Plus vite que le vent ?

Oui, un voilier peut aller nettement plus vite que le vent !

Les principes physiques de la voile sont expliqués de façon simple dans “Comment avance un voilier.

Ce qu’il faut retenir (les maths et la physique seront abordés dans d’autres articles):

1. Une voile fonctionne comme une aile d’avion : plus l’air circulant sur la voile va vite, plus la “force aérodynamique” sur la voile augmente, et donc sa “composante propulsive” qui fait avancer le bateau.
2. Le “vent apparent” ressenti sur le bateau est la somme du “vent “réel” et du vent du à la vitesse du bateau. Plus le bateau va vite, plus le vent apparent est fort et arrive par l’avant du bateau
3. Le bateau est freiné par sa “trainée”, due au frottement du bateau dans l’eau, et qui augmente très fort avec la vitesse.
4. Finalement, la vitesse du bateau s’établit à l’équilibre entre la force propulsive qui l’accélère, et la trainée qui le freine.

La vitesse du voilier dépend donc:

1. de sa construction, qui vise principalement à réduire la trainée:
   • le record de vitesse à la voile est détenu par une planche à voile ! Légère et planant sur la crête des vaguelettes, sa “surface mouillée” est minimale
   • au delà d’une certaines vitesse, les dériveurs légers et les multicoques se mettent à “surfer” : leur coque sort de l’eau, la trainée diminue et ils accélèrent brutalement.
   • les foils permettent de soulever le bateau hors de l’eau, diminuant encore plus la surface mouillée.
2. de sa direction par rapport au vent réel:
   • “vent debout”, directement face au vent, la voile ne fonctionne pas, le bateau n’avance pas.
   • au “vent arrière” , le bateau “poussé” par le vent ne peut pas dépasser une fraction de la vitesse du vent.
     S’il allait à la vitesse du vent (au moteur…), le vent apparent serait nul et les voiles ne créeraient aucune force.
   • aux autres angles par rapport au vent, la vitesse d’un bateau est décrite par une courbe appelée “polaire de vitesse” comme celle ci-dessous, correspondant à un grand voilier de croisière de 32 m (je cherche des polaires de multicoques et de foilers…) On y voit que:
     • les vitesses maximales sont atteintes au “largue”, entre 90° et 150° du vent réel
     • à ces angles, le bateau va plus vite que le vent ! Au Coin des experts SEED, on mentionne qu’un multicoque au surf atteint 1.5x la vitesse du vent, et que les bateaux à foils atteignent 2x la vitesse du vent (pas plus ?)
3. Finalement assez peu de la vitesse du vent réel : avec un vent 2x plus fort, un bateau ne va pas 2x plus vite, comme on le voit également sur la polaire ci-dessous.
   Sauf s’il se met à “surfer” ou à “voler” grâce à ses foils !

(cliquer pour agrandir)

Autres références:

• The Physics of Sailing
  
• La voile, un jeu d’enfants sur SEED