Guide Complet d’Utilisation & Manuel d’Architecture Navale — CatamaranLab

Ce manuel détaille pas à pas l’utilisation du laboratoire paramétrique CatamaranLab, l’interprétation mécanique de ses courbes hydrostatiques, l’extraction du Plan de Formes et du Modèle 3D, ainsi que la vidéo tutorielle explicative au format 16:9 HD.

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1. Vue d’Ensemble de l’Interface & Préréglages Architecturaux

 

Dès l’ouverture, l’atelier CatamaranLab s’organise autour de trois blocs complémentaires :

1. Barre de Modes & 4 Scénarios Prédéfinis (en haut) :

   • Basculez entre Atelier Complet (2D + Formes + 3D), Vue 3D (.OBJ), Plan de Formes & Cotes ou Plans Vectoriels 2D.
   • Testez instantanément 4 programmes types d’architecture navale :
     • 01. Catamaran École Équilibré : Flotteurs tolérants ($5.20text{ m} times 2.45text{ m}$), volume d’étrave sécurisant et plan de voilure modéré ($16.5text{ m}^2$).
     • 02. Sancissement Critique : Mât surdimensionné ($10.6text{ m}$, $25.5text{ m}^2$), étraves inversées très fines (Bow Angle = -14°, Tangency = 0.26) et équipage avancé provoquant l’enfournement sous risée.
     • 03. Limite de Dessalage : Poutres étroites (BOA = 2.05 m), équipage léger centré et angle de haubanage aigu entraînant un chavirage transversal précoce et une forte compression de mât.
     • 04. Raid Haute Vitesse : Flotteurs allongés ($6.40text{ m}$), plateforme large ($3.25text{ m}$) et équipage sorti au trapèze arrière ($105%$).

2. Bandeau de Télémétrie Temps Réel (6 cartes KPI) :

   • Déplacement Total ($Delta$) : Somme du devis de masse lège (coques + poutres + gréement) et du poids de l’équipage.
   • Seuil de Dessalage : Vitesse maximale du vent réel (en nœuds et Beaufort) avant que le moment d’inclinaison vélique ne dépasse le couple de redressement maximal.
   • Seuil de Sancissement : Vitesse maximale du vent avant submersion complète du volume de réserve avant.
   • Compression Mât : Effort axial vertical (en $text{daN}$) exercé sur l’épontille / pied de mât par la tension combinée des haubans, de l’étai et de l’écoute.
   • Torsion Poutres : Couple de vrillage inter-coques (en $text{N}cdottext{m}$) encaissé par les poutres de liaison.
   • Vitesse & Traînée : Vitesse cible issue de l’équilibre propulsion/traînée et surface mouillée totale ($S_{text{mouillée}}$).

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2. Inspection Spatiale 3D & Export Maillage CAO (.OBJ)

Le modeleur surfacique 3D (WebGL / Three.js) génère en temps réel la géométrie exacte du catamaran :

• Découpage Surfacique en 3 Zones :
  • Œuvres vives (Bleu marine) : Partie immergée de la carène sous la ligne de flottaison nominale ($DWL$).
  • Œuvres mortes (Blanc nacré) : Franc-bord émergé au-dessus de la $DWL$.
  • Pont bougé & Tableau arrière (Gris clair) : Surface supérieure avec bouge de pont et tableau arrière franc.
• Gréement Vectoriel 3D :
  • Mât profilé, bôme, patte d’oie d’étrave (bridle), étai et haubans latéraux.
  • Foc et Grand-Voile cambrés : Construits mathématiquement entre leurs 3 points d’ancrage exacts (Point d’amure, Point de drisse colinéaire à l’étai/mât, Point d’écoute) avec profil NACA creux.
• Commandes du Dock 3D Inférieur :
  • Caméras : 3/4 Perspective, Étraves (Face), Poupe, Carène (Sous DWL), Zénithale.
  • Assiette Dynamique vs Flottaison DWL : Permet d’observer le navire soit à plat sur ses lignes d’eau théoriques, soit incliné selon son angle de gîte et d’assiette piqueuse réels sous l’effet du vent.
  • Couples 3D : ON/OFF : Affiche les anneaux des 11 couples ($C0$ à $C{10}$) directement plaqués sur la coque 3D.
  • Exporter Maillage 3D (.OBJ) : Télécharge un fichier Wavefront .obj contenant les deux flotteurs paramétriques prêt à être ouvert dans Rhino 3D, Blender, FreeCAD ou SketchUp.

