LE MAT : Pourquoi faire compliqué quand on peut faire simple et performant ?

Un des sujets les moins traités dans les ouvrages sur la construction amateur est le mat. C'est pourtant un élément de taille (au propre comme au figuré) dans la bonne marche d'un voilier.



Où est l'intérêt de concevoir une coque rapide et aux entrées d'eau fluides, en rêvant aux surfs au portant que vous allez faire si c'est pour planter sur votre pont un vulgaire poteau télégraphique totalement anti-aérodynamique ou un bout de tube aluminium à la rigidité douteuse qui va jouer à l'arc de Robin des bois à la moindre sollicitation des bastaques et flamber dès que vous voudrez régler le rond de chute de la grand-voile ?



Mais avant d'aller plus loin dans l'idée de concevoir un mat simple et performant, il convient que nous jetions un coup d'oeil aux mats traditionnels que l'on rencontre sur la plupart des constructions amateur et à leur méthode de construction.



Basiquement, la section d'un mat amateur en bois se présente ainsi :

Il s'agit d'un assemblage de lattes de bois plus ou moins octogonal, tétragonal, heptagonal, bref.. tout dépendra du nombre de lattes que l'on aura choisi d'assembler pour réaliser son mat..

Pour arriver à un résultat tel que celui présenté sur la photo, on aura recours à plusieurs techniques d'assemblage des lattes de bois :

L'assemblage sans insertion..

L'assemblage avec insertion minimale..

L'assemblage avec insert symétrique..

Et enfin l'assemblage asymétrique.

Pour établir les caractéristiques de ce mat, on aura recours à différentes méthodes :

- La méthode empirique : Ma coque fait 5 metres, 5x1.25=6,25, mon mat fera 6,25 M (hélas souvent utilisée par les constructeurs amateurs..)

- La méthode scientifique, basée sur la surface de voile, qui tiendra compte de tous les paramètres tels que décrits dans le tome 3 de "L'architecture du voilier" de Pierre Gutelle (que je ne développerai pas ici, basée sur de nombreux calculs mathématiques)

- L'utilisation d'un logiciel de calcul de mat (si, si, çà existe) tel que Roundmast :

qui permettront de calculer toutes les contraintes pour réaliser un mat collant parfaitement à vos besoins. A noter, ces logiciels fonctionnent tant en impérial qu'en métrique. Roundmast permet entre autre de calculer la longueur, l'épaisseur, le diamètre extérieur et intérieur, la conicité en fonction de l'emplacement des barres de flèche, le poids, le centre de gravité, etc.. il établit ses paramètres d'après les informations fournies telles que type de coque, épaisseur des lattes pour les mats creux, l'essence de bois utilisée, etc.. Il sait calculer les mats haubanés, non haubanés et même les mats creux non haubanés. Cerise sur le gâteau, il fait la différence entre un mat à de gréement à livarde et un mat de gréement aurique avec antenne en tête... Bref, pour un freeware, c'est plutôt complet..

Une fois, les calculs établis, son modélisateur, Hollomast :

permettra de calculer la découpe, le nombre de lattes selon l'épaisseur, les surfaces collées, etc..

Un petit complément, Mast Maker 1.1, permettra quant à lui de calculer le moment et le stress de quête du mat ainsi étudié :

Une fois ces paramètres établis, il ne vous reste plus qu'à découper, coller, et poncer, poncer, poncer.. jusqu'à obtention d'un mat parfaitement tubulaire..

Maintenant, le hic.. si vous avez construit votre mat, c'est que vous voulez y accrocher une voile.. et à moins d'avoir recours à une méthode ancestrale telle que les cercles de mat pour l'arrimer au mat, il va falloir lui adjoindre une gouttière pour y insérer les coulisseaux de guindant, comme ceci :

ce qui implique de rainurer le mat sur toute sa longueur, de visser ou de coller la gouttière, avec le risque d'un arrachage en cas de sous dimensionnement. Sans compter l'affaiblissement de la structure du mat qui ne va pas manquer d'en résulter.

