Stabilité et lutte contre les avaries

Prérequis

Cette leçon suppose les connaissances du niveau Yachtmaster Coastal en matière de conduite du bateau par gros temps, des notions de base sur la construction d'un voilier (quille, lest, passe-coques, prises d'eau) et l'utilisation des pompes de cale. Elle fait directement suite aux leçons Offshore sur la conduite par gros temps (mise en cape, vent arrière, ancres flottantes et récupération après chavirage) et sur l'abandon du navire. Aucune mathématique au-delà de la multiplication et de la division n'est nécessaire. Si votre voilier possède un livret de stabilité, une catégorie de conception RCD/ISO 12217 ou un numéro STIX, gardez-le à portée de main : vous apprendrez ce que signifient ces chiffres.

Objectifs d'apprentissage

À la fin de cette leçon, vous devez être capable de :

• Définir le centre de gravité (G), le centre de carène (B), le métacentre (M), la hauteur métacentrique (GM) et le bras de redressement (GZ).
• Lire une courbe GZ et identifier la stabilité initiale, le GZ maximal, l'angle d'annulation de stabilité, l'angle d'envahissement et l'aire sous la courbe.
• Expliquer comment le chargement, les poids sur le pont et les réservoirs partiellement remplis (effet de surface libre) modifient la stabilité, et calculer l'effet du déplacement d'un poids.
• Expliquer pourquoi les vagues et les lames déferlantes peuvent faire chavirer un voilier qui est statiquement stable.
• Expliquer la longueur envahissable, la stabilité en avarie et les limites du contre-envahissement.
• Conduire une séquence de lutte contre une avarie : trouver la voie d'eau, arrêter ou ralentir l'eau, pomper, évaluer la stabilité et décider.
• Estimer l'entrée d'eau par une brèche et la comparer à la capacité réaliste des pompes.
• Faire correspondre vos connaissances aux points du syllabus RYA Yachtmaster Offshore (G158) portant sur la stabilité et la lutte contre les avaries : les facteurs qui influent sur la stabilité et la tenue à la mer d'un voilier, le risque de chavirage par gros temps, l'effet des poids et de la surface libre, les envahissements et la lutte contre les avaries, l'utilisation des pompes, l'arrêt des voies d'eau et la décision d'abandonner, tels que l'examinateur les testera à l'oral et lors des exercices pratiques d'urgence.
• Utiliser la formule de criblage du chavirage et les valeurs de stabilité figurant sur la plaque du constructeur pour juger de l'aptitude d'un voilier à la navigation hauturière.
• Distinguer une gîte permanente d'un angle de louvoiement (loll) et agir correctement dans chaque cas.
• Calculer l'effet de la force du vent sur le moment de gîte, et expliquer pourquoi prendre un ris tôt est une décision de stabilité.

Les forces de base

Un voilier flottant est soumis à deux forces égales et opposées :

• Le poids, agissant verticalement vers le bas à travers le centre de gravité, G. La position de G dépend de la répartition des masses : coque, quille lestée, gréement, moteur, réservoirs, provisions et équipage.
• La poussée d'Archimède, agissant verticalement vers le haut à travers le centre de carène, B, centre géométrique du volume immergé.

À plat, G et B se trouvent sur la même verticale et le bateau est en équilibre. Lorsque le voilier gîte, la forme de la carène immergée change : davantage de volume est immergé du côté bas, donc B se déplace vers le côté bas. G ne bouge pas (sauf si quelque chose se déplace à l'intérieur). Les deux forces forment alors un couple, séparé par une distance horizontale appelée bras de redressement, GZ. Le moment de redressement est le déplacement multiplié par GZ.

Moment de redressement = déplacement x GZ

Un voilier de 8 tonnes avec un GZ de 0,5 m à 30 degrés a un moment de redressement de 4 tonnes-mètres. Tout ce qui tente de le faire gîter davantage (le vent dans les voiles, une vague, l'équipage au bord du côté sous le vent) doit vaincre ce moment.

Le métacentre et GM

Pour de petits angles de gîte (jusqu'à environ 10 à 15 degrés), la verticale passant par le nouveau centre de carène coupe l'axe longitudinal en un point presque fixe appelé métacentre, M. La distance de G jusqu'à M est la hauteur métacentrique, GM.

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Pour de petits angles, GZ est approximativement égal à GM multiplié par le sinus de l'angle de gîte. GM gouverne donc la stabilité initiale : la rigidité ou la mollesse d'un bateau dès qu'il commence à gîter.

• GM élevé : bateau raide, qui résiste à la gîte, mais dont le roulis est rapide et saccadé, inconfortable, fatigant, et qui sollicite le gréement.
• GM faible : bateau mou, qui gîte facilement, avec un roulis lent et confortable.
• GM négatif (G au-dessus de M) : le bateau ne flotte pas droit mais reste penché d'un côté (loll). Cela ne doit jamais se produire sur un voilier dans des conditions normales ; si c'est le cas, quelque chose de grave s'est produit (envahissement, glace, poids important ajouté en hauteur).

Un croiseur moderne large et à fond plat tire une grande partie de sa stabilité initiale de sa forme (la forme de la coque : B se déplace beaucoup latéralement lorsqu'il gîte). Un voilier classique étroit à quille profonde tire davantage de sa stabilité de son poids (un G bas). Cela compte aux grands angles, comme vous le verrez.

La courbe GZ

La courbe GZ (courbe de stabilité statique) porte le bras de redressement en fonction de l'angle de gîte, depuis la position droite jusqu'au chavirage. Elle est calculée par le constructeur pour un état de chargement donné, en général « minimum de fonctionnement » (réservoirs vides, équipage réduit), qui représente le cas le plus défavorable.

Lisez ces caractéristiques sur la courbe :

Angle d'annulation de stabilité

L'AVS est la valeur unique la plus citée, et celle sur laquelle les examinateurs interrogent.

