Types de fonctionnement
1)Fonctionnement Hydrostatique
La sustentation d'un bateau peut être assurée de différentes façons :pour un bateau « archimédien » ou « à déplacement », le poids de la coque est compensé par la poussée d'Archimède (« Tout corps plongé dans un fluide au repos (lorsque les forces s’exerçant sur le corps se compensent), entièrement mouillé par celui-ci ou traversant sa surface libre, subit une force verticale, dirigée de bas en haut et opposée au poids du volume de fluide déplacé ; cette force est appelée poussée d'Archimède. Pour que le théorème s'applique il faut que le fluide immergeant et le corps immergé soient au repos, que les forces qui s’exercent sur lui s’annulent. Une fois les conditions précédentes respectées, dans un champ de pesanteur uniforme, la poussée d'Archimède PA est donnée par la formule suivante :
PA = Vdéplacé × ρfluide × g
Avec : Vdéplacé, en cm3, ρfluide exprimée en kg/cm3 et g, accélération de la pesanteur exprimée en newton par kg
C'est le cas de tous les gros navires et de la majorité des bateaux « classiques » : le bateau flotte à l'arrêt mais la coque se soulève à pleine vitesse grâce à l'action de l'eau sur les surfaces portantes, réduisant d'autant la résistance de l'eau. 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. Si les poids sont également répartis, le bateau flotte avec une inclinaison nulle, mais l'action des vagues, du vent 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 (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.
2) fonctionnement Hydrodynamique
Cependant, la résistance à l'avancement grandit très vite pour un navire à déplacement. Pour mesurer cette résistance on introduit le nombre de Froude : Le nombre de Froude apparaît quand on établit le rapport entre deux forces particulières, la résistance qu'oppose l'eau au mouvement d'un bateau, et le poids (ou déplacement) de ce bateau donné par la relation :
Fn= Vs/sqrt(g*LWL)
Avec :
Vs : Vitesse carène (m/s)
LWL: Longueur flottaison (m)
g : accélération de la pesanteur en (N/kg)
Lorsque le nombre de Froude atteint 0,4 correspondant à un palier de résistance et augmenter la vitesse, on peut utiliser une carène plus longue et plus fine, comme celle des multicoques à voiles (catamarans et trimarans). On peut aussi diminuer la résistance en diminuant le volume immergé de la carène en utilisant la portance hydrodynamique d'une coque planante, d'une surface portante immergée (hydrofoil ou foil). Dans le cas d'une coque « planante », la poussée additionnelle permet à la coque de « déjauger », sa vitesse lui permet d’être porté par l’eau et ainsi d'offrir une moindre résistance.
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, 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, le système SWATH (c'est un navire catamaran à faible surface de flottaison) tente de pallier ce problème.
C'est en général au stade de 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 qui permet de limiter les mouvement.