N
R’
MANOEUVRE
C
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LA GIRATION
Le navire a une vitesse uniforme et un cap stable.
La giration est le mouvement effectué par le navire et résultant de
la mise en action du gouvernail.
Cette giration se décompose en trois phases:
- La phase de manoeuvre: augmentation de l’angle de barre ;
- la phase d’évolution: mouvement de rotation accélérée;
- la phase de giration: mouvement de rotation uniforme.
Le navire salue
N’d
N”
G
LA PHASE DE MANOEUVRE (mise en angle du gouvernail)
La force N va s’exercer sur le gouvernail. L’action de N se
décompose en N’ au centre de gravité: N’ = N’d + N’f.
Nd
C
Si l’on oriente le gouvernail sur la gauche, le centre de gravité va
sous l’action de N’d s’écarter d’abord de sa trajectoire vers le
coté opposé, c’est à dire sur la droite.
Le couple NN” va faire pivoter le navire sur la gauche.
La composante N’f va ralentir le navire.
Sous l’effet du couple NN”, dans le plan transversal, le navire
s’incline du bord où l’on a mis la barre: il salue.
Le navire gîte
vers l’extrérieur
PHASE D’EVOLUTION
Le navire avance en tournant: Il avance en marche oblique, donc
la résistance de carène, R, à la marche oblique va s’exercer en
augmentant l’effet du couple d’évolution et en augmentant le
ralentissement (le couple RR” est appelé couple de giration). Il y a
donc accélération de la rotation et ralentissement du navire.
La composante R’d dirigée dans la direction de la rotation va
s’accroître et l’emporter sur la composante de dérive N’d : le
navire va dériver sur la droite.
Dans le plan transversal, la résistance à la marche oblique crée
un couple qui incline le navire du bord opposé à la rotation, car il
est rapidement supérieur à l’effet de N’d provocant le salut .
Remarque: si le navire s’incline dangereusement vers l’extérieur
du virage, la seule solution consiste à réduire a vitesse; la remise
à zéro de la barre ne peut qu’augmenter l’angle de gîte.
Plus l’angle de dérive augmente, plus le point d’application de la
résistance à la marche oblique va se déplacer sur l’arrière,
réduisant ainsi l’effet du couple RR” jusqu’à ce qu’un équilibre
s’établisse entre les forces en présence et que la vitesse de
rotation se stabilise.
G
R
C
M
N
R>N
PHASE DE GIRATION
Lorsque la résultante des moments des forces passant par G
devient constante et la résultante des forces appliquées est
constante et est dirigée vers le centre de giration, le système est
en équilibre et la vitesse devient constante: le mouvement de
rotation est circulaire et uniforme et le navire est incliné d’un
angle α à l’intérieur de sa trajectoire.
Les forces qui s’exerce sur le navire sont alors:
- P la propulsion;
- N la résistance du gouvernail;
- R la résistance à la marche oblique
- C la force centrifuge (somme des force précédente).
Pendant la période de giration, le centre de gravité du navire se
déplace sur un cercle. La vitesse s’est stabilisée.
MANOEUVRE
C = P+ N+ R
G
R
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P
N
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TRANSFERT
4
5
AVANCE
3
Angle
de
7
6
2 Salut
DIAMETRE DE
GIRATION
CERCLE DE
GIRATION
1ROTATION DU
SAFRAN
1-3 PHASE D’EVOLUTION
1
MANOEUVRE
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CARACTERISTIQUES EVOLUTIVES
L’AVANCE : c’est la distance parcourue selon l’axe initial du navire pour que celui-ci évolue de 90°.
LE TRANSFERT : c’est la distance entre l’axe initial du navire et sa position après une évolution de 90°.
DIAMETRE TACTIQUE : c’est la distance nécessaire pour que le navire évolue de 180°.
DIAMETRE DE GIRATION: diamètre du cercle que parcourt le centre de gravité du navire pendant sa giration.
REMARQUE
Le diamètre de giration est en général à peu près égal à 3 fois la
longueur du navire (pour 35° de barre).
Pour un navire à une hélice, pas d’hélice à droite, le rayon de
giration sur la gauche est plus court que sur la droite.
En giration le navire se déplace avec un angle de dérive par
rapport à la trajectoire du centre de gravité: l’avant du navire est
à l’intérieur du cercle alors que l’arrière est à l’extérieur.
Le pied de la perpendiculaire abaissée du centre du cercle de
giration O sur l’axe du navire est le Point GIRATOIRE g: c’est le
seul point de l’’axe longitudinal du navire dont la trajectoire est
tangente à cet axe. Il est situé à environ 1/3 de la longueur sur
l’avant.
g
G
INFLUENCE DE L’ INERTIE
Le rayon de giration varie avec le moment d’inertie du navire (la
répartition des poids à bord dans le sens longitudinal).
B
INFLUENCE DE L’ASSIETTE
B’
Plus le navire est sur le cul, plus la giration sera courte.
