Spécial mouillage: Mieux mouiller, épisode 1 : chaîne ou amarre, quelle longueur ?
Dans ce dossier spécial :
- Mieux jeter l'ancre, épisode 1 : chaîne ou amarre, quelle longueur ?
- Mieux jeter l'ancre, 2e épisode : 6 conseils pour trouver le mouillage idéal
- Mieux jeter l'ancre, épisode 3 : enfoncer l'ancre à fond en toute sécurité – 9 manœuvres
Jeter l'ancre dans nos eaux est toujours aussi enchanteur. Dans une baie abritée, idéalement déserte, règne le silence. On n'entend que le murmure du vent et le doux clapotis des vagues contre la coque. Souvent, les jeux de lumière impressionnants au coucher et au lever du soleil viennent s’y ajouter. Pour beaucoup, ce sont précisément ces instants qui font toute la valeur de la voile.
Pour passer une nuit tranquille à l'ancre, il est indispensable de disposer du matériel adéquat. Les avis divergent déjà quant au choix de l'ancre : certains misent sur l'ancre à plaque, peu coûteuse, d'autres préfèrent l'ancre à soc de type CQR, tandis que d'autres encore sont fermement convaincus que seule la forme en bêche de l'ancre à étrier offre une tenue fiable.
Il n’existe pas de réponse absolue à la question de l’ancre idéale, car selon la nature des fonds marins, différentes caractéristiques de conception peuvent s’avérer avantageuses. Il n’existe pas d’ancre universelle. Nos tests approfondis menés au cours des 16 dernières années sur 27 modèles différents mettent toutefois clairement en évidence les caractéristiques qui distinguent une bonne conception et celles qu'il vaut mieux éviter.
La taille de l'ancre, généralement déterminée par son poids, est un critère essentiel. Les recommandations des fabricants ou des sociétés de classification telles que DNV GL, établies en fonction du déplacement du navire, ne constituent que des valeurs approximatives. D'une manière générale, le choix d'une ancre plus légère entraîne une perte de sécurité. En cas de doute, il est conseillé d'opter pour une classe de poids supérieure.
Cela concerne en particulier la deuxième ancre. On recommande souvent une version plus légère, ce qui est toutefois incompréhensible. Elle ne doit pas seulement compléter le gréement principal, mais aussi pouvoir le remplacer en cas de défaillance ou de perte. Par conséquent, les mêmes critères devraient être appliqués lors de son choix.
Comparaison des types d'ancres
Avantages Pas cher, se range facilement dans le coffre à provisions, s'enfonce généralement bien dans le sable
Inconvénients Le principal problème réside dans le manque d'auto-stabilisation de la structure. Si l'ancre se met à bouger dans le sol, elle est généralement pratiquement arrachée. Même de légères irrégularités dans la nature du sol ou une modification de l’angle de traction suffisent à faire basculer l’ancrage sur le côté ; on aperçoit alors une partie de l’ancrage dépasser du sol, et celui-ci finit tôt ou tard par se détacher.
Avantages Facile à manœuvrer dans le rouleau d'étrave. Sa forme en charrue redresse automatiquement l’ancre et la stabilise. Le modèle Cobra de Plastimo, en particulier, a convaincu lors des tests. Il prend généralement pied dès le contact avec le fond et s’enfonce très bien. De plus, l’ancre tient très solidement dans le fond et est relativement abordable.
Inconvénients Il existe différents modèles sur le marché, mais tous ne fonctionnent pas aussi bien les uns que les autres. Les modèles articulés sont moins recommandés.
Avantages S'adapte bien à la plupart des ferrures d'étrave. La forme se stabilise une fois dans le fond ; selon le modèle, un étrier ou la répartition du poids peut faciliter le redressement. La pointe s'agrippe généralement bien. Les modèles équipés d'un étrier sont très faciles à transporter grâce à celui-ci.
