Quelle que soit sa taille, un bateau est toujours constitué par divers éléments constitutifs. On trouve un flotteur, solide fermé assurant l'étanchéité, constitué principalement de la coque et éventuellement d'un pont (Un pont est une construction qui permet de franchir une dépression ou un obstacle (cours...) la recouvrant. Il dispose d'un système propulsif, souvent d'un système directionnel. Suivant l'utilisation du bateau (Un bateau est une construction humaine capable de flotter sur l'eau et de s'y déplacer,...), on trouve ensuite divers locaux, espaces, machines et équipements lui permettant d'assurer sa fonction.
Le flotteur doit avoir pour première caractéristique d'être plus léger que le poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la...) d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) correspondant à son volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension...), afin que la poussée (En aérodynamique, la poussée est la force exercée par le déplacement de l'air...) d'Archimède (Archimède de Syracuse (en grec ancien :...) lui permette de flotter. La coque peut prendre plusieurs formes, de simples rondins de bois assemblés ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) pour faire un radeau (Un radeau est, comme son étymologie le suggère (« ras d'eau »), une embarcation basse...) aux coques composite des voiliers de compétition. Il peut y avoir une seule coque (monocoque), deux (catamaran), trois (trimaran) mais rarement plus, bien que certaines expériences soient tentées avec des pentamarans comme futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) navires de commerce. Les coques sont en général parallèles les unes aux autres, et reliées par des bras.
La coque est divisée en plusieurs éléments : l'étrave (L'étrave est la pièce saillante de la coque d'un navire qui prolonge la quille vers l'avant. Plus...) est la partie la plus à l'avant, le brion est la partie avant sous la flottaison ; la quille ou la ligne de quille le prolonge sur sa longueur ; l'arrière est formé d'un étambot (L’étambot est la partie arrière d'un navire, anciennement appelée poupe. On l'appelle...) et d'un tableau arrière (Le tableau arrière est une partie de la coque d'un bateau. Il désigne la partie émergée de la...). La coque comporte souvent des appendices servant à la propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant....) (hélice), à la giration (gouvernail), à la stabilité (quilles de roulis), à l'hydrodynamisme (bulbe d'étrave) ou aux fonctions du navire (Un navire est un bateau destiné à la navigation maritime, c'est-à-dire prévu...) (apparaux de pêche, dôme () sonar). La flottaison sépare les œuvres vives en dessous et les œuvres mortes au-dessus.
La coque supporte enfin les différentes contraintes : contraintes hydrostatiques puisqu'elle doit supporter le poids du bateau, souvent inégalement réparti ; contraintes hydrodynamiques par la choc (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de...) des vagues ; elle doit aussi prévenir le naufrage en cas de collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de...) ou d'échouement. Elle est ainsi souvent doublée sur les plus gros navires cargos. La coque est construite en bois pour les navires anciens et certains bateaux de plaisances, en acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction...) pour la majorité des navires de commerce, en aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13....) pour les navires rapides, en plastique pour de nombreux bateaux de plaisance et en composite pour les voiliers rapides.
Si le système propulsif peut être constitué d'une simple pagaie, on trouve aussi les plus gros moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...) Diesel au monde (Le mot monde peut désigner :) sur les grands cargos. La propulsion tombe dans trois catégories : propulsion humaine, propulsion vélique et propulsion mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...). La propulsion humaine comprend l'aviron (utilisé en compétition mais historiquement sur les galères à grande échelle), la pagaie, la godille et le pédalo (Le pédalo est un engin de transport constitué de deux flotteurs parallèles, équipé d'un siège...). Actuellement ces systèmes sont réservés aux embarcations ou comme propulsion d'appoint sur les petits voiliers.
La propulsion vélique s'effectue au moyen de voiles (Les Voiles sont l’une des 88 constellations du ciel, visible essentiellement de...) dressées sur un ou des mât(s), supportées par des espars et contrôlées par des cordages. Historiquement le système le plus employé jusqu'au XIXe siècle, il est maintenant réservé à la plaisance, aux régates et aux grands voilies. Cependant, des systèmes expérimentaux sont testés afin de réaliser des économies de fuel sur les grands navires, tels que la turbovoile (Une Turbovoile ® est un système de propulsion faisant appel à l'effet Magnus et destiné...) ou le cerf-volant (Le cerf-volant, au pluriel des cerfs-volants, est un engin volant plus lourd que l'air,...) de traction.