C’
Hauteur d’eau sous la quille: le navire effectue sa courbe en
“dérapant sur l’eau”. Une partie de l’eau passe sous la coque: si
la hauteur d’eau est réduite, l’eau aura du mal à s’écouler et le
rayon de giration sera plus important.
A
VENT
C
INFLUENCE DE LA HAUTEUR D’EAU
E
E’
D
INFLUENCE DES FORMES
D’
Plus le navire aura des formes arrondies, plus il tournera court.
INFLUENCE DU VENT SUR LA GIRATION
B’
Le navire dérive pendant toute la giration;
Vent debout en début de giration:
- de a à b’: l’abattée est plus rapide;
- de b’ à c’: l’abattée est plus lente;
- de c’ à d’: l’auloffée est plus rapide;
- de d’ à e’: l’auloffée est plus lente.
Courant
A
C’
INFLUENCE DU COURANT SUR LA COURBE DE GIRATION
E’
Les point b’,c’,d’ et e’ sont déportés en fonction du temps dans
la même direction: celle du courant.
D’
MANOEUVRE
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L’HELICE
Hélice pas à
droite, tournant
en marche
avant, vue de
l’arrière
Considérons une hélice à deux pales, pas à droite, tournant à la
vitesse angulaire ω, O le centre du moyeu, Ox, Oy et Oz trois
axes liés au navire.
Une hélice pas à droite tourne, en marche avant, pour un
observateur placé derrière, dans le sens des aiguilles d’une
montre.
Force motrice
Assimilons une surface élémentaire d’une pale à un plan mince;
il se trouver à la distance r du moyeu.
Soit v la vitesse relative de cet élément (v = rω);
V la vitesse d’entraînement ou la vitesse du navire;
et w la vitesse absolue faisant un angle α avec le plan transversal
Oyz.
y
x
r
Pour que ce plan mince reçoive une poussée de l’eau dirigée
vers l’avant, il faut que son incidence i par rapport à w soit
orientée vers l’avant. Son orientation avec le plan transversal est
le calage: θ = α + i.
Remarque: v diminue avec r (v = ωr ). Comme V est uniforme, α
augmente lorsque l’élément de surface se rapproche de O.
Pour maintenir une incidence i orientée vers l’avant tout le long
de la pale, il faut augmenter le calage θ en se rapprochant du
moyeu: la surface de la pale est un plan gauche.
fy
Soit f la force motrice élémentaire exercée par l’eau: elle a une
composante de traînée opposée à w et une composante de
portance normale à w ou encore une composante fx vers l’avant
et une composante fyz dans le plan transversal.
La force motrice F développée par l’hélice est la résultante de
toutes les forces fx (parallèles à 0x).
f
Portance
Traînée
fx
COUPLE RESISTANT
La composante fyz est toujours dirigée en arrière du mouvement
de rotation: c’est une force résistante qui a pour moment: m =
fyz r.
i
α
θ
PAS D’UNE HELICE
v
Le pas théorique d’une hélice, c’est la distance H que parcourt
un profil théorique situé à une distance moyenne r du moyeu
après un tour complet de l’hélice.
H = 2pr.tn a
w
V
r
AVANCE GEOMETRIQUE PAR TOUR
H
Si V est la vitesse du navire en mètre par seconde et n le
nombre de tours par seconde de l’hélice, l’avance géométrique
est:
a = V/n
α
RECUL DE L’HELICE
C’est la différence entre le pas et l’avance par tour: R = H -a
2πr
EFFET EVOLUTIF DE L’HELICE
MANOEUVRE
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Si l’hélice tournait dans un milieu uniforme, le couple résistant
s’appliquerait au centre du moyeu.
Mais les pressions hydrostatiques augmentent linéairement
avec la profondeur. Les forces élémentaires f augmentent donc
proportionnellement avec leur enfoncement.
Soit f1 et f2 les composantes résistantes de chacune des pales
dans le plan Oyz d’une hélice pas à droite tournant en marche
avant.
La résultante de ces 2 forces F est non nulle, appliquée en O’
toujours situé sous O et toujours dirigée vers la droite.
Comme cette force est sur l’arrière du centre de gravité, il en
résulte un effet évolutif du navire sur la gauche pendant la
marche avant (pour une hélice pas à droite).
Un raisonnement analogue pour la marche arrière conduit à un
effet évolutif sur la droite.
L’expérience montre que l’effet évolutif en marche arrière est
bien plus puissant que l’effet évolutif en marche avant.
Cela est dû au fait que l’eau projetée vers l’avant par l’hélice en
marche arrière vient frapper la hanche tribord du navire (effet de
voûte). Cela ne se produit pas en marche avant où les filets
d’eau s’éloignent de la coque.
f1
O
O’
f2- f1
Hélice pas à
droite en
marche avant
f2
Marche Arrière
Marche avant
NAVIRE A UNE HELICE A PAS FIXE
Dans ce cas, une hélice “pas à droite” est toujours adoptée.
En marche arrière, un navire à une hélice évolue sur la droite.
