Spécial ancre: Mieux s'ancrer, épisode 1 : Chaîne ou ligne, quelle longueur ?
Dans cette édition spéciale :
- Mieux s'ancrer, épisode 1 : Chaîne ou ligne, quelle longueur ?
- Mieux s'ancrer, épisode 2 : 6 conseils pour un mouillage idéal
- Mieux s'amarrer, épisode 3 : rentrer le fer de fond en toute sécurité - 9 Manœuvres
Mouiller dans nos eaux est toujours aussi attrayant. Dans une baie protégée, idéalement déserte, le silence règne. On n'entend que le murmure du vent et le doux battement des vagues contre la coque. Souvent, il faut y ajouter les impressionnantes lumières du coucher et du lever du soleil. Pour beaucoup, ce sont justement ces moments qui rendent la voile si précieuse.
Pour passer une nuit détendue à son ancre, il est indispensable d'avoir l'équipement adéquat. Les avis divergent dès le choix de l'ancre : certains misent sur l'ancre à plaque bon marché, d'autres préfèrent l'ancre à soc dans le style d'un CQR, et d'autres encore sont fermement convaincus que seule la forme bêche de l'ancre à étrier offre une tenue fiable.
Il n'existe pas de réponse absolue à la question du fer de base idéal, car différentes caractéristiques de construction peuvent être avantageuses en fonction de la nature du fond marin. Il n'existe pas d'ancre universelle. Cependant, nos tests exhaustifs réalisés au cours des 16 dernières années avec 27 types différents illustrent clairement les caractéristiques qui caractérisent une bonne construction et celles dont il vaut mieux s'écarter.
La taille de l'ancre, généralement déterminée par son poids, est un critère essentiel. Les recommandations des fabricants ou des sociétés de classification comme DNV GL, qui varient en fonction du déplacement du navire, ne sont que des approximations. De manière générale, le choix d'une ancre plus légère implique une perte de sécurité. En cas d'incertitude, il est conseillé d'opter pour une catégorie de poids supérieure.
Cela concerne en particulier l'ancre secondaire. Une variante plus légère est souvent recommandée, mais cela est incompréhensible. Elle ne doit pas seulement compléter le harnais principal, mais aussi pouvoir le remplacer en cas de panne ou de perte. Par conséquent, les mêmes critères devraient être appliqués lors de son choix.
Comparaison des types d'ancrage
Avantages Bon marché, se range facilement dans le coffre, se comporte généralement bien sur le sable.
Inconvénients Le plus gros problème est le manque d'auto-stabilisation de la construction. Si l'ancre se met à bouger dans le fond, elle est en général quasiment arrachée. Il suffit d'une petite inégalité dans la nature du sol ou d'un changement d'angle de traction pour que l'ancre bascule sur le côté, qu'un flocon sorte du fond et que l'ancre se rompe tôt ou tard.
Avantages Bonne conduite dans le rouleau d'étrave. La forme de la charrue redresse automatiquement l'ancre et la stabilise. C'est surtout le modèle Cobra de Plastimo qui a convaincu lors des tests. Il attrape généralement dès le contact avec le sol et s'enfonce très bien. De plus, l'ancre est très stable dans le sol et est relativement bon marché.
Inconvénients Divers modèles sur le marché, tous ne fonctionnent pas aussi bien. Les modèles avec articulation sont moins recommandés
Avantages S'adapte bien à la plupart des ferrures d'étrave. La forme se stabilise dans le fond, selon le type de construction, un étrier ou la répartition du poids aide à se redresser. La pointe est généralement bien adaptée. Les modèles avec étrier sont très faciles à porter.
