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Lacoque est le constituant premier d'unbateau : elle forme le flotteur, c'est-à-dire l'élément assurant la flottabilité et l'étanchéité. Un bateau peut comprendre une seule coque (on l'appelle alorsmonocoque) ou plusieurs (multicoque) : uncatamaran comprend deux coques, untrimaran trois, suivent lesquadrimarans et lespentamarans. Sa rigidité provient notamment de sa forme courbe, propriété mécanique générale descoques.
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La coque est l'enveloppe extérieure du navire, elle est constituée dubordé, est étanche pour la partie immergée (œuvres vives) et a, généralement, des formes étudiées pour que le bateau puisse se déplacer assez facilement dans l'eau.
Elle possède également des appendices qui sont :
On pourrait aussi inclure l'étrave, le tableau arrière… mais il s'agit d'éléments qui varient fortement d'une coque à l'autre.
La coque est mesurée par différentes longueurs telles que lalongueur hors-tout, lalongueur entre perpendiculaires, lemaître-bau, lecreux, letirant d'eau et lefranc-bord. On décrit sa forme avec lefrégatage, lebouge ou latonture.
La structure de la coque doit être conçue pour prendre en compte des contraintes à différentes échelles.
Lapoutre-navire ne doit pas se rompre si le bateau chargé navigue dans une mer dont la longueur d'onde est égale à sa longueur (appui aux extrémités et charge au milieu ou appui au milieu et charge aux extrémités). Elle ne doit pas non plus, dans les mêmes conditions, se déformer au point que la ligne d'arbre force sur ses paliers. Dans le cas d'un voilier, les efforts sur le gréement ne doivent pas déformer la poutre navire au point de modifier sensiblement la géométrie du gréement (étai mou diminuant l'efficacité du foc, bastaques déréglées pouvant entraîner la rupture du mât).
Le bordé doit résister à la pression statique de l'eau et aux contraintes exercées sur lui directement ou indirectement par la cargaison. Il doit aussi résister à la pression dynamique due à la vitesse du navire, à l'impact des vagues, et aux mouvements verticaux de la coque. Ce dernier effet est en général estimé équivalent à celui d'une colonne d'eau d'une hauteur égale à la longueur de la coque.
Les efforts ponctuels transmis par le gréement, le moteur, le gouvernail, et autres équipements doivent être répartis sur une surface de coque suffisante pour éviter toute déformation sensible ou déchirure du bordé.
Jusqu'à une époque relativement récente, les coques étaient exclusivement réalisées enbois.Grâce à l'évolution des sciences et des techniques, les coques sont maintenant construites en matériaux très variés, chacun étant plus ou moins adapté à tel ou tel type de construction.
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Il s'agit du matériau de construction historique, mais aussi du moins résistant lorsqu'il est utilisé en construction classique (bois massif).Par contre, en lamellé-collé, sa résistance est équivalente voire supérieure au composite pour un poids proche.La technique du bois moulé consiste à croiser des couches de bois tranché et / ou des feuilles de contreplaqué. Les couches sont tenues par des agrafes et collées entre elles par des colles ne nécessitant pas de plaquage. On utilise des colles résines typepolyuréthane ouépoxyde, qui viennent saturer le bois (pénétrer dans toutes ses pores avant durcissement). À poids égal, les coques en bois moulé sont plus résistantes que les stratifiéspolyester classiques, et ne demandent qu'un entretien très limité (une peinture tous les cinq ans). Il n' y a pas de risque d'osmose (pas de résine polyester), pas de risque de pourrissement (le bois est saturé de résine), pas de fissure qui peuvent apparaître grâce au croisement des couches. Malgré son nom, c'est un matériau très moderne qui n'est utilisé en navigation de plaisance que depuis les années 1950.Le contreplaqué est également utilisé, plutôt pour des bateaux de taille modérée (maximum 12-13 m), solide mais assez peu résistant aux chocs. Durabilité plutôt moyenne.