La propulsion mécanique comprend un moteur mécanique et un propulseur. Le moteur s'est d'abord développée (En géométrie, la développée d'une courbe plane est le lieu de ses centres de...) avec la machine à vapeur (La machine à vapeur est une invention dont les évolutions les plus significatives datent...), maintenant remplacée dans la plupart des utilisations par le moteur Diesel deux-temps ou quatre-temps, par un moteur hors-bord (Un moteur hors-bord est un système de propulsion utilisé sur des bateaux. Il contient en un seul...) à essence sur les petites unités, par une turbine à gaz (Une turbine à gaz (dénomination historique), appelée aussi turbine à combustion...) sur les navires rapides (NGV, frégates...), ou par une combinaison (Une combinaison peut être :) Diesel-électrique pour des applications avancées. Des applications avancées combinent deux systèmes, comme le CODAG pour Combined Diesel and Gas (moteur Diesel et turbine (Une turbine est un dispositif rotatif destiné à utiliser la force d'un fluide (eau, vapeur, air,...) à gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) combinés, sur les navires de guerre). Enfin, l'énergie nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) est employée sur des navires de guerre et les brise-glaces.
Le propulseur le plus courant est l'hélice (Hélice est issu d'un mot grec helix signifiant « spirale ». Un objet en forme...) et ses diverses variantes : hélices jumelles (On désigne par le terme jumelles un dispositif optique binoculaire grossissant destiné à...), contra-rotatives, à pas variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle...), en tuyère (Une tuyère ou tuyère propulsive, dans le domaine de l'astronautique, est un conduit (appelé...)... un petit bateau comprend souvent une seule hélice mais un porte-avions (Un porte-avions est un navire de guerre permettant de transporter et de mettre en œuvre des...) en utilise jusqu'à quatre, complétées par des propulseurs d'étrave ou de poupe. La puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) est transmise aux hélices par un arbre (Un arbre est une plante terrestre capable de se développer par elle-même en hauteur, en...) d'hélice relié éventuellement à une boîte de vitesses (Une boîte de vitesse est le second maillon de la chaîne de transmission du couple d'un moteur au...). Les hélices peuvent être montés sur des supports externes (Z-drive, pods) ou remplacées par un système similaire (propulseur Voith-Schneider, hydrojets). Il existe enfin des systèmes expérimentaux (propulsion magnétohydrodynamique (La magnétohydrodynamique (MHD) est une discipline scientifique qui décrit le comportement...), à réaction) dont l'utilisation est réservée aux applications militaires ou aux records de vitesse (On distingue :).
Sur un bateau à propulsion humaine, un système pour contrôler la direction peut ne pas être nécessaire. Il le devient en cas de propulsion mécanique ou vélique. La forme la plus courante est un gouvernail (Le gouvernail est une partie mobile d'un bateau, ou d'un avion.) constitué d'un ou plusieurs safran(s), plan mince à l'arrière de la coque déviant l'eau du côté désiré et faisant pivoter le bateau en conséquence. Le safran est lui-même relié par sa mèche (Le mot mèche désigne :) à la barre, actionnée manuellement ou par un pilote automatique (Un pilote automatique (souvent abrégé PA) est un système permettant de maintenir un...). Le gouvernail peut être remplacé par un système où le propulseur est orientable : moteur hors-bord, pods ou Z-drive.
En appoint, les propulseurs d'étrave permettent de faire éviter (tourner) le bateau à faible vitesse, par exemple dans les ports ou pour le positionnement (On peut définir le positionnement comme un choix stratégique qui cherche à donner à une offre...) dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il...) d'un FPSO (FPSO est l'acronyme de Floating Production, Storage and Offloading [unit], soit littéralement...). Les voiles situées aux extrémités d'un voilier ont également un rôle plus directionnel que propulsif.
Dès qu'il atteint une certaine taille (de l'ordre de 8 m de long), un bateau possède souvent un ou plusieurs pont(s) fermant la coque et divisant l'espace verticalement. Sur un voilier de plaisance, il servira à délimiter une cabine (Sur un bateau, une cabine désigne une pièce d'habitation pour une ou plusieurs personnes. Une...) pour l'habitation ; sur un bateau plus grand (bateau de pêche ou de commerce), on trouvera une ou plusieurs cale abritant les marchandises, une salle des machines pour l'appareil propulsif, divers locaux permettant le travail, et des cabines pour l'équipage. Des réservoirs permettent de stocker le carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme...), l'huile (L'huile est un terme générique désignant des matières grasses qui sont à...) de moteur et l'eau douce. Enfin, des ballasts sont aménagés afin d'équilibrer le navire.