Inconvénients De nombreux modèles sur le marché qui, malgré des différences à peine visibles, présentent parfois des comportements très différents. Certains modèles ne convainquent que sur fond de sable
Des mathématiques au lieu d'un manuel
Même la meilleure ancre ne sert pas à grand-chose si la liaison avec le bateau n'est pas bonne. C'est surtout la longueur de la chaîne ou de la ligne enfichée qui est décisive pour le fonctionnement sûr de l'ancre. Ce n'est que si la tige de l'ancre reste au sol, même sous charge, que le fer peut déployer toute sa force de retenue.
Traditionnellement, la longueur de la chaîne est indiquée comme un multiple de la profondeur d'eau. En règle générale, les recommandations sont de mettre entre trois et cinq fois la longueur de chaîne indiquée par le sondeur. Pour les cordages, il convient d'enfiler huit fois la profondeur d'eau.
La fourchette de la recommandation laisse déjà planer un doute sur son exactitude, de plus, la force du vent n'est pas prise en compte, contrairement à toute expérience pratique.
C'est ce qu'a pensé René Lattmann, lecteur de YACHT. Le skipper expérimenté du Cruising Club de Suisse a profité de l'absence de voile due à la Corona pour se pencher sur les mathématiques sous-jacentes. Dans le cas statique, c'est-à-dire lorsque les houles et la houle sont négligées, le tracé de la chaîne de l'ancre ou de la ligne suit ce que l'on appelle la ligne de chaîne, qui peut être calculée à l'aide de fonctions hyperboliques.
Le tracé exact résulte de la différence de hauteur entre l'ancre et l'étrave, de la traction et du poids de la chaîne par mètre. Cela permet également de calculer la longueur nécessaire pour que la tige de l'ancre ne soit pas soulevée.
La déduction et la résolution exactes des équations dépasseraient le cadre de cet article, mais ne sont pas non plus nécessaires à la compréhension des résultats. Il suffit de considérer une approximation simplifiée. En supposant que la vitesse du vent est nettement supérieure à la profondeur de l'eau, on obtient la formule suivante pour la longueur minimale de la chaîne en mètres :
La "profondeur" étant la somme de la profondeur d'eau et du franc-bord, et le vent étant exprimé en nœuds. "K" est une constante spécifique au navire et à la chaîne :
A" représente la surface d'exposition au vent du yacht en mètres carrés, "w" est le poids de la chaîne par mètre dans l'eau. La surface d'attaque doit être estimée. Pour les calculs pratiques, Lattmann a utilisé les données du livre "Richtig anker" de Joachim Schult et les a adaptées pour un Hallberg-Rassy 340.
Une autre possibilité consiste à mesurer directement le tirage de la chaîne à différentes forces de vent. Mais en raison des forces attendues de plusieurs centaines de décanewtons, une balance de traction massive est nécessaire pour cela.
Ancrage simulé
A l'aide d'un programme écrit par Lattmann, il est possible de simuler différents scénarios d'ancrage. Par exemple, quel est le parcours d'une chaîne selon la règle du quintuple et quelle est la longueur réellement nécessaire. Il est frappant de constater que le couplage rigide avec la profondeur échoue aussi bien en eau peu profonde qu'à de grandes profondeurs. Avec deux mètres d'eau et un mètre de franc-bord, on obtient une longueur de chaîne de 15 mètres. La traction générée par un vent de 15 nœuds soulève déjà tellement cette chaîne que la tige de l'ancre est tirée vers le haut avec deux décanewtons, ce qui correspond environ au poids de deux kilogrammes. Avec un vent un peu plus fort, la configuration serait définitivement dépassée, en eau peu profonde, il faut donc plus de cinq fois la longueur.
En profondeur, c'est le contraire qui se produit. Sur huit mètres, la règle des cinq devrait permettre de planter 40 mètres de chaîne. En réalité, par 15 nœuds de vent, environ 28 mètres suffiraient pour maintenir l'angle d'attaque de la chaîne sur l'ancre à zéro.
Plus le vent est fort, plus l'inadaptation de la règle des cinq se déplace vers de plus grandes profondeurs. Si le vent se lève à 6 Beaufort, la règle veut que l'on n'atteigne une longueur de chaîne suffisante qu'à partir de dix mètres de profondeur.