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En règle générale, un voilier hauturier doit avoir un AVS d'au moins 120 degrés, et un voilier de navigation océanique 130 degrés ou plus. Les catégories de conception de la directive sur les bateaux de plaisance (RCD) et de la norme ISO 12217-2 combinent l'AVS, le déplacement et le nombre STIX (indice de stabilité) :

Notez que l'AVS minimal de la catégorie dépend du déplacement du bateau : un bateau léger en catégorie A a besoin d'un AVS plus grand qu'un bateau lourd. Un bateau léger et large, à fort franc-bord, peut avoir un GZ maximal très élevé mais un AVS relativement faible et une grande aire négative, ce qui signifie qu'il peut rester retourné pendant un certain temps après un chavirage.

Aire sous la courbe : stabilité dynamique

La stabilité statique (la hauteur de la courbe) indique le moment de gîte permanent que le bateau peut supporter. Mais le chavirage par gros temps est causé par l'impact d'une lame déferlante, qui apporte de l'énergie et non une poussée permanente. L'énergie qu'un voilier peut absorber avant de chavirer est l'aire sous la courbe GZ multipliée par le déplacement.

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Deux bateaux ayant le même GZ maximal peuvent avoir une résistance au chavirage très différente : celui dont la courbe reste positive sur une plage d'angles plus large a plus d'aire et absorbera davantage d'énergie de vague. Le déplacement compte aussi : pour une même courbe GZ, un bateau plus lourd a un moment de redressement plus grand et absorbe plus d'énergie.

Angle d'envahissement

La courbe GZ suppose que la coque est étanche. En réalité, à partir d'un certain angle de gîte, l'eau commence à entrer par les ouvertures : descente, écoutilles ouvertes, coffres du cockpit, aérateurs, prise d'air du moteur. C'est l'angle d'envahissement.

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Au-delà de cet angle, l'eau entre, ajoutant du poids en hauteur et une surface libre, et la stabilité réelle chute beaucoup plus vite que ne le suggère la courbe. Conséquences pratiques :

• Par gros temps, fermez et assurez toutes les écoutilles, mettez en place les planches de descente (assurées pour qu'elles ne tombent pas si le bateau se retourne), fermez les aérateurs et les prises d'eau non utilisées, et verrouillez les couvercles des coffres du cockpit.
• Un voilier couché à 90 degrés avec l'écoutille principale ouverte peut embarquer des centaines de litres en quelques secondes. Plusieurs voiliers des courses du Fastnet de 1979 et de Sydney-Hobart de 1998 ont été perdus ou ont failli l'être à cause de l'envahissement après un coup de gîte.
• Les écoutilles qui ne peuvent pas être fermées de l'intérieur comme de l'extérieur, ou les planches de descente non assurées, abaissent en pratique l'angle d'envahissement.

Comment le chargement modifie la stabilité

Poids en hauteur et poids en bas

Ajouter un poids élève G, ce qui raccourcit GZ à chaque angle. L'effet sur la courbe est montré ci-dessous.

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Coupables habituels en navigation hauturière :

• Un canot pneumatique ou un moteur hors-bord sur bossoirs ou sur le pont avant.
• Panneaux solaires, radar et éoliennes sur les arceaux et le mât.
• Carburant et eau de rechange en bidons attachés aux balustrades.
• Grand-voile à enrouleur dans le mât, gréements de prise de ris lourds et drisses supplémentaires en tête de mât (le poids en hauteur a un effet très important à cause du bras de levier).
• Ancres et chaîne rangées dans le coffre avant (en hauteur et à l'extrémité du bateau, ce qui augmente aussi le tangage).
• Équipiers assis sur le roof.

Règles pratiques : rangez les objets lourds bas et près du centre du bateau ; gardez la deuxième ancre et la chaîne de rechange dans la cale, près du mât ; dégagez le pont avant un gros temps ; ne stockez jamais des provisions lourdes sur des étagères hautes.

Calcul du déplacement de G

Lorsqu'un poids est déplacé à l'intérieur du bateau, G se déplace parallèlement à la direction du déplacement du poids :

Déplacement de G (GG1) = (poids déplacé x distance déplacée) / déplacement total

La même formule, avec un poids ajouté ou retiré, donne une bonne approximation si le poids est petit par rapport au déplacement.

Effet de surface libre

Lorsqu'un réservoir est partiellement plein, la surface du liquide reste horizontale quand le bateau gîte. Le liquide se déplace vers le côté bas, ce qui déporte son centre de gravité vers l'extérieur, avec le même effet que si l'on élevait G. C'est ce qu'on appelle l'élévation virtuelle de G due à la surface libre.

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Points clés :

• L'effet dépend de la largeur de la surface libre à la puissance trois, et non de la quantité de liquide. Un réservoir large à moitié plein est bien pire qu'un réservoir étroit et profond. Diviser un réservoir en deux moitiés par une cloison longitudinale réduit l'effet au quart.
• Un réservoir complètement plein (sans bulle) ou complètement vide n'a pas de surface libre.
• L'eau de cale qui ballotte dans une cale large et peu profonde est le pire des cas : large, non contenue et souvent chargée de débris.

Pour un réservoir rectangulaire, l'élévation virtuelle de G est approximativement :

Élévation virtuelle = (longueur x largeur au cube / 12) x masse volumique du liquide / déplacement

Exemple. Un réservoir d'eau de 1,0 m de long et 1,2 m de large sous le plancher du salon, à moitié plein, sur un voilier de 8 tonnes : (1,0 x 1,2 x 1,2 x 1,2 / 12) x 1,0 / 8 = 0,144 / 8 = 0,018 m. Imaginez maintenant 500 litres d'eau d'envahissement dans une cale de 2,0 m de large et 3,0 m de long : (3,0 x 8,0 / 12) x 1,025 / 8 = 2,0 x 1,025 / 8 = 0,26 m. C'est un tiers du GM d'un voilier typique, perdu, avant même de compter le poids de l'eau.

