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Systèmes intégrés

Il y a quelques années encore, les propriétaires de bateaux achetaient généralement leurs instruments de navigation séparément, optant pour des échosondeurs, radars, compas, anémomètres, Decca, GPS, lecteurs de carte, speedomètres et autopilotes de différentes marques.

Aujourd’hui, certains grands fabricants proposent des systèmes modulaires intégrés à géométrie variable. Cette innovation résulte du développement d’un bus de données spécial et d’un protocole de communication, ainsi que d’un ordinateur de bord dédié qui traite toutes les informations en provenance des différents modules connectés sur le bus et optimise, à la lumière de celles-ci, les différentes fonctions. Ainsi, un autopilote guidant un bateau entre deux waypoints GPS est par exemple capable de corriger tout écart de cap transversal, dû à des courants perpendiculaires au cap du bateau.

Depuis que certains fabricants d’instruments se sont convertis en fournisseurs de systèmes, le marché n’a désormais plus d’yeux que pour quelques acteurs majeurs.

Qui veut acheter un autopilote a le choix entre :

1. un autopilote qui fonctionne en toute autonomie et utilise uniquement les signaux en provenance d’une girouette ou d’un compas (par ex. Autohelm 800) ;

2. un autopilote qui est en communication avec d’autres modules via un bus de données (par ex. SeaTalk from Autohelm, Robnet by Robertson) et/ou une interface NMEA 0183 ;

3. un système dont les modules ne peuvent être connectés que sur le bus de données du fabricant (B&G).

Exemple de système Simrad pour autopilotes Robertson.

Aujourd’hui, la plupart des autopilotes font partie intégrante d’un système complexe sur lequel, grâce aux interfaces NMEA (National Marine Electronics Association), peuvent venir se greffer des instruments de différents constructeurs. Il y a quelques années, il fallait être optimiste pour croire que tous ces instruments puissent parfaitement communiquer entre eux en utilisant les mêmes interfaces. En dépit de l’existence de différents standards, y compris pour les interfaces NMEA, nombreux sont les navigateurs qui l’ont appris à leurs dépens. Quant aux fabricants d’instruments, ils se renvoyaient systématiquement la balle : quand il y avait un problème de communication, c’était toujours la faute de l’instrument situé de l’autre côté de l’interface ! À ce jour, on est heureusement parvenu à remédier à la plupart de ces maladies de jeunesse. Il n’empêche que sur le plan de la rapidité, les bus de données spécifiquement conçus pour une marque d’instruments continuent de battre les interfaces NMEA : un atout qui mérite d’être souligné, la vitesse de transmission d’une impulsion de guidage en provenance d’un capteur ne pouvant jamais être assez rapide.

Un autopilote qui réagit aux signaux d’un compas fluxgate ou gyroscopique optimisés par un système de navigation intégré, est parfaitement capable de guider un bateau d’un waypoint à l’autre – à condition, bien entendu, que le vent veuille bien coopérer.

Le NavPlotter 100 d’Autohelm

La girouette-anémomètre

La plupart des autopilotes peuvent être assistés par une girouette-anémomètre qui leur transmet des informations sur l’angle du vent apparent. Le signal de cette girouette-anémomètre leur sert dès lors d’impulsion de guidage. Ce signal est fourni soit par l’unité de tête de mât, soit par une petite girouette fixée sur un mât à l’arrière du bateau. Aucune de ces deux solutions n’est cependant réellement satisfaisante en cas de houle, grande ou petite, pour la bonne raison que la qualité du signal est compromise par les mouvements du mât et de l’unité de tête de mât, la déflexion de l’air vers le haut par la grand’voile ou les turbulences à l’arrière du bateau. La petite taille de cet instrument n’est pas pour améliorer le problème.

