Les structures d’aluminium améliorent l’efficacité énergétique des bateaux en permettant la réduction du poids. Ainsi, une superstructure allégée aura pour effet d’abaisser le centre de gravité du bateau.
Généralement, les avantages provenant de l’aluminium profitent aux bateaux qui doivent être rapides et légers, ce qui inclus notamment les embarcations de sport et de plaisance. Les coques des navires de grande capacité sont généralement fabriquées en acier, mais la superstructure et les autres équipements sont en aluminium afin de diminuer le poids et d’augmenter la capacité de chargement.
© Princecraft
De plus en plus, les bateaux sont construits à partir d’alliages d’aluminium de la série 5xxx, dont la teneur en magnésium varie entre 3 % et 6 %. Ces alliages ont une bonne résistance à la corrosion dans l’eau salée et sont faciles à souder. Les plaques d’aluminium du navire sont fabriquées par laminage à froid ou à chaud, alors que les extrusions, les tiges et les tuyaux peuvent être mis en forme par cintrage. [1]
Types de bateaux
Bateaux de pêche et de plaisance
Plusieurs bateaux de pêche sont fabriqués d’aluminium. Ils sont polyvalents et à un prix raisonnable. Disponibles dans le marché depuis plus de 60 ans, ces embarcations ont démontré leur durabilité et leur capacité à répondre aux besoins des utilisateurs. Ils sont légers et faciles à transporter. L’aluminium est aussi largement utilisé dans la fabrication des pontons.
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Bateaux de luxe
La plupart de ceux-ci sont faits sur mesure selon le client. On retrouve surtout l’aluminium au niveau de la coque des yachts.
Bateaux de service
La moitié des bateaux de service sont fabriqués en aluminium. Cela comprend les bateaux pour l’industrie de la pêche, de cultures marines, de surveillance, des douanes, de police ainsi que ceux pour faire la navette vers les installations pétrolières.
Bateaux à grande vitesse
C’est autour des années 1960 que l’aluminium a fait son apparition dans la fabrication de plusieurs monocoques et catamarans, dont la longueur variait de 25 à 30 m. Aujourd’hui, ces bateaux peuvent dépasser les 100 m. [2]
Les navires à grande vitesse se retrouvent dans différentes catégories :
- Navires passagers : souvent des catamarans, ces navires peuvent être des traversiers, des taxis, des bateaux touristiques (excursion), etc.
- Navires de croisière : ceux-ci ont une meilleure manœuvrabilité grâce à l’aluminium et ils ont un accès plus facile dans les ports en eau peu profonde. De plus, la légèreté de l’aluminium permet d’aménager plus de cabines.
Superstructure des navires
Dans le cas d’un bateau transportant de la marchandise, la coque est fabriquée d’acier et la superstructure est construite en aluminium pour pouvoir réduire la masse morte du bateau; permettant du même coup d’augmenter la charge utile. Les types de bateaux peuvent être destinés à des applications civiles, militaires, etc.
Bateau garde côtière canadienne
En juillet 2015, le gouvernement canadien a conclu un contrat de 12 bateaux SAR Lifeboats [3], un bateau de sauvetage, avec la firme d’architecture Robert Allan ltée. Le bateau est construit en partie en aluminium. Un autre lot de bateaux de sauvetage et de recherche est en cours de fabrication au Québec. L’aluminium réduit la masse du bateau et permet à celui-ci d’atteindre des vitesses supérieures et d’augmenter son autonomie, ce qui est crucial lors d’une opération de sauvetage.
© Robert Allan Ltd.
Principales applications de l’aluminium dans le transport maritime
Les navires de défense et de luxe stimuleront la croissance. Les opportunités de croissance sont aussi dans le forage en mer. La règlementation pousse le secteur du fret à « passer au vert », augmentant les opportunités pour l’aluminium.
Application |
Type d'aluminium |
| Panneaux de carrosserie pour bateaux et navires | Feuilles, plaques, extrusions |
| Câdres et structures pour bateaux et navires | Extrusions |
| Conteneurs | Feuilles, plaques, extrusions |
| Forage côtier | Plaques, extrusions, pièces forgées |
| Digue | Feuilles, plaques |
Source : Analyse strategy& (PwC), Divers fabricants d’aluminium, Europa. 2016
Économie de carburant : étude de cas
Austal a effectué une analyse sur deux modèles de navire de type patrouille équivalents de 56 m en acier et en aluminium pour établir la différence dans les coûts annuels de carburant. La coque en aluminium offre une économie de carburant nettement meilleure avec des économies de l’ordre de 21 %, soit environ 150 000 litres de carburant par an. L’analyse et les essais effectués pour le programme Littoral Combat Ship (LCS) ont également vérifié que la structure de la coque en aluminium peut résister à des charges d’explosion sous-marines importantes sans perdre l’étanchéité de la coque. [4]
Sécurité incendie
La sécurité en cas d’incendie représente un enjeu majeur lors de la conception de navires. Considérons d’abord quelques caractéristiques de l’aluminium : le point de fusion de l’acier se situe autour de 1300°C alors que celui de l’aluminium est d’environ 640°C. Lorsque soumis à une température de 150 à 180 °C, les alliages d’aluminium voient généralement chuter leurs propriétés mécaniques. Toutefois, comme l’aluminium est incombustible et qu’il conduit la chaleur plus efficacement que l’acier doux, la conductivité thermique contribue à dissiper la chaleur pendant un incendie et permet un refroidissement rapide. Cette susceptibilité aux dommages causés par le feu entraine la nécessité d’une protection adéquate des structures contre les incendies. [5]
Corrosion
La principale raison pour laquelle l’utilisation de l’aluminium est devenue très répandue dans le domaine maritime est son excellente résistance à la corrosion. Cette résistance résulte de la présence d’une couche protectrice d’oxyde d’aluminium forte et adhérente, qui se forme à la surface lorsque le métal nu est exposé à l’atmosphère.
