Bateau Grande Vitesse

Navire à grande vitesse

Les navires à grande vitesse (NGV ou en anglais HSC High Speed Craft) sont des bateaux, généralement affectés au transport de passagers et des véhicules. De tels bateaux sont notamment en service sur les liaisons Corse-continent, traversée du détroit de Gibraltar, etc.

Catamaran perce-vagues de SpeedFerries en service sur la Manche

Sommaire

Vitesse

Un navire est dit rapide, si sa vitesse est élevée compte tenu de sa longueur. Le critère qui mesure ce rapport est le nombre de Froude Fn :

Fn = V / (g . L)^0.5
avec V en m/s, g = 9,81 m/s² et L = longueur de carène en m

On parle de navire rapide quand Fn > environ 0,5 - 0,6

En réglementation maritime française, un navire est dit « à grande vitesse » quand il est capable d'atteindre une vitesse maximale Vmax exprimée en m/s égale ou supérieure à :

V = 3,7 * P0,1667

P étant ici le déplacement ou « delta » en exploitation normale[1].

Les vitesses des NGV sont généralement comprises entre 29 et 45 nœuds (55 et 83 km/h). Des vitesses supérieures sont possibles par mer plate ou peu agitée, par des engins à très faible traînée (à fort transfert de portance).

L'augmentation prévisible et inéluctable du prix des carburants limitera la vitesse d'exploitation des navires rapides conventionnels à moins de 35 nœuds, voire à moins de 25 nœuds, selon le cours du pétrole.

Navires existants

Il existe différentes conceptions de NGV :

  • Classification par configuration (nombre de coques) :
    • Monocoque (exemple : le Jacques Cartier de la compagnie Corsaire ou le Sauzon de la Navix)
    • Catamaran (exemple : les Pont d'Yeu et Châtelet de la compagnie Yeu Continent, les catamarans "wave-piercer" Normandie vitesse et Normandie express de la BAI)
    • Trimaran (projets cf. ci dessous)
  • Autre classification selon le transfert de portance (statique ou dynamique) qui peut être nul, partiel ou total :
    • transfert nul, navires dits « à déplacement ». Monocoques, catamarans et trimarans à coques fines.
    • transfert partiel, navires monocoques semi-planants ou hybrides (catamarans à foils)
    • transfert quasi total (environ 85 %), NES ou navire à effet de surface, en anglais SES (Surface Effect Ship), coques faiblement immergées plus coussin d'air.
    • transfert de portance total :
      • hydroptères ou hydro-foilers, navires à ailes immergées, à portance hydrodynamique,
      • aéroglisseurs ou hovercrafts, navires à coussin d'air ou ACV (Air Cushion Vehicle) à portance aérostatique,
      • engins à effet de sol de type hydravion, WIG (Wing In Ground effect) ou ékranoplane à portance aérodynamique. On quitte le domaine des « navires NGV »...

Coques fines « à déplacement »

Ce sont pour l'instant essentiellement des catamarans à coques fines, type « perce-vagues » (de l'anglais wave-piercer), ou bien quelques projets et réalisations de grands trimarans, qui sont en fait des monocoques à coque fine stabilisés par des flotteurs peu immergés. Les vitesses élevées impliquent des grandes longueurs de carène et des ratios déplacement/longueur faibles pour conserver un système de vague réduit (Nombre de Froude < 0,8) et (D / L^3) < 1,5 avec D = Déplacement en litres et L = longueur de carène en m

Nombre de Froude = V / (g . L)^0,5
avec V en m/s, g = 9,81 m/s²

L'effet d'échelle (qui suit la loi des carrés et des cubes) est favorable aux grandes tailles car la surface mouillée augmente moins vite que le déplacement. D'autre part les très grandes longueurs (plus de 150 mètres) permettent de réduire le nombre de Froude (à vitesse égale) et donc la traînée de vague, ce qui est favorable au bilan de traînée relative R/Delta.

Monocoques semi-planants

Navires type ASCO ou Aquastrada actuellement en service sur la Corse, vitesse 35 à 40 nds. Motorisation diesel ou mixte diesel + turbine (moteur très léger mais plus gourmand en carburant), propulsion par water-jets. La carène présente une surface du plan de flottaison importante et des formes planantes pour générer la portance dynamique nécessaire. Comme le navire plane sur la surface de la mer, les mouvements et les contraintes de structure sont assez importants par mer agitée. Une stabilisation active (surfaces de stabilisation pilotées) est utile sinon indispensable pour améliorer le confort (diminution du roulis essentiellement). Citons par exemple le NGV Liamone, en service à la SNCM, ou les sisters-ships Guillaume Seznec (rebaptisé Port-Olona) et Rose Héré (rebaptisé Béniguet) de la Finist'mer, pouvant atteindre la vitesse de 27 nœuds.

Catamarans à foils

Plus répandus dans les petites tailles, longueur 20 à 30 m. Le ou les foils installés entre les coques portent environ le tiers du déplacement. Ce pourcentage varie avec la vitesse, car c'est une portance dynamique. Le phénomène de cavitation qui affecte la portance des foils limite la vitesse à environ 35 nœuds.

