Le ballast : problèmes, technique et solution.
Afin de bien identifier le sujet je tiens à préciser tout de suite , je ne parlerai ici que des ballasts pour plongée statique. Les sous-marins à plongée dynamique n'ont par définition pas besoin de ballast !
I) Archimède
« Tout corps plongé dans un fluide au repos, entièrement mouillé par celui-ci ou traversant sa surface libre, subit une force verticale, dirigée de bas en haut et opposée au poids du volume de fluide déplacé »
Ça fait toujours de bien de remettre l'église au centre du village comme dirait un ami Belges !
II) J'envisage de faire un sous-marin mais le ballast doit contenir combien ?
Pour plonger, le sous-marin doit compenser par son ballast le volume de l'ensemble des "oeuvres mortes". On entend par "oeuvres mortes" tout ce qui se trouve au dessus de la ligne de flottaison naturelle du modèle.
Remarquez, je parle bien du volume et non de la masse des "oeuvre mortes", l'erreur la plus couramment commise est de peser les oeuvres mortes et de de créer un ballast ayant un volume correspondant à ce poids.
Il existe deux méthodes qui doivent s'utiliser conjointement. La première va être utiliser avant le début de la fabrication du sous-marin, la deuxième pendant la fabrication.
a) Première méthode : Estimation (Méthode donnée par Engel)
Avant de commencer, il faut connaitre le volume d'eau déplacé par le modèle, si c'est une reproduction de sous-marin militaire, c'est relativement facile à obtenir (a condition que les chiffres annoncés soit exactes !).
Vballast = 7 à 10% du volume déplacé par le modèle
Prenons le cas d'un Oscar (projet 949A) au 1/96° (mettont la coque de ScaleShip par exemple) si on applique la méthode d'Alexandre Engel, nous avons
(17.568kg*10)/100 = 1.757 Litres
Comment ai-je obtenu 17.568 kilo pour la coque de scaleShip ?
J'ai pris le déplacement que j'ai réduit par l'echelle : (18300*96)/100 = 17.568 kg
Pour connaitre le volume d'eau déplacé par la coque, on peux remplir d'eau la coque et ajouter un coéficient multiplicateur qui dépendra de l'épaisseur de la coque mais c'est un peu merdique il faut le dire, pour ça que la méthode donné par A. Engel donne une tendance, je sais que le ballast va avoir un volume compris en 7 à 10% donc entre 1.230 et 1.757 litres. Soit une marge de 527 cc !
Mais déjà, je peux avant même de commencer réserver un emplacement qui me permettra de pouvoir mettre un ballast qui aura au maximum 1.8 litres. ce qui m'évitera de perdre de la place inutilement !
b) Deuxième méthode : Affiner comme un bon fromage ! (Méthode donnée par Alexandre Gillon)
Une fois le modèle terminé (oeuvre morte, dalots, mains courante et tout le toutim qui va bien), on met le sous marin à l'eau et on commence à le faire rentrer dans ses lignes d'eau (Si il y'en a plusieurs comme c'est le cas sur certains sous-marins soviétique, on utilisera la ligne basse, celle qui donne un tirant d'eau le plus faible !). Le poids obtenu sera le poids à ne pas dépasser par les équipements - 15% à 20% environ à garder pour l'équilibrage en surface afin de corriger la gîte éventuelle dût aux placements des masses dans la coque étanche.
Ensuite, une fois ce poids connu, on continue à ajouter du poids jusqu'a ce que l'ensemble du sous marin soit sous la surface en pesée nulle (c'est à dire qu'il ne coule pas mais reste en apesanteur !).
La masse ajoutée correspondra à celle nécessaire pour obtenir la pesée du sous-marin à vitesse nul !
ATTENTION : Il ne faut PAS prendre cette masse et directement l'appliquer au ballast à construire car en fonction de la température de l'eau, de sa sédimentation, de sa densité et des conditions atmosphériques, il peut être parfois nécessaire d'avoir besoin d'un peu plus d'eau (ou moins) pour obtenir la pesée.
Par sécurité, ajouter 10% de volume à la masse trouvée précédemment est un bon compromis pour faire face à ces phénomènes difficilement quantifiables et totalement aléatoires.
III) Combien je doit mettre de ballast ?
Au moins 1, c'est une certitude !
En fait, cela va dépendre des caractéristiques hydrodynamique du sous marin d'une part et de la place disponible d'autre part !
En effet, pour un sous-marin militaire le must est d'en avoir 3 (voir plus bas), alors que généralement pour un petit jaune un seul ballast suffit, l'assiette dans ce cas pouvant être changé par une masselotte sur pivot comme l'a fait Pierre Kerjean sur sa soucoupe plongeante !
IV) La plongé à trois ballasts
C'est la disposition la plus réaliste mais la plus contraignante à mettre en oeuvre car elle nécessite plus de place, elle est donc rarement utilisée dans les sous-marins aux échelles dépassant le 1/100°.
