Gréement

Faut-il craquer pour le carbone ?
Lors de la conception de son catamaran IC36, le responsable du chantier Independent Catamaran s’est bien sûr longuement intéressé au dossier gréement dormant : alors, ce mât ? Aluminium ou carbone ? Jaromír Popek partage avec nous son étude et les retours d’expérience de ses essais en mer. De quoi nous apporter quelques éléments de réflexion et de réponse quand l’option carbone est proposée par un constructeur, mais également dans le cadre d’un refit orienté performance, ou même à l’issue d’une avarie majeure du profil d’origine.
Un mât en carbone présente de nombreux avantages, comme le gain de poids dans les hauts et une rigidité accrue. Mais cela se paye cher…
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Jaromír Popek
Publié le 01/02/2023
Par Jaromír Popek
Numéro : 217
Parution : Feb. / Mar. 2023
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Multicoques Mag n°217
Lorsque vous arrivez dans une marina, le bruit des drisses sur la forêt de mâts en aluminium résonne souvent comme une symphonie fantastique, promesse de vent et d’appareillage en toute liberté. Vous aurez sans doute remarqué que tous les mâts ne jouent pas la même musique. En effet, les mâts en composite ou en carbone sont plus discrets. Vu sous l’angle artistique du mélomane, c’est peut-être dommage, mais cette technologie a bien d’autres raisons d’être.
Les propriétaires des multicoques dotés d’un tel gréement sont, à juste titre, fiers de cet équipement high-tech ; sa couleur noire, couleur naturelle de la fibre de carbone, attire souvent l’attention. Parfois, pour copier cette tendance, les navigateurs ambitieux peignent en noir les mâts et les bômes en aluminium. Je dois cependant ajouter que, même s’il est vrai que n’importe quelle surface peinte en noir donne un air solide et sexy à un multicoque, ce n’est vraiment pas très efficace lorsqu’il s’agit de maintenir une température raisonnable sur la pièce en question. En réalité, escalader un mât dont la température dépasse allègrement les 80° à midi demande une certaine adresse, des vêtements et des chaussures ad hoc. Qu’à cela ne tienne, lorsque vous sortez du port, vous devenez soudain le roi, le centre de toutes les attentions et vous savourez le respect qui vous est dû. Mais le problème n’est pas aussi simple que ça. Si vous choisissez un mât en carbone, le reste du gréement doit être à l’avenant.
Pas question d’inserts en inox, il vous faut du tissu carbone ultraléger ou à hautes performances. Tout ça mis bout à bout permet une augmentation impressionnante des performances et de la sécurité, mais implique également des coûts plus élevés.

Carbone vs aluminium

Pour ce qui est des propriétés techniques, le mât en carbone présente plusieurs avantages sur le mât en aluminium. Il est au moins 35 à 45 % plus léger et a un centre de gravité plus bas, une caractéristique très importante en termes de dynamique, d’inertie et de sécurité. Il a tendance à être considérablement plus rigide, mais conserve en même temps une certaine flexibilité pour gérer les surcharges. Il ne s’écaillera pas, mais, si cela lui arrive et qu’il y a des dégâts, il sera plus facile à réparer que l’aluminium.

Plus léger, plus rigide, plus dynamique

Un mât en aluminium est donc plus lourd, mais il y a d’autres facteurs à prendre en compte ici. L’épaisseur d’un mât en aluminium est identique sur toute sa longueur. Au moment de choisir la taille du mât, le chantier choisit les différents profils disponibles sur le marché en tenant compte du couple de redressement (effet de la gîte sur le multicoque), et en déterminant précisément la charge sur les parties sollicitées du bateau et du mât lui-même. Le mât en carbone est le produit de nombreux calculs, l’un d’entre eux portant sur l’identification des parties structurelles qui doivent être renforcées par des couches supplémentaires de fibre précisément positionnées là où de tels renforts sont nécessaires. D’autre part, l’épaisseur de la paroi doit être la plus fine possible, afin que le poids final permette de réaliser une économie plus importante et que le centre de gravité soit placé le plus près possible de la ligne de flottaison. La rigidité et la flexibilité procurent un meilleur dynamisme, une caractéristique qui peut être constatée lorsqu’il y a des rafales de vent ou lorsque le voilier navigue dans la houle et que le mât se déforme alors à différents endroits avant de se redresser pour reprendre sa forme initiale. Ceci permet de conserver sa voilure aussi longtemps que possible en gardant les mêmes réglages, les corrections nécessaires étant faites aussi rapidement que possible même si la déformation du mât est minime. C’est ce qui procure la puissance supplémentaire qui propulse le multicoque encore plus vite. Et ce n’est pas simplement une question de performance, c’est aussi une question de sécurité. Un multicoque est inutilement affecté en termes de vitesse et de stabilité, handicapé par une mauvaise conception du gréement dormant et par un centre de gravité haut placé. En revanche, si nous parvenons à éviter ce problème grâce au choix d’équipements appropriés, nous pouvons améliorer les performances, déplacer le centre de gravité aussi bas que possible afin que le multicoque et son équipage se sentent à l’aise, même à une vitesse à deux chiffres. On peut également opter pour une bôme en carbone, économisant ainsi jusqu’à 35 % de poids par rapport à une bôme en aluminium. Et si nous ajoutons un gréement en carbone ou textile (l’IC36 est gréé en Dyneema DMX 20 avec un étai gainé de noir équipé d’un insert anti-torsion dans le ridoir), nous obtenons un gain de poids de 70 à 75 % par rapport à des tiges Nitronic en inox ou en câble tressé. L’IC36 utilise également des cordages textiles pour renforcer les ridoirs structurels. Sur le bout-dehors, cela nous apporte une réduction de poids non négligeable et une charge de rupture de 30 t, ce qui est 9 fois supérieur à ce dont nous avons besoin.
Ceci nous garantit la fiabilité même avec des charges extrêmement fortes.