Navires à effet de surface

Un navire à effet de surface (NES) est un navire hybride, généralement un catamaran à coques ultra fines, à portance assistée par un coussin d'air nécessitant une motorisation spécifique. Ces navires peuvent dépasser 60 nœuds par mer plate. La présence des coques autorise une propulsion marine conventionnelle (water-jets), ce qui représente un gros avantage sur les aéroglisseurs qui ne peuvent pas fréquenter les ports classiques.

Aéroglisseurs (hovercrafts ou ACV Air Cushion Vehicle)

Parmi les techniques moins classiques figurent les aéroglisseurs, qui furent affectés en particulier à la traversée de la Manche. La portance (aérostatique) est assurée par un coussin d'air qui nécessite une motorisation spécifique en plus de la propulsion. L'engin étant complètement hors d'eau en dynamique, la propulsion est aérienne (hélices).

Hydroptères

La coque est munie de foils (ailes immergées). La coque assure la portance à basse vitesse, comme pour un bateau normal « à déplacement ». En prenant de la vitesse, la portance est transférée progressivement de la coque aux foils. À grande vitesse, la coque est sortie de l'eau, le bateau est complètement porté par ses foils. Il y a deux générations d'hydroptères :

Boeing Jetfoil en 1974
  • de première génération, à foils fixes perçant la surface, invention allemande des années 1930 (brevets Schertel-Sachsenberg) reprise en Suisse après la guerre (Supramar), puis en URSS à partir de 1957 (les Raketa, Meteor, Kometa, etc.) et en Italie par Rodriquez (série PT).
  • de deuxième génération, à foils pilotés complètement immergés, comme le JetFoil de Boeing, fabriqué sous licence par Kawasaki. Le Jetfoil est motorisé par deux réacteurs et propulsé par jets d'eau. La coque du Jetfoil étant au-dessus des vagues et les foils complètement immergés, le contact réduit avec la surface autorise un confort remarquable par mer agitée. Le Jetfoil ne transporte que des passagers, pas de véhicules.

Problématique des NGV

  • Inconfort des passagers et surcharges structurales par mer agitée pouvant empêcher l'exploitation au-dessus d'un certain état de mer.
Ce point peut être en partie réglé par une augmentation des dimensions du navire ou par l'emploi d'une stabilisation active dans le cas des hydroptères de deuxième génération.
  • Rentabilité d'exploitation à grande vitesse difficile à obtenir compte tenu de l'évolution du prix du carburant.
Ce deuxième point risque de rester sans solution autre que celle de réduire la vitesse. Début 2008, il semble que les armateurs n'envisagent plus de faire construire ou de mettre en service régulier des navires dépassant les 30 nds. Pierre Mattei, PDG de Corsica Ferries : « Notre politique est de ne plus investir en NGV (40 nds), mais en Méga Express » (navires ayant plus de capacité commerciale mais moins rapides : 26 à 30 nds).

Cependant la compagnies LD Lines à mis en service le 6 juin 2009 le Norman Arrow (numéro IMO: 9501590): un catamaran wave-piercer Incat de 112 m de long, de jauge brute 10503, capable d'atteindre une vitesse élevée (40 noeuds) grâce à sa grande longueur.

  • Les NGV sont soupçonnés de créer des vagues de grande amplitude pouvant déferler sur les plages, surprenant les baigneurs et mouillant les plages sur une bande pouvant atteindre 15 m de large. Ce phénomène récent est bien connu des habitants des environs de Nice et baptisé "vague de quatre heures". Il se produit en effet aux environs de 16 heures et par mer calme. Plusieurs articles de Nice-Matin ont déjà débattu du problème, qui reste néanmoins mystérieux.

Différents projets

  • En alternative aux monocoques semi-planants et aux catamarans à coque fine, plusieurs projets ont proposé des variantes de trimarans :
    • Les Ateliers et chantiers du Havre (ACH) avaient étudié dans les années 1990 un Trimaran ACH Fast, à flotteurs reculés, étroits et profonds.
    • L'Ifremer et le Bureau d'études Mauric ont étudié un trimaran à petits flotteurs, stabilisé en roulis par des foils pilotés.
    • Le Bureau Vaton Design[2] propose un trimaran foiler dont le principe repose sur une prise en charge d'une part importante (remarque : à 40 nœuds les portances aérodynamiques ne sont pas importantes) du poids du navire par la portance de l'aile qui forme l'assemblage des flotteurs, permettant de très grandes vitesses et un passage dans la mer forte très bien amorti par la sustentation sur les foils des flotteurs.
  • Un autre concept de navire à grande vitesse est en projet dans l'entreprise française Grefco. Le projet utilise de manière combinée l'effet de sol et la technique du coussin d'air, la propulsion se faisant par hydrojet ou par hélice classique. Une des caractéristiques de ce projet est la division du système de sustentation en 4 coussins, chacun ayant une entrée d'air séparée. Le système de coussins est plus large que la coque du navire. Un système de jupes suspendues et dont la forme est contrôlée par des champs de pression permettrait de limiter les fuites d'air et la puissance nécessaire à la sustentation.

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Notes

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