De plus, un mat rond, aérodynamiquement parlant, présente de nombreux inconvénients, dont le déventement d'une partie de la voile au près n'est pas des moindres, mais aussi, du fait de sa structure uniforme, le mat rond est plus sujet au flambage et aux déformations latérales sous l'effet du haubanage, des bastaques etc.. Bref, au delà d'une taille modeste, le mat rond creux n'est pas fait pour affronter de forts vents..

Ce qui nous amène à vous présenter une autre méthode ce réalisation de mats en bois, issue des recherches effectuées par un petit groupe de fanas de char à voile américains, qui ont imaginé une méthode de construction qui se rapproche du mat-aile sans aller jusqu'aux techniques de structure creuse telles que celle qui est illustrée dans cet article :

et qui requiert de construire une structure complète inadaptée aux petits bateaux qui sont notre coeur de cible..

La méthode proposée est la suivante (les dimensions proposées sont indicatives et peuvent être adaptées à votre diamètre de mat, pourvu que vous respectiez scrupuleusement les ratios ( le mat que nous décrivons a une hauteur de 9,76 M et est proposé pour un bateau tel que le KAVALIER 800 décrit dans la section "Plans gratuits" du site" :

1 - Le design de base

L'idée de base est de coller une latte étroite de bois le long d'une planche plus large pour former une section en "L". On colle alors une latte triangulaire dans l'encoignure du "L". Cette section de base sera utilisée pour former chaque moitié du mat. Deux de ces sections sont alors collées bord à bord en insérant un tube d'aluminium qui va servir de rail de guindant par la suite. Après une mise en forme et quelques ajustements d'épaisseur, un excellent mat pourra être produit. La figure ci-dessous montre une coupe du mat ainsi créé :

Commençons par sélectionner le bois. La planche la plus large (le côté le plus long du "L") devra être fait d'un bois à la fois léger et pas trop rigide. L'auteur a utilisé du spruce de sitka pour la plupart de ses mats, mais après étude de nombreux échecs, il en a déduit que le spruce n'avait pas les qualités de résistance au stress nécessaires en compression. Il lui préfère largement le redwood (séquoia, bois de charpente très largement répandu aux états-unis, et de surcroît peu coûteux), qui est un peu trop souple mais qu'il renforce par deux couches de fibre de carbone sur chaque côté du mat.

On choisira de préférence un bois un peu moins souple tout en restant léger. On aura besoin de planches d'une section de 18,44 par 2,54 cm et d'une longueur de 9,76 Mètres pour le mat que nous avons choisi de décrire.

La latte de nez (côté court du "L") et la latte triangulaire seront quant à elles réalisées dans un bois très dur et très rigide tel le frêne, le bouleau ou encore le noyer, selon la disponibilité locale. Si des lattes suffisamment longues ne sont pas disponibles, des lattes plus courtes seront scarfées avec un ratio de 12:1 minimum). La latte de nez devra mesurer 2,54 x 5,08 cm pour une longueur de 9,76 Mètres la latte triangulaire fera 3,81x3,81 cm sur 9,76 Mètres. On aura enfin besoin de lattes de guide pour le rail faites dans le même bois dont nous verrons les dimensions plus loin.

La figure suivante illustre les pièces dont nous allons avoir besoin :

On y voit un éclaté des pièces utilisées. Notez que toutes les pièces font 2,54 cm d'épaisseur à l'exception des lattes triangulaires. Il est essentiel de couper les pièces aux dimensions exactes fournies (ou de procéder à leur réduction ou agrandissement en respectant scrupuleusement les ratios.

Utilisez une scie circulaire de table avec une lame à dentition fine pour couper le bois et n'hésitez pas à vous entraîner sur des chutes avant de vous attaquer à la découpe finale. Vérifiez bien que toutes les surfaces devant être collées soient strictement planes. Coupez les petites lattes de guide de rail aux dimensions suivantes : 2,54x1,27 cm pour une longueur de 9,76 mètres.

N'hésitez pas à utiliser un valet à rouleau pour maintenir le bois strictement rectiligne pendant la découpe !!!