Gestion des réservoirs en navigation hauturière :

1. Avant un gros temps, gardez les réservoirs soit pleins, soit vides : transférez du carburant ou de l'eau pour remplir complètement un réservoir et vider un autre.
2. Puisez à parts égales dans les réservoirs bâbord et tribord jumelés pour éviter une gîte permanente, ou videz complètement un réservoir avant d'entamer le suivant.
3. Videz les cales ; gardez les trous de purge dégagés pour que l'eau atteigne la pompe.
4. Ne transportez pas de grandes quantités de carburant ou d'eau dans des poches souples ou des bidons sur le pont.

Exemple commenté : calcul de stabilité

Le schéma ci-dessous résume le calcul qui suit.

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Un voilier de 12 m déplace 8 000 kg (canot compris) et a un GM de 0,80 m. Pour une traversée hauturière, le propriétaire hisse le canot de 100 kg du plancher du cockpit sur les bossoirs de poupe, ce qui élève son centre de gravité de 2,5 m.

1. Déplacement de G : GG1 = (100 x 2,5) / 8 000 = 0,031 m.
2. Nouveau GM = 0,80 - 0,031 = 0,769 m.
3. Les réservoirs d'eau sont chacun à moitié pleins, ce qui donne une élévation virtuelle supplémentaire de G de 0,05 m.
4. GM effectif = 0,769 - 0,05 = 0,719 m, soit une réduction de 10 pour cent.

Que signifie cela ? À 10 degrés de gîte, GZ vaut approximativement GM x sin 10 degrés (0,174) :

La même élévation de G raccourcit GZ à chaque angle : toute la courbe se rétrécit, le GZ maximal baisse et l'AVS se rapproche. Ajoutez des bidons sur le balcon de pont, une grand-voile mouillée enroulée dans le mât et une lourde ancre dans le coffre avant, et les pertes s'accumulent. Chaque décision prise isolément semble anodine ; ensemble, elles peuvent transformer un AVS de 125 degrés en un AVS de 110 degrés.

Moments de gîte : pourquoi le vent compte autant

La stabilité n'est que la moitié de l'histoire. L'autre moitié, c'est ce qui tente de faire gîter le bateau. Le moment de gîte dû au vent sur les voiles vaut approximativement :

Moment de gîte = force sur les voiles x hauteur du centre de voilure au-dessus du centre de dérive latérale

La force sur les voiles est proportionnelle au carré de la vitesse du vent. Doubler la vitesse du vent multiplie la force par quatre.

Exemple commenté. Un voilier de croisière de 10 m porte 55 mètres carrés de voilure. Dans une brise de 15 nœuds (7,7 m/s, force 4), la force sur les voiles au près serré vaut environ 0,5 x 1,2 x 7,7 au carré x 1,0 x 55 = environ 1 960 N (environ 200 kg-force). Avec le centre de voilure 5 m au-dessus du centre de dérive latérale, le moment de gîte vaut environ 1 000 kg-m. À 30 nœuds (15,4 m/s, force 7), les mêmes voiles, si elles restent établies, produiraient quatre fois la force, soit environ 4 000 kg-m. Si le moment de redressement maximal du voilier est de 8 tonnes x 0,65 m = 5 200 kg-m, alors une force 7 avec toute la voilure le mène à 77 pour cent de son maximum, sans aucune réserve pour une rafale, une vague ou une erreur. Réduire de moitié la surface de voilure en prenant un ris divise par deux le moment de gîte et abaisse aussi le centre de voilure : l'effet est plus grand que ce que laisse supposer la seule surface de voilure.

Équilibre. Le voilier gîte jusqu'à ce que le moment de redressement égale le moment de gîte. Regardez la courbe GZ : l'angle de gîte permanent est celui où GZ multiplié par le déplacement égale le moment de gîte. Un bateau raide (GM élevé) gîte moins pour un même vent. Un bateau déjà couché à 35 ou 40 degrés dans les rafales se trouve près du sommet de sa courbe et n'a que peu de marge : prenez un ris plus tôt.

Rafales et grains. Une rafale est une hausse soudaine du vent, souvent de 50 pour cent ou plus, et le moment de gîte augmente selon le carré du rapport : une hausse de 50 pour cent du vent donne 2,25 fois la force. Un voilier proche de son moment de redressement maximal dans le vent établi sera couché par la rafale. Le ris doit être pris avant le grain, pas pendant. Choquer les écoutes, lofer et larguer l'écoute de grand-voile ou le chariot de bordure évacuent la force de gîte en une seconde ; l'équipage doit être prêt à le faire.

Effet de la gîte sur les voiles

Lorsque le voilier gîte, les voiles présentent moins de surface au vent et le centre de voilure se déplace sous le vent, si bien que le moment de gîte diminue un peu, proportionnellement au cosinus de l'angle de gîte. Cela aide, mais pas beaucoup. À 60 degrés de gîte, la grand-voile est presque horizontale, le bateau est presque couché, et la force chute brusquement, ce qui explique pourquoi les coups de gîte se rétablissent souvent lorsque les voiles se vident du vent. Ne vous y fiez pas.

Courbe GZ travaillée et stabilité dynamique

Le tableau ci-dessous donne les valeurs de GZ pour un croiseur hauturier typique de 8 tonnes en condition de minimum de fonctionnement.