Il y a plusieurs méthodes pour y arriver, l'une des plus célèbre reprend quasiment le fonctionnement des vrais puisqu'il s'agit de doter le sous-marin d'une chasse à air comprimé. Je ne ferais pas la description de ce genre de système, je vais me contenter d'expliquer le principe ici !
a) Ballast principale
Il représente 80% du volume total du ballast (y compris les 10% de marges ajoutée précédemment). C'est un ballast "tout ou rien". Soit il est complètement rempli, soit il est complètement vide ! C'est ce ballast qui est chassé à l'air comprimé par exemple sur les sous-marins optant pour cette méthode, mais d'autres comme les ballasts à pompe ou à piston (non proportionnelle car inutile pour ce ballast là) fonctionnent aussi très bien ! !
b) Ballast secondaire et ternaire : les caisses d'assiettes
Il représente chacun les 20% restant !
Vous allez me dire que si c'est deux ballast font chacun 20% restant, cela veux dire que j'ai un volume total de 20% plus important que ce que j'ai tantôt déterminé ?
Et vous auriez raisons !
Pourquoi ?
Parce que ces deux ballasts ont une double fonctions :
- Obtenir la pesée
- Obtenir l'assiette
C'est pour cela que ces ballasts sont généralement des ballasts à piston 100% proportionnelles est pilotés par des curseurs linéaire sur la télécommande.
Quand on obtient la pesé, le sous-marin peux avoir une assiette positive ou négative, dans ce cas on peux rétablir l'horizontale en jouant sur les deux pistons au lieu de corriger en permanence sur les barres de plongée. Par ailleurs, en cas d'urgence, on a une réserve pour forcer l'assiette, et obtenir une flottabilité supérieure (hyper flottabilité) et ainsi sauver le sous-marin.
Pour refaire surface, il suffit de purger le ballast principale sans toucher aux réglages des caisses d'assiettes, le modèle se retrouvera sur une ligne de flottaison haute par exemple !
V) Type de ballast : une question à trois inconnus !
Le choix du type de ballast va être déterminé par ces tois variables :
1- le coût
2- la place
3- Le type de sous-marin
On peux dénombrer différentes méthodes en partant de la plus "Mc giver" à la plus sophistiquée :
- Le ballast à capote* (...!)
- Le ballast à poche baxter*
- Le ballast à soufflet*
- Le ballast à surpression*
- Le ballast à grenaille (souvent utilisé en failsafe)
- Le ballast à pompe*
- Le ballast à piston* ( peut être proportionnalisable ce qui est un plus indéniable notamment pour les configurations à 3 ballasts)
- Le ballast à propane (dangereux si fait à la "va comme je te pousse" et nauséabond)
- Le ballast à CO2 (dangereux si fait à la "va comme je te pousse")
- Le ballast à air (dangereux si fait à la "va comme je te pousse")
Les ballasts manipulant des gaz compressés necessitent un minimum de connaissances, et des consignes de sécurités à respecter et à faire respecter pour éviter des accidents aux conséquences dramatiques !
Tout les ballasts notés avec "*" créent une surpression de la coque étanche. Ce point, important pour éviter les fuites, est impérativement à prendre en compte au moment de la conception de la coque étanche. Il faut prévoir des passes-coques, des presses étoupes pouvant supporter la surpression et ne pas devenir le vecteur de fuites pouvant compromettre la survivabilité de votre modèle !
VI) Caisse de gîte, Caisse de compensations
Disons le clairement, les caisses de gîtes, à nos échelles (supérieur au 1/15°) ne servent à RIEN ! Si le sous-marin est bien équilibré il a peu de chance d'avoir de la gîte, et comme il n'y a pas de déplacement d'équipage dans le modèles ni d'évacuation des poulaines (sic !) les caisses de compensations sont aussi INUTILES !
SAUF
Sauf, si vous envisagez (sérieusement) de disposer de torpilles, ou de "fusées-missiles" dans votre modèle. effectivement là, il faudra compenser la perte de poids dût au lancement par un ballast (ce que l'on nomme d'ailleurs "caisse de compsensation). Pour cela, il faut connaitre la masse de l'objet expulsé et faire rentrer au moment du tir le volume correspondant à la masse expulsé pour maintenir la pesée du sous-marin (sinon, il va remonter...).
VII) Conclusion
Finalement, on remarque que la procédure pour déterminer le volume d'un ballast est assez simple pour peux que l'on soit un tantinet rigoureux et que l'on suive la check list donnée dans cette article.
Je tiens à remercier Alexandre Engel et Alexandre Gillon, car je me suis servis de leurs outils, pour écrire cette article qui j'espère vous aidera à concevoir des ballasts adaptés à vos modèles !