Lorsqu’on se sert d’un ordinateur de bord pour calculer l’angle du vent apparent, celui-ci doit tenir compte d’un tas d’autres paramètres concrets tels que le roulis, le tangage, la vitesse, l’accélération, l’angle du vent réel, etc. pour pouvoir donner au module de commande des instructions précises se traduisant par une tenue de cap optimale. Quand on navigue, l’autopilote peut être assisté à une girouette-anémomètre ou un compas, mais jamais par un instrument de navigation ou de positionnement. Si vous voulez que votre bateau avance, il est essentiel de naviguer par rapport à l’angle du vent apparent.

La consommation d’un autopilote

La consommation en énergie d’un autopilote dépend non seulement de sa puissance, mais aussi d’autres facteurs tels que :

· la longueur et le déplacement du bateau : plus le bateau est grand, plus l’autopilote consommera de l’énergie ;

· le type de gouvernail : l’autopilote devra exercer plus de force sur un gouvernail monté sur la quille et non compensé que sur un gouvernail semi-compensé à guibre. Les gouvernails entièrement compensés et sans guibre demandent encore moins d’efforts ;

· la vitesse à laquelle la position du gouvernail doit être corrigée : cette vitesse dépend de la stabilité de cap du bateau et donc indirectement de la forme de sa carène ;

· le réglage et la prise des voiles : un bateau dont les voiles sont mal réglées et ont trop de prise du côté du vent demande nettement plus d’efforts de la part de l’autopilote qu’un bateau bien équilibré ;

· les conditions de la mer : plus la houle est forte et plus les embardées sont grandes, plus l’autopilote aura à intervenir ;

· la précision de pilotage souhaitée : plus vous voulez que le bateau se conforme au cap de consigne, plus l’autopilote aura du pain sur la planche ;

· le logiciel ou précision du réglage manuel : plus les algorithmes de l’ordinateur de bord sont ciblés, c.-à-d. au diapason du bateau qu’ils sont appelés à piloter, plus vous épargnerez de l’énergie. La consommation énergétique d’un autopilote réglé manuellement dépend quant à elle en grande partie de la sensibilité de cet autopilote et de sa facilité de réglage.

Comment économiser de l’énergie ?

Une fois qu’on a tenu compte de tous ces aspects susceptibles de réduire déjà considérablement la consommation en énergie, reste à diminuer la fréquence des corrections de cap. Pour ce faire, il y a lieu d’agrandir l’angle dont le bateau peut s’écarter de sa route avant que l’autopilote n’ait à intervenir, autrement dit, d’offrir au bateau une plus grande liberté de manœuvre entre deux corrections de cap.

Tous les autopilotes modernes sont autodidactes, c.-à-d. programmés pour reconnaître certains lacets récurrents. Leur cycle de fonctionnement, ainsi que le temps de fonctionnement du moteur s’en trouvent écourtés. En présence d’un mouvement qui leur est familier, cela leur permet également d’intervenir très rapidement et de déployer, à ce stade précoce, moins d’efforts que s’ils intervenaient plus tard. Hélas, la liste des mesures visant à économiser de l’énergie s’arrête là.

La consommation moyenne dont font état les fabricants de pilotes de cockpit est basée sur un cycle de fonctionnement de 25%. Concrètement, cela supposerait que l’autopilote n’ait à intervenir qu’à concurrence de 15 min./heure, ce qui ne nous paraît pas très réaliste. La consommation moyenne effective risque donc d’être plus élevée.

C’est surtout quand on fait de longs voyages qu’on se rend compte de l’abîme entre la théorie et la pratique. Sur un bateau, la maîtrise de l’énergie est pourtant doublement importante, car chaque ampère que l’on consomme doit être généré à bord. La différence entre la consommation moyenne indiquée par les constructeurs et le temps de fonctionnement effectif du moteur de l’autopilote peut être considérable. La réalité ne correspond jamais à une moyenne et la consommation réelle est toujours supérieure à la moyenne.