Inconvénients Il existe de nombreux modèles sur le marché qui, malgré des différences à peine perceptibles, présentent parfois des comportements très différents. Certains modèles ne donnent satisfaction que sur un fond de sable.
Les mathématiques sans manuel scolaire
Même la meilleure ancre ne sert pas à grand-chose si la fixation au bateau n'est pas correcte. La longueur de la chaîne ou de la ligne est notamment déterminante pour le bon fonctionnement de l'ancre. Ce n'est que si la tige de l'ancre reste au fond, même sous l'effet d'une charge, que le fer peut déployer toute sa force de retenue.
Traditionnellement, la longueur de la chaîne est exprimée en multiple de la profondeur de l'eau. En règle générale, il est recommandé de déployer une chaîne dont la longueur est comprise entre trois et cinq fois la profondeur indiquée par le sondeur. Pour les cordages, il convient de déployer une longueur équivalente à huit fois la profondeur de l'eau.
La fourchette indiquée dans la recommandation suscite déjà des doutes quant à son exactitude ; de plus, contrairement à toute expérience pratique, la force du vent n'est pas prise en compte.
C'est également ce qu'a pensé René Lattmann, lecteur du magazine YACHT. Ce skipper expérimenté du Cruising Club de Suisse a profité de cette période sans navigation due au coronavirus pour se pencher sur les mathématiques qui sous-tendent ce phénomène. Dans le cas statique, c'est-à-dire lorsque l'on néglige le balancement et la houle, le tracé de la chaîne d'ancre ou de la ligne d'amarrage suit ce qu'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 la proue, 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 dérivation et la résolution exactes de ces équations dépasseraient le cadre de cet article, mais elles ne sont d'ailleurs pas 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 » correspond à la somme de la profondeur de l'eau et du franc-bord, et le vent est exprimé en nœuds. « K » est une constante propre au navire et à la chaîne :
Dans cette formule, « A » représente la surface de prise au vent du yacht en mètres carrés, et « w » correspond au poids de la chaîne par mètre dans l'eau. La surface d’attaque doit être estimée. Pour ses calculs pratiques, Lattmann a utilisé les données tirées du livre « Richtig ankern » de Joachim Schult et les a adaptées à un Hallberg-Rassy 340.
Une autre possibilité consiste à mesurer directement la traction de la chaîne à différentes intensités de vent. Cependant, compte tenu des forces attendues, de l'ordre de plusieurs centaines de dékanewtons, cela nécessite l'utilisation d'un dynamomètre très robuste.
Ancrage simulé
À l'aide d'un programme écrit par Lattmann, il est possible de simuler différents scénarios d'ancrage. Par exemple, l'évolution d'une chaîne selon la règle du cinq et la longueur réellement nécessaire. Il est frappant de constater que le couplage rigide à la profondeur se révèle erroné aussi bien en eaux peu profondes 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 cette chaîne à tel point que la tige d’ancre est tirée vers le haut avec une force de deux dékanewtons, ce qui correspond environ au poids de deux kilogrammes. Avec un peu plus de vent, la configuration serait définitivement dépassée ; en eaux peu profondes, il faut donc une longueur plus de cinq fois supérieure.
À plus grande profondeur, c'est l'inverse qui se produit. À huit mètres, la règle des cinq imposerait de déployer 40 mètres de chaîne. En réalité, avec un vent de 15 nœuds, environ 28 mètres suffiraient pour maintenir à zéro l'angle d'attaque de la chaîne sur l'ancre.
Plus le vent est fort, plus le décalage par rapport à la règle des cinq se déplace vers des profondeurs plus importantes. Si le vent forcit jusqu'à 6 Beaufort, on n'obtient, selon cette règle, une longueur de chaîne suffisante qu'à partir d'une profondeur de dix mètres.