Lors des calculs, il faut tenir compte du fait que la tige d'ancrage doit être posée à plat sur le fond, ce qui fournit sans aucun doute la force de retenue maximale de l'ancrage. Il est difficile de prévoir dans quelle mesure la capacité de rétention diminue en raison d'un angle de traction légèrement orienté vers le haut.
Si l'on autorise une légère remontée de la chaîne, les profondeurs d'ancrage possibles augmentent. Ce raisonnement est à l'origine des règles simples de longueur de chaîne. Elles reposent sur l'espoir qu'une chaîne entièrement tendue ne provoque pas l'éclatement du fer de base lorsque la pente est de 1:5 ou 1:8.
Chaîne ou laisse ?
Le programme permet également de simuler différentes combinaisons de chaînes et de lignes ou de lignes d'ancrage en plomb. La chaîne est clairement supérieure, mais les différences entre l'avance de la chaîne et la ligne de plomb sont comparativement faibles. Avec une ligne de lest de 40 mètres, il serait tout juste possible de jeter l'ancre à quatre mètres de profondeur par 20 nœuds de vent. Avec un cordage et dix mètres de chaîne, la profondeur maximale passe à six mètres. Une chaîne seule suffirait pour une profondeur d'eau de presque dix mètres, mais elle pèse 56 kilos, soit trois fois plus que la combinaison chaîne/cordage et environ neuf fois plus que la ligne de plomb.
Un mot sur la chaîne : pour le calcul, le matériau et le modèle ne jouent aucun rôle - mais dans la pratique, si. Si l'on veut jouer la carte de la sécurité, il faut choisir une version galvanisée et calibrée. Il convient de se faire garantir la charge de rupture. Il existe aussi des chaînes en circulation qui ne supportent qu'une fraction des forces habituelles. Les chaînes en acier inoxydable sont non seulement beaucoup plus chères, mais elles sont aussi en partie sujettes à la corrosion. Les problèmes apparaissent généralement au niveau des soudures et ne sont pas toujours faciles à détecter, c'est pourquoi il ne faut utiliser que des produits de marque. Les principaux avantages de la chaîne en acier inoxydable sont les suivants : Elle prend moins de place dans la baille à mouillage, sa surface lisse lui permet de mieux glisser et il ne se forme pas de gros tas sous le winch.
L'effet d'un poids d'équitation est également intéressant. En plaçant un poids jusqu'à proximité de l'ancre, par exemple une deuxième ancre, il est possible d'augmenter la longueur effective de la chaîne et de stabiliser un harnais trop sollicité.
L'effet dépend de la masse du poids de la monture par rapport à la chaîne. Plus le poids est lourd, mieux c'est. Dans notre exemple, avec un poids de 13 kilos dans l'eau et une chaîne de huit millimètres, la longueur effective peut être augmentée d'environ huit mètres ou la plage de vent peut passer de 20 à 25 nœuds.
Les limites du modèle
En raison de l'influence de la surface de prise au vent et de la chaîne, ces valeurs, tout comme les autres diagrammes, ne sont valables que pour un Hallberg-Rassy 340 équipé d'une chaîne de 8 ou pour des yachts comparables. La surface de prise au vent effective supposée de la coque et du gréement est d'environ 13 mètres carrés. Les yachts plus grands doivent aussi mettre plus de chaîne, alors que les bateaux plus aérodynamiques se contentent de moins.
De plus, les calculs se réfèrent à un mouillage stationnaire. Dans la pratique, le yacht se déplace avec le vent ; il commence à naviguer d'avant en arrière sur l'ancre. Selon le type de bateau et la force du vent, des vitesses considérables peuvent être atteintes avant que la chaîne ne se raidisse et que le mouvement ne s'arrête. A ce moment-là, l'énergie du mouvement est transmise à l'ancre et des forces de traction plus élevées apparaissent. Il en va de même en cas de houle, où le harnais doit également supporter des charges supplémentaires.