Un bateau uniquement équipé d’un échosondeur, d’un GPS de poche, de lampes à paraffine, d’un régulateur d’allure et sans réfrigérateur – dont la consommation est donc réduite au maximum – ne risque pas d’épuiser ses batteries. Or, ce bateau n’a aucune commune mesure avec la moyenne des yachts de croisière. La flotte de l’ARC, qui passe chaque automne par les îles Canaries, en dit long à ce sujet. Depuis une dizaine d’années, les yachts qui y participent ont en moyenne une longueur 13 m/44 ft. Ceux de moins de 33 ft se comptent sur les doigts de la main. En plus, ils sont généralement super équipés, non seulement d’instruments de navigation sophistiqués tels que GPS, lecteurs de carte et radar, onde courte, radio SSB et VHF, mais aussi d’un réfrigérateur, de pompes, d’un dessalinisateur et d’un éclairage extérieur.

Sur un bateau de 13 m/44 ft croisant sous des latitudes plus chaudes, l’ensemble de ces appareils consomme en moyenne 120 ampères-heures (Ah) par jour – sans compter la consommation d’un autopilote électrique. Cet exemple montre clairement à quel point la maîtrise de l’énergie est importante à bord d’un yacht à voile. L’impact d’un autopilote sur le budget énergétique est considérable, surtout lorsqu’il s’agit d’un modèle hautement performant. Tous les livres consacrés au problème de la maîtrise de l’énergie à bord d’un bateau sont unanimes : qui prête trop peu d’attention à ce problème complexe avant le départ le regrettera amèrement une fois en mer.

Pilote de barre à roue Autohelm

Pour un bateau de 13 m/44 ft, comme celui que nous avons pris en exemple, les constructeurs conseillent d’utiliser un autopilote qui consomme de 2,7 à 6 A/heure. Cela veut dire que s’il fonctionne en permanence, cet autopilote fera grimper la consommation totale du bateau d’au moins 50% sur une période de 24 heures. En plus, on ne peut pas perdre de vue que si la tension devient trop faible (moins de 10,5 V), certains appareils branchés sur le circuit électrique du bateau tomberont en panne. À la lumière de toutes ces données, une batterie d’une capacité de 600 Ah n’est pas un luxe superflu.

Les générateurs à vent, eau, vagues et énergie solaire peuvent aider, mais comme ils sont tributaires des conditions atmosphériques, jamais au point de pouvoir répondre systématiquement à ces besoins en énergie supplémentaire journaliers. Le navigateur et organisateur de courses Jimmy Cornell l’a d’ailleurs confirmé à l’issue d’un debriefing avec les navigateurs qui avaient participé à la course Europa de 1992. En plus, si un des générateurs d’appoint a des problèmes ou tombe en panne, les autres devront forcément tourner plus longtemps et risqueront, en l’absence d’une bonne isolation acoustique, d’empester rapidement la vie à bord. La chaleur supplémentaire qu’ils génèrent peut, quant à elle, parfois venir à point, par exemple aux heures les plus fraîches aux Bermudes...

Les problèmes d’énergie sont bien entendu moins cuisants sur des bateaux de plaisance, du fait qu’on n’est jamais très loin d’un port où il y a moyen de recharger les batteries.

Les fonctionnalités de l’autopilote (Autohelm 6000/7000)

1. Sélection de gain (9 possibilités de configuration) : dose la réaction du gouvernail en fonction de l’écart du cap de consigne. Si l’angle est trop grand, le bateau survirera. S’il est trop petit, le bateau sous-virera.

2. Amortissement (9 possibilités de configuration) : permet d’amortir les embardées.

3. Position du gouvernail par rapport à l’axe central du bateau : angle réglable de -7 à +7 degrés.

4. Limitation de la course du gouvernail : cette fonction limite la course de l’autopilote fonctionnant à plein régime pour l’empêcher d’occasionner des dégâts mécaniques.

5. Vitesse de réponse : détermine la vitesse à laquelle le bateau réagit aux corrections de cap de l’autopilote.

6. L’autopilote peut être configuré pour une vitesse de croisière moyenne ou toute autre vitesse de 4 à 60 nœuds (bateau à voiles ou à moteur).

7. Alarme de déviation de cap : alarme sonore se déclenchant lorsque le bateau s’écarte pendant plus de 20 secondes de x degrés (valeur programmable) du cap de consigne.

