L’aile d’eau

L’ « Aile d’Eau » est un très fascinant travail de Luc Armant commencé en 1998-9 alors qu’il étudiait l’Architecture à Nantes, et décrit dans cet impressionnant document de 136 pages (et 36 Mb), extrêmement intéressant à plusieurs titres :

• une recherche historique et bibliographique incluant des brevets sur de très nombreux travaux de précurseurs en matière d’architecture navale de voiliers de vitesse
• une excellente introduction à la mécanique des fluides et à ses applications aux voiliers rapides
• une approche très originale consistant à considérer un voilier comme constitué d’une aile « aérienne » et d’une autre « aquatique », la coque n’étant qu’un des moyens possibles de lier les deux pour réaliser la fonction désirée…
• Pour réaliser une embarcation visant réellement la vitesse pure, Luc propose de réduire la coque à un simple câble reliant les deux ailes, réalisant ainsi ce qu’il appelle un « voilier sans masse ».

A noter que le style rédactionnel est typique d’un travail d’architecture, donc assez déroutant de prime abord pour un ingénieur, mais la cohérence et la rigueur de l’étude s’imposent rapidement

En 2001, Luc a réalisé une maquette de son idée phare : un cerf-volant tractant et un « cerf-plongeant », tous deux auto-stables et liées par un seul fil traversant la surface, le tout se déplaçant à haute vitesse :

Spectaculairement simple, n’est-ce pas ?

Quelques citations tirées du document, parfois un peu étonnantes voire provocatrices, mais suscitant la réflexion :

• Si l’on arrive à Transformer la question du « comment se déplacer vite sur l’eau » en « pourquoi utiliser l’eau pour se déplacer vite » , on a déjà fait un net progrès.
• Malgré des ressemblances physiques très fortes, le mouvement liquide est perçu subjectivement de façon très différente du mouvement gazeux. C’est, je pense, la raison principale d’une très fréquente dissymétrie dans l’imaginaire du voilier, dans son analyse intuitive puis dans sa prétendue définition.
• Définition : Le voilier est une structure autonome stabilisée en altitude autour de l’interface horizontale entre un liquide et un gaz et se propulsant par l’exploitation de l’énergie contenue dans le différentiel verticalement éloigné des vitesses horizontales (appelé courvent) des deux fluides respectifs.
• Le plan sous-marin ou plan hydrodynamique. Couramment nommé dérive pour des raisons inexactes et subjectives (pourquoi ne pas nommer la voile « incidence » ?), il peut aussi s’appeler quille (origine structurelle), plan anti-dérive ou appendice. C’est peut-être parce qu’il est le plan caché qu’on oublie souvent de s’en soucier. Avoir une simple tôle en guise de dérive dérange beaucoup moins que d’avoir une voile mal réglée. D’ailleurs le plan déviateur sous-marin est injustement exclu du mot « voilier ». La nomenclature qui s’y rapporte est largement plus étroite que pour la voile. Pour des facteurs contraires à ceux induisant la souplesse (forte charge alaire, poids moins pénalisant, manoeuvre inaccessible), la dérive est presque toujours de forme rigide épaisse.
• Grâce à la propriété essentielle du fluide de ne présenter aucun frottement à vitesse 0, il y a un potentiel de rendement de sustentation (par Archimède) sur l’eau excellent pour des vitesses faibles. Une coque, aussi pesante, volumineuse et grossière qu’elle soit, possède à vitesse zéro un rendement de sustentation infiniment grand.
• Le rendement d’une coque élancée finit inexorablement par chuter à haut nombre de Froude. Mais, si l’on peut se permettre des dimensions monstrueuses (de l’ordre de 50 mètres), on peut envisager avec une finesse de coque (=V/L³) de 0.001 (finesse d’un trimaran 60 pieds) des rendements sustentateurs proches de 20 aux vitesses de cavitations (45-50 noeuds). Le rendement sustentateur d’une coque planante atteint difficilement 5. Enfin le rendement d’une sustentation par plans perceurs peut atteindre 11 aux vitesses moyennes (50 km/h) mais baisse très tôt à cause des problèmes de ventilation et de déformation de l’interface.
• Pour réussir des vitesses absolues honorables, la seule solution est de trouver des plans d’eau artificiellement abrités, de construire des structures extrêmement fragiles, monodromiques (naviguant sur un seul bord) pour les moins courageux, et de jouer sur l’habilité des pilotes, pour que, quand les rares occasions météorologiques idéales se présentent, des mesureurs officiels puissent dire après dix tentatives infructueuses et un bon coup: record!
• J’appelle « aile d’eau » un voilier dont les plans déviateurs sont équilibrés de façon autonome dans leurs mouvements et sont reliés entre eux par à une structure souple en traction simple, présentant un biais par rapport à l’horizontal et résistant à la tension interne en utilisant le minimum de volume et de masse afin de minimiser les trois ennemis de la vitesse: perforation de l’interface, surface mouillée et poids.
• L’aile d’eau appartient à la famille des voiliers sans masse. J’appelle voilier « sans masse » tout voilier qui n’utilise directement on poids dans aucune des stabilisations indispensables à savoir: altitude, biais et allure.
• L’hydroptère, bien connu en France, est souvent présenté comme essentiellement original. En réalité, ce n’est qu’un voilier pesant car son foil au vent n’est pas capable de créer une déportance, c’est à dire de composante plongeante remplaçant le poids. Tout au plus, l’hydroptère pourrait-il (s’il était plus large et que les centres d’efforts hydro et aéro étaient à la même altitude) créer un couple redressant sans gite par la seule différence (due à la dérive) de sustentation entre les deux foils.

Il y a vraiment une mine de sujets intéressants dans l' »aile d’eau », et beaucoup d’images et de graphiques intéressants que je ne reproduits pas ici pour des questions de droits, mais je reviendrai certainement dans des posts ultérieurs sur ce travail fascinant.