Roulis

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Le Roulis est un mouvement de rotation d'un mobile autour de son axe longitudinal (axe de roulis). La vitesse angulaire de cette rotation est aussi appelée taux de roulis.

[modifier] Aviation

En aviation, ce mouvement est commandé par une action latérale sur le manche.
Le manche commande à son tour la déflexion de surfaces mobiles situées sur l'aile : les ailerons.
Les déflexions en sens opposé de ces surfaces générent des forces aérodynamiques et un moment de roulis.

Axe de roulis

Roulis commandé par les ailerons à l'extrêmité des ailes de l'appareil

Si l'avion présente un dièdre suffisant, le roulis peut être obtenu en actionnant la gouverne de direction.
Certains avions non équipés d'ailerons (planeurs dits "deux axes", avions de type "Pou du ciel") effectuent le virage de cette façon. Voir Roulis induit.

[modifier] Marine

[modifier] Définition

Le roulis est le mouvement alternatif du navire autour de l'axe longitudinal passant par son centre de gravité, le navire s'inclinant alternativement sur tribord et sur bâbord.
S'il s'incline d'un côté seulement on dit qu'il gîte. Exemple, un voilier à l'allure de près (contre le vent).

[modifier] Causes

L'état de la mer est à l'origine de ce phénomène. Le navire roule lorsque la houle ou les vagues le prennent par le travers. Il arrive également que certains navires roulent fortement dans une mer venant presque de l'avant à cause d'un couplage entre le tangage et le roulis (voir Porte-conteneurs).

Lorsque les périodes des vagues se rapprochent de la période propre de roulis, l'amplitude des mouvements est accentuée par une résonance. Lorsque la raideur du système (la stabilité du navire) est suffisamment faible, toute augmentation de celle-ci conduit donc à une amplification du roulis.

[modifier] Période propre

Comme dans tout système stable, au roulis est attachée une période propre des oscillations libres qui croît avec l'inertie et décroît avec la raideur. L'inertie est alors la somme du moment d'inertie classique I et d'une inertie ajoutée I_a correspondant à l'accélération des particules fluides (voir Notion de masse ajoutée). La raideur en rotation est égale au produit du déplacement P par la hauteur métacentrique, distance entre le centre de gravité G et le métacentre M (voir Poussée d'Archimède)). La période s'écrit :

$T = 2 \pi \sqrt{{I+I_a}\over{P\, \overline{GM}}}$

[modifier] Conséquences

Le mouvement de roulis qu'il soit brusque ou lent peut entraîner des problèmes à bord : rippage de cargaison, désarrimage de véhicules, désamorçage de pompes, bris de matériel, accidents humains. Ce mouvement perturbe l'équilibre et engendre le mal de mer chez les personnes non habituées.

[modifier] Lutte contre le roulis

Certains navires, surtout les transbordeurs et paquebots, mais aussi les porte-conteneurs possèdent des systèmes stabilisateurs actifs (ailerons anti-roulis pilotés par une centrale de stabilisation) permettant de contrer ce mouvement. De manière générale, sur une coque qui se prête de par sa forme au roulis on rajoute de petites quilles latérales (dites quilles de roulis). Ce sont des stabilisateurs passifs, qui ne font que freiner les mouvements de roulis.
Pour le confort des passagers, un paquebot comme le Queen Mary 2 possède 4 stabilisateurs repliables :

Chacun pèse environ 70 tonnes, mesure 2,50 mètres de corde et 6,25 mètres d'envergure, présente une surface de 15,63 m2, assure une portance positive ou négative de 1 070 kN (109 tonnes) à la vitesse de croisière, se déploie ou se rétracte en 30 secondes environ. Ce système peut réduire le roulis de 90 %.

Il existe des navires présentant une surface de flottaison très faible, moins sensibles au roulis : le type SWATH,(Small Waterplane Area Twin Hull). Ce genre de navire à la limite de l'instabilité nécessite des stabilisateurs actifs.