• Le GZ maximal est de 0,65 m à 45 degrés. Le moment de redressement maximal est de 8 000 x 0,65 = 5 200 kg-m.
• L'AVS est de 130 degrés.
• GM initial vaut à peu près GZ à 15 degrés divisé par le sinus de 15 degrés (0,259) : 0,30 / 0,259 = environ 1,16 m. C'est approximatif, car GZ à 15 degrés est déjà un peu inférieur à la tangente issue de l'origine.
• Aire sous la courbe. Appliquez la règle des trapèzes sur chaque intervalle : 15 x (0 + 0,30)/2 = 2,25 ; 15 x (0,30 + 0,55)/2 = 6,4 ; 15 x (0,55 + 0,65)/2 = 9,0 ; 15 x (0,65 + 0,60)/2 = 9,4 ; 30 x (0,60 + 0,30)/2 = 13,5 ; 20 x (0,30 + 0,10)/2 = 4,0 ; 20 x (0,10 + 0)/2 = 1,0. Le total est d'environ 45,5 mètres-degrés, soit 45,5 x 0,01745 = 0,79 mètre-radian.
• Énergie nécessaire pour chavirer (jusqu'à l'AVS) = déplacement x gravité x aire = 8 000 x 9,81 x 0,79 = environ 62 000 joules (62 kJ). Cela semble beaucoup, mais une lame déferlante transporte bien plus d'énergie que cela sur la longueur d'une coque. C'est pourquoi la stabilité statique d'un voilier ne le met pas à l'abri du chavirage dans une mer déferlante.

Voyez maintenant l'effet de l'ajout de 300 kg au sommet du mât et du gréement (par exemple un radar lourd, un enrouleur de grand-voile dans le mât et une grand-voile mouillée), 9 m au-dessus de G. GG1 = 300 x 9 / 8 300 = élévation de 0,33 m de G. Le GZ à chaque angle diminue de GG1 multiplié par le sinus de l'angle : à 45 degrés, de 0,33 x 0,707 = 0,23 m, ce qui fait passer GZ de 0,65 à environ 0,42 m. À 90 degrés, GZ passe de 0,30 à environ 0 (0,30 - 0,33). L'AVS tombe de 130 degrés à presque 90 degrés. Ce calcul simplifié (la correction est GG1 sin(gîte) pour un déplacement vertical de G) montre pourquoi un poids en hauteur est si dangereux, et pourquoi un ajout d'apparence modeste peut transformer un bateau hauturier sûr en un bateau limite. Considérez ceci comme une estimation haute, car d'autres effets, comme une variation du déplacement, sont négligés, mais la leçon reste valable.

Criblage du chavirage et les chiffres de la plaque

La formule de criblage du chavirage

Un indicateur rapide de la résistance d'un voilier au chavirage dans les mers déferlantes, utilisé dans les règles des courses hauturières, est la formule de criblage du chavirage (CSF) :

CSF = maître-bau maximal (m) / (volume de carène en mètres cubes) à la puissance un tiers

Le volume de carène est la masse de déplacement en tonnes divisée par 1,025 (la masse volumique de l'eau de mer). Une valeur de 2,0 ou moins est considérée comme acceptable pour la navigation hauturière ; les voiliers légers et larges ont des valeurs plus élevées et une plus grande sensibilité au chavirage et au maintien retourné.

Exemple. Un voilier de 8 tonnes a un maître-bau maximal de 3,8 m. Volume = 8 / 1,025 = 7,8 mètres cubes ; la racine cubique vaut 1,98. CSF = 3,8 / 1,98 = 1,92. C'est inférieur à 2,0, donc le voilier passe le criblage. Un voilier plus léger et plus large, avec un maître-bau de 4,0 m et un déplacement de 6 tonnes, a un volume de 5,85 mètres cubes, une racine cubique de 1,80 et un CSF de 2,2 : moins adapté aux conditions hauturières difficiles.

Le CSF est un outil de criblage, non une garantie. Il ne tient pas compte du lest, de la profondeur de quille ni de l'AVS.

Autres chiffres

• Indice de stabilité (STIX) selon l'ISO 12217-2 combine la longueur, le bau, le déplacement, l'AVS, la hauteur d'envahissement, le lest et d'autres facteurs en un seul nombre qui détermine la catégorie de conception. Consultez la plaque du constructeur et le manuel du propriétaire.
• Rapport de lest, soit le poids de la quille divisé par le déplacement total, est typiquement de 30 à 40 pour cent pour un voilier de croisière. C'est une indication de la stabilité due au poids, mais ce n'est pas une mesure.
• Moment de redressement par degré de gîte à 1 degré, donné dans le manuel de certains voiliers, permet de comparer les bateaux.
• Catégories de conception A à D vous indiquent pour quelles conditions le voilier a été conçu, et non ce dont il est capable s'il est surchargé.

Gîte permanente, louvoiement et GM négatif

Un voilier qui gîte alors qu'il devrait être droit est soit en gîte permanente (list), soit en louvoiement (loll), et le remède diffère.

Un angle de louvoiement est dangereux parce que le bateau a très peu de stabilité près de la verticale. C'est le signe que quelque chose de grave ne va pas : envahissement avec surface libre, glace importante ou poids énorme en hauteur. Vérifiez par un roulis lent : un voilier qui louvoie à bâbord roulera lentement vers tribord en passant la verticale, et se stabilisera à un angle semblable à tribord. Traitez cela comme une urgence, réduisez la surface libre et abaissez G immédiatement.

Préparation pratique à la navigation hauturière

Avant de partir, le skipper doit effectuer une vérification de stabilité dans le cadre du briefing de sécurité :

1. Connaître les chiffres. La catégorie de conception, l'AVS et le CSF (si disponibles) de votre voilier. Si vous ne les connaissez pas, cherchez-les.
2. Arrimer bas et au centre. Les objets lourds sur le plancher de la cabine, au-dessus de la quille, et aussi près que possible du centre du bateau.
3. Dégager le pont. Dinghy solidement amarré et aussi bas que possible (s'il n'est pas sur bossoirs), bidons dans les coffres du cockpit ou arrimés dans le bateau, rien de mobile.
4. Vérifier les ouvertures d'envahissement. Écoutilles, hublots, aérateurs, coffres du cockpit. Planches de descente assurées par des cordons. Prises d'eau fermées lorsqu'elles ne servent pas.
5. Planifier les réservoirs. Pleins ou vides. Si le réservoir tribord est utilisé en premier, passez au réservoir bâbord avant une longue bordée.
6. Vérifier les dispositifs de prise de ris et soyez prêt à prendre un ris avant que le vent ne monte. Réglez les voiles selon les besoins du voilier.
7. Surveiller pendant la traversée. Au fur et à mesure de la consommation de carburant et d'eau, le voilier s'allège et G peut monter. Voiles mouillées, glace et embruns ajoutent du poids en hauteur. Envisagez de garder un demi-réservoir de carburant de réserve dans un réservoir bas comme lest.