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3. Extraction du Plan de Formes Naval & Tableau de Cotes (mm)

L’atelier Plan de Formes & Cotes produit la liasse d’exécution traditionnelle d’un flotteur sur 11 couples ($C0$ à $C{10}$), en garantissant que l’abscisse longitudinale reste strictement bornée dans $[0, text{LOA}]$ :

1. 01. Élévation Longitudinale (Sheer Plan / Buttocks) :
   • Présente la ligne de livet de pont, le profil de quille (rocker), les 6 plans de flottaison horizontaux ($WL_{-2}$ à Pont) et les 3 sections longitudinales verticales (Buttocks $B_1, B_2, B_3$) qui révèlent la douceur des lignes d’entrée et de sortie d’eau.
2. 02. Plan des Lignes d’Eau (Half-Breadth Plan / Waterlines) :
   • Affiche les demi-largeurs du flotteur pour chaque hauteur d’eau. Permet de contrôler visuellement l’effet du curseur Bow Tangency (entrée d’eau creuse/fine vs convexe/porteuse) et du curseur Stern Width (tableau arrière pincé vs large).
3. 03. Vertical des Couples (Body Plan) & Cartouche :
   • Selon la convention navale, les couples arrière ($C_0$ à $C_5$) sont tracés à gauche de l’axe médian et les couples avant ($C5$ à $C{10}$) sont tracés à droite.
   • Cliquez sur l’un des boutons C0 à C10 dans la barre d’inspection pour isoler un couple sur les trois vues et lire son abscisse $X$, son demi-bau maximal et son aire de section immergée ($A_x$ en $text{cm}^2$).
4. Tableau de Cotes Officiel (Table of Offsets en millimètres) :
   • Donne pour chaque couple ($C0$ à $C{10}$) les demi-largeurs exactes en millimètres sur les 6 lignes d’eau, la hauteur de quille et la hauteur de livet.
5. Trois Formats d’Export Direct :
   • Exporter Plan SVG (A3) : Fichier vectoriel complet avec cartouche prêt pour l’impression ou l’édition vectorielle.
   • Exporter DXF 3D (CAO/Rhino) : Fichier .dxf contenant les polylignes 3D des couples, waterlines et buttocks sur des calques séparés (COUPLES_STATIONS, WATERLINES, BUTTOCKS).
   • Tableau de Cotes (.CSV) : Fichier tableur compatible Excel / LibreOffice / logiciels de découpe numérique CNC.

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4. Équilibre Vectoriel 2D — Centres CV, CG, CC & Garde Vélique

Les deux vues dynamiques 2D permettent d’analyser l’interaction géométrique des forces :

• Vue Latérale (Profil & Enfournement) :
  • Positionne en temps réel le Centre Vélique (CV) dans la voilure, le Centre de Gravité (CG) (influencé par la masse et la position de l’équipage) et le Centre de Carène (CC) (barycentre du volume d’eau déplacé).
  • Calcule la Garde Vélique (Lead) en % LOA : écart horizontal entre CV et CC, déterminant l’équilibre de barre (bateau ardent vs mou).
  • Affiche la zone grisée/colorée de réserve de flottabilité avant dans le tiers avant du flotteur et les flèches dynamiques : poussée propulsive ($F{text{prop}}$), moment piqueur ($M{text{piqueur}}$), poids, poussée d’Archimède et traînée hydrodynamique ($R_{text{tot}}$).
• Vue en Plan & Coupe Transversale (Gîte & Rappel) :
  • Montre le bras de levier transversal entre la coque sous le vent (pivot d’Archimède) et le centre de gravité déplacé au vent par l’équipage au rappel ou au trapèze.

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5. Diagnostic Mécanique : Sancissement & Actions Correctives

Le panneau « Avis de l’Architecte Naval — Compromis & Limites Physiques » traduit les équations mécaniques en un diagnostic pédagogique structuré en 4 domaines (Longitudinal, Transversal, Structure, Hydrodynamique) :

• Comprendre le Sancissement (Enfournement) :
  • La composante propulsive longitudinale du vent ($54%$ de la force aérodynamique totale, $sin 32.7^circ$) s’applique au Centre Vélique (CV) situé à plusieurs mètres au-dessus de l’eau, créant un moment piqueur ($M{text{piqueur}} = F{text{prop}} times h$).
  • Si l’étrave est trop fine (Bow Tangency bas) ou inversée avec peu de franc-bord, le volume de réserve avant ($text{m}^3$) est submergé avant de pouvoir générer une poussée d’Archimède suffisante : l’étrave enfourne et le bateau bascule par l’avant.
• Actions Correctives en Un Clic :
  • Lorsqu’un état ▲ VIGILANCE ou ■ CRITIQUE est détecté, des boutons d’intervention directe apparaissent sous la synthèse (Reculer l’équipage (-1.20 m), Sortir au trapèze (110%), Élargir BOA (+0.40 m), Réduire la voilure (-20%)) pour observer immédiatement l’effet mécanique du correctif.

