Sur l'image d'illustration de cet article, on voit bien deux conceptions très différentes du design et de l'efficacité d'une quille. Comment fonctionnent-elles et qu'ont-elles en commun ?

Bien plus qu'il n'en parait...

=> Dossier Quilles et Formes de quilles de voiliers

La quille et le ballast

En architecture navale, la quille, c’est le fond du navire, sa colonne vertébrale.
Lors de la construction en bois des voiliers traditionnels, la pose de la quille représentait, après le tracé des pièces à l’échelle 1 sur le plancher, la première étape de la construction proprement dite, du bateau.
Une fois posée cette quille, on venait y fixer les couples qui recevaient ensuite le bordé.
Puis, peu avant le lancement, on installait à bord le ballast. Un contrepoids formé de plomb, de pierre ou de marchandises. Ce ballast était le plus souvent installé à l’intérieur de la coque, sur la quille.

 Le ballast
A l’époque de la marine à voile, comme on le voit très bien sur cette coupe de la frégate Hermione, la quille était peu profonde. En d’autres termes, le bras de levier de la quille était alors très faible. Pour apporter du couple de redressement à ces navires, on les chargeait alors de lourdes marchandises ou d’un lest comparables.

En présence d’un bras de levier, plus on éloigne la force à appliquer (le ballast) de son point d’application (le centre de gravité du voilier), moins la force en question devra être importante.
C’est précisément ce qui donne de longues quilles -qui éloignent le ballast de leur centre de gravité- aux Imoca. Ce long bras de levier et la caractéristique basculante de ces quilles limite d’autant leur ballast, 2450 kg sur ces bateaux pourtant très puissants.

Sur les navires réalisés en fibre de verre, on a d’abord réalisé des quilles longues et relativement peu profondes. Ces quilles se prolongeaient très en arrière par le safran et formaient ensemble un unique plan anti-dérive. 
Elles étaient majoritairement réalisées en fibre de verre, creuses, pour recevoir un ballast (lest) chargé par l’intérieur. Des renforts transversaux, les varangues, reprenaient les efforts de la quille sur la coque. Certains chantiers ont aussi utilisé des quilles longues rapportées, faites d’acier ou même de béton !

Aujourd'hui, sur les voiliers, les quilles sont majoritairement réalisées en métal et sont rapportées et fixées sur la coque avec des boulons, les boulons de quille.

Dans la grande majorité des cas, elles sont faites de fonte d’acier.
Sur les voiliers les plus performants, elles comportent deux parties métalliques : le voile en acier et le bulbe en plomb (ballast).

Seuls de rares chantiers procèdent encore en stratifiant les varangues sur la coque. La plupart des gros chantiers ont choisi de réaliser une grande pièce en composite, le contre-moule, un ensemble monobloc qui embarque varangues et puit de quille ou de dérive, et destinée à être collé ou stratifié (dans le meilleur des cas) sur le fond de coque.
C’est à travers ce contre-moule que passent les boulons de quille.

Le couple de redressement

La quille d’un voilier est lestée pour compenser la force générée vent dans les voiles. 
Le chavirage intervient lorsqu’une force supérieure à la force de rappel de la quille est appliquée sur le gréement.

Cette force de rappel dépend de deux paramètres, le poids du ballast et le bras de levier qui s’exerce sur ce dernier, la distance entre le centre de gravité du lest et l’axe de rotation transversal du voilier.
Pour cette raison, les voiliers de régate disposent de voiles de quille profondes offrant un bras de levier maximal à leur leste dense, souvent alors réalisé en plomb, près d’une fois et demie plus lourd que l’acier.

Plus le navire est destiné à monter une voilure puissante, portée par une haute mature, plus son poids de ballast doit s’avérer important.

Le plan anti-dérive
Les voiliers sont soulis sans cesse à la dérive due au vent.
Quand le vent n’est pas perpendioculaire à l’axe du voilier, son action induit une dérive préjudiciable au cap. Pour limitert cette dérive, les voiliers sont dotés d’un plan anti-dérive. Ce plan se compose de la quille et du safran ou d’une dérive et du safrran sur un monocoque, de quillons et des safrans sur un multicoque, ou encore de quillons, de dérives sabre et de safrans sur les multicoques reapides et performants. 
En prenant “appui” sur l’eau, ces appendices créent une force, la force anti-dérive qui participe grandement à la tenue du cap.