Lors des calculs, il convient de tenir compte du fait qu'une tige d'ancrage reposant à plat sur le fond est requise, ce qui garantit sans aucun doute la force de retenue maximale de l'ancre. Il est difficile de prévoir dans quelle mesure la capacité de retenue diminue en cas d'angle de traction légèrement orienté vers le haut.
Si l'on autorise une légère remontée de la chaîne, les profondeurs d'ancrage possibles augmentent. C'est cette réflexion qui est à l'origine des règles simples relatives à la longueur des chaînes. Elles reposent sur l'espoir qu'une chaîne entièrement tendue, avec une pente de 1:5 ou 1:8, n'entraîne pas l'arrachement du piton de base.
Une chaîne ou une laisse ?
Le programme permet également de simuler différentes combinaisons de chaînes et de cordages, ou des cordages d’ancrage en plomb. La chaîne est clairement supérieure ; en revanche, les différences entre la longueur de chaîne et le cordage en plomb sont relativement faibles. Avec une ligne de lest de 40 mètres de long, il serait tout juste possible de jeter l’ancre par un vent de 20 nœuds à une profondeur de quatre mètres. Avec le cordage et une longueur de chaîne de dix mètres, la profondeur maximale passe à six mètres. Une chaîne seule suffirait pour une profondeur de près de dix mètres, mais avec ses 56 kilogrammes, elle pèse 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 la conception n’ont aucune importance – mais dans la pratique, c’est tout autre chose. Si vous voulez jouer la carte de la sécurité, optez pour une version galvanisée et calibrée. Veillez à ce que la charge de rupture vous soit garantie. Il existe également sur le marché des chaînes qui ne supportent qu’une fraction des forces habituelles. Les chaînes en acier inoxydable sont non seulement beaucoup plus chères, mais elles sont aussi parfois sensibles à la corrosion. Les problèmes surviennent généralement au niveau des soudures et ne sont pas toujours faciles à détecter ; c’est pourquoi il est recommandé de n’utiliser que des produits de marque. Les principaux avantages de la chaîne en acier inoxydable sont les suivants : elle prend moins de place dans le coffre à ancre, sa surface lisse lui permet de mieux glisser et elle ne forme pas de gros amas sous le treuil.
L'effet d'un poids flottant est également intéressant. En fixant un poids, par exemple une deuxième ancre, juste devant l'ancre principale, on peut augmenter la longueur effective de la chaîne et stabiliser un gréement surchargé.
L'effet dépend de la masse du poids par rapport à la chaîne. Plus le poids est lourd, mieux c'est. Dans notre exemple, avec un poids de 13 kilogrammes dans l'eau et une chaîne de huit millimètres d'épaisseur, la longueur effective peut être augmentée d'environ huit mètres, ce qui permet d'élargir la plage de vent 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 celles des autres diagrammes, ne s'appliquent qu'à un Hallberg-Rassy 340 équipé d'une chaîne de calibre 8 ou à des voiliers comparables. La surface effective d'attaque du vent de la coque et du gréement est estimée à environ 13 mètres carrés. Les voiliers plus grands doivent également utiliser plus de chaîne, tandis que les bateaux plus aérodynamiques s'en sortent avec moins.
De plus, ces calculs se réfèrent à un ancrage stationnaire. Dans la pratique, cependant, le yacht se mettra à bouger lorsque le vent forcit ; il commencera à se balancer d’un côté à l’autre autour de son ancre. Selon le type de bateau et la force du vent, des vitesses considérables peuvent être atteintes avant que la chaîne ne se tende et que le mouvement ne s’arrête. À ce moment-là, l’énergie cinétique est transmise à l’ancre, ce qui entraîne l’apparition de forces de traction plus importantes. Il en va de même en cas de houle : là encore, le gréement doit supporter des contraintes supplémentaires.
