Navire à grande vitesse - Définition

Catamaran perce-vagues de SpeedFerries en service sur la Manche

Les navires à grande vitesse (NGV) 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.

Vitesse

D'après la règlementation maritime, un navire à grande vitesse est capable d'atteindre une vitesse maximale Vmax exprimée en m/s égale ou supérieure à :

V = 3,7 * P^0,1667

P étant ici le déplacement ou "Delta" en exploitation normale^[1].

Les vitesses sont généralement comprises entre 30 et 45 nœuds (56 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 peut être dans le futur les vitesses des navires rapides conventionnels autour de 35 nds, voire moins.

Navires existants

Il existe différentes conceptions de NGV :

• Configurations monocoque, catamaran, trimaran.
• 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 %), navire à effet de surface (coques immergées plus coussin d'air)

transfert total, aéroglisseurs ou "hovercrafts" (coussin d'air, portance aérostatique), hydroptères ou hydro-foilers (portance hydrodynamique).

transfert total, engins à effet de sol de type hydravion, WIG, ékranoplane. On quitte le domaine des "navires" NGV...

Coques fines "à déplacement"

Ce sont pour l'instant des catamarans à coques fines, type "perce-vagues", ou bien des projets de grands trimarans, qui sont en fait des monocoques à coque fine stabilisés par des petits flotteurs peu immergés. Les vitesses élevées conduisent à 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

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 accélérations sont assez importants par mer agitée. Une stabilisation active (surfaces de stabilisation pilotées) est utile pour améliorer le confort (diminution du roulis essentiellement).

Catamarans à foils

Plus répandus dans les petites tailles, 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 NES ou Navire à Effet de Surface est un navire hybride, généralement un catamaran à coques ultra fines, à portance assistée par un coussin d'air. 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)

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

• 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 bateau est dans l'eau à basse vitesse, tel un bateau normal "à déplacement". En prenant de la vitesse le "Jetfoil" se "hisse" au dessus des flots... À partir d'une certaine vitesse, il est complètement porté par ses foils, des ailes immergées fonctionnant comme des ailes d'avion. La coque du "Jetfoil" étant au-dessus des vagues, le contact réduit avec la surface autorise un confort remarquable par mer agitée. Le "Jetfoil" est l'un des premiers Navires à Grande Vitesse (non), il ne transporte que des passagers, pas de véhicules.

Différents projets

• En alternative aux monocoques semi-planants et aux catamarans à coque fine, plusieurs projets ont proposé des variantes de trimarans :

. Les Chantiers du Havre (ACH) ont étudié un Trimaran ACH Fast, à flotteurs reculés, étroits et profonds.

. L'Ifremer et le Bureau d'Etudes Mauric ont étudié un trimaran à petits flotteurs, stabilisé en roulis par des foils pilotés.

. le Bureau Vaton Design (voir lien externe) 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, et y joint une propulsion courante par hydrojet ou hélice classique. Une des techniques distinctives de Grefco est la division du système de sustentation en au minimum 4 coussins, chacun ayant une entrée d'air séparée. L'amélioration de la stabilité est résolue par le fait que le système de coussins est plus large que la coque du navire. Un système de jupe suspendue et contrôlée par des champs de pression permet de limiter les fuites d'air et, en conséquence, la puissance nécessaire à la sustentation.

Notes

Images

		NGV Catamaran wave-piercer	Hydroptère type Jetfoil
Catamaran de SpeedFerries à Douvres en partance vers Boulogne