NAVIRE A UNE HELICE A PAS REVERSIBLE
A noter que dans le cas particulier d’une hélice à pas réversible
(qui tourne toujours dans le même sens), le navire évolue
toujours sur la droite si l’hélice tourne dans le sens contraire des
aiguilles d’une montre. C’est le montage préféré pour que le
navire évolue, en marche arrière, comme un navire muni d’une
hélice pas à droite.
Effet de VOUTE en
marche arrière
NAVIRE A DEUX HELICES
Les deux hélice sont de pas contraire. De sorte qu’en marche
avant ou en arrière à la même vitesse, leurs effets évolutifs
s’annulent.
Deux montages sont possibles: des hélices supra-divergentes
ou supra-convergentes en marche avant.
En cas de différenciation L’effet évolutif (une hélice en avant,
l’autre en arrière), l’effet évolutif est contraire ou favorable à l’effet
de propulsion.
Pour éviter sur bâbord, on met tribord en avant et bâbord en
arrière d’où un couple sur bâbord.
- Hélice supra-convergentes: l’effet évolutif de l’hélice tribord est
à droite ainsi que l’effet évolutif de l’hélice bâbord. L’effet évolutif
est contraire au couple de différenciation.
- Hélice supra-divergentes: l’effet évolutif de l’hélice tribord est à
gauche ainsi que l’effet évolutif de l’hélice bâbord. L’effet évolutif
s’ajoute au couple de différenciation.
C’est le montage à préférer.
NAVIRE A TROIS HELICES
Bd AR
Hélices supra divergentes
Td AV
Evitage sur la gauche d’un navire à
deux hélices supra divergentes
Dans ce cas, l’hélice centrale a un pas à droite et les latérales
sont supra-divergentes.
MANOEUVRE
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APTITUDE DU NAVIRE A S’ARRETER
ARRET PAR INERTIE
Lorsqu’un navire fait route à un cap donné et à vitesse constante,
la force de propulsion équilibre la force de résistance de carène.
Si on stoppe la machine, la seule force extérieure qui agit est la
résistance de carène (kSV²). Elle diminue en même temps que la
vitesse, équilibre la force d’inertie Mγ et absorbe l’énergie
cinétique du navire 1/2MV².
On admet que la distance de stoppage (x) et le temps de
stoppage (t) ont pour formule:
x = - k log V0
V
t = k’
Arrêt par
Inertie
1 - 1
V V0
avec V0 étant la vitesse initiale.
k et k’ sont fonction du déplacement.
x
On remarque que pour que le navire soit sans erre (V=0), le
temps de stoppage et la distance de stoppage sont infinis.
Or dans la pratique, le temps et la distance de stoppage tendent
vers une limite finie.
Ces formules ne sont en fait valables que lorsque la vitesse a une
certaine valeur. En effet il semble que la résistance de carène
obéissent à des lois différentes aux faibles vitesses.
En fait le navire s’arrête après une distance plus ou moins longue
suivant le déplacement du navire et la vitesse initiale.
V
t
Un 500000 tonnes à mi-charge, avec une vitesse initiale de 18
noeuds, a une distance d’arrêt de 15’ en une heure.
Un 50 000 tonnes à pleine charge, avec une vitesse initiale de 8
noeuds a une distance d’arrêt de 4’ en 1/2 heure.
Arrière toute
exceptionnelle
Barre à zéro
ARRET EN BATTANT EN ARRIERE
Lorsque l’on met la machine en arrière, la force motrice en arrière
s’ajoute à la résistance de carène: cela ralentit fortement la vitesse
du navire.
D’autre part l’effet de l’hélice en marche arrière est aussi à
prendre en considération: un navire à une seule hélice pas à
droite évolue sur la droite: il avance en marche oblique et sa
résistance de carène augmente (plus grande surface résistante).
Cependant, sur les navires classiques (non automatisés), une telle
manoeuvre demande un certain délai: passage de “route libre“ à
“attention machine”.
Sur les navires automatisés, il y a une programmation de
descente en allure et de mise en arrière. La manoeuvre “d’arrêt
d’urgence” supprime cette programmation et permet de gagner
du temps et de s’arrêter “plus court”.
A noter que ce type de manoeuvre peut provoquer un certain
nombre d’avaries machine plus ou moins importantes.
Le ralentissement est accentué si on met la barre toute à droite au
début de la manoeuvre pour mettre le navire en travers.
Manoeuvre
en zig-zag
+ machine
Arrière toute
exceptionnelle
Barre toute à droite
Ordre:
Arrière toute
Ordre:
Stop
Toute à droite
Ordre:
Avant lente
Toute à gauche
Ordre:
Avant demi
Toute à droite
Tour complet
MANOEUVRE
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MANOEUVRE EN ZIG ZAG
La manoeuvre en ZIG ZAG a pour but de connaître le temps de
réponse du navire à la barre, la vitesse angulaire du gouvernail (δ)
et la vitesse angulaire du navire (ϕ) en fonction de l’angle de
barre.
