Les matériaux maritimes Par Dave-Alex Berthelot

Aperçu Un peu d’histoire Pourquoi le bateau ne coule pas? Les différents éléments d’un bateau Les mastodontes À quoi bon apprendre tout ça?

Historique Le plus vieux bateau trouvé = 8000 AEC Des gravures dans la roche montrent des gens sur un radeau autour de 10 000 AEC. Présence d’Homo erectus en Indonésie démontre l’invention de bateaux rudimentaires ~ 800 000 AEC (H. erectus originaire d’Afrique)

Historique

Historique Assemblage de roseaux, de petits troncs, de bamboo, etc. Larges troncs évidés Grands paniers avec peau en cuir pour imperméabiliser ou en tissu recouvert de poix (kayak en peau de phoque, bébé Moïse) «Poix: Mélange mou et collant, à base de résines et de goudrons végétaux, obtenu par distillation de bois résineux ou de térébenthine.» - Larousse http://www.larousse.fr/dictionnaires/francais/poix/62101

Historique Aux alentours de 3000 AEC, les outils de métaux permettent l’obtention de planches de bois Galères, drakkars 1 seul mât, propulsion par avirons, dirigé avec un aviron à l’arrière

Historique Aux alentours de 1300 EC, apparition du gouvernail Meilleures techniques de construction (plus gros bateaux, plusieurs mâts) ~1400 caravelles pour l’exploration, caraques pour la guerre et le commerce

Historique Caravelle Caraque

Historique Galion Vaisseau de ligne

Historique Nouvelles avancées emmènent l’ère du bateau à vapeur Premier bateau à hélice lancé en 1843 Éventuellement les voiles disparaîssent complètement

Deux bateaux à vapeur, l’un à roue à aubes et l’autre à hélice Historique Deux bateaux à vapeur, l’un à roue à aubes et l’autre à hélice

Historique De nos jours: Moteurs à diesel ou à essence Propulseurs azimutaux rendent l’hélice + gouvernail obsolètes

Pourquoi le bateau flotte? La flottabilité: https://www.youtube.com/watch?v=S-FQeLSfBOM En résumé, un bateau est un peu comme une grosse boîte en partie vide. Qu’arrive-t-il s’il se remplit d’eau?

Le drame du Titanic https://www.youtube.com/watch?v=FSGeskFzE0s

Les différentes parties Le cordage Les voiles La coque Les pagaies vs avirons

Le cordage Initialement, on utilisait le cuir, du crin, des boyaux Matières végétales avec de longues fibres: coton, fibre de coco, chanvre (selon la disponibilité) Un vaisseau de 74 canons transporte environ 84 tonnes de cordages (Gay, 1987)

Le chanvre Tableau 1- Propriétés de diverses fibres végétales Pour un % de cellulose donné, plus l’angle micro fibrillaire est petit, plus la résistance de la fibre est grande Pour la meilleure performance on veut: % de cellulose élevé, angle micro fibrillaire faible

Le chanvre Le chanvre est moins cher que la fibre de verre et que la fibre de carbone La densité du verre est d’environ 2,54, celle du carbone 1,85 et celle du chanvre 1,48. Donc pour un produit de même volume, celui avec le chanvre pèse moins. (Bouloc, 2006) Les variétés de chanvre «industriel» doivent contenir – de 0,2% de THC. (vs plus de 10% pour les variétés «récréatives»)

Le chanvre Pour obtenir un cordage en chanvre, on doit d’abord: le rouir (trempage qui élimine les matières pectiques collantes) le broyer (brise la tige pour mieux séparer les fibres du bois) le teiller (séparation mécanique des fibres textiles du bois du chanvre) le peigner (démêle les fibres) le tisser (faire un fil avec les fibres récoltées)

Le chanvre en images Tige et fibres de chanvre Fibres de chanvres séparées de la tige

Les cordages aujourd’hui Le chanvre est toujours utilisé Majoritairement, on utilise les fibres synthétiques: polyester, polyamides et polypropylènes Dans certains cas, on utilise le fil de fer ou d’acier

Les fibres synthétiques Très résistantes (encore plus que le chanvre) et résistent au pourrissement

Fibres synthétiques vs chanvre Pour un cordage de 2 cm de diamètre, le cordage en chanvre a une charge de rupture de 3 tonnes, tandis qu’un cordage en fibre synthétique a une charge de rupture de 14 tonnes, donc presque 5 fois plus.

Les cordages métalliques Utilisés principalement pour les manoeuvre dormantes (grande résistance à la traction)

Les voiles On utilisait autrefois le coton De nos jours elles sont généralement en polyester (Dacron) quoiqu’on en retrouve aussi en carbone ou en Kevlar pour la compétition. Ces dernières sont peu résistantes aux UV, affaiblissant ainsi leur souplesse et leur solidité. Structure moléculaire du Kevlar

La coque Plusieurs matériaux utilisés pour la coque: Le bois L’acier (le plus répandu de nos jours) L’aluminium (beaucoup dans les superstructures) Le cupronickel (pour sa résistance à la corrosion, mais coûte très cher, donc peu répandu) Les matériaux composites (dans les bateaux de plaisance principalement. On utilise une matrice en polyester (35%) et un renfort en fibre de verre ou de carbone (65%)) Et plus encore

La coque L’acier est le plus utilisé étant donné sa grande résistance Les matériaux composites sont susceptibles à la dégradation dû aux rayonnements UV, mais on peut les rigidifier grâce à la structure en sandwich (la structure interne est alors généralement en mousse.)