Les différents maillons de la chaîne n'ont pas d'étirement, c'est pourquoi de tels pics de charge ne peuvent être amortis qu'en soulevant la chaîne et en réduisant son affaissement. Mais cela n'est que très partiellement possible en eau peu profonde, car le poids de la chaîne n'est pas suffisant. Une combinaison chaîne/bâcle est alors très avantageuse. Grâce à son allongement de 5 à 15 pour cent, le cordage d'amarrage peut absorber comparativement beaucoup d'énergie (voir le test dans YACHT 13/2010). C'est pourquoi il amortit bien l'enfoncement lors de la navigation à la voile. De plus, il est possible de lutter contre le flottement à l'aide d'une voile d'ancre. Lors de nos essais pratiques, l'angle du flotteur a pu être réduit d'environ 25 degrés par 6 Beaufort, ce qui a nettement atténué l'enfoncement dans la chaîne.
Même si l'estimation de la surface effective de prise au vent et le comportement dynamique comportent des incertitudes, les considérations théoriques et l'exemple de calcul confirment clairement une chose : le facteur fixe du manuel ne donne pas la longueur optimale de la chaîne.
Dans les eaux locales, c'est surtout la zone d'eau peu profonde qui devrait être déterminante. Même par vent modéré, il faudrait y mouiller plus de cinq fois la profondeur de l'eau. Mais le comportement de la chaîne à des profondeurs plus importantes est également intéressant. En effet, des eaux plus profondes ne signifient pas automatiquement qu'une quantité infinie de chaîne est nécessaire.
Risque eaux peu profondes
Lorsque le yacht est au mouillage, l'harnais doit supporter des charges beaucoup plus importantes que celles calculées précédemment. La longueur minimale de chaîne nécessaire peut donc augmenter de manière significative.
Les calculs effectués plus haut pour déterminer la longueur de chaîne minimale nécessaire ont déjà montré que non seulement la profondeur d'eau, mais aussi la pression du vent jouent un rôle décisif et qu'un simple multiple de la profondeur d'eau peut être dangereux.
Pour simplifier les mathématiques, nous nous sommes limités à une situation stationnaire, c'est-à-dire que seules les forces directement générées par le vent ont été prises en compte.
Le navigateur au long cours et lecteur de YACHT, le Dr Mathias Wagner, a fait les mêmes réflexions, mais s'est en plus penché sur les forces provoquées par les houles ou la houle et leurs conséquences.
Pour ce faire, on considère non seulement la pression statique du vent, mais aussi l'énergie cinétique du bateau, car elle doit être absorbée par le harnais de l'ancre. Cette énergie dépend du déplacement du yacht et de sa vitesse et peut être déterminée par la formule suivante :
Où "M" est le déplacement du yacht et "v" la vitesse atteinte par le flottement. La charge supplémentaire sur l'ancre augmente donc avec le déplacement. La vitesse du flotteur a une influence encore plus grande, car elle entre dans le carré. Elle peut être estimée à l'aide du loch. Celui qui regarde l'affichage par vent moyen le constatera : Quelques dixièmes de nœuds sont rapidement atteints.
Nous ignorons un instant l'effet d'amortissement d'un éventuel arrêt de l'ancre ; ensuite, la chaîne doit absorber l'énergie de la houle. Comme elle ne possède pratiquement pas d'étirement, cela ne peut se faire que sous forme d'énergie potentielle via le soulèvement de la chaîne. A condition que la chaîne ne soulève pas la tige de l'ancre du sol, on peut en déduire la longueur minimale de chaîne nécessaire. La déduction détaillée de la formule peut être consultée sur le Site web de l'auteur Il serait trop long d'en faire le tour dans cet article.