La barre est mise sur tribord par exemple à un angle β°. Après un
temps de réponse, le navire commence son évolution, puis sa
vitesse angulaire s’accélère. Lorsque le cap a varié de θ°, la barre
est renversée jusqu’à β° sur bâbord. Le navire va atteindre par
inertie un angle α1 (l’embardée maximum sur tribord) par
rapport au cap initial, puis va évoluer sur bâbord.
Lorsque l’embardée sur bâbord est de θ°, la barre est de nouveau
inversée. Le navire va atteindre par inertie un angle
α2
(l’embardée maximum sur bâbord) par rapport au cap initial, puis
va évoluer sur tribord et ainsi de suite...
La courbe en trait continu indique la valeur de α en fonction du
temps. ϕ est la vitesse angulaire du navire .
Il est aussi intéressant de noter la vitesse angulaire δ du safran et
donc le temps nécessaire pour atteindre un angle de barre
donné. δ varie en fonction du nombre de moteurs de barre en
service.
La vitesse chute notablement à chaque renversement de barre
Bd
θ
α2
ϕ
δ
t
θ
β
α1
Td
Vitesse
angulaire
Td
ESSAI SPIRALE
Il permet de tester la stabilité du navire.
On dit qu’un navire (courbe en trait plein) est stable lorsqu’à tout
angle de barre, aussi petit soit-il, correspond une vitesse
angulaire de même sens pour le navire.
Un navire est instable (courbe en pointillés) lorsqu’un angle de
barre provoque une vitesse angulaire aléatoire: entre deux valeur
β° bâbord et β° tribord, la réponse du navire est incertaine. Il faut
que l’angle de barre ait dépassé cette plage d’incertitude pour
que le navire évolue dans le sens désiré.
Embardé
Angle de barre
β
β
β
à gauche
à droite
Bd
CONCLUSION
Lorsque des circonstances exceptionnelles amène à stopper le
navire, la mise en arrière de la machine à toute puissance n’est
pas la manoeuvre la meilleure: le chemin parcouru est encore
important ainsi que le transfert pour un navire à une hélice.
L’orientation du gouvernail d’un bord ou de l’autre provoque une
chute de vitesse notable. Il est donc avantageux de combiner
l’action du gouvernail et de l’hélice pour obtenir un freinage plus
efficace.
Si bien souvent il est préférable de se dérober en effectuant une
giration (l’avance étant bien plus faible que la distance de
stoppage), cela n’est pas toujours possible à cause de la
présence d’autres navires ou de dangers.
La meilleure méthode consiste à combiner une manoeuvre en
zigzag avec la manoeuvre de la machine: la zone balayée de part
et d’autre de la route initiale a des dimensions minimales (avance
et transfert).
MANOEUVRE
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MANOEUVRE “UN HOMME A LA MER”
Il n’y a pas de manoeuvre plus urgente dont l’exécution exige la
prévision de toutes les variantes en fonction des circonstances.
OPERATIONS INITIALES
Dès que l’incident est observé ou annoncé:
- Mettre la barre tout du bord où l’homme est tombé à la mer.
Cette manoeuvre a pour but de faire chasser l’arrière et d’éviter
que l’homme soit aspiré par l’hélice ou passe dans les remous.
Elle est illusoire si le navire est rapide, si le point de chute est
près de l’arrière, si le temps de réponse de l’appareil à gouverner
est long.
- Larguer une bouée couronne lumineuse (ou équipée d’un
fumigène); elle sera le point de ralliement pour le naufragé et
pour le navire; elle est plus repérable que la tête d’un nageur.
- Actionner le signal phonique prévu pour appeler l’équipe
d’armement de l’embarcation chargée de la récupération (rôle de
sécurité).
- Disposer une veille visuelle .
- Mettre la machine parée à manoeuvrer et commencer la
descente en allure.
- Informer en phonie les navires du voisinage (URGENCE).
- choisir la manoeuvre de stoppage appropriée.
TOUR COMPLET
Amorcer un tour complet et prendre la direction de la bouée
couronne après avoir effectuer 3/4 de tour. Le stoppage final se
fait en battant en arrière.
Cette manoeuvre est effectuée si l’on est sûr de ne pas perdre la
bouée couronne de vue.
BOUTAKOFF
Après avoir mis la barre du bord ou l’homme est tombé,
remettre la barre à zéro jusqu’à ce que le cap du navire évolue
d’environ 70°, renverser la barre et venir au même angle de
barre de l’autre bord (pas nécessairement barre toute).
Avant que le cap inverse ne soit atteint, rencontrer puis mettre la
barre à zéro pour suivre le cap inverse jusqu’à ce que la bouée
soit en vue. Réduire alors la vitesse et casser l’erre.
Cette manoeuvre permet de revenir sur sa route. Elle est
toujours utilisée si la bouée a été perdue de vue.