Pagaie ou aviron? La différence est la suivante: si elle repose sur une partie de l’embarcation, on parle d’aviron. Dans le cas contraire, il s’agit d’une pagaie. Initialement en bois, on en trouve maintenant des modèles ayant un tube en aluminium et des pales en plastique (faible coût) ou en fibres de verre, de carbone ou de Kevlar (généralement pour la compétition, car plus coûteuses)

Les géants de ce monde Le plus grand pétrolier au monde: Mont (Knock Nevis) Longueur: 1503’ (458m) Capacité: 3 166 353 barils ou 503 409 900 L de pétrole Au Québec, 13,4 milliards L pour le transport, donc environ 27 cargaisons

Les géants de ce monde Comparaison avec des bâtiments connus

Les géants de ce monde Oasis et Allure of the Seas, plus gros bateaux de croisière au monde avec une longueur de 360 m (50mm de plus pour le Allure) et une capacité de 6296 passagers et 2394 membres d’équipage

À quoi bon apprendre tout ça? Densité Masse vs volume Formes d’énergie Propriétés de la matière (flottabilité) Salinité (puisque cela affecte la flottabilité (densité de l’eau)) Schéma de construction

Une petite SAÉ Construction d’un mini-voilier: utilisation de la machinerie, lecture d’un schéma de construction, vérification expérimentale de l’engin, etc. Modification pour les groupes plus jeunes: demander de construire un radeau à l’aide de divers matériaux selon la masse volumique et en variant la forme.

Références Propulseurs azimutaux: http://en.wikipedia.org/wiki/Azimuth_thruster#/media/File:Siemens_Schottel_Propulsor.jpg Oasis of the seas: http://en.wikipedia.org/wiki/MS_Oasis_of_the_Seas#/media/File:Oasis_of_the_Seas.jpg Vaucher, Jean. Département d’informatique et de recherche de l’Université de Montréal, History of sailing ships, http://www.iro.umontreal.ca/~vaucher/History/, consulté le 11 avril 2015. Maritime Connector, World’s largest ships, http://maritime-connector.com/worlds-largest-ships/, consulté le 12 avril 2015. Woodford, Chris. How stuff works, Ships and boats, http://www.explainthatstuff.com/how-ships-work.html, consulté le 11 avril 2015

Références Gay, Jacques. La Fabrication des cordages au XVIIIe siècle, publications de l'université francophone d'été Saintonge-Québec, Jonzac, 1987, 41 p. Alter’énergie, Que faut-il savoir pour cultiver du chanvre?, http://www.alterenergies.org/doku.php?id=alterenergies:info:technique:que_faut_il_savoir_pour_cultiver_le_chanvre, consulté le 11 avril 2015 Titanic: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/fd/RMS_Titanic_3.jpg PISTES, Faculté des sciences de l’éducation, Université laval, http://www.pistes.fse.ulaval.ca/sae/?onglet=apercu&no_version=2168&no_recherche=142904003244431329, consulté le 9 avril 2015. Bouloc, Pierre. Le chanvre industriel: production et utilisations, Éditions France Agricole, 2006, 433 p.

Références http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2d/Hanfstengel.jpg/1200px-Hanfstengel.jpg http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/39/Hennepvezel_Cannabis_sativa_fibre.jpg/1151px-Hennepvezel_Cannabis_sativa_fibre.jpg Conseil Général de Haute-Saône. Le chanvre en toile de fond, Musée départemental d’Arts et de Traditions populaires, consulté le 09 avril 2015 Le site du cours CHM-2904 Les matériaux et leurs propriétés, par Gérard Charlet, http://www.chm.ulaval.ca/gecha/chm2904/table_matieres_chm2904_5.html

Références La Corderie Royale, Les cordages, http://hippotese.free.fr/blogdocs2/Corderie_et_Cordages-rochefort.pdf, consulté le 14 avril 2015 http://www.societechimiquedefrance.fr/produit-du-jour/le-cyclisme.html http://lekayak.com/image/pagaie-1.jpg http://fr.wikipedia.org/wiki/Voile_%28navire%29#Fabrication http://img.nauticexpo.fr/images_ne/photo-g/voile-classique-voilier-traditionnel-26784-248131.jpg http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/3a/MariahQuarterView.jpg/683px-MariahQuarterView.jpg http://www.talford.com/manageweb/Editor_s/uploadfiles/2008110716034472.jpg http://www.yachtsurvey.com/Fiberglass_Boats.htm http://www.mern.gouv.qc.ca/energie/statistiques/statistiques-consommation-petroliers.jsp