La série 5xxx montre la meilleure résistance globale à la corrosion dans les conditions marines. Ces alliages montrent une perte d’épaisseur négligeable due à la corrosion générale et à la perte de poids dans l’eau de mer d’environ 0,2 mil (0.005 mm) par an. Cela représente 1/20 de l’acier doux. Les alliages 6063, 6082 et 6061 montrent également une bonne résistance à l’eau de mer et leur perte de poids est d’environ 0,5 mil (0.013 mm) par an. [6]
L’eau de mer est un excellent électrolyte et offre ainsi un environnement propice à la corrosion galvanique, sous toutes ses formes, et les assemblages seront conçus de façon à en tenir compte.
Performance à la fatigue
L’aluminium est plus sensible à la fatigue que l’acier, il importe donc de considérer cet élément dès la conception d’une structure. Un navire étant soumis à des charges cycliques importantes au cours de sa vie, une analyse structurale détaillée s’impose afin de s’assurer que les contraintes mécaniques demeurent en deçà des valeurs maximales établies.
Il existe un certain nombre de codes internationaux de conception avec l’aluminium qui caractérisent la performance en fatigue. Tant que le processus de conception utilise une approche rationnelle pour les zones où des charges cycliques sont prévisibles, il n’y a aucune raison pour que la durée de vie en fatigue d’un navire en aluminium ne dépasse pas les 30 ans.
La conception du navire Littoral Combat est certifiée par l’American Bureau of Shipping avec la notation SFA (30). Cette notation indique que la structure du navire a été revue à l’aide d’une approche d’analyse de la fatigue pour vérifier que la structure primaire est adéquate pour la durée de vie prévue du navire, soit de 30 ans. [7]
Alliages d’aluminium dans le transport maritime
On appelle aluminium marin, certains alliages qui se comportent très bien en milieu humide et salin. Les alliages des séries 5xxx et 6xxx sont généralement concernés par cette appellation. Ces alliages ont une bonne résistance à la corrosion en milieu marin et des bonnes caractéristiques mécaniques. Il n’est généralement pas nécessaire de protéger les pièces par un revêtement peint ou par anodisation.
Il est important de différencier l’eau de mer et l’atmosphère marine. L’eau de mer contient des sels minéraux, des gaz dissouts, des organismes vivants, des matières organiques et des matières minérales. L’atmosphère marine se distingue par son humidité constituée de fines gouttelettes d’eau de mer transportées par le vent.
Les alliages de la série 6xxx sont les plus couramment utilisés pour produire des tubes de formes carrée, rectangulaire ou ronde et autres profilés spéciaux sont les suivants : le 6005, le 6060 et le 6082. Dans les alliages recommandés pour les navires exposés à l’eau de mer, on retrouvera la série 5xxx dans des plaques et tôles avec les alliages 5059, 5083, 5086, 5383 et 5456. Soulignons que la désignation des alliages « marins » s’accompagne de la condition de trempe, comme H116, H128, H321, garantissant la meilleure résistance à la corrosion.
Références :
[1] Aluminium Leader. (2017). Aluminium in transport. En ligne. Repéré à http://www.aluminiumleader.com/application/transport/
[2] Almet marine. (2015). L’aluminium, le métal de la mer. Document PDF. Repéré à http://www.almet-marine.com/images/clients/FR/Guide-des-utilisateurs-de-l-Aluminium/Ch01-l-aluminium-le-metal-de-la-mer.pdf p.7
[3] Robert Allan ltée. (2015). Canada orders 12 Robert Allan Ltd. Designed high-endurance self-righting lifeboats to enhance national search & rescue capability. En ligne. Repéré à: http://ral.ca/2015/08/19/canada-orders-12-robert-allan-ltd-designed-high-endurance-self-righting-lifeboats-to-enhance-national-search-rescue-capability
[4] Austal. (2017). Aluminium Delivering speed & strenght in naval applications. Document PDF. Repéré à http://www.austal.com/sites/default/files/00-images-philippines/Innovation/AUS%20Aluminium%20Brochure.pdf p.2
[5] Austral. (2017). Aluminium Delivering speed & strenght in naval applications. Document PDF. Repéré à http://www.austal.com/sites/default/files/00-images-philippines/Innovation/AUS%20Aluminium%20Brochure.pdf p.5
[6] Amet marine. (2015). La tenue à la corrosion de l’Aluminium en milieu marin. Document PDF. Repéré à http://www.almet-marine.com/images/clients/FR/Guide-des-utilisateurs-de-l-Aluminium/Ch10-la-tenue-a-la-corrosion-de-l-aluminum-en-milieu-marin.pdf
[7] Austral. (2017). Aluminium Delivering speed & strenght in naval applications. Document PDF. Repéré à http://www.austal.com/sites/default/files/00-images-philippines/Innovation/AUS%20Aluminium%20Brochure.pdf p.2