L'acier est actuellement le matériau le plus répandu (en considérant le tonnage de la flotte mondiale).C'est aussi le plus durable et solide, avec notamment une énorme résistance aux chocs. Sur certains voiliers de plaisance, on utilise également l'acier inoxydable, peu utilisé car cher. Le premier bateau de plaisance qui fut construit en acier inoxydable est l'Inox deMarcel Bardiaux.
Depuis les années 1960, les progrès dans les techniques de soudure, notamment la soudure en atmosphère inerte (gazargon) ont permis le développement de ce matériau dans la construction navale.
Les constructionsaluminium traditionnelles permettent de réaliser des unités résistant à lacorrosion et remarquablement légères qui furent adaptées à la compétition et la course-croisière.
Sur les bateaux de croisière, la technique dite « strongall » (aluminium épais sans structure) permet des constructions très simplifiées, d'une très grande solidité, rigidité et une grande résistance aux chocs. Ce matériau est très sensible à l'oxydation, sa protection doit être très soignée.On rencontre de plus en plus souvent de bateaux à coque en acier et superstructures en aluminium, pour abaisser le centre de gravité.
Lecupronickel est un alliage de cuivre proche du bronze est parfois utilisé pour sa résistance à la corrosion et son effet anti-salissures naturel (la coque n'est pas peinte sous l'eau). Ce métal est utilisé pour la construction de certains chalutiers américains. Type de construction peu développé car son coût est élevé.
Type de construction dont les principes d'architectures sont proches d'une coque bois, mais les matériaux employés et leur mise en œuvre très différents.
La construction repose sur une ossature d'armature métallique (quille, couples, varangues) constituée d'armature béton de fort diamètre, mise en forme au gabarit de la coque. Leur section varie selon la résistance attendue, les liaisons sont particulières aux coques de bateau pour ne pas créer de sur-épaisseur. Sur ces armatures sont tendues des nappes de grillage treillis très dense, dont le nombre varie selon la solidité, donc l'épaisseur de coque à atteindre[1].
Le liant, à base de ciment à granulométrie et dosage très bien maîtrisés, est très souvent complété par des adjuvants utiles : hydrophobe, résines… L'application du liant se fait directement sur l'armature et les couches de grillage qui jouent alors également le rôle de moule. L'application de ce liant est fondatrice de la qualité et de la durabilité du résultat final. L'application idéale ne laissant aucune bulle d'air dans le liant, afin que celui-ci recouvre et adhère complètement aux structures métalliques. Par conséquent, les méthodes de pulvérisation, projection ou injection ne sont pas conseillées.
La coque résultante, si la construction est réussie, atteint le même devis de poids que la même coque en bois. Les caractéristiques mécaniques sont très proches de celles de l'acier, l'élasticité en moins. Ce sont donc des coques plutôt très solides mais qui ne se déforment pas. Son entretien se ramène à celui d'une coque polyester, car en finition les coques ferro-ciment sont enduites d'époxyde.
Si le revêtement primaire époxyde est réussi (époxydes particuliers pour application sur le ciment), alors la coque peut recevoir un traitement sous-marin cuivré de typeOceoprotect ou assimilé. Si la couverture des armatures est soignée, alors la coque peut même se dispenser d'anode à condition que l'enduit époxyde et sous-marin recouvre toutes les parties métalliques annexes (ferrure, mèche de safran…).
Le principal avantage de ce mode de construction est de pouvoir faire des coques en forme, solides et durables sans moule. Le ferro-ciment s'est taillé une mauvaise réputation sur les côtes françaises, car il a été souvent mis en œuvre par des constructeurs amateurs aux compétences approximatives. Cependant, il est utilisé à l'échelle industrielle dans l’hémisphère sud, sur des unités moyennes à grosses (20 mètres et plus).