Démâtage et avaries de coque

Un démâtage est un événement de stabilité autant que de gréement. Un mât passé par-dessus bord reste attaché par les haubans et devient un bélier contre la coque. La mer le déplace et peut percer la muraille en quelques minutes.

• Agissez immédiatement. Coupez-le à l'écart avec une coupe-boulons, une scie à métaux, ou en retirant les goupilles de manille, selon ce qui est le plus rapide. Ne tardez pas dans l'espoir de le sauver : la vie de l'équipage passe en premier. Assurez-vous que tout l'équipage est comptabilisé et que personne n'est blessé.
• Protégez l'hélice et le safran. Ne démarrez pas le moteur avant de vous être assuré qu'aucun cordage ne traîne à l'eau. Une hélice encombrée est la raison habituelle pour laquelle un voilier démâté ne peut pas prendre la mer au moteur.
• Installez un gréement de fortune à partir d'une bôme, d'un tangon de spinnaker ou des restes du mât si possible, et mouillez ou filez une ancre flottante si le voilier dérive vers une côte sous le vent.
• Appelez à l'aide (Pan-Pan) en donnant votre position et vos intentions.
• Vérifiez la coque à l'endroit où le gréement a heurté et les fuites aux chaînes de haubans et sur le pont à l'emplacement du mât.

Kit d'avarie

Un voilier hauturier bien préparé emporte ce qui suit, dans un endroit connu et sec :

Ce qui rend ce dispositif efficace, c'est l'entraînement (chaque équipier doit savoir où sont les bouchons, les prises d'eau et les pompes) et un exercice de prises d'eau : faites le tour du bateau et touchez chaque prise d'eau, en nommant son raccord et la manière de la fermer.

Exemple commenté : coup de gîte et envahissement

À 2300, par coup de vent de force 8, votre voilier de 12 m court à sec de toile lorsqu'une lame déferlante le frappe par l'arrière et le couche à 100 degrés. Le mât est dans l'eau pendant quelques secondes. Il se redresse. Les planches de la descente avaient été retirées pour la ventilation, et 200 litres d'eau sont entrés dans le bateau. L'équipage est secoué, l'un d'entre eux est blessé, et les batteries sont mouillées. L'eau ballotte d'un bord à l'autre dans le salon.

1. Priorités immédiates. Comptez tout le monde, faites-les passer dans le cockpit en s'assurant à la ligne de vie, et arrêtez l'eau : remettez les planches de descente et fermez l'écoutille. Allumez les feux.
2. Évaluer la surface libre. 200 litres représentent environ 0,2 tonne : 2,5 pour cent du déplacement. Mais sur un plancher de salon large, la surface libre a un effet important : pour une surface de 3 m sur 2 m, l'élévation virtuelle de G est (3 x 2 au cube / 12) x 1,025 / 8 = 2,0 x 1,025 / 8 = 0,26 m, soit un tiers d'un GM typique. Un second coup de gîte pourrait être bien pire. Évacuez l'eau au plus vite.
3. Pomper et écoper. Utilisez les pompes manuelles et électriques et les seaux. Vérifiez les crépines.
4. Réduire l'exposition. Filez une ancre flottante pour garder la poupe face aux lames et ralentir le bateau, ou mettez-vous en cape si vous avez de l'espace de manœuvre.
5. Vérifier les avaries. Gréement, coque, descente et installation électrique. Vérifiez les blessures de l'équipage.
6. Prévenez les garde-côtes. Un Pan-Pan avec la position, les avaries et les intentions. Envisagez de demander qu'un canot de sauvetage soit en veille.
7. Revoir la tactique. La lame déferlait à une taille comparable à la longueur de la coque, et le voilier allait vite. Ralentissez davantage et gardez la poupe face aux lames.

La leçon clé est que la réserve de stabilité est constituée de la courbe et de l'étanchéité, et que les deux doivent être maintenues avant l'arrivée de la vague.

Ce qu'attend l'examinateur

• Savoir définir et esquisser G, B, M, GM et GZ, ainsi qu'une courbe GZ avec l'AVS indiqué.
• Répondre à : « Que se passe-t-il pour la stabilité si vous remplissez ce réservoir à moitié vide ? » (la surface libre disparaît, la stabilité augmente) et « Où se situe votre plage de stabilité positive ? » (jusqu'à l'AVS, une valeur que vous devez connaître pour votre bateau).
• Énoncer de mémoire la séquence de lutte contre une avarie et expliquer chaque étape. La RYA attend une réponse systématique : trouver la brèche, arrêter l'eau, pomper, évaluer la stabilité, décider.
• Savoir où se trouvent toutes les prises d'eau et les pompes de cale sur le bateau d'examen, et le montrer.
• Être réaliste sur la capacité des pompes et sur les limites du bateau.

La stabilité dans les vagues

La courbe GZ est calculée en eau calme. En mer :

• Crête de vague au milieu du bateau : l'avant et l'arrière sont moins immergés, et la ligne de flottaison au milieu se rétrécit sur de nombreuses formes de coque, si bien que la stabilité peut chuter nettement, au moment précis où le voilier est au sommet de la vague et le plus exposé au vent et à la crête déferlante.
• Les vagues déferlantes produisent un impact soudain. Une vague déferlante plus haute qu'environ 55 pour cent de la longueur de la coque, frappant le bateau par le travers, peut faire chavirer la plupart des voiliers, quelle que soit leur courbe statique. C'est pourquoi rester à sec dans une mer déferlante est si dangereux, et pourquoi les tactiques actives (fuir vent arrière avec une ancre flottante, se mettre en cape, avancer au moteur face aux vagues) sont préférées.
• Le lofage incontrôlé (broaching) : en surfant sur la face d'une vague, le voilier peut pivoter par le travers et être couché, puis frappé par la crête suivante.
• La résonance au roulis : si la période des vagues correspond à la période naturelle de roulis du bateau, les roulis s'amplifient. Changer de cap ou de vitesse modifie la période de rencontre et brise le cycle.
• L'eau sur le pont et dans le cockpit ajoute du poids en hauteur avec une surface libre. Les puisards du cockpit doivent être assez grands pour vider rapidement un cockpit envahi.