Au-dessus du pont principal, on trouve diverses superstructures dont la fonction peut être esthétique ou fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions....). Elles sont en général très basses sur un voilier, entièrement à l'arrière sur un navire cargo, s'étendant sur toute la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) pour un navire à passagers (Les navires à passagers sont des navires ou bateaux dont le rôle principal est de transporter des...) ou divisées en plusieurs éléments sur les grands voiliers.
Si chaque type de bateau a ses équipements propres (se reporter à chaque article pour les détails), certains équipements sont communs à de nombreux types :
Finalement, à partir d'une certaine taille, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) bateau comprend une embarcation de sauvetage (Une embarcation de sauvetage est un petit bateau utilisé sur les navires de charge, de pêche et...) ou un radeau de survie (Le radeau de survie est un engin de sauvetage collectif, une embarcation stockée dans un...) afin d'assurer la survie en cas de naufrage.
La sustentation d'un bateau peut être assurée de différentes façons :
Le bateau est en équilibre d'une part lorsque les forces sont d'égale grandeur, donc quand l'immersion est suffisante pour que la poussée d'Archimède compense le poids ; d'autre part lorsque les moments sont équilibrés. Le bateau prend ainsi une position d'équilibre. Si les poids sont également répartis, le bateau flotte avec une inclinaison (En mécanique céleste, l'inclinaison est un élément orbital d'un corps en orbite...) nulle, mais l'action des vagues, du vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface...) et le déplacement des poids (déplacement de l'équipage, du lest, de la cargaison) entraîne une inclinaison par rapport à l'axe longitudinal (gîte) ou transversal (assiette). Si la gîte est prévue sur les voiliers en raison de l'action du vent, elle est évitée autant que possible sur les bateaux à moteur : elle est source d'inconfort et de risques puisqu'une gîte excessive peut mener au chavirement.
La stabilité d'un bateau est donc étudiée d'une part de façon statique (Le mot statique peut désigner ou qualifier ce qui est relatif à l'absence de mouvement. Il peut...) (répartition des poids) et dynamique (action des vagues et du vent). Les moyens pour compenser une gîte excessive sont le déplacement de l'équipage sur les petits voiliers, un lest fixe (placé en bas de la quille) ou orientable, ou des ballasts pouvant être remplis d'eau. L'assiette est compensée de la même façon.
L'avancée d'un bateau est contrariée par la résistance de l'eau. Cette résistance peut être décomposée en plusieurs composants[1] dont les principaux sont la friction de l'eau sur la coque et la création de vagues. Pour réduire la résistance et donc accroître la vitesse pour une puissance donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...), il faut donc réduire la surface immergée et utiliser des formes de coque produisant des vagues d'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) moindre. Pour cela, les bateaux rapides sont souvent plus fins, avec des appendices de taille plus réduite ; la friction de l'eau est aussi réduite par un entretien régulier de la coque sur laquelle se déposent des animaux et des algues, en l'enduisant d'un antifouling. La résistance de vague (Une vague est un mouvement oscillatoire de la surface d'un océan, d'une mer ou d'un lac. Les...) peut être réduite par l'ajout d'un bulbe (Un bulbe est une pousse souterraine verticale disposant de feuilles modifiées utilisées...) d'étrave et par des formes régulières et fines.
Cependant, la résistance à l'avancement grandit très vite pour un navire à déplacement lorsque le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de Froude atteint 0,4 ; pour dépasser cette vitesse, il faut utiliser une coque " planante " , où la poussée additionnelle permet à la coque de " déjauger " et d'offrir une moindre résistance. C'est le cas de nombreux hors-bords et de dériveurs de course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) comme les 49ers. Pour les grands projets, disposant d'un financement adéquat, la résistance hydrodynamique peut être testée dans un bassin d'essais des carènes ou en utilisant la simulation numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information...).