Autres options pour réduire les poids

Un autre avantage du carbone est de pouvoir choisir un profil plus fin, ce qui réduit non seulement le poids mais aussi la résistance au vent (ou le fardage) et les turbulences autour des voiles. La stabilité et la sécurité sont également renforcées. Ce type de mât peut être conçu pour n’importe quel multicoque. Pour l’IC36, nous avons démarré le développement de notre gréement avec Pauger en Hongrie. Notre catamaran est donc équipé d’un mât rotatif à haut module de toute première qualité et résistance. Au fil du développement, Pauger a passé beaucoup de temps à nos côtés, cherchant patiemment les solutions pour nous fournir tout ce dont nous avions besoin pour l’IC36. Pour réduire la tension sur les équipements, la bôme et le mât lui-même, nous pouvons fixer les taquets, les winches, les bloqueurs de drisse, etc. sur le mât. Le noir n’est pas obligatoire, nos prospects prennent le temps de discuter autour de notre catamaran, et n’excluent pas le choix d’un mât aile blanc. Pas besoin d’être des compétiteurs ou un grand chantier pour envisager de remplacer votre gréement actuel, vous trouverez votre bonheur chez un fabricant de mâts carbone à l’unité. Le principe est de réaliser un mât sur mesure à partir d’un moule unique fabriqué sur une machine CNC à 5 axes. Ce procédé est particulièrement adapté aux multicoques dotés de mât rotatif comme l’Independent Catamaran IC36. Lorsque le concept aura fait ses preuves, un moule en aluminium sera fabriqué pour une production en plus grande série si les clients le désirent. Ce type de production en petite série permet de limiter les coûts.
Une précision : il y a fibre de carbone et fibre de carbone. Les mâts et espars standards sont aujourd’hui fabriqués à partir de fibres de carbone couramment trouvées sur le marché. Mais il est encore possible de gagner de 10 à 15 % de poids en utilisant de la fibre de carbone pré-imprégnée haut module. Ce sont les meilleurs types de tissus en fibre de carbone pré-imprégnée de résine. Ils doivent être refroidis à -18°avant d’être disposés dans les moules puis placés et cuits sous haute pression en autoclave, et enfin démoulés.

Performance et sécurité ?

Tout est possible dans le cadre d’une démarche globale…
Est-ce qu’investir dans une technologie de pointe ultralégère vaut vraiment la peine ? Lors de la conception du IC36, nous nous sommes demandé comment en augmenter les performances tout en gardant une bonne manœuvrabilité, et renforcer la sécurité lorsque l’on navigue à haute vitesse. Pour y parvenir, nous avons tout simplement réétudié le concept original. En effet, vouloir combiner la modernité de la structure avec tout le confort d’aménagements optimisés pour bénéficier d’un maximum d’espace, sans prendre en compte les propriétés dynamiques du catamaran, peut entraîner des conséquences dramatiques en matière de manœuvrabilité et de sécurité. Les constructeurs résolvent souvent cette équation en augmentant le déplacement du multicoque, ce qui réduit considérablement ses propriétés dynamiques et sa vitesse. Cette solution ne nous convenait pas, et nous avons donc étudié le problème sous l’angle des principes de la physique de base. Nous avons déterminé trois règles, que nous avons finalement suivies. Nous avons abaissé le centre de gravité, raccourci l’imposant mât aile en carbone et abaissé la force de portance et de fardage de la voile vers la ligne de flottaison. Nous avons limité le poids à vide du bateau (notre catamaran de 11,00 m x 6,20 m pèse moins de 3 t), et tous les éléments lourds ont été placés à proximité du centre de gravité. Nous avons poussé l’hydrodynamique et l’hydrostatique, les deux facteurs qui déterminent le comportement d’un multicoque dans l’eau et son déplacement, dans les limites des connaissances actuelles. Nous avons été inspirés par l’univers de la classe Ultim pour créer un catamaran de course croisière confortable qui donnera toute satisfaction à des familles comme à des plaisanciers ayant des ambitions sportives. Les étraves, par exemple, ont été dessinées non pas pour affronter les vagues, mais pour les traverser telle une lame de couteau afin de ne pas nuire à la vitesse potentielle.
Revenons au gréement : si l’élancement du plan de voilure, la surface de voile disponible, la qualité des coupes des voiles et des tissus retenus et enfin les possibilités de réglages influent sur les performances et la sécurité d’un multicoque, on dispose aujourd’hui d’un nouvel atout – le mât carbone.