Stabilité en avarie

Longueur envahissable

Si un compartiment s'envahit, le voilier s'enfonce et prend de l'assiette vers lui. La longueur envahissable est la longueur de coque qui peut être envahie sans que le bateau s'enfonce au-delà d'une limite de sécurité (la ligne de marge, une ligne juste sous le bord du pont). Les cloisons étanches divisent la coque en compartiments ; si l'un d'eux n'est pas plus long que sa longueur envahissable, le voilier survit à l'envahissement de ce compartiment.

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La plupart des voiliers de croisière n'ont pas de véritables cloisons étanches : l'eau venant d'une brèche à l'avant s'écoule vers l'arrière, dans la cale, pour tout le bateau. Certains voiliers hauturiers et de course ont une cloison étanche de collision à l'avant (le caisson anti-collision), et certains ont des portes étanches vers le puits avant et le puits arrière. Si votre bateau en est équipé, gardez les portes fermées en navigation : elles font gagner du temps.

Hypothèses de stabilité en avarie

Les navires de commerce, ainsi que les navires à code MCA dans certaines catégories, doivent démontrer par le calcul qu'ils survivent à des avaries définies.

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Les idées clés s'appliquent à tout voilier :

• La perméabilité est la proportion d'un compartiment que l'eau peut réellement remplir. Un espace vide est perméable à environ 95 pour cent ; un espace rempli de provisions, de voiles et de machines l'est moins, si bien qu'un puits avant plein s'envahit à un niveau plus bas qu'un puits vide.
• Après envahissement, le voilier doit avoir une stabilité résiduelle : une courbe GZ positive avec suffisamment d'aire pour survivre à l'état de la mer pendant que vous traitez l'avarie.
• La gîte après avarie doit être limitée, typiquement à 15 à 25 degrés, pour que l'équipage puisse travailler et que les pompes et les écoutilles fonctionnent.
• L'eau d'envahissement à l'intérieur du bateau a une grande surface libre. Même si le voilier reste à flot, sa stabilité est fortement réduite.

Contre-envahissement

Les grands navires inondent parfois délibérément un compartiment situé du côté opposé pour corriger une gîte permanente. Sur un voilier, c'est presque toujours inapproprié. Cela réduit la gîte, mais ajoute du poids, abaisse le franc-bord partout, réduit la réserve de flottabilité et ajoute une seconde surface libre. N'y pensez que si vous avez calculé le déplacement et le franc-bord finaux, et si vous êtes certain que la gîte elle-même est le danger principal. Corriger une gîte en déplaçant des provisions, l'équipage ou en transférant du carburant est généralement préférable.

Lutte contre les avaries

Origines de l'eau

Trouvez d'où vient l'eau avant de décider de ce que vous allez faire. Sources courantes, classées approximativement par probabilité :

1. Prises d'eau, tuyaux et colliers de serrage (toilettes, prise d'eau du moteur, puisards du cockpit, évier de la cuisine).
2. Presse-étoupe et arbre d'hélice, ou joint de l'embase saildrive.
3. Palier de mèche de safran, ou perte du safran.
4. Fuites sur le pont, hublots, écoutilles, chaînes de haubans et coffre à ancre par grosse mer.
5. Boulons de quille après un échouage (un « coup de quille » peut fissurer la coque autour de la base de la quille).
6. Collision avec un conteneur, une bouée ou un autre navire.
7. Fuites de réservoirs, défaillance du circuit d'eau douce (de l'eau douce pompée dans la cale).

Goûtez l'eau : l'eau douce indique un réservoir ou le circuit d'eau ; l'eau salée indique la coque ou le pont.

Vitesse d'entrée de l'eau

Le débit par une brèche dépend de sa surface et de la hauteur d'eau au-dessus (charge de pression). Approximativement :

Débit par seconde = 0,6 x surface de la brèche x racine carrée de (2 x 9,81 x profondeur)

La relation avec la profondeur compte : une brèche deux fois plus profonde laisse entrer environ 40 pour cent de plus. Gîter le bateau pour sortir une brèche de l'eau (virer de bord, déplacer du poids) peut être la toute première action la plus efficace.

Capacité des pompes

Les caractéristiques des pompes sont mesurées sans hauteur de refoulement et avec de l'eau propre. Sur un voilier, la pompe élève l'eau d'un mètre ou plus jusqu'à une sortie, à travers un tuyau long et étroit, depuis une crépine qui se bouche avec des débris. Supposez que le débit réel est d'environ la moitié de la valeur nominale.

Comparez avec le tableau ci-dessus. Même une brèche d'un pouce peut submerger les pompes de cale d'un croiseur typique. C'est pourquoi arrêter l'eau est toujours la priorité, et pomper ne fait que gagner du temps.