SCHARNOW
Mettre la barre toute d’un bord puis renverser la barre lorsque le
navire a dévié d’environ 240° par rapport à son cap initial puis
suivre le cap inverse.
La descente en allure se fait se fait progressivement au cours de
la manoeuvre.
Une fois le navire stoppé, une embarcation est mise à l’eau pour
récupérer le naufragé.
MANOEUVRE
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MOUILLAGE
TENUE DE L’ANCRE SUR LE FOND
La tenue de l’ancre sur le fond dépend de la nature du sol et du
pouvoir de pénétration de l’ancre qui est fonction de son poids,
de sa forme, de la traction exercée, etc...
Nature du sol
T
Les sols sont caractérisés par leur angle de frottement interne ϕ
qui est mesuré à partir de la verticale, leur granulométrie, leur
indice de vide (eau absorbée), par la présence de végétation,
etc...
Le sol n’est pas inerte et réagit à la pression: il se comporte
comme un liquide plus ou moins compressible.
P
Bonne tenue: argile, vase dure, sable et vase;
Tenue moyenne: sable, gravier, coquille brisée;
Mauvaise tenue: roche, corail, vase liquide.
β
Refoulement
Equilibre d’une ancre
La pénétration de l’ancre dépend de son poids, des formes de la
patte et de l’orientation et de l’importance de la traction exercée
par la chaîne.
Il y a équilibre (et donc tenue) tant que la résistance du sol
équilibre la traction.
Dans le cas contraire, l’ancre va remonter le long du plan de
cisaillement (refoulement) et se déchausser: l’ancre va draguer.
L’orientation β du plan de cisaillement, comptée à partir de
l’horizontale, s’établit à partir de l’angle de frottement:
T
β = π/4 - ϕ/2
On dit que l’ancre chasse quand elle se déplace sans remonter.
Une ancre bien conçue va crever le plan de cisaillement et
s’enfouir (pénétration totale ou partielle de la verge): dans ce cas,
la résistance à la traction devient très élevée (jusqu’à 150 fois
son poids).
Lorsque la chaîne fait une angle non nul avec la verge, la
résistance à la traction diminue fortement (50% avec un angle de
15° pour une ancre classique).
15°
C < 50%
P
β
Enfouissement
5°
C < 75%
1 Chaîne à pic
Capacité de tenue
maximale C
2 La chaîne se soulève
3 La chaîne se raidit
4 La chaîne mollit
le navire cule et abat
MANOEUVRE
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LES DIFFERENTS TYPES DE MOUILLAGE
MOUILLAGE SUR UNE ANCRE
Mouillage sur une ancre
Le mouillage sur une ancre est rapide; il est sûr car en cas de
mauvais temps il suffit d’allonger la chaîne pour améliorer la
tenue. Il permet d’éviter un abordage avec un navire qui chasse
en filant la chaîne.
Cependant, le rayon d’évitage (longueur de chaîne plus longueur
du navire) est important. Le champs d’évitage (l’espace balayé
par le rayon d’évitage lorsque le navire évite) est toujours
considérable pour un navire mouillé sur une ancre.
AFFOURCHAGE
Le but de l’affourchage et de réduire le champs d’évitage, ce qui
peut être nécessaire sur une rade étroite ou encombrée.
L’opération consiste à mouiller deux ancres dont la distance est
supérieure à chacune des longueurs de chaînes filées; ces
longueurs étant généralement égales. L’angle qu’elles forment
est compris entre 60 et 120°.
Dans la pratique, l’affourchage est très peu utilisé sur les navires
de commerce, car il est nécessaire de prévoir un émérillon
d’affourche pour éviter que les chaînes se croisent lors de
l’évitage en rivière ou par vent variable.
A noter que l’affourchage n’est pas un mouillage de mauvais
temps.
Affourchage sur deux ancres
MOUILLAGE EN BARBE
La distance entre les deux ancres est faible par rapport aux
longueurs de chaînes; les longueurs de chaînes sont
généralement différentes et l’angle qu’elles forment est inférieur à
60°.
Chaque chaîne supporte la moitié de l’effort appliqué au navire.
C’est uniquement un mouillage de mauvais temps.
Mais cette méthode a aussi ses inconvénients.
Si le navire embarde, chaque chaîne supporte alternativement la
totalité de l’effort.
En cas d’évitage, on peut avoir des tours de chaînes.
De plus la manoeuvre de mouillage est beaucoup plus longue.
Mouillage en barbe
EMBOSSAGE
Un navire est embossé lorsqu’il est évité dans une direction
différente de celle qu’il prendrait sous le seul effet des forces
extérieures. Cette méthode permet de travailler sur rade avec des
chalands accostés à l’abri sous le vent.
Actuellement on embosse un navire en utilisant l’ancre de
croupiat (quand il y en a une).
Vent/
courant
Embossage
MANOEUVRE
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PRATIQUE DU MOUILLAGE
Choix du mouillage
Il doit offrir un bon abri contre la houle, le vent régnant et un fond
de bonne tenue.
