Actualité à la Hune

Prototype étonnant

Protei, un voilier à coque flexible !

Qui a dit qu’une coque devait être raide ? Protei, imaginé par Cesar Harada, est un prototype de voilier à coque flexible, dont la stabilité et les performances au virement sont révolutionnaires. Découverte.
  • Publié le : 15/01/2013 - 14:30

Tirer des charges lourdes et longuesL’objectif du projet Protei, d’après Cesar Harada, concepteur des prototypes : «Mettre au point des bateaux contrôlables à distance développant suffisamment de puissance pour tirer une charge longue et lourde tout en ayant un meilleur contrôle de la direction.»Photo @ D.R. Protei

Lutter contre les marées noiresPour nettoyer la marée noire survenue dans le Golfe du Mexique après l’explosion d’une plateforme pétrolière BP, 700 bateaux de pêche reconditionnés furent mobilisés. Or, en trois mois, ils n’ont recueillis que 3 % du pétrole en surface. Le projet Protei a pour but d’améliorer ce faible rendement. Photo @ D.R. ProteiTout est parti d’un constat simple : quand un voilier classique tire une lourde charge, il perd à la fois en vitesse et en précision de pilotage. «J’ai donc voulu mettre au point des bateaux contrôlables à distance et développant suffisamment de puissance pour tirer une charge longue et lourde – des barrages flottants par exemple – tout en ayant un meilleur contrôle de la direction», explique Cesar Harada, concepteur de Protei et ancien chercheur du prestigieux MIT (Massachusetts Institute of Technology). Et l’ingénieur de déplacer le gouvernail à l’avant de la coque… Il fallait y penser.

 

Des coques articulées
Ainsi est né le tout premier prototype Protei, petit voilier-robot doté d’un gouvernail de seulement 14 centimètres placé en avant de la coque. Les tests sont concluants : Protei-001 est assez puissant pour tracter un filet de quatre mètres de long. «Avec qui plus est une maniabilité incroyable et une étonnante capacité à éviter un obstacle à la dernière seconde», se remémore le concepteur, enthousiaste.
Forte de cette réussite, son équipe construit un nouveau proto, équipé cette fois-ci de deux gouvernails : un à l’avant, l’autre à l’arrière. «Mais pourquoi se limiter à deux points de contrôle ? Et si le bateau tout entier servait de gouvernail en changeant de forme ?», se demande alors Harada. L’idée d’une coque flexible prend forme et se concrétise avec Protei-002.

1er prototype : le gouvernail à l’avantAvant d’imaginer une coque flexible, les concepteurs du projet Protei ont d’abord pensé à déplacer le gouvernail à l’avant du bateau. Une idée étonnante mais efficace, aux dires de l’équipe.Photo @ D.R. Protei

Aujourd’hui, on en est à la dixième génération de prototypes. De très nombreux tests ont été menés sur des bateaux de 50 centimètres à 3 mètres de long, construits à des échelles, mécanismes et matériaux très différents (deux options à faibles coûts semblent maintenant privilégiées : la construction en fibres de verre et les engins gonflables), et pouvant tirer des charges de 1 à 20 mètres.

La manière dont Protei se déplace varie d’un proto à l’autre. Prenons Protei-006, par exemple : sur cette machine, des câbles d'aciers mûs par des actuateurs linéaires circulent dans une armature sur les côtés extérieurs de la coque pour en changer la forme de façon dynamique. «Chaque version dispose d’un mécanisme spécifique pour courber la coque du bateau, précise Harada. Mais le principe qui régit le déplacement des différents modèles est similaire : pour établir une bonne comparaison, on peut dire que Protei se déplace comme un poisson.»

Dix générations de prototypesDéjà dix générations de prototypes ont vu le jour, de 50 centimètres à 3 mètres de long, et pouvant tracter des charges plus ou moins importantes. Parmi les pistes explorées actuellement, des engins gonflables (photo).Photo @ D.R. Protei

Quels intérêts en nav’ ?
Les intérêts de ProteiLa coque entièrement flexible permet de capter l’énergie du vent de façon optimale et d’avoir une résistance moindre. Il en résulte une perte de vitesse limitée, notamment lors des virements de bord et des navigations dans une mer formée – théoriquement du moins.Photo @ D.R. ProteiLes performances varient et les recherches sont loin d’être terminées : «Les drones commencent à naviguer correctement, mais nous continuons à chercher pour optimiser les performances de navigation», ajoute Harada.
OK, mais quels sont les avantages observés grâce à la flexion de la coque ? Des virements de bord bien plus efficaces, tout d’abord. Quand un voilier vire, il se retrouve quasiment à l’arrêt face au vent, sans aucune énergie dans ses voiles. C’est encore pire avec une charge tractée – le bateau est complètement stoppé, voire recule. Articuler la coque permet de contrer ce problème : «Sur un voilier à coque rigide, la proue, le mât et les points d'écoute du spinnaker et de la GV sont alignés. Ce n'est pas le cas avec un bateau dont la coque est articulées et courbée : tous ces points se trouvent sur un arc, présentant les voiles à différentes allures du vent. Il n’y a donc pas de passage strictement bout au vent. L'innovation se fait simultanément  aux niveaux aérodynamique et hydrodynamique», précise le concepteur. En effet, les voiles étant toujours sous pression, le bateau semble faire demi-tour en ne perdant que très peu de vitesse.