Constitué d'une résine souventpolyester comme matrice et d'un renfort enfibre de verre, voire enfibre de carbone, lematériau composite est très répandu dans la construction de plaisance depuis les années 1970. Il est facile d'entretien, recouvert degelcoat. Il est solide et léger et se plie bien aux procédés industriels. La durabilité est très moyenne à cause de la dégradation chimique des résines (sauf époxyde, rares car très chères).
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Les coques dessous-marins ont subi plusieurs évolutions : les sous-marins ont une coque en forme decigare, qui était déjà visible sur les premiers sous-marins et appelée alors « coque en goutte d'eau », en s'inspirant du corps desbaleines. Cette forme réduit latraînée hydrodynamique en plongée, mais l'augmente en surface et dégrade la tenue à la mer en surface. Puisque la plupart des premiers sous-marins devaient opérer en surface à cause de leursmoteurs Diesel, leurs coques étaient un compromis : on considérait qu'une augmentation de traînée sous l'eau était acceptable étant donné leur faible vitesse. Ce n'est qu'à la fin de laSeconde Guerre mondiale que les sous-marins ont eu besoin de rester submergés pour échapper à la détection par avions et parradar, et la forme en cigare est redevenue d'actualité pour améliorer la vitesse et réduire le bruit. Sur les sous-marins modernes, la coque est parfois recouverte d'une couche épaisse de matériauxanéchoïques pour réduire encore le bruit.
La coque est surmontée du massif abritant lepériscope et les différentsmâts pour les systèmes électroniques (radar,radio, guerre électronique, etc.). En haut du massif se situe la « baignoire » où se trouve l'équipe dequart quand le sous-marin est en surface ; il peut aussi y avoir une plateforme en dessous équipée de fenêtres pour le mauvais temps.
Tous les sous-marins anciens ainsi que les petits sous-marins modernes n'ont qu'une seule coque. Les grands sous-marins ont généralement une coque supplémentaire ou des sections de coque à l'extérieur. Cette coque extérieure est mince et forme l'enveloppe externe du sous-marin ; elle ne supporte pas de différence de pression. C'est le rôle de la coque intérieure ou « coque de pression », qui supporte la différence entre la pression de l'eau à l'extérieur et lapression atmosphérique à l'intérieur.
Depuis laPremière Guerre mondiale, on s'est rendu compte que la forme optimale pour résister à la pression (sphérique) ne convenait pas à une bonne tenue à la mer (coque denavire de surface) ou à une moindre résistance à l'avancement (en goutte d'eau), et les méthodes de construction limitaient encore les possibilités. Une solution fut trouvée sous la forme d'un compromis : une coque intérieure supportant la pression, une coque extérieure pour une forme optimale ; la coque extérieure est remplie d'eau pendant la submersion. À l'époque, seules certaines parties de la coque étaient ainsi doublées (voir image ci-contre), mais l'Allemagne avec letype XXI enferma pour la première fois entièrement la coque intérieure dans la coque externe.
Après laSeconde Guerre mondiale, les approches divergent : l'Union soviétique utilise les derniers développements allemands et adopte la double coque pour tous ses sous-marins lourds. Les sous-marins de l'OTAN gardent une coque simple, avec des sections de coque externe à l'avant et à l'arrière pour abriter lesballasts.
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À la suite du naufrage de l'Exxon Valdez en 1989, les États-Unis voient dans une double coque une sécurité supplémentaire pour éviter une pollution. LeCedre présente la définition de la double coque : "Compartiment étanche entourant la carène ou une partie du navire pour le protéger en cas de voie d’eau dans la coque."
La double coque est censée avoir pour but de :
La présence de double coque a également des inconvénients[2].
Dans ce cas les ballasts sont situés entre les deux coques[3].
Bien qu'il y ait moins besoin de différentes formes, la double coque présente certains avantages : les renforts longitudinaux et transversaux peuvent être placés entre les coques pour gagner de la place ; certains équipements peuvent être montés sur la coque externe, qui se déforme moins. Ainsi, la coque interne, habituellement plus longue et complexe à assembler, devient moins difficile à assembler. Si le sous-marin est endommagé, la coque externe peut encaisser les dégâts sans que le sous-marin ne soit trop affecté. Le bruit est également réduit grâce au découplage entre les coques.