2- Construction des demi-mats

Collez les deux parties du "L" ensemble comme indiqué dans la figure ci-dessus. Pendant le séchage, utilisez autant de serre-joints de forte puissance que vous pouvez avoir (empruntez ceux de vos amis si vous n'en avez pas assez..) et enlevez scrupuleusement tout débordement de colle qui pourrait suinter. Réalisez le collage sur un sol parfaitement plan et laissez sécher. Répétez l'opération pour chaque moitié du mat.

S'il y a de la colle qui suite dans le creux du "L" enlevez en autant que vous pouvez (s'il en restait, vous devriez chanfreiner le coin de la latte triangulaire sur toute sa longueur..)

Collez les pièces triangulaires dans le creux du "L", tracez une ligne de 2,19 cm depuis le bord de la partie longue du "L" et collez y les petites lattes restantes.

Voici finies les étapes initiales de la construction des demi mats. Si vous avez été précautionneux, tout ce qui suite devrait être une partie de plaisir.

L'étape suivante consiste à usiner les faces de chaque demi-mat qui vont être collées ensembles. Si vous avez accès à une table à raboter, cette étape sera très rapide. Rabotez simplement les deux angles afin qu'ils soient patfaitement alignés avec les angles des deux extrémités du "L" comme indiqué sur le croquis ci-dessous.

Si vous n'avez pas accès à une table à raboter, un rabot électrique classique ou manuel fera l'affaire. Un truc simple (mais efficace) consiste à clamper un bloc de bois qui servira de guide sur un des côtés du rabot afin qu'il affleure le bord de la pièce a raboter. Ce bloc reposera sur un des côtés du mat pendant que l'aute côté sera raboté. Enlevez une petite quantité de bois à chaque passage, en alternant un côté puis l'autre jusqu'à ce que la quantité de bois à enlever soit atteinte. L'utilisation d'un bloc de guidage assurera une parfaite symétrie de chaque pièce.

Une fois que les deux moitiés de mat sont rabotées, vérifiez leur assemblage en les présentant l'une face à l'autre. Découpez un gabarit à la taille de la section du mat et présentez le à chaque extrémité pour vous assurer que vous êtes juste.

L'étape suivante consiste à creuser la rainure qui recevra le tube d'aluminium qui servira de rail de guindant. L'utilisation d'un tube d'aluminium est importante car elle donnera au mat fini une rigidité frontale tant que latérale, et préviendra les criques et cisaillements. Le tube utilisé ici a un diamètre extérieur de 3,175 cm et est fendu sur toute sa longueur à l'aide d'une scie circulaire de table à la largeur des coulisseaux choisis.

La meilleure façon de creuser la rainure est d'utiliser une défonceuse de table. Utilisez une fraise de 3,175 cm pour produire la rainure. L'idéal est (encore) de disposer d'une défonceuse fixe avec un guide de telle manière que vous puissiez faire coulisser le demi-mat le long dudit guide. Pour plus de sécurité, creusez progressivement jusqu'à obtenir la rainure à la bonne dimension plutôt que de tenter de l'obtenir en une seule passe..( pensez que chaque demi-mat devra avoir une rainure de 3,175/2 cm.. soit exactement la moitié du diamètre du tube..

Après voir creusé la rainure, aboutez les deux demi-mats en essayant le tube.. Il est acceptable d'avoir un léger flottement autour du tube, mais s'il est excessif, il conviendra de combler le vide avec un produit jointoyant.

L'étape suivante consiste à effiler le mat pour lui donner sa forme définitive.. On effilera le mat au dessus de la longueur du pied de mat choisie. Cette opération doit être faite avant de coller les deux demi-mats.

Placez une marque au crayon à 7,46 cm de l'emplacement du rail de guindant pour vous servir de référence pour le rabotage du bord de fuite du mat.

Rabotez soigneusement les angles du mat afin de lui donner la forme présentée sur le dessins ci-dessous en vous aidant comme précédemment d'un bloc de bois clampé comme guide afin d'obtenir un résultat strictement identique sur chaque moitié de mat.

