Exercice : Comment calculer les efforts imposés au gréement ?
Il existe deux possibilités de prévision des efforts statiques auxquels est soumis le gréement transversal au cours de la navigation :
La méthode directe, qui consiste à calculer les efforts développés par le profil qui sont ensuite retransmis à la coque au travers du gréement. Cela nécessite de parfaitement connaître la polaire du profil et les caractéristiques des matériaux.
La méthode indirecte qui part du postulat que le couple inclinant dû à l'action du vent sur le profil est égal au couple de redressement généré par la gîte du navire, ce dernier étant relativement bien connu pour un cas de chargement donné.
Nous allons tenter de décrire cette méthode indirecte au travers d'un exercice d'application.
Méthode indirecte
Prenons le cas d'un gréement haubané sur un navire évoluant au près.
Question
Dans ce cas, comment le couple créé par les forces aéro et hydrodynamiques est-il retransmis à la coque ?
Solution
Haubanage latéral
Le couple crée par les forces aéro et hydrodynamiques est retransmis à la coque via le haubanage latéral situé au vent, qui s'oppose au couple de redressement.
La tension de ces câbles se retrouvera donc identique au niveau de la traction verticale sur le pont et au niveau de la compression du mât
Question
A priori, quelle sera donc l'effort maximal subie par le gréement ?
Solution
GZ max
La tension maximale subie par le gréement est évaluée en considérant que le moment inclinant correspondant au GZ max est produit par une force unique appliquée à chaque nœud du gréement dormant.
Les charges sont données en % du GZ max.
On peut voir que selon le type de gréement considéré, la répartition des efforts peut largement varier.
Remarque : GZ considéré < GZ max
En fonction de l'allure de la courbe des bras de leviers de redressement, certains architectes choisissent de dimensionner le gréement en considérant un GZ légèrement inférieur au GZ max correspondant à un angle de gîte de 30°.
Selon eux, la valeur du GZ est alors normalement proche du maximum et au delà de cet angle, ce sont principalement les conditions de mer qui provoquent l'augmentation de la gîte et non l'action du vent.
Question
Selon vous, quel intérêt apporte la connaissance des valeurs de ces efforts sur le gréement ?
Solution
Dimensionnement
Connaissant les charges maximales subies par chaque élément, il est possible de les dimensionner correctement.
Remarque : Efforts dynamiques >>> efforts statiques
Si les méthodes ci-dessus permettent de quantifier les efforts statiques subis par le gréement, elles ne donnent aucune information quant aux efforts dynamiques.
Ceux-ci prévalent sur les gréements modernes du fait des accélérations et décélérations parfois importantes rencontrées en navigation, qui peuvent générer des fléchissements importants voire des oscillations destructrices pour peu qu'un phénomène de résonnance entre en jeu.
L'application de coefficients de sécurité lors des calculs d'échantillonnage des matériaux, permettent, en théorie, d'intégrer ces charges dynamiques.
Fondamental : Zone de navigation
On retiendra donc que cette méthode donne un premier ordre de grandeur qu'il conviendra d'affiner par la suite avec une étude plus poussée tenant notamment compte des zones de navigation envisagées qui influent largement sur les charges pouvant être rencontrées.