Choisir un fond avec peu de pente offrant une hauteur d’eau
suffisante à toute heure de la marée.
Retenir une endroit qui présente de bons alignements et prévoir
un deuxième point de mouillage pour le cas où le premier est
déjà occupé.
Vitesse de mouillage
Pour faire crocher les pattes et éviter que la chaîne ne s’entasse
sur l’ancre il est nécessaire d’avoir une certaine vitesse sur le
fond (de quelques dixièmes de noeuds à 1 ou 2 noeuds selon les
navire).
Une erre résiduelle en avant favorise la bonne prise de l’ancre
mais sur les navires à bulbe il est préférable de mouiller avec de
l’erre en arrière pour ne pas risquer d’étraver le bulbe.
Quantité de chaîne à filer
La règle pratique est de filer 3 fois la hauteur d’eau.
Par petits fonds, l’importance relative de la houle peut amener à
filer 5 fois le fond.
De cette façon, il y aura toujours une certaine longueur de chaîne
sur le fond et la traction exercée sera parallèle au fond. La
longueur de chaîne s’appelle la “touée”.
Lorsque le fond est faible (inférieur à 20 m), on mouille en
desserrant sur le frein du guindeau, ce dernier étant débrayé.
Pour des fonds supérieurs, il convient de mouiller en dévirant le
guindeau embrayé jusqu’à ce que l’ancre se trouve à quelques
mètres du fond et de laisser filer (faire penaud). On évite ainsi de
faire supporter au guindeau des efforts excessifs.
Par grand fond (plus de 60 mètres), la manoeuvre se fait
totalement guindeau embrayé. Cela évite à l’ancre et à la chaîne
de prendre une vitesse considérable qu’il sera impossible de
retenir au frein.
Vent
2
3
1
4
Mouillage au plus près
Courant
MANOEUVRE DE MOUILLAGE
1
Sans vent ni courant
Approche avec une vitesse faible.
A proximité du point de mouillage, la machine est mise en arrière.
Le navire est pratiquement stoppé lorsque les remous de l’hélice
arrivent au premier tiers arrière de la longueur du navire.
Donner alors l’ordre de mouiller.
Avec du vent
Se présenter au plus près.
Mouiller l’ancre au vent.
Laisser lofer le navire sans franchir le lit du vent.
Casser l’erre du navire en raidissant la chaîne et en battant en
arrière.
Lorsque l’erre est cassée, stopper la machine: le navire cule et
abat; la chaîne mollit, pend verticalement puis commence à raidir
en raguant sur le fond.
Lorsque que la chaîne est complètement élongée, le navire fait
tête sur la chaîne et évite debout au vent.
Courant venant de l’arrière
2
3
4
Avec du courant, la meilleur solution consiste à se présenter
courant debout: on mouille avec de l’erre en arrière.
Avec du courant venant de l’arrière, casser l’erre en battant en
arrière et mouiller l’ancre tribord (hélice pas à droite) avec de
l’erre en avant. Si la chaîne force, battre en avant barre toute à
droite pour faire éviter le navire.
MANOEUVRE
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ROLE DE L’OFFICIER
Il faut arriver au mouillage avec une vitesse réduite et les deux
ancres parées à mouiller. Pour cela, prévenir en temps voulu la
machine (selon degré d’automatisation du navire) et la bordée de
mouillage avant.
Les essais des appareils sont faits (machine, sondeur, barre
manuelle, liaisons avec la plage avant).
Repérez les alignements nécessaires et mouiller l’ancre au point
choisi.
Régler la longueur de chaîne en fonction de la hauteur d’eau et
des conditions météorologiques.
Attendre que la chaîne ait fait tête et que le navire ait éviter pour
faire dégager la bordée de mouillage et mettre la machine sur
“terminé”.
Eteindre les feux de route, disposer les feux de mouillage et de
pont ou la marque de jour.
Prévenir la machine de l’heure d’appareillage.
Vérifier la tenue au mouillage.
SURVEILLANCE DU MOUILLAGE
Il faut pouvoir déterminer rapidement et à chaque instant si le
navire se trouve toujours à son point de mouillage.
Choisir des amers appropriés et faire des points fréquents pour
déceler tout changement de position (Trois relèvement/ deux
alignement, distances radar, alarme sondeur).
Il faut surveiller le plan d’eau (trafic à proximité ou autres navires
au mouillage), veiller les signaux éventuels (VHF, signaux
optiques). Prévoir les renverses de courant et surveiller les
conditions météorologiques (évitage).
Un navire qui chasse:
- la chaîne va se tendre et mollir brusquement par a-coups;
- le navire embarde;
- la position va changer.
MANOEUVRE AVANT : MOUILLAGE
- La nuit se munir d’une lampe torche
puissante.
- Vérifier les communications avec la
passerelle
- Faire mettre la pression ou le courant sur
les guindeaux.
- Vérifier que les freins sont serrés.
- Débrayer les barbotins et balancer le
guindeau.
- Ouvrir les tapes d’écubier et le puits aux
chaînes.