Si vous avez bien travaillé, vous devriez obtenir ceci :

3-Assemblage final

Des blocs de bois ajustés devront servir à boucher les extrémités du mat, à l'exception des passages de drisses en tête de mat. On façonnera un bloc contenant les réas de GV et de Génois en laminant plusieurs couches de bois par exemple. Ces pièces seront fixées une fois le mat collé et séché.

On préférera monter des épaulettes externes si on en a besoin par souci de simplicité plutôt que de percer le mat.

Tout va bien jusqu'ici ? alors commençons à coller !

Préparez le tube pour le collage. Deux méthodes sont possibles.

A) Étamez le tube avec un produit d'étamage pour aluminium. Puis recouvrez le de résine époxy.

B) Poncez le tube avec un papier à gros grain pour enlever toute trace d'oxydation, passez une couche d'époxy à l'extérieur du tube puis sablez l'intérieur du tube et couvrez le d'époxy plus liquide.

Préparez une quantité d'époxy adéquate (utilisez un durcisseur lent qui vous donnera un peu de temps au moment critique de l'alignement des moitiés de mat.). Passez au pinceau une couche d'époxy sur toutes les surfaces à coller ainsi que sur le creux intérieur du mat pour l'imperméabiliser. Mélangez maintenant le reste d'époxy avec de la choucroute fine et tartinez toutes les surfaces à coller avec ce mélange.

Positionnez le tube de guindant dans sa rainure sur la première moitié de mat, puis positionnez la seconde partie du mat et ressortez toute la collection de serre-joints que vous avez emprunté autour de vous et placez les de manière à ce que la pression s'applique au centre des côtés du mat.

Positionnez le mat de manière à ce que le tube de guindant soit vers le haut et assurez vous du parfait alignement de la fente, puis ajoutez des serre-joints à ressort tous les 30 cm côté tube de guindant.

Si vous avez utilisé assez de colle (époxy+choucroute) il ne doit y avoir aucun manque apparent. Sinon, vous avez zncore le temps e rouviri le mat et de combler les manques, puis e recommencer l'opération grâce à l'emploi du durcisseur lent préconisé plus haut.

Regardez bien la fente du rail de guindant pour vous assurer que le mat est PARFAITEMENT rectiligne. Une ficelle tirée d'un bout à l'autre vous garantira un parfait alignement. Cette étape est critique. Une légère courbure d'un côté ou de l'autre
produira un mat instable qui risquera de se casser du côté de la courbure en présence d'une rafale plus forte que les autres.

Si un excès de colle coule à l'extérieur, enlevez le avant qu'elle n'ait durci. Une bonne méthode est d'utiliser un bout de chiffon tenu à deux mains à la manière des cireurs de chaussure..

Les touches finales

La rotondité des angles du mat peut encore être ajustée en ponçant les éventuels angles restants (voir la figure plus haut pour les parties devant être enlevées). Au besoin utilisez un gabarit en carton fort pour obtenir une forme régulière.

La forme finale.

Découpez une sortie pour les drisses de chaque côté le plus près possible du pied de mat. Si vous utilisez une perceuse, percez en biais vers le haut pour permettre une sortie facile de la drisse. N'oubliez pas de passer un couche d'époxy au pinceau sur la surface du trou de sortie.

Juste au dessus de l'emplacement du vit de mulet, Découpez une encoche en biseau dans le rail de guindant afin de permettre l'entrée sans difficulté des coulisseaux de la GV. N'oubliez pas de poncer finement tous les angles sous peine de déchirure rapide de la GV.

Selon le bois choisi, il vous est ensuite loisible de le recouvrir ou non de fibre de verre ou mieux de carbone. Dans tous les cas une fine couche de fibre est recommandée à l'emplacement des épaulettes et dans la zone qui supportera la bôme.

Il existe mille manières d'accastiller un tel mat, et notre propos n'étant pas de les exposer ici, je me contenterai de laisser jour un peu votre imagination.

D'ici là.. bonnes constructions.

Votre Webmestre.

Tanyu.

P.S : les dessins "full size" sont disponibles dans la section téléchargement sous la forme d'une archive ZIP pour plus de lisibilité.