IMOCA bas carbone, possible ou impossible ? L’équipe de Gildas Plessis nous a soumis ce projet très documenté qui tend à prouver qu’une course au large alternative est possible et qu’elle ne serait pas un frein à l’innovation. C’est même tout le contraire ! - Partie 1 Texte : Gildas Plessis et F.-X. de Crécy

Sommaire :

• IMOCA Bois, Partie 1
• IMOCA Bois, Partie 2
• L'équipe de travail
• Comment sont faits nos calculs ?
• Biosourcer, c'est tout naturel
• Course au large 2030 : un sport à réinventer ?

La course au large est depuis toujours un formidable laboratoire. Et ce qui est vrai pour la course à la performance l’est, ou doit l’être aussi, pour la quête de bateaux sobres en termes d’impact carbone. Aujourd’hui, on voit poindre des innovations prometteuses dans tous les domaines. Si on se limite à la partie composite, il faut par exemple suivre de près les travaux sur l’époxy solvable ou encore la filière du carbone directement issu des déchets de l’industrie aéronautique, un sujet sur lequel Armel Tripon a obtenu d’excellents résultats. Les bateaux de course de demain intégreront ces innovations et d’autres sans doute dont nous n’avons pas idée. Mais même en se limitant à des matériaux existants et éprouvés, on peut faire beaucoup mieux en termes d’impact carbone avec une perte de performance marginale. C’est ce que nous avons voulu démontrer avec ce projet d’IMOCA en bois. Il se situe dans la continuité du travail réalisé à petite échelle sur les day-boats du chantier Kaori (Flavien Gaulard), puis sur le Greenscow 40, un Class40 en contreplaqué-époxy qui pourrait bien voir le jour prochainement. Notre IMOCA, à ce stade, n’est qu’un exercice de style, ou plutôt un démonstrateur.

On peut le construire demain !

Mais il pourrait très bien être construit et son armateur ne manquerait pas de se faire remarquer. Dans cette logique, et pour fonder le projet sur des bases techniques solides, nous l’avons documenté et calculé comme un vrai projet de construction. L’objectif est donc de créer un démonstrateur bas carbone à très haute performance, pour le comparer aux meilleurs IMOCA du moment. Jusqu’où pouvons-nous aller vers les fibres naturelles à très faible impact environnemental en sacrifiant le moins possible de capacité de vitesse ? Afin d’être le plus sérieux possible dans l’approche scientifique et architecturale, nous n’avons travaillé que sur des critères CE, ADEME ou préalablement publiés. L’ensemble des données est à la disposition de tous et toutes. Sur ces bases reconnues, nous avons conçu un IMOCA à la jauge (formes, dimensionnement, stabilité, sécurité) avec dérives, puis avec foils. [caption id="attachment_182152" align="aligncenter" width="500"] COURSE AU LARGE : Le pari fou d’un IMOCA en bois © Voile Magazine[/caption] Ce voilier de 18,28 m est équipé avec le mât « de série » et la quille basculante de série. Comme en 2012 pour le projet de Ronan Guérin dessiné pour le Vendée Globe 2016 (qui ne vit pas le jour hélas), nous sommes partis du cahier des charges suivant : scow, pont totalement fermé avec espace de vie sous la « bulle »,idéalement contreplaqué de série certifié CE et découpé numériquement, plutôt orienté budget raisonnable (pas de foil dans un premier temps, mais deux dérives et aucun moule nécessaire) et un objectif « rêvé » avant calculs qui serait comparable à ce que nous avons réussi à faire sur le Greenscow 40 en projet et le Kaori 550 produit et dévoilé au Grand Pavois 2021 : réduire par 9 à 10 le taux de CO2 émis pour la construction d’une unité de course au large radicale. Un véritable défi ! Pour cela, une fois notre dessin réalisé, nous avons dimensionné et calculé chaque surface, défini la masse et le mode opératoire constructif de chaque pièce de l’IMOCA et comparé les données (masse et émission de CO2) entre les deux procédés de construction : peaux carbone et âme mousse (une PET) d’un côté et fibres naturelles (autant que possible) de l’autre. [gallery columns="2" size="medium" ids="182139,182138"]

L’impact carbone de l’IMOCA en contreplaqué de bouleau est réduit de moitié, voire plus, par rapport à un IMOCA foiler en carbone malgré les éléments monotypes (quille et mât). L’essentiel des gains provient de l’absence de moule, de la coque elle-même, et de l’absence de foils (appendices).