- Préparer la marque de mouillage.
- Embrayer les barbotins et desserrer les
freins.
- Dessaisir les ancres et dégager les
stoppeurs.
- Décoller les ancres des écubiers, mettre
celle du bord prévu au raz-de-l’eau.
- Serrez les freins et débrayer les barbotins.
- Faire dégager la bordée de manoeuvre
sur l’arrière du guindeau.
- Faire capeler des lunettes de protection
par l’homme qui est au frein.
- Mouiller selon les ordres en desserant le
frein en grand.
- Envoyer la marque de mouillage.
- Indiquer à la passerelle la tension et la
direction de la chaîne ainsi que le nombre
de maillons qui a été filé.
- Régler la touée selon les ordres (serrage
du frein).
Annoncer quand le navire a fait tête et
vérifier le serrage du frein.
APPAREILLAGE D’UN NAVIRE MOUILLE SUR UNE ANCRE
MANOEUVRE AVANT : APPAREILLAGE
La passerelle donne l’ordre à la manoeuvre avant de virer ou de
virer à déraper.
Dans le premier cas, la chaîne est virée à long pic, c’est à dire
qu’il en reste juste ce qu’il faut pour tenir le navire. L’équipe de
manoeuvre marque alors un temps d’arrêt en attendant l’ordre de
déraper.
Dans le deuxième cas, le guindeau continue de virer. La chaîne
est à pic lorsqu’elle est verticale, les pattes de l’ancre encore
crochées sur le fond: le guindeau subissant une forte résistance
ralentit. Le dérapé se signale par une accélération du guindeau et
un balancement de la chaîne.
En cas de difficulté à déraper, s’aider de la machine (guindeau
sur frein).
- La nuit se munir d’une lampe torche
puissante.
- Vérifier les communications avec la
passerelle.
- Faire mettre la pression sur le collecteur
de lavage des chaînes (cheval de lavage) et
ouvrir la vanne.
- Embrayer le barbotin et desserrer le frein.
- Prévenir la passerelle que vous êtes paré
à virer.
- virer sur ordre.
- Renseigner la passerelle sur la direction
d’où vient la chaîne, sa tension et sa
position (à long pic, à pic, dérapée, haute et
claire, engagée).
- Amener la marque de mouillage quand
l’ancre est dérapée.
- mettre l’ancre à poste sur ordre de la
passerelle, engager les stoppeurs et saisir
la chaîne.
- Prévenir la passerelle.
- Serrer le frein, débrayer le barbotin et
isoler le guindeau.
- Isoler le collecteur de lavage.
- Mettre les tapes d’écubier et de puits aux
chaînes.
MANOEUVRE
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L’AMARRAGE
Le rôle de l’amarrage est principalement de maintenir le navire à
quai.
Selon le poste à quai, le navire est soumis aux effets du
marnage, du courant, du vent et à ceux provoqués par le
passage des autres navires.
Il est également utilisé pour l’accostage et l’appareillage.
Charge de Rupture (48 mm)
DIFFERENTS TYPES D’AMARRES
Les amarres utilisées aujourd’hui sont des aussières en fibres
synthétiques et des fils d’acier.
Leurs caractéristiques sont:
- la charge de rupture;
- l’allongement (selon longueur et diamètre);
- le poids (flottabilité);
- la maniabilité;
- la température de fusion (frottement);
- la résistance aux différents agents chimiques.
Polypropylène
23 t
Térylène
32 t
Nylon
40 t
Acier (6X12)
70 t
Amarre de pointe avant
Traversier
Les fils d’acier. Leurs caractéristiques de charge de rupture et
d’allongement dépendent du nombre de torons, et de la nature
de l’âme (acier / synthétique).
Ils sont d’une grande résistance mais d’une faible élasticité (0,5 à
1%); ils ne flottent pas, sont sujets à la corrosion et sont d’une
manipulation difficile.
Garde montante
Amarre en belle
Les aussière en polypropylène sont les plus légères et les plus
élastiques (Allongement jusqu’à 40% L). Elle fondent à 165°C.
Amarre en belle
Garde montante arrière
Les aussières en térylène sont également très légères et
maniables, elles fondent à 135°C et résistent très bien aux
agents chimiques.
Traversier
Amarre de pointe arrière
Les aussières en nylon sont très résistantes mais ne résistent
pas aux produits chimiques.
A bord, les fils d’acier sont montés en permanence sur les
tourets des treuils (tension constante) alors que les synthétiques
du bord sont le plus souvent rangées en magasin et mises en
place avant les manoeuvres.
DISPOSITION DE L’AMARRAGE
Les amarres de pointe et les gardes montantes stabilisent le
navires le long du quai.
Les traversiers empêchent le navire de s’écarter.
Les amarres de pointe doivent rappeler franchement de l’avant
ou de l’arrière. Il doit y en avoir au moins une, devant et derrière,
passant par un chaumard coté large.