Les maillons individuels de la chaîne ne présentent aucun allongement ; par conséquent, ces pics de charge ne peuvent être amortis qu’en soulevant la chaîne et en réduisant son mou. Cela n’est toutefois possible que de manière très limitée en eaux peu profondes, car le poids de la chaîne est insuffisant. Une combinaison chaîne-cordage s’avère alors très avantageuse. Grâce à son allongement de 5 à 15 %, le cordage d’amarrage peut absorber une quantité d’énergie relativement importante (voir le test dans YACHT 13/2010). Il amortit donc efficacement l’enfoncement du bateau lors du balancement. De plus, il est possible de lutter contre le balancement à l’aide d’une voile d’ancre. Lors de nos essais pratiques, l’angle de balancement a pu être réduit d’environ 25 degrés par vent de force 6 Beaufort, ce qui a considérablement atténué la compression de la chaîne.
Même si l'estimation de la surface effective exposée au vent et du comportement dynamique comporte des incertitudes, les analyses théoriques et l'exemple de calcul confirment clairement une chose : le coefficient fixe indiqué dans les manuels ne permet pas de déterminer la longueur optimale de la chaîne.
Dans ce contexte, ce sont surtout les zones d’eau peu profonde qui devraient être déterminantes dans les eaux locales. Dans ces zones, il convient de prévoir une longueur de chaîne supérieure à cinq fois la profondeur de l’eau, même par vent modéré. Mais le comportement de la chaîne à des profondeurs plus importantes est également intéressant. En effet, une eau plus profonde ne signifie pas automatiquement qu’il faille une longueur de chaîne illimitée.
Risque lié aux eaux peu profondes
Lorsque le yacht est à l'ancre, l'appareillage doit supporter des charges nettement plus élevées que celles calculées précédemment. La longueur minimale requise de la chaîne peut donc augmenter considérablement.
Les calculs effectués ci-dessus pour déterminer la longueur minimale nécessaire de la chaîne ont déjà montré que non seulement la profondeur de l'eau, mais aussi la pression du vent jouent un rôle déterminant, et qu'un simple multiple de la profondeur de l'eau peut s'avérer dangereux.
Pour simplifier les calculs, nous nous étions limités à une situation stationnaire, c'est-à-dire que seules les forces directement générées par le vent avaient été prises en compte.
Le navigateur au long cours et lecteur du magazine YACHT, le Dr Mathias Wagner, a mené les mêmes réflexions, mais s'est également penché sur les forces générées par le tangage ou la houle, ainsi que sur leurs conséquences.
À cet effet, on tient compte non seulement de la pression statique du vent, mais aussi de l'énergie cinétique du bateau, car celle-ci doit être absorbée par le gréement d'ancrage. Cette énergie dépend du déplacement du yacht et de sa vitesse de navigation, et peut être calculée à l'aide de la formule suivante :
Où « M » représente le déplacement du yacht et « v » la vitesse atteinte par le « schwoien ». La charge supplémentaire exercée sur le gréement d'ancrage augmente donc avec le déplacement. La vitesse de dérive a une influence encore plus importante, car elle est prise au carré. Elle peut être estimée à l’aide du loch. Si l’on observe l’affichage par vent modéré, on constate que l’on atteint rapidement quelques dixièmes de nœud.
Ignorons un instant l'effet amortisseur d'une élingue d'ancrage éventuellement mise en place ; la chaîne doit alors absorber l'énergie de la houle. Comme elle ne présente pratiquement aucun allongement, cela ne peut se faire que sous forme d'énergie potentielle par le soulèvement de la chaîne. À condition que la chaîne ne soulève pas la tige d’ancrage du fond, on peut en déduire la longueur minimale requise de la chaîne. Le raisonnement détaillé permettant d’obtenir cette formule est disponible sur le site Site web de l'auteur Une explication détaillée dépasserait le cadre de cet article.