L'inconvénient majeur de la double coque est la quantité de travail manuel à fournir pendant la construction ; l'Union soviétique avait choisi d'adopter la technique de lasoudure et disposait d'une main d'œuvre moins chère qu'aux États-Unis ; de plus, l'Union soviétique voulait opérer sous la glace de l'océan Arctique où les sous-marins devaient briser la glace pour lancer leurs missiles. Les États-Unis considèrent toutefois la double coque comme une possibilité pour l'avenir, pour améliorer la capacité d'emport, la furtivité et le rayon d'action[4].
La coque de pression est généralement construite en acier épais à haute résistance, avec une structure complexe et une grande résistance en réserve ; elle est divisée en compartiments par le biais de cloisons étanches. On trouve quelques exemples de sous-marins avec plus de trois coques, comme ceux de laclasse Typhoon qui possèdent deux coques de pression et trois plus petites protégeant le central, la chambre destorpilles et legouvernail, tandis que le système de lancement desmissiles se trouve entre les coques principales.
Il est difficile d'augmenter la profondeur maximale : en augmentant l'épaisseur de la coque, le poids total augmente, à moins de réduire le poids de l'équipement embarqué (à l'extrême, on obtient unbathyscaphe) ; si les sous-marins civils peuvent se le permettre, ce n'est pas le cas des sous-marins militaires qui nécessitent de nombreux équipements. Leur profondeur a toujours été limitée par la technologie du moment.
Les sous-marins de la Première Guerre mondiale avaient des coques en acier non allié, et ne pouvaient pas plonger à plus de100 m. Durant la Seconde Guerre mondiale, les aciers alliés à haute résistance furent utilisés, permettant des plongées jusqu'à 200 m. Il s'agit toujours du matériau principal utilisé actuellement, permettant des plongées à 250 - 400 m pour les sous-marins militaires. Pour dépasser cette limite, quelques sous-marins ont été construits avec des coques entitane, qui est presque aussi résistant que l'acier, mais plus léger et non magnétique, ce qui permet d'éviter la détection pardétecteur d'anomalie magnétique. Les sous-marins en titane ont été particulièrement prisés enUnion soviétique où toute une industrie a été créée pour développer ces sous-marins. Le sous-marin militaire ayant effectué la plongée la plus profonde est leKomsomolets, à1 000 m. Un sous-marin declasse Alfa aurait plongé à1 300 m[5], mais une opération continue à cette profondeur endommagerait de nombreux systèmes du sous-marin. Le prix du titane a entraîné l'abandon de ces projets à la fin de laguerre froide.
La construction des coques intérieures est compliquée par le fait qu'elles doivent supporter des forces de plusieurs millions de tonnes. Quand la coque a une section en coupe parfaitement ronde, la pression est distribuée symétriquement et ne génère que des forces de compression. Quand la forme n'est pas parfaite, la coque plie et certains points subissent d'énormes pressions. Les déviations mineures, inévitables, sont compensées par des anneaux de renfort ; cependant, même un pouce (25,4 mm) de déviation de la forme ronde entraîne une baisse de 30 % de la pression hydrostatique maximale et donc de la profondeur maximale[6]. Pendant la construction, toutes les parties doivent êtresoudées avec précision et sans défauts ; tous les joints sont vérifiés plusieurs fois avec des méthodes différentes. Ceci explique le coût élevé des sous-marins modernes (par exemple, un sous-marin declasse Virginia coûte 2,6 milliards de dollars, plus de 200 000 dollars par tonne de déplacement).
Architecture d'un grand voilier | |
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| Structure etsuperstructure |
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| Espars,gréement dormant | |
| Voilure | |
| Gréement courant | |
| Accastillage | |
| Autres | |
| Voir aussi | |