Une amarre de pointe est dite “embelle” quand elle est renvoyée
sur un chaumard central à cause de bollards insuffisant sur le
quai.
Les gardes montantes sont disposées le plus parallèlement
possible au quai pour résister aux tensions longitudinales.
Les traversiers sont perpendiculaires à l’axe du navire pour
résister aux tensions transversales.
Angle < 25°
L’efficacité d’une aussière dépend de sa longueur (résistance à
l’allongement, de son angle par rapport aux axes (longitudinal et
transversal) du navire et de l’angle par rapport à l’horizontale.
Trop raides, les amarres risquent de rompre, trop molles, elles
assurent un mauvais maintien.
MANOEUVRE
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LES DIFFERENTS TYPES D’AMARRAGES
ACCOSTAGE LE LONG D’UN QUAI
Le navire s’appuie sur le quai par l’intermédiaire de défenses.
L’amarrage est réalisée par des aussières capelées à terre sur
des bollards.
L’ancre du large est quelquefois utilisée pour faciliter
l’appareillage.
ACCOSTAGE A UN APPONTEMENT
Les gardes montantes sont capelées sur les bollards de
l’appontement. Les autres aussières sont capelées à terre ou sur
des coffres. Le système est complétée par des amarres de poste
(acier 60 mm + chaîne).
Sur l’appontement, les bollards peuvent être remplacés par des
crocs largables.
Les extrémités du navire reposent sur des “ducs d’Albe”
(faisceau de pieux enfoncés dans le fond du bassin).
Le navire subit les courants qui passent sous l’appontement.
AMARRAGE EN POINTE
Le navire est amarré perpendiculairement à quai avec les deux
ancres affourchées (Roulier avec rampes arrières).
La place occupée est réduite mais il peut y avoir des problème
en cas de fort vent traversier.
AMARRAGE A COUPLE
Ce type d’amarrage peut être réalisé entre deux pétroliers pour
allègement.
Le navire accosté peut être à quai, au mouillage ou en route à
faible vitesse. Certains navires sont équipés de défenses
particulières gréées sur bossoirs.
AMARRAGE EN UN POINT UNIQUE (SPM)
Il s’agit d’un amarrage par l’avant sur un coffre ou sur une tour
destinée aux postes de chargement de pétrolier sur rade.
SPM système
MANOEUVRE
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ROLE DE L’OFFICIER DE MANOEUVRE
L’officier de manoeuvre doit se considérer comme le
prolongement de la passerelle, il doit:
- exécuter les ordres reçus et rendre compte;
- informer la passerelle de ce qu’elle ne peut voir;
- assurer la sécurité du personnel sous ses ordres.
La bordée doit toujours être correctement équipée (tenue
adéquate, gants).
Les moyens de communication doivent être testés avant l’appel
aux postes.
Le rôle de chacun doit être précisé.
ACCOSTAGE
Mise en place de l’échelle de pilote (échelle, tireveilles, éclairage,
bouée couronne).
Si le franc-bord est de plus de 9 m, l’échelle de coupée est gréée
en association avec l’échelle de pilote.
Mise en place du matériel:
- aussières;
- toulines;
- bosses;
- défenses;
- gardes rats.
Mise sous tension de treuils et essais. Les ancres sont
déssaisies
Remorqueurs:
Le plus souvent, c’est la remorque du remorqueur qui est
utilisée. Prévenir quand la remorque du remorqueur est tournée.
Donner le nom du remorqueur.
Vers poupée
de treuil
Amarrage:
Envoyer les aussières aux lamaneurs sur ordre de la passerelle.
Prévenir la passerelle de la distance du quai ou des autres
navires.
Prévenir la passerelle quand une aussière ou l’embarcation du
lamanage est à proximité de l’hélice ou des propulseurs
transversaux.
Raidir les aussières à la demande sans brider le navire.
Une fois le navire “à poste”, bosser les aussières et tourner les
aussières sur les bittes.
Le remorqueur est libéré.
Doubler les aussières si nécessaire.
Selon le cas, les treuils sont mis sur “tension constante”.
Mise en place des garde rats.
Mise en place de la coupée (filet de protection, éclairage).
Utilisation d’une bosse
APPAREILLAGE
Veiller à ce que personne ne
mette les pieds dans une
boucle d’aussière.
L’échelle de coupée est hissée dès que le pilote est à bord.
Vérifier que l’on est paré à mouiller.
Sur ordre de la passerelle, l’amarrage est dédoublé: on reste sur
une amarre debout et un garde devant et derrière.
Libérer une bitte pour la remorque.
Prévenir quand la remorque du remorqueur est tournée. Donner
le nom du remorqueur.
Larguer “ tout” à la demande.
Larguer la remorque.
Ranger et saisir le matériel.
Couper l’alimentation sur les treuils (laisser le guindeau en
fonction jusqu’à “route libre”).
Mettre la coupée à poste.
Ranger l’échelle de pilote sitôt le pilote débarqué.
MANOEUVRE
Ecarter le personnel des
aussières qui forcent.
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