Nous nous limitons donc au résultat correspondant à la longueur de la chaîne en mètres :
Le premier terme de la formule décrit l'ancrage statique, tel qu'il a déjà été abordé dans YACHT 12/2020. Le deuxième terme décrit de manière approximative l'effet de l'ancrage dynamique. « Y » correspond à la profondeur de l'eau au niveau de l'ancre, franc-bord compris, « g » à l'accélération gravitationnelle et « m » au 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 exposée au vent et de la force du vent.
Eaux peu profondes dangereuses
Pour mieux comprendre ce que cette formule signifie dans la pratique, rien de tel qu'un exemple. Nous partons à nouveau du cas d’un Hallberg-Rassy 340 équipé d’une chaîne de 8 millimètres. Suite à un autre calcul de la pression du vent, la surface d’attaque du vent « Aeff » s’élève cette fois-ci à 10 mètres carrés.
À une vitesse de glissement de 0,1 nœud, la chaîne ne doit absorber qu'une énergie supplémentaire de 8 joules. De ce fait, la contrainte exercée sur l'ancre correspond, dans une large mesure, à celle d'un ancrage statique. En eaux peu profondes, la composante dynamique devient perceptible. La force agissant sur l'ancre augmente fortement.
Les conséquences sur la longueur de la chaîne sont illustrées dans les graphiques suivants. Tant que la quantité d’énergie à absorber reste faible, les effets dynamiques ne se manifestent qu’à des profondeurs inaccessibles en raison du tirant d’eau, sans que la quille ne s’enfonce dans la vase.
La situation devient critique lorsque la chaîne doit absorber davantage d’énergie, par exemple lorsque le bateau dérive à un nœud. Comme le montre le diagramme ci-dessous, l’ancrage dynamique devient pertinent sur une large plage de profondeurs. Il n’est pratiquement plus possible de jeter l’ancre à moins de sept mètres de profondeur sans surcharger l’ancre.
Les courbes noires indiquent la charge maximale supportée par l'ancre. Si l'on souhaite, par exemple, ne pas lui imposer une charge supérieure à 500 dékanewtons, seules les longueurs de chaîne situées en dessous de cette courbe sont autorisées. Il en résulte qu’il peut s’avérer nécessaire de recourir à des profondeurs d’ancrage plus importantes afin de réduire la charge. Se réfugier en eaux peu profondes en cas de vent fort et de houle n’est pas toujours la bonne solution !
Longs et fins ou courts et épais ?
Il est intéressant de comparer différentes chaînes. 80 mètres d'une chaîne de 8 millimètres pèsent autant que 35 mètres d'une chaîne de 12 millimètres. Les diagrammes indiquent la profondeur maximale possible en fonction de la longueur de la chaîne et de la force du vent.
Ainsi, avec une chaîne de 80 mètres de calibre 8 et un vent de 45 nœuds, on peut jeter l'ancre à une profondeur de onze mètres ; en revanche, avec une chaîne de 35 mètres de calibre 12, on ne peut atteindre qu'une profondeur maximale de cinq mètres. Comme il faut ajouter à la profondeur de l'eau la distance jusqu'au rouleau d'étrave, il ne reste pratiquement plus de marge pour les variations de niveau d'eau liées aux marées.
Dans les zones où la profondeur est importante ou où les marées sont fortes, il vaut mieux opter pour une chaîne fine et longue. Si l’on souhaite limiter le rayon de navigation parce que les baies sont bondées, mais que les marées et la profondeur ne jouent pas un rôle majeur, une chaîne plus lourde mais plus courte constitue alors le meilleur choix.
La nécessité de tenir compte des effets dynamiques dépend des conditions et de la profondeur d'ancrage. Plus l'eau est peu profonde, plus la chaîne d'ancre atteint rapidement ses limites. Cela montre une fois de plus à quel point il est judicieux d'utiliser une élingue en cordage équipée d'un amortisseur de chocs afin de soulager la chaîne. L'allongement nettement plus important de l'élingue permet d'absorber une grande partie de l'énergie.