La séquence de lutte contre une avarie

1. Donner l'alerte et répartir les tâches. Une personne tient la barre et fait le point ; une autre démarre les pompes ; les autres cherchent la voie d'eau. Envisagez tôt un Pan-Pan (ou un Mayday si le bateau coule), afin que l'aide soit en route si la situation se dégrade.
2. Trouver la voie d'eau. Soulevez les planchers, ouvrez les coffres, suivez l'eau en remontant. Vérifiez chaque prise d'eau et le presse-étoupe.
3. Arrêter ou ralentir l'eau. Fermez la prise d'eau. Enfoncez un bouchon de bois tendre effilé dans un raccord défaillant (gardez-en un attaché à chaque prise d'eau). Pour les brèches plus grandes, bourrez avec des coussins, des voiles ou des vêtements, et calez avec une planche et un coin ou un tangon de spinnaker. Le mastic époxy sous-marin et des feuilles de contreplaqué ou de néoprène peuvent être vissées ou calées sur une brèche depuis l'intérieur. À l'extérieur, un matelas anti-collision ou une voile passée sous la coque avec des filières sera plaqué contre la brèche par la pression de l'eau et peut fortement réduire l'entrée d'eau.
4. Réduire la pression. Ralentissez, gîtez le bateau pour remonter la brèche, ou changez de cap pour mettre le côté endommagé vers le haut et sous le vent.
5. Pomper. Toutes les pompes, et les seaux. Gardez les crépines dégagées. Faites tourner le moteur aussi longtemps que possible pour la charge des batteries, mais surveillez l'arrivée d'eau à la prise d'air et à l'alternateur.
6. Évaluer la stabilité et la flottabilité. Le niveau d'eau monte-t-il, reste-t-il stable ou baisse-t-il ? Le voilier gîte-t-il ou prend-il de l'assiette ? L'entrée d'eau et le débit des pompes sont-ils stables ? Fermez les portes étanches. Assurez les poids mobiles.
7. Décider. Faites route vers le plus proche abri sûr, demandez une escorte ou une pompe de sauvetage (les garde-côtes et la RNLI peuvent larguer ou livrer des pompes), ou préparez-vous à abandonner. N'abandonnez pas dans le radeau tant que le voilier flotte et que vous pouvez encore le maintenir à flot : « monter dans le radeau » signifie ne partir que lorsque le bateau coule réellement sous vos pieds.

Exemple commenté : échouage et envahissement

À 0200, votre voilier de 11 m heurte un rocher à 6 nœuds, à 15 milles du port le plus proche, par mer modérée. Équipage de quatre personnes. L'eau entre à l'avant à une estimation de 50 litres par minute. La capacité réaliste combinée des pompes est d'environ 80 litres par minute (manuelle et électrique). Le bateau prend de l'assiette sur l'avant d'environ 5 degrés.

Actions immédiates.

1. Arrêtez le bateau à l'écart du rocher et vérifiez la profondeur : vous ne voulez pas toucher à nouveau.
2. Répartissez les rôles : le skipper sur le pont aux commandes, un équipier pompe à la main, un cherche à l'avant, un à la radio.
3. Envoyez un Pan-Pan avec la position, la nature du problème, les intentions et les personnes à bord. Demandez aux garde-côtes de se tenir en veille et envisagez de dépêcher un canot de sauvetage avec une pompe de sauvetage.

Évaluation. Les pompes dépassent l'entrée d'eau d'environ 30 litres par minute, donc le niveau d'eau devrait baisser, à condition que les pompes continuent de fonctionner et que la brèche ne s'agrandisse pas. Mais l'assiette sur l'avant montre que l'eau s'accumule à l'avant plus vite qu'elle n'atteint la pompe, probablement parce que les trous de purge avant sont bouchés.

Actions.

1. Trouvez la source : une fissure dans la coque au niveau de l'étrave. Bourrez-la avec un coussin et calez-la avec une planche et la gaffe.
2. Déplacez l'équipage et les objets lourds (ancre de rechange, caisse à outils, bidons d'eau) vers l'arrière pour relever l'avant et réduire la pression sur la brèche.
3. Si vous avez une cloison étanche ou un caisson anti-collision à l'avant, fermez-le.
4. Installez une voile en matelas anti-collision sur l'avant si les conditions le permettent.
5. Faites route vers le port à vitesse réduite (3 à 4 nœuds) pour diminuer la pression de l'eau à l'avant. À 3,5 nœuds, les 15 milles prennent environ 4 heures 20 minutes. Avec un gain net de 30 litres par minute, les pompes gagnent, mais une crépine bouchée ou un équipier épuisé à la pompe manuelle inverserait la tendance. Faites tourner les pompistes toutes les 15 minutes.
6. Surveillez le niveau de la cale et l'entrée d'eau toutes les 15 minutes, et informez les garde-côtes à intervalles convenus.
7. Gardez le radeau et le sac de survie prêts. Si l'eau commence à monter, envisagez de vous échouer sur une côte abritée plutôt que de couler en eau profonde.

Erreurs courantes

• Surestimer la capacité des pompes. Supposez la moitié de la valeur nominale, en baisse avec la fatigue de l'équipage et les débris.
• Pomper avant de chercher la voie d'eau. Les pompes ne font que gagner du temps ; arrêter l'eau sauve le bateau.
• Laisser les réservoirs à moitié pleins par gros temps. Remplissez-les complètement ou videz-les avant l'arrivée du mauvais temps.
• Dérive des poids : dinghy sur bossoirs, bidons sur les balustrades, ancres lourdes à l'avant, matériel sur le roof.
• Écoutilles ouvertes et planches de descente non assurées par gros temps, ce qui abaisse l'angle d'envahissement.
• Contre-envahissement pour corriger une gîte sans calculer l'effet sur le franc-bord et la stabilité.
• Abandonner trop tôt. De nombreux équipages ont été perdus depuis leur radeau alors que leurs voiliers ont été retrouvés à flot par la suite.
• Pas de bouchons : des bouchons de bois tendre doivent être attachés à chaque prise d'eau, et l'équipage doit savoir où se trouvent les prises d'eau.
• Ne pas connaître les caractéristiques de votre bateau : AVS, catégorie de conception et emplacement de chaque passe-coque.