Le bateau subit également des mouvements dus à son passage dans la mer : ces mouvements peuvent être éprouvants pour les passagers et pour le matériel et doivent être maitrisés si possible. Le roulis peut être limité par une quille de roulis (Une quille de roulis est un appendice de la coque d'un bateau, constitué d'un plan mince disposé...), par des ailerons stabilisateurs ou par un système de poids ; le tangage est plus difficile à limiter et peut devenir dangereux si l'avant du bateau tape dans les vagues, phénomène appelé slamming (A la base, le slamming est une pratique peu scrupuleuse qui consiste à inciter les propriétaires...), le système SWATH (SWATH est l'acronyme de Small Waterplane Area Twin Hull ship, en français navire catamaran à...) tente de pallier ce problème. C'est en général au stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe...) la conception que la forme de coque est optimisée pour cela ; lors de la navigation, c'est le centrage des poids et le changement de route (Le mot « route » dérive du latin (via) rupta, littéralement « voie...) qui permet de limiter les mouvements.
La structure va absorber la répartition du poids, le choc des vagues, les efforts dûs à l'avancée dans l'eau et à la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée...) du vent, et les diverses contraintes de la navigation ou du port. La structure est constituée deux parties : la charpente primaire ou principale qui soutient la structure, et la charpente secondaire plus dense qui est associée au bordé (Le bordé est l'ensemble des bordages, c'est-à-dire l'ensemble des parties qui constituent la...) pour le raidir. Cette distinction est claire pour la construction en bois massif ou en métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des...), mais disparaît sur les constructions à clin ou en sandwich où la structure est intégrée au bordé. La charpente est complétée par un système de raidisseurs transversal (des raidisseurs sont ajoutés transversalement, comme les membrures et les barrots) ou longitudinal (raidisseurs longitudinaux comme les lisses). Des renforts sont ajoutés aux endroits subissant de fortes contraintes : carlingue ( La carlingue est la pièce longitudinale de renforcement placée au fond d’un navire. ...), base du moteur, support de l'arbre d'hélice, épontilles, pied de mât et cadènes, etc.
La structure a aussi le rôle d'aborber le bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son....) et les vibrations qui sont une source d'inconfort et de risque pour la structure elle-même. La structure intègre également des cloisons étanches afin de subdiviser le bateau en zones étanches permettant de garder une stabilité suffisante après avarie (par exemple, le bateau doit pouvoir rester à flot si un compartiment ou deux sont envahis), ainsi que des cloisons anti-feu pour retarder la progression d'un incendie.
La vie d'un bateau passe par plusieurs étapes : tout d'abord, son acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un...) qui revêt diverses formes selon l'utilité finale (de la commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un...) à un chantier de production en série, au contrat entre armateur, affréteur et chantier) ; puis la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) de conception réalisée par un architecte (L'architecte est le professionnel du bâtiment dont la fonction est de concevoir et de diriger...) naval (Naval est une municipalité de la province de Biliran sur l'île de Biliran aux Philippines.). La construction est ensuite réalisée dans un chantier naval, après quoi le bateau est lancé et peut être utilisé. La fin de vie revêt également différents formes.
La conception d'un bateau passe par différentes phases[2] : à partir d'un programme ou d'un cahier des charges (Un cahier des charges est un document visant à définir exhaustivement les spécifications de base...), l'architecte naval suit une spirale (En mathématiques, une spirale est une courbe qui commence en un point central puis s'en...) de projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) consistant à créer un premier schéma, évaluer les dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce...), les espaces et le déplacement. À partir de là, un avant-projet peut être réalisé incluant la forme de la carène, le profil général et une première estimation de la puissance propulsive. Une fois ces données fixées, le projet en tant que tel peut être défini.
Un dossier de projet comprend typiquement un plan d'ensemble, une spécification générale décrivant les particularités du bateau et incluant un devis de masses, le plan de formes, divers plans de structure et de construction que le chantier utilisera, dont une coupe au maître présentant les échantillonnages. Selon la taille du bateau et les besoins, on peut encore trouver un plan de voilure, des capacités, électrique, des systèmes de ventilation...
L'architecte est également soumis aux diverses réglementations ; un rapport de franc-bord et une épure de jauge ( En tant qu'instrument de mesure : Une jauge est un instrument de mesure. On trouve par...) montre le respect de ces réglements, de même que des schémas d'évacuation en cas de naufrage pour un bateau à passagers ou un schéma de cloisonnement anti-feu.