C'est pourquoi nous nous limitons au résultat pour la longueur de la chaîne en mètres :
Le premier terme de la formule décrit l'ancrage statique, tel qu'il a déjà été traité dans YACHT 12/2020. Le deuxième terme décrit approximativement l'effet du mouillage dynamique. "Y" est la profondeur d'eau au niveau de l'ancre, franc-bord compris, "g" l'accélération de la pesanteur, "m" le poids de la chaîne par mètre dans l'eau. "∆E" désigne l'énergie cinétique du bateau, qui doit correspondre à la variation de l'énergie potentielle de la chaîne. Le paramètre "a" résume les influences du poids de la chaîne, de la surface d'attaque du vent et de la force du vent.
Eaux peu profondes à risque
Un exemple permet d'illustrer au mieux ce que signifie la formule dans la pratique. Nous partons à nouveau d'une Hallberg-Rassy 340 avec une chaîne de 8 millimètres. Grâce à un autre calcul de la pression du vent, la surface d'exposition au vent "Aeff" est cette fois de 10 mètres carrés.
Pour une vitesse de nage de 0,1 nœud, la chaîne doit absorber une énergie supplémentaire de seulement 8 joules. De ce fait, la charge de l'ancre correspond dans une large mesure à celle d'un ancrage statique. En eau peu profonde, la part dynamique devient reconnaissable. La force exercée sur l'ancre augmente fortement.
Les conséquences sur la longueur de la chaîne sont visibles sur les diagrammes suivants. Tant que peu d'énergie doit être absorbée, les effets dynamiques ne se manifestent qu'à des profondeurs d'eau qui, en raison du tirant d'eau, ne peuvent pas être atteintes sans fouiller la vase avec la quille.
La situation devient critique lorsque la chaîne doit absorber plus d'énergie, par exemple parce que le bateau oscille à un nœud. Comme le montre le diagramme ci-dessous, l'ancrage dynamique devient pertinent dans une grande plage de profondeur. Il n'est pratiquement plus possible de mouiller à moins de sept mètres de profondeur sans surcharger l'ancre.
Les courbes noires désignent la charge maximale de l'ancre. Si l'on ne veut par exemple pas lui faire supporter plus de 500 décanewtons, seules les longueurs de chaîne inférieures à cette courbe sont autorisées. Il en résulte qu'il peut être nécessaire de se réfugier dans des profondeurs d'ancrage plus importantes afin de réduire la charge. La fuite en eau peu profonde par grand vent et houle n'est pas toujours la bonne solution !
Long et fin ou court et épais ?
Il est intéressant de comparer différentes chaînes. 80 mètres d'une chaîne de huit millimètres pèsent autant que 35 mètres d'une chaîne de douze millimètres. Les diagrammes indiquent la profondeur maximale possible pour la longueur de la chaîne et la force du vent.
Ainsi, une chaîne de huit de 80 mètres permet de mouiller à onze mètres par 45 nœuds de vent, alors qu'une chaîne de douze de 35 mètres ne permet de mouiller qu'à cinq mètres de profondeur. Comme il faut ajouter à la profondeur de l'eau la distance jusqu'au davier, il n'y a pratiquement plus de place pour les variations du niveau d'eau dues aux marées.
Dans les zones avec de grandes profondeurs d'eau ou de fortes marées, il est préférable d'utiliser une chaîne fine et longue. Si le cercle de nage doit rester petit parce que les baies sont surpeuplées, mais que les marées et les profondeurs d'eau ne jouent pas un grand rôle, une chaîne plus lourde et plus courte est alors le meilleur choix.
La nécessité de tenir compte des effets dynamiques dépend des conditions et de la profondeur de l'ancre. Plus l'eau est peu profonde, plus la chaîne de l'ancre risque d'atteindre ses limites. Cela met une fois de plus en évidence l'intérêt d'utiliser une drosse de cordage avec amortisseur de secousse pour soulager la chaîne. L'allongement beaucoup plus important du stropper peut absorber une grande partie de l'énergie.