Une histoire de moule

On utilise soit un moule mâle, soit un moule femelle. Pauger, par exemple, utilise un moule femelle en aluminium divisé en deux moitiés. Le tissu pré-imprégné à haut module, les inserts et les patches de renfort sont formatés sur un traceur puis, pour certains, placés à la main pour obtenir le design souhaité dans le strict respect des schémas ; le tout est enfin parfaitement positionné à l’aide d’un projecteur laser. De cette façon, on obtient la symétrie parfaite des différentes couches. Lorsque ces différentes couches ont été mises en place, les moules sont assemblés. L’ensemble est ensuite positionné dans toute sa longueur dans un autoclave, une chambre pressurisée, et les différentes couches sont ensuite comprimées de l’intérieur en utilisant des sacs gonflés à une pression de cinq bars. Enfin, le moule est placé dans un four géant pour être polymérisé à 100-120°. A sa sortie du moule, le mât est recouvert d’une peinture acrylique durable anti-UV.

Gréement dormant carbone

La plupart des fabricants de mâts carbone proposent également des inserts et des ridoirs en carbone à haut module pour les enrouleurs ou les fixations structurelles. Il existe même des cordages équipés de différents types de fixation. Les fibres de carbone sont imprégnées avec une contrainte de traction spécifique, et sont instantanément comprimées et rétrécies à chaud. La totalité du processus est effectuée dans un four à chaleur stabilisée pour pouvoir traiter une longueur illimitée de cordages. Quelles en sont les propriétés ? Par rapport aux câbles en inox, le cordage en carbone est deux fois plus solide et stable pour un diamètre identique. Nitronic offre une résistance à la traction de 1 550 MPa ou de 158 kp/mm², alors que le câble carbone C-ROD de Pauger a une résistance de 3 000 MPa. Il peut supporter jusqu’à 100 000 cycles de contraintes dues au choc avant d’atteindre ses limites. Dans les mêmes conditions, un câble en inox ne tiendra que 80 000 cycles et se dégradera au fil du temps. En termes d’avantages, on peut ajouter un poids et une résistance à l’air moins importants, ainsi qu’une durée de vie nettement plus longue en comparaison des profils en inox. Ce gréement peut remplacer celui que vous avez à l’heure actuelle en un clin d’œil. Les fabricants peuvent en effet vous proposer des embouts compatibles en inox ou en titanium. Tout cet équipement convient également à des bateaux de course fortement toilés ; nous sommes impatients de pouvoir en faire profiter le prochain IC36 ou le futur IC48.

Le carbone plus cher, mais plus durable

Le coût d’un gréement en fibre de carbone est plus élevé que l’équivalent en aluminium, mais il reste plus abordable qu’on pourrait le penser. L’investissement initial est certes plus important. Pour autant, il ne s’agit pas d’un montant astronomique inabordable pour un plaisancier – on est là plus proche d’un mythe que d’une réalité. En tenant compte d’une durée de vie nettement plus longue, de la quasi-absence d’entretien et de la simplicité que constitue la seule inspection visuelle du gréement, la fibre de carboneest tout simplement plus rentable. Il est vrai qu’un mât et un gréement en carbone sont une fois et demie plus chers qu’un gréement en aluminium. Mais, si l’on veut simplement réduire le poids du matériel nécessaire à un gréement en inox et en aluminium en y ajoutant quelques éléments plus légers en carbone et en appliquant un traitement de surface pour protéger durablement le gréement aluminium contre l’usure du temps, j’arrive à la conclusion que, sur le long terme, la solution d’un gréement complet en carbone est plus intéressante financièrement parlant.
Votre multicoque vous le rendra bien en vous procurant des sensations incroyables au cours d’une navigation confortable sans à-coups et sans grincements, mêmes dans les vents les plus forts. Il ne se battra plus contre des phénomènes physiques comme la traînée hydrodynamique, ou la gîte et le tangage qui en résultent.
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Le centrage des poids facilite la navigation par mer agitée.
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Mon résumé ? Le mot clé du multicoque est légèreté !
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Hale-bas de bôme Pauger en carbone.
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Carbone pré-imprégné : le tissu est pré-saturé en machine.
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Exemples de fixations en inox sur un gréement en carbone.
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La partie inférieure du mât, avec les taquets coinceurs et l’embase pivotante.
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Le mât, la bôme et les voiles vus depuis le cockpit.
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Ce bout-dehors est conçu pour avoir un point de rupture de 30 t, soit neuf fois plus que ce qui est nécessaire.
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Sur ce graphique, on peut voir la différence des turbulences autour d’un mât rotatif et d’un mât fixe.
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MM233 - octobre-novembre 2025

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