8. Trim (4 possibilités de configuration) : réglage du mouvement supplémentaire que le gouvernail doit exécuter pour neutraliser les poussées excentrées (par ex. pour actionner une hélice excentrée). Cette fonction n’est utilisée que sur des bateaux à moteur.

9. Joystick : deux possibilités de configuration (peu pertinent sur un bateau à voiles)

10. Configuration en fonction du type d’autopilote (linéaire ou hydraulique).

11. Temporisation (9 possibilités de configuration) : retarde la réaction de l’autopilote lorsqu’il a du jeu ou du mou sur le système de pilotage.

12. Possibilité de saisir une déviation compas à partir d’une carte.

13. Dispositif de compensation de la déviation N-S : permet au compas de recevoir un signal précis dans des régions où le nord est instable.

14. Vitesse de réponse de l’autopilote (3 possibilités de configuration) : plus la vitesse de réaction est élevée, plus le bateau se conformera au cap de consigne et plus la consommation électrique sera élevée.

Toutes ces fonctions sont programmées par défaut au départ de l’usine, mais peuvent être modifiées à bord. Le tout est d’apporter ces modifications en tenant compte, pour chacune d’entre elles, des caractéristiques spécifiques du bateau.

En résumé, sachez que le niveau de performance de tout autopilote dépend de ses accessoires. Ceci ne pouvant être optimisé, l’unique chose que l’on puisse faire une fois que l’autopilote est dûment configuré, c’est espacer davantage les corrections de cap pour économiser de l’énergie, tout en s’assurant que le bateau est bien équilibré et que les voiles sont bien réglées. C’est clair que plus le degré de précision souhaité est élevé, plus le gouvernail devra intervenir fréquemment et plus l’autopilote consommera.

Les limites des autopilotes

Les vents changeants donnent du fil à retordre même aux autopilotes les plus performants, car ils sont incapables de détecter les petits changements d’orientation du vent (voiles à contre). L’unique solution est d’opter pour un cap plus bas ce qui, hélas, signifie s’écarter davantage du cap de consigne. On peut bien entendu connecter une girouette-anémomètre sur l’ordinateur de bord mais, comme nous l’avons vu plus haut, celle-ci ne donne pas toujours les résultats escomptés.

Qui navigue en haute mer a pourtant forcément affaire à des vents arrière. Les routes autour du monde sont universellement connues. Tous les navigateurs qui font de longs voyages savent qu’ils devront composer avec des alizés, mais rêvent de naviguer allures portantes. Il est donc essentiel qu’un autopilote, ou tout autre système de pilotage automatique, puisse maintenir le cap lorsqu’il navigue vent arrière. Tout navigateur chevronné sait qu’il ne doit pas s’attendre à ce qu’un autopilote fasse des miracles et soit capable de fournir une précision de cap de 5° dans les alizés et dans la houle que ces vents provoquent. Mais il sait également que si son autopilote s’écarte brusquement de 100° de la route préconisée, il arrivera à bon port, mais probablement pas là où il l’espérait.

Pour être sûr de maintenir le cap avec un autopilote non assisté, il n’y a qu’une solution : acheter un autopilote puissant et rapide. En l’absence de tout autre système capable de maintenir le cap, quelle que soient les conditions du vent et de la mer, cette option fait inévitablement ressurgir le problème de la consommation énergétique. Finalement, c’est à chaque skipper de décider, en fonction des budgets dont il dispose et de ses besoins journaliers en électricité, quelle solution répond le mieux à ses exigences.