Un bateau aux normes CE

L’ensemble de la structure répondant à la norme CE, aucune possibilité de sous dimensionnement n’est possible, donc pas de possibilité de minorer l’impact CO 2 du démonstrateur. Autre dimension essentielle pour la démonstration : estimer gains et pertes en vitesse, et les rapporter en jours de mer gagnés ou perdus. En clair, est-ce qu’un bateau conçu avec le plus de fibres naturelles est gagnant ou perdant dès sa phase de conception ? S’il l’est, quelle est la perte ? Pour cela, l’équipe de Gildas Plessis a travaillé sur un outil de VPP complexe développé en interne. Cet outil numérique nous permet de récupérer des vitesses en agissant sur les paramètres hydro & aéro suivants : masse, traînée, surfaces de voiles selon les configurations, stabilité selon angulation de la quille, remplissage des ballasts ou non, réglage des voiles selon les allures, mer plate, variables hydrostatiques du flotteur selon les angles de gîte (0 à 35°), performance des dérives, plage de variations d’efficacité de la quille, coefficient de fardage en fonction de la gîte et du vent apparent pour coque, pont, rouf et gréement complet. Là aussi, pour réduire au maximum les zones d’incertitude et affiner au mieux les données de performance entre l’IMOCA carbone et l’IMOCA bas carbone. [caption id="attachment_182153" align="aligncenter" width="500"] COURSE AU LARGE : Le pari fou d’un IMOCA en bois © Voile Magazine[/caption] La filière nautique, plaisance, régate ou course au large, a plus de 150 ans. Nous avons un choix de matières testées et validées depuis G. Caillebotte , N. Herreshoff ou G.H. Duggan au XXe siècle, qui s’étend de l’acier à l’aluminium, en passant par les bois massifs (résineux et feuillus) lamellés, strip planking, les panneaux additionnés de fibres diverses (verre, carbone, lin, basalte, kevlar…) et les résines (polyester, époxy, vinylester)… Un catalogue connu et reconnu qui permet de fixer des masses, des résistances, des ruptures, de la fatigue. À cela s’ajoutent les aspects normatifs et les certifiats qui permettent de connaître la résistance des matériaux et leurs origines. 88 % des unités de l’agence de G. Plessis, one-off ou petite série, ont été produites en composite bois (dont trois premiers prix « Bateau bois » du Grand Pavois). Les chiffres sont donc éclairés par une expérience sérieuse. D’emblée, nous avons écarté pour notre démonstrateur tous les matériaux peu connus, peu fiables ou fragiles, ceux pour lesquels nous n’avions pas assez de données. Les données ADEME sont par ailleurs très intéressantes car elles sourcent aussi, par exemple, les besoins en eau de telle ou telle fibre naturelle et donnent des critères objectivés pour réduire au maximum l’impact environnemental de la construction d’un voilier de performance sur la planète. Rapidement, le contreplaqué s’est à nouveau imposé pour éviter les phases de moule (émettrices aussi de matières « jetables » et de CO2), associé aux fibres de basalte. [caption id="attachment_182133" align="aligncenter" width="500"] Les IMOCA, en particulier les foilers, encaissent d’énormes contraintes
à l’image de Hublot © F. Van Malleghem[/caption]