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6. Tensions Structurelles & Traînée Hydrodynamique ITTC-1957

La partie inférieure du tableau de bord détaille les contraintes internes et la résistance à l’avancement :

1. Tensions Structurelles & Efforts de Liaison :

   • Compression du mât (Épontille) : Résultante verticale des tensions de haubans, d’étai et d’écoute de grand-voile. Plus le bateau est étroit (BOA faible), plus l’angle de haubanage $theta$ est fermé, ce qui démultiplie la tension du hauban au vent et la compression axiale du mât.
   • Tension de la Martingale : Effort repris par le câble sous la poutre avant pour empêcher son fléchissement sous la poussée du pied de mât.
   • Tension de l’Étai : Sollicitée directement par le moment piqueur longitudinal et la tension de chute de grand-voile.
   • Couple de Torsion des Poutres : Moment de vrillage entre les deux coques causé par l’asymétrie de poussée d’Archimède et de traînée.

2. Traînée Hydrodynamique (Loi ITTC-1957 Dynamique) & Froude :

   • Traînée de frottement visqueux ($R_f$) : Calculée dynamiquement à partir du nombre de Reynolds ($Re = frac{V cdot L_{text{WL}}}{nu}$ avec $nu = 1.19 times 10^{-6}text{ m}^2/text{s}$) selon la formule de corrélation ITTC-1957 :
     $$CF = frac{0.075}{left(log{10}(Re) – 2right)^2}$$
   • Résistance de vague ($R_w$) : Fonction du nombre de Froude ($Fn = frac{V}{sqrt{g cdot L_{text{WL}}}}$), de l’élancement des flotteurs ($L/B$) et de la finesse d’entrée d’eau (Bow Tangency).
   • Traînée de tableau arrière ($R_{text{poupe}}$) : Évalue la dépression tourbillonnaire derrière un tableau arrière trop large (Stern Width élevé) et insuffisamment dégagé (Stern Height bas) aux vitesses sous-critiques.

🎥 Vidéo Tutorielle Explicative (Format 16:9 HD — 1280×720)

• Fichier vidéo (dossier /tuto) :
  

video_tuto_catamaran_16_9.mp4

Format : MP4 (H.264 / AAC, Ratio 16:9, 1280×720 px, 30 fps)

Sommaire minuté des 7 séquences de la vidéo :

1. 00:00 – 00:05 · Séquence 01 — Architecture Générale & Télémétrie : Présentation de l’interface en deux zones (scène graphique à gauche, 14 curseurs paramétriques à droite) et du bandeau des 6 indicateurs clés (déplacement, seuils de dessalage et de sancissement, compression de mât, torsion des poutres, vitesse et traînée).
2. 00:05 – 00:12 · Séquence 02 — Modèle 3D Surfacique WebGL : Inspection à 360° des flotteurs (distinction entre œuvres vives en bleu marine sous la DWL, œuvres mortes en blanc nacré et pont bougé), activation des Couples 3D ($C0$ à $C{10}$), vue frontale des étraves et bascule en Assiette Dynamique (gîte + enfournement).
3. 00:12 – 00:17 · Séquence 03 — Modélisation Paramétrique en Temps Réel : Manipulation directe des curseurs de largeur hors-tout (BOA), d’inclinaison d’étrave (Bow Angle) et de vitesse du vent réel (TWS en nœuds / échelle de Beaufort).
4. 00:17 – 00:25 · Séquence 04 — Extraction du Plan de Formes Naval & Tableau de Cotes : Parcours des 3 vues orthogonales normalisées (Élévation des Buttocks, Plan des Demi-Largeurs / Waterlines, Vertical des Couples / Body Plan), inspection interactive du couple C8, lecture du Tableau de Cotes officiel en millimètres et exports CAO (.SVG, .DXF, .CSV).
5. 00:25 – 00:29 · Séquence 05 — Équilibre Vectoriel 2D : Lecture des plans 2D vectoriels montrant l’alignement du Centre Vélique (CV), du Centre de Gravité (CG) et du Centre de Carène (CC), la garde vélique (Lead en % de LOA) et les vecteurs de forces ($F{text{prop}}$, $M{text{piqueur}}$, $R_{text{tot}}$, Poids et Archimède).
6. 00:29 – 00:35 · Séquence 06 — Scénario « Sancissement Critique » & Avis de l’Architecte : Mise en évidence d’un enfournement longitudinal par manque de réserve de flottabilité avant, lecture du diagnostic dynamique et déclenchement en un clic de l’action corrective Reculer l’équipage.
7. 00:35 – 00:39 · Séquence 07 — Tensions Structurelles & Traînée ITTC-1957 : Analyse des efforts dans le haubanage, l’étai, l’épontille et la martingale, et décomposition de la résistance hydrodynamique selon la loi ITTC-1957 (nombre de Reynolds $Re$ et coefficient de frottement $C_F$ dynamique).