Les problèmes de consommation poussent souvent les navigateurs à opter pour un autopilote légèrement sous-dimensionné. Or, il est clair que dès que les conditions ne sont plus optimales, cet autopilote devra fonctionner en limite de ses capacités et en souffrira. N’ayant plus la moindre réserve de vitesse ni de puissance pour répondre à une demande d’efforts supplémentaires, il risque de ne plus être à la hauteur, c.-à-d. de réagir trop lentement et de ne plus avoir la force de maintenir le cap. Dans de telles conditions, le risque de surcharge mécanique est réel. Chuck Hawley de West Marine (qui, avec ses quelques 400 points de vente et de service aux États-Unis, figure parmi les plus gros distributeurs d’autopilotes du monde) va même plus loin en affirmant dans son catalogue d’entreprise que, lors de longs voyages, « tout pilote de cockpit sera inévitablement appelé à être réparé ». Et de poursuivre : « Pour de longs voyages, nous vous conseillons donc vivement :

- soit d’emmener un pilote de réserve au cas où le premier rendrait l’âme ;

- soit d’installer en plus un régulateur d’allure afin de ne pas dépendre uniquement de votre autopilote ;

- soit de vous faire à l’idée que vous devrez vous-même tenir la barre, sans fermer l’œil ou resque. »

Les vitesses de fonctionnement et les caractéristiques techniques des différents pilotes de cockpit sont un bon repère pour se faire une idée de leurs performances.

Interférences électromagnétiques

Les interférences électromagnétiques générées par les transmetteurs et récepteurs HF à bord étaient autrefois un problème courant se traduisant par un comportement anormal de l’autopilote (brusques écarts de cap). Ce problème devrait être bientôt résolu grâce à l’introduction du standard européen de compatibilité électromagnétique CEM. La meilleure façon de protéger les systèmes électroniques actuels contre ce type d’interférences est d’isoler dûment les câbles d’alimentation.

Navigation extrême

Les autopilotes sont incapables de s’acquitter dûment de leur tâche dans les régions du globe où le nord est instable. Les solitaires du BOC Challenge et du Vendée Globe sont unanimes : sous les hautes latitudes du Pacifique Sud, les compas des autopilotes perdent littéralement le nord. Lors de l’édition 1992 du Vendée Globe (course autour du monde en solitaire et sans escale), Nandor Fa – skipper du yacht hongrois K & H Bank aux prises avec ce problème – reçut, en réponse au fax qu’il avait envoyé au constructeur de son pilote Robertson pour demander ce qu’il devait faire, le conseil suivant : « Décrivez en l’espace de quelques minutes trois cercles complets en eaux calmes. Cela devrait permettre au compas de se réorienter spontanément ».

Nandor Fa à bord du K & H Bank

Un conseil judicieux, si ce n’est que "eaux calmes" ne rime pas avec le comportement chaotique des océans de l’hémisphère sud. Après avoir barré lui-même pendant plusieurs jours, Fa eut soudain l’idée de démonter le compas et de le faire pivoter doucement dans sa main. Depuis lors, il utilise des systèmes Autohelm, qui sont aujourd’hui assistés par un logiciel GPS, spécialement conçu pour aider le compas à envoyer des signaux précis même lorsque le nord est instable. Cette étroite collaboration entre les constructeurs et les navigateurs qui participent à des courses comme le BOC et le Vendée Globe est garante d’un perfectionnement permanent de ces systèmes. De nos jours, presque tous les voiliers qui participent à des courses autour du monde sont équipés de systèmes Autohelm.

Un des résultats de cette collaboration a été le développement d’organes d’accouplement plus robustes pour la navigation hauturière. En 1996, Autohelm a lancé un kit "Grand-Prix" pour optimiser ses séries 4000/6000/7000. Les pièces qui sont traditionnellement en Delrin® (matière plastique) y sont remplacées par des pièces équivalentes en acier. Les organes d’accouplement en plastique sont idéaux pour la navigation de plaisance, mais ne sont souvent pas faits pour résister aux énormes contraintes auxquelles ils sont soumis lors de longs voyages en haute mer. Les systèmes hydrauliques sont immunisés contre ce genre de problèmes pour la bonne raison qu’ils sont dénués de tout organe de transmission mécanique (Autohelm 6000/7000 à transmission hydraulique ou hydraulique/linéaire, B&G Network, Hydra 2, Robertson, VDO, Cetrek, Navico, Coursemaster, Silva, Alpha, W-H).