Le boulot plutôt que l'Okoumé

Le contreplaque de bouleau, produit en Finlande, déjà identifié pour les projets Kaori 550, Kayfl o 44 et Greensow 40, s’est imposé rapidement. Les formes permettent de travailler avec un kit en CP intégralement découpable et développable pour écarter la production des moules, qui représentent parfois jusqu’à 30 % du CO2 émis pour la construction d’une seule unité. Moins si le moule est partagé et « dilué » avec plusieurs constructions. [caption id="attachment_182155" align="aligncenter" width="500"] COURSE AU LARGE : Le pari fou d’un IMOCA en bois © Voile Magazine[/caption] Notre volonté d’éliminer le contreplaqué d’okoumé issu de la déforestation des forêts tropicales (Amazonie, Indonésie et Afrique Equatoriale) a aussi prévalu dans ce choix. Nous savons, de manière sourcée (source M. Gatinot, Centre technique forestier tropical) que de nombreux pays d’Afrique de l’Ouest ont perdu jusqu’à 80 % de leur forêt tropicale ; et par l’ONG Amazon Watch que 70 % des abattages illégaux de bois tropicaux, principalement l’acajou, l’okoumé, l’ipé, profitent aux narcotrafiquants (source Courrier International & Agencia Publica – 25/08/2021). Ces mêmes abattages sauvages représentent à peu près 5 millions de coupes illégales par an, mettant en danger des milliers d’espèces vivantes. Résultat : 100 millions de mètres cubes par an sont revendus partout dans le monde pour les bois de terrasse, contreplaqué, massifs, etc. [caption id="attachment_182137" align="aligncenter" width="500"] COURSE AU LARGE Le pari fou d’un IMOCA en bois © Voile Magazine[/caption] À ce premier constat s’ajoutent la distance et les aberrations liées au transport des matières premières : un acajou coupé au Brésil a toutes les chances d’être traité en Chine pour y être déroulé puis collé, avant de revenir en Europe, soit un tour du monde complet sur un cargo, fortement émetteur de monoxyde de soufre. Nous voilà donc, avec le CP de bouleau européen, en présence d’une âme active sérieuse, solide et légère, qui résiste aux impacts et à la norme CE. L’équipe a ensuite sourcé les fibres additionnelles les plus résistantes et les moins impactantes grâce au logiciel de l’ADEME et au travail de Jonathan à nos côtés, en calculant à chaque fois leur résistance dans le cadre du démonstrateur IMOCA. Il en ressort rapidement que la fibre de basalte, même nécessitant de la fusion pour être filée, reste imbattable quant à son faible impact anthropique. Nous divisons ce dernier par deux comparativement au lin qui, lui aussi, a un taux d’émission CO2 très faible mais « bloque » des terres agricoles et nécessite de l’irrigation. Reste la résine. Nous avons choisi de travailler avec une époxy biosourcée à 30 % (Greenpoxy) pour ses excellentes caractéristiques mécaniques. Elle est posée sous vide dans le modèle structurel pour optimiser au mieux sa masse dans les fibres. Une voie d’avenir consisterait à travailler avec des résines solvables en fi n de vie (à l’aide d’un acide acétique non toxique par exemple). Certains confrères (S. Manuard) et chantiers (Ocean Lab) travaillent déjà avec des résines de ce type. Le basalte, une fois nettoyé, peut repartir dans la boucle. [caption id="attachment_182140" align="aligncenter" width="500"] En 2019, la militante Greta Thunberg, attendue à l’ONU pour une prise de parole, avait traversé l’Atlantique avec Boris Herrmann sur l’IMOCA Malizia. Cette transat avait alors fait polémique sur le thème : ces bateaux sont-ils vraiment propres ? Et contribué à une certaine prise de conscience… © F. Van Malleghem[/caption] A noter que des fabricants de résine travaillent aussi sur des résines 100 % végétales aux caractéristiques proches d’une époxy conventionnelle. A suivre de très près dans les quelques années à venir Pour l’heure, l’association contreplaqué de bouleau, fibres de basalte, Greenpoxy nous donne une peau extrêmement résistante, très légère, plutôt raide (3 mm de déformation maxi au pire des chocs « numériques » normés) et qui, au final, nous permet de réduire de façon spectaculaire les émissions de CO2 en dépassant les cibles des accords de Paris. [caption id="attachment_182156" align="aligncenter" width="500"] COURSE AU LARGE : Le pari fou d’un IMOCA en bois © Voile Magazine[/caption] Sur la base des résultats des ACV de 11th Hour, un IMOCA émet 669 tonnes de CO2 en deux phases pour 8 tonnes construites. Soit un ratio de 83,6 tonnes de CO2 pour 1 tonne de bateau. Limitons les émissions à la construction seule : 553 tonnes de CO2 (sans sa phase d’optimisation). Le ratio serait de 69 tonnes de CO2 pour 1 tonne de bateau. Côté démonstrateur, nous arrivons, avec nos matériaux biosourcés, à un chiffre de 20 tonnes de CO2 par tonne de bateau (complet avec son gréement carbone de série). En revanche, les chiffres pour la coque structurée pontée sont extrêmement encourageants avec un rapport différentiel de 10,2 ! Soit 15,5 tonnes de CO2 pour le démonstrateur, 154 tonnes pour l’IMOCA en sandwich carbone. Nous sommes sur ce point très proches de notre objectif de diviser les émissions par dix. Autre source d’émission de CO2, les appendices. Pas la quille acier, qui émet peu de dioxyde et sera en plus 100 % recyclable, mais les dérives ou les foils. Ces derniers vont émettre 1,6 fois plus à la production qu’une paire de dérives. Yannick a modélisé les deux et nous avons pu comparer assez finement les masses de fibres nécessaires. [caption id="attachment_182134" align="aligncenter" width="500"] COURSE AU LARGE Le pari fou d’un IMOCA en bois © Voile Magazine[/caption]

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