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Des winchs pour démultiplier notre force

Sur les voiliers, le réglage des voiles et du gréement, la gouverne, le changement de voile, etc. s’effectuent à la force des bras. C’est pourquoi de nombreux dispositifs mécaniques ont évolué pour permettre aux plus frêles de commander des systèmes soumis à de fortes charges, parmi lesquels les poulies et manilles, les systèmes hydrauliques et les winchs, qui décuplent la « force humaine ».

Des leviers d’augmentation de la force et du couple

Les winchs utilisent le principe physique du « levier » pour accroître la force et le couple. Deux types de levier sont exploités : l’un interne, l’autre externe, le premier étant constitué d’engrenages (ensembles de leviers rotatifs), et le second représentant le bras de levier (manivelle du winch). La hausse de la puissance et du couple va de pair avec une diminution de la vitesse.

Rapport de démultiplication

Le rapport de démultiplication décrit, pour nous, la capacité des winchs à tirer une charge. Harken nomme ses winchs en fonction de leur rapport de démultiplication. Ainsi, un 48 est un winch d’un rapport de démultiplication de 48:1. Ce rapport signifie qu’un kilo de mouvement donné à la manivelle génère 48 kilos de puissance.

Calcul du rapport de démultiplication
Mode de calcul du rapport de démultiplication : (longueur de manivelle/diamètre de poupée) x rapport de vitesse = rapport de démultiplication

  • Calculez le rapport de démultiplication en utilisant une manivelle de winch de 254 mm (10").
    (Les manivelles plus courtes diminuent la puissance en raison de leurs leviers réduits.)
    (Le régime des poupées augmente le nombre de tours de manivelle en raison de leurs rayons réduits.)
  • Mesurez le diamètre de la poupée, ou reportez-vous aux spécifications de la section Winchs du site Web Harken.
  • Le rapport de vitesse peut être déterminé à partir des spécifications Harken.

Vitesse et puissance inversement proportionnelles

Avec les winchs, comme avec toute machine simple, la vitesse et la puissance sont inversement proportionnelles. Un réglage rapide ira forcément de pair avec une baisse de puissance, et une puissance élevée avec un réglage plus lent. C’est pourquoi tous les winchs de grande taille et de taille moyenne sont proposés en versions deux ou trois vitesses. En présence de faibles charges, une vitesse élevée sans beaucoup de puissance peut convenir, et à mesure que la charge augmente, vous pouvez accroître la puissance moyennant une vitesse réduite.

  • Puissance faible = réglage rapide (charges faibles)
  • Puissance élevée = réglage lent (charges élevées)

Vitesse du winch
La vitesse d’un winch s’entend comme la longueur d’écoute tirée à chaque tour de manivelle. Pour la déterminer, il faut notamment tenir compte du rapport de vitesse et de la circonférence de la poupée. L’écoute étant enroulée autour de la poupée, chaque tour de winch tire une longueur d’écoute égale à la circonférence de la poupée (Circonférence = pi x diamètre).

Si vous voulez un winch « rapide », vous opterez donc pour un modèle à poupée de grand diamètre. Malheureusement, le diamètre de la poupée dépendant également du rapport de démultiplication, les winchs à poupée de grand diamètre développeront moins de puissance à rapport de vitesse identique. Un voilier de course moyen équipé de winchs à poupée de grand diamètre pourra compenser cette perte de puissance par des manœuvres plus franches à la manivelle, mais les régatiers ne peuvent pas se payer le luxe d’embarquer une équipe de bodybuilders.

  • Poupée de grand diamètre = vitesse d’embraquage élevée ; puissance faible
  • Manivelle courte = vitesse d’embraquage élevée ; puissance faible

Vitesses supérieures

Il est également possible d’accroître la vitesse des winchs en choisissant des modèles 3 ou 4 vitesses. Un winch 3 vitesses compact type, comme le 60.3ST, offre un entraînement direct en 1re. La poupée effectue une révolution à chaque tour de manivelle, ce qui permet de régler très rapidement les écoutes sous faible charge. Cette vitesse n’étant pas démultipliée, la démultiplication qui découle de la relation levier (manivelle)/diamètre de la poupée est légère. Les winchs 3 vitesses de plus grande taille, à partir du 56.3, bénéficient généralement d’une première vitesse à rapport de transmission car, même sous faible charge, une démultiplication supplémentaire est nécessaire.

 Winchs 4 vitesses

Les winchs 4 vitesses sont généralement des versions 3 vitesses proposant une première vitesse à entraînement direct ou à rapport de transmission. L’équipage choisit le premier rapport adapté, puis utilise les trois vitesses disponibles. Ainsi, par vent faible au près ou pour la plupart des réglages de spi, il peut opter pour une vitesse à transmission directe afin d’accélérer les réglages et, pour virer de bord par vent plus soutenu, pour la première vitesse à rapport de transmission.

Longueur de manivelle

Pour augmenter la vitesse d’un winch, il est également possible de recourir à une manivelle plus courte, généralement de 203 mm (8"). Cette dernière est plus rapide car elle pivote selon un arc réduit, donc plus vite. Cependant, le problème de puissance se pose de nouveau dans la mesure où la longueur de la manivelle entre dans le calcul du rapport de démultiplication. Diminuer cette longueur de 20 % fait donc baisser la puissance de 20 %. La manivelle de 8" reste néanmoins un moyen très efficace et économique d’augmenter la vitesse du winch par vent faible à modéré.

Rôle capital de l’alignement du winch

D’autres facteurs influent sur la puissance finale d’un winch, notamment la possibilité pour deux personnes de border les derniers centimètres d’écoute à l’aide d’une manivelle à double poignée et l’emplacement du winch sur le pont. De nombreux winchs sont installés sur l’hiloire, ce qui oblige l’équipage à se pencher sur les sièges ou à adopter d’autres postures inconfortables et inefficaces. Les winchs de bastaque sont souvent difficiles à manœuvrer car ils se trouvent au vent, là où l’équipage se tient plutôt debout que baissé sur le winch.

De l’importance de l’angle de la corde en entrée de winch

Le mode de montage des winchs sur le bateau est également crucial. Il faut avant tout veiller à ce que l’angle de la corde en entrée de winch soit correct, c’est-à-dire égal à 5-8 degrés, pour éviter son surpattage sur la poupée. Si les poulies de guidage sont placées trop haut pour permettre cet angle, le winch doit être légèrement surélevé. Sinon, vous aurez toutes les peines du monde à empêcher le surpattage.

Il est également essentiel d’installer le winch de sorte que la corde soit bien alignée sur le pignon d’entraînement final. Un mauvais alignement accroît considérablement la charge sur la boîte à engrenages, ce qui nuit à l’efficacité des opérations voire endommage le winch.

Alignement
Entrée de corde au niveau de l’entraînement final = réduction de la charge sur la boîte à engrenages et les roulements de la poupée
Ls = charge de la corde
Lgh = charge de la boîte à engrenages
Ldp = charge du pignon d’entraînement

Prenons deux exemples, l’un avec une charge correctement alignée et l’autre, non. Dans le premier cas, la charge sur la boîte à engrenages est limitée car les charges Ls et Ldp sont appliquées dans des directions opposées. Dans le second, la charge sur l’entraînement est maximisée (Lgh + Ls + Ldp), mais toutes les charges vont dans le même sens et s’additionnent.