Résumé

• La stabilité résulte du couple entre le poids (par G) et la poussée (par B). Le bras de redressement est GZ ; le moment de redressement est le déplacement multiplié par GZ.
• GM gouverne la raideur initiale ; la courbe GZ donne le tableau complet : GZ maximal, AVS, plage de stabilité et aire (énergie) sous la courbe.
• Un voilier hauturier doit avoir un AVS d'au moins 120 degrés ; la catégorie de conception et le nombre STIX résument son aptitude.
• Ajouter du poids en hauteur, du matériel sur le pont et des réservoirs partiellement remplis réduisent tous GZ à chaque angle. L'effet de surface libre dépend de la largeur au cube : gardez les réservoirs pleins ou vides.
• Les vagues, les crêtes déferlantes et l'envahissement rendent la stabilité réelle pire que la courbe en eau calme.
• Priorités de lutte contre les avaries : donner l'alerte, trouver la voie d'eau, l'arrêter, réduire la pression, pomper, évaluer la stabilité, décider.
• Une petite brèche laisse entrer beaucoup d'eau ; la capacité réaliste des pompes représente environ la moitié de leur valeur nominale.

Vérifiez vos connaissances

1. Définissez GZ et expliquez comment se calcule le moment de redressement.

Réponse : GZ est la distance horizontale entre la ligne d'action du poids passant par G et la ligne d'action de la poussée passant par B lorsque le voilier est gîté. Le moment de redressement est égal au déplacement multiplié par GZ.

1. Qu'est-ce que l'angle d'annulation de stabilité, et quel minimum souhaiteriez-vous pour un voilier hauturier ?

Réponse : L'angle de gîte auquel GZ devient nul ; au-delà, le voilier continuera à chavirer. Au moins 120 degrés pour la navigation hauturière, idéalement 130 degrés ou plus pour les traversées océaniques.

1. Pourquoi l'aire sous la courbe GZ est-elle plus importante que le GZ maximal lorsqu'on considère le chavirage par les lames déferlantes ?

Réponse : Une lame déferlante apporte son énergie sous forme d'impact. L'aire sous la courbe (multipliée par le déplacement) représente l'énergie que le voilier peut absorber avant de chavirer ; un bateau à courbe plus large absorbe plus d'énergie, même si son GZ maximal est le même.

1. Un voilier de 10 tonnes a 200 kg de chaîne déplacés du coffre avant vers la cale près du mât, 1,5 m plus bas. De combien G se déplace-t-il, et dans quelle direction ?

Réponse : GG1 = (200 x 1,5) / 10 000 = 0,03 m vers le bas (et aussi vers l'arrière si la chaîne a été déplacée vers l'arrière), ce qui augmente GM de 0,03 m.

1. Pourquoi un réservoir large à moitié plein est-il plus dangereux qu'un réservoir étroit à moitié plein de même capacité ?

Réponse : L'effet de surface libre dépend de la largeur de la surface libre au cube. Doubler la largeur multiplie par huit l'élévation virtuelle de G, quelle que soit la quantité de liquide.

1. Qu'est-ce que l'angle d'envahissement, et comment l'équipage peut-il l'augmenter par gros temps ?

Réponse : L'angle de gîte auquel les ouvertures telles que la descente, les écoutilles et les aérateurs deviennent submergées et laissent entrer l'eau. L'équipage l'augmente effectivement en fermant et en assurant toutes les écoutilles, en installant et en assurant les planches de descente, en fermant les aérateurs et en verrouillant les coffres du cockpit.

1. Une prise d'eau de 25 mm défaille à 0,5 m sous la flottaison. À peu près à quelle vitesse l'eau entre-t-elle, et comment cela se compare-t-il à une pompe de cale manuelle typique ?

Réponse : Environ 55 litres par minute. Une grande pompe manuelle de 60 à 70 litres par minute nominaux peut ne délivrer que 30 à 40 litres par minute en pratique, donc la pompe seule ne peut pas suivre. Fermer la prise d'eau ou enfoncer un bouchon de bois tendre est la priorité.

1. Énumérez dans l'ordre la séquence de lutte contre une avarie.

Réponse : Donner l'alerte et répartir les tâches (y compris un Pan-Pan ou un Mayday si nécessaire) ; trouver la voie d'eau ; l'arrêter ou la ralentir ; réduire la pression (ralentir, gîter pour remonter la brèche) ; pomper avec tout ce qui est disponible ; évaluer la stabilité, l'assiette et la tendance du niveau d'eau ; décider s'il faut gagner un port, demander de l'aide, s'échouer ou se préparer à abandonner.

1. Pourquoi le contre-envahissement est-il rarement approprié sur un voilier ?

Réponse : Bien qu'il réduise la gîte, il ajoute du poids, abaisse le franc-bord partout, réduit la réserve de flottabilité et ajoute une autre surface libre ; la stabilité globale et la capacité de survie peuvent donc empirer. Déplacer des provisions et l'équipage, ou transférer du carburant, est généralement préférable.

1. Pourquoi un voilier pourrait-il être plus vulnérable au chavirage sur la crête d'une vague qu'en eau calme, à même angle de gîte ?

Réponse : Lorsque la crête est au milieu du bateau, la ligne de flottaison et la forme immergée de la coque changent, ce qui réduit la stabilité, alors que le voilier est exposé à la pleine force du vent et à la partie déferlante de la vague. La courbe GZ en eau calme surestime le moment de redressement disponible.

11. Un voilier a un maître-bau maximal de 3,6 m et un déplacement de 6,5 tonnes. Calculez la valeur de criblage du chavirage et dites s'il passe.

Réponse : Volume = 6,5 / 1,025 = 6,34 mètres cubes ; racine cubique = 1,85. CSF = 3,6 / 1,85 = 1,95, juste en dessous de 2,0 : il passe le criblage, mais avec peu de marge.

12. Quelle est la différence entre une gîte permanente et un angle de louvoiement, et comment traiter chacun ?

Réponse : Une gîte permanente est une gîte stable d'un côté avec un GM positif, causée par un poids hors de l'axe ; ramenez le poids sur l'axe longitudinal. Un angle de louvoiement est une gîte causée par un GM négatif ; le voilier peut basculer de l'autre côté. Corrigez-le en abaissant G (retirer le poids en hauteur, vider la surface libre, ajouter du lest bas sur l'axe), jamais en déplaçant du poids vers le côté haut.