La construction a lieu dans un chantier naval ; elle peut durer de quelques mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps...) pour une unité produite en série, à plusieurs années pour la reconstruction d'un bateau en bois comme la frégate Hermione. Le mode de construction est dicté principalement par le matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) de la coque et par la taille du bateau. La coque d'un voilier de série en plastique est construite à partir d'un moule ; la coque d'un cargo en acier est réalisée en plusieurs blocs soudés les uns aux autres au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île...) et à mesure qu'ils sont construits.
De manière générale, la construction commence par la coque (et par la pose de la quille dès que le bateau dépasse une trentaine de mètres), dans une cale sèche ou à terre. Une fois celle-ci assemblée et éventuellement peinte, elle est lancée par le côté ou par l'arrière, ou par submersion si elle se trouve dans une cale inondable ; un petit bateau sera simplement mis à l'eau par une remorque (Une remorque est un véhicule (généralement dépourvu de moteur) que l'on attelle...) ou une grue. La superstructure est posée et les travaux de finition permettent d'installer les emménagements et équipements.
Une fois terminé, le bateau est livré au client (Le mot client a plusieurs acceptations :). Le lancement et la livraison donnent souvent lieu à une cérémonie pour un bateau d'une certaine importance : la cérémonie de baptême est l'occasion de donner un nom au bateau.
Lors de son service actif, le bateau va connaître des périodes de navigation, des temps d'attente / chargement (Le mot chargement peut désigner l'action de charger ou son résultat :) / déchargement aux ports, et des périodes d'hivernage entre les saisons de navigation. Cependant, le bateau fatigue : une visite en cale sèche est nécessaire à intervalles réguliers (tous les ans pour un paquebot (Un paquebot est un navire spécialisé dans le transport de passagers. Le nom vient de...), tous les deux ans et demi pour un Navire cargo) afin de débarrasser la coque des animaux incrustés comme les pouce-pieds, de refaire la peinture et de renouveler les Zincs (anodes solubles) servant à éviter la corrosion (La corrosion désigne l'altération d'un matériau par réaction chimique avec un...) de l'hélice et de la coque. À d'autres intervalles, une plus longue visite dans un chantier peut être nécessaire pour changer certaines pièces, notamment de l'appareil propulsif et directionnel qui fatiguent vite. C'est l'occasion de tester la résistance de la structure, le câblage électrique, de mettre à niveau les installations selon les réglementations, etc.
Si le bateau a subi une avarie et qu'il n'est pas déclaré " perte totale " (auquel cas il est le plus souvent mis à la casse), il entre en chantier pour réparations, ce qui peut parfois se faire à flot. Enfin, les reconversions ont plusieurs buts, comme adapter un navire non rentable à un autre but (un pétrolier (Un pétrolier est un navire citerne servant à transporter le pétrole ainsi que ses...) en FPSO par exemple) ou sauver ce qui peut l'être après une grosse avarie (conversion en barge d'un navire cargo).
Un navire cargo a une durée de vie comprise entre 20 et 30 ans[3] ; un voilier en contreplaqué (Le contreplaqué et le lamibois sont la superposition de plaques de bois déroulées,...) peut durer entre 30 et 40 ans, à peu près comme un bateau en plastique. Les navires en bois massif peuvent durer plus longtemps mais demandent de l'entretien. Après ces durées, la solidité de la coque est compromise par la rouille, l'osmose (L’osmose est la force qui tend à équilibrer les concentrations moléculaires.) ou le pourrissement, il devient trop dangereux de faire naviguer le bateau. Celui-ci peut être sabordé volontairement en mer (Le terme de mer recouvre plusieurs réalités.), abandonné comme épave ou mis à la casse pour démolition. Il peut aussi être réutilisé pour former une digue près d'un port ou comme navire-musée.
Un destin prématuré peut l'attendre sous la forme d'une fortune de mer : incendie, collision, échouement ou chavirement peuvent entraîner une perte totale du bateau ou nécessiter d'importantes réparations en cale sèche. D'un autre côté, il peut être préservé notamment s'il a une forte valeur : c'est souvent le cas des grands voiliers ; ces navires représentent leur pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...) ou région d'origine lors de manifestations nautiques en servant " d'ambassadeurs ".
Enfin, de nombreux bateaux détruits ou perdus " survivent " tout de même pour les personnes qui y étaient attachés grâce à des maquettes ou des reliques : certains objets symboliques sont conservés, comme une ancre, une plaque d'identification, une pièce d'accastillage ou la cloche du bord.