Par ailleurs – ce n’est pas un scoop –, un bateau à voile a une quille et un gouvernail qui engendrent beaucoup de résistance et de turbulences. Pour pallier ce problème, les prototypes Protei n’ont ni quille, ni gouvernail conventionnels, mais présentent une coque à la forme arrondie. Résultat : en nav’, la perte de vitesse est limitée, la sollicitation de la coque moindre et, à l’inverse, le contrôle de direction accru. La coque souple associée à une quille profonde, lourde et longue, permet en effet à Protei de bien absorber les impacts et de maintenir un cap précis, y compris dans une mer formée. Les personnes qui contrôlent les navires à distance interviennent donc moins souvent pour compenser l’angle de dérive parfois important dans les grosses conditions. Un avantage notable.

Formes arrondies pour les ProteiPas de gouvernail ni de quille "conventionnels" pour les prototypes Protei dont les formes de coque sont très arrondies, en compensation.Photo @ D.R. Protei

Des applications diverses
Des applications diversesMesures océanographiques diverses, surveillance, nettoyage : les applications possibles du Protei sont très diverses. Mais ce ne sera pas pour tout de suite, car le projet est en plein développement et les prototypes demandent encore à être testés puis validés.Photo @ D.R. ProteiCeci dit, le projet Protei n’a pas pour unique vocation de faire avancer la science de la navigation. L’objectif Cesar Harada est de déployer une flotte de drones à voile pour lutter contre les diverses menaces qui pèsent aujourd’hui sur les océans – vaste programme. «Les applications possibles sont nombreuses et diverses. A court terme, nous pourrions effectuer des mesures de radioactivité en mer – dans les environs de Fukushima notamment –, cartographier les récifs coralliens, surveiller la qualité des eaux, quantifier la présence du plastique, compter les poissons pour s’assurer que les quotas de pêche sont respectés, etc.»

A plus long terme, les prototypes auront pour mission de nettoyer les marées noires. C’est d’ailleurs en entendant parler des effets dévastateurs de celle survenue dans le golfe du Mexique en 2010 – suite à l’explosion d’une plateforme pétrolière de la compagnie BP – que Harada a déménagé à la Nouvelle Orléans pour développer un moyen plus efficace de pomper les hydrocarbures. 4 000 personnes, à bord de 700 bateaux de pêche reconditionnés, avaient été mobilisées pour lutter contre cette véritable catastrophe écologique – des millions de barils de pétrole brut se sont déversés en mer. Mais en trois mois, seulement 3 % du pétrole en surface ont été recueillis. C’est très faible au regard de l’investissement financier et surtout des risques humains encourus lors de l’exposition aux produits toxiques.

Protei 8La coque souple associée à une quille profonde, lourde et longue, permet au Protei 8 de bien absorber les impacts et de maintenir un cap précis, y compris dans une mer formée. Photo @ D.R. Protei«Je me suis dit que des bateaux autonomes utilisant des énergies renouvelables, résistants et low cost permettraient d’éviter ces problèmes. Les pollutions suivent des forces naturelles pour se propager : vent, courants, vagues. L’idée est de se servir de ces mêmes forces pour résoudre le problème.» Les prototypes pourront balayer de façon optimale les zones polluées en serpentant nuit et jour, quelles que soient les conditions météo, loin des côtes s’il le faut, et ils obtiendraient théoriquement un bien meilleur rendement que les bateaux actuels.

D’autres applications sont envisagées : recueillir des déchets à la dérive et les substances toxiques ou encore s’attaquer aux fameux «continents de plastique». Cela reste un rêve pour le moment mais Harada se veut optimiste. «Certes, il est terrible de se dire que les pollutions sont d’origine humaine, que nous sommes fautifs. Mais c’est en même temps porteur d’espoir. Car si nous avons le pouvoir de créer ces problèmes, nous avons aussi celui d’y remédier.»   

 

Un projet ouvert
Aujourd’hui, des gens travaillent sur des coques flexibles partout dans le monde. Car au lieu de faire commerce de leur technologie en déposant un contrat d’exclusivité, Cesar Harada et son équipe ont dès le départ monté ce projet en mode “open source”. «Si une technologie est bonne pour l’environnement et la navigation, si elle permet de réduire la facture énergétique, il ne faut pas en garder le monopole, mais à l’inverse créer une communauté pour progresser plus vite.» Concrètement, chacun peut apporter sa contribution à la technologie et effectuer des modifications. En échange, il doit simplement partager ses avancées, ou à l’inverse tirer les leçons de ses échecs, sur un site dédié (ici). Des amateurs ?


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Le site de Protei est ici.