Le Temps Yachting 2008

Le journal suisse “Le Temps” publie aujourd’hui son hors-série “Yachting” [PDF 7.6 Mb] , avec un article de Vincent Gillioz sur “les bateaux volants, la folie des foils”.

L’article est composé de 3 parties :

• une présentation du principe et un historique mentionnant le Williwaw (1970) et le Charles Heidseick IV (1984).
• un partie consacrée aux multicoques à foils, avec une remarque intéressante de Marc Van Petegem (VPLP) qui estime que le développement des foils suit actuellement 2 directions:
  • les hautes vitesses, donc vaincre la cavitation
  • la polyvalence, qui implique de pouvoir décoller dans peu de vent, et c’est cette direction qu’il poursuit avec le Syz & Co (qui devrait être mis à l’eau fin mai apprend-on par la même occasion)
• la fin de l’article est dévolue au vol en monocoque, avec l’historique des Moth à foils et le développement du 18 pieds australien AET de Thomas Jundt

Ce hors série contient bon nombre d’autres articles intéressants, sur le Vendée Globe et sur la Coupe de l’America (évidemment), mais aussi sur Tabarly ou les MOD70 (mais… ils ont des foils!), la photo marine ou et les vieux gréements.

Il se termine avec un cahier lémanique consacré au Lac et ses vents, à ses régates, aux D35 etc.

Tout ça gratuitement en téléchargeant le hors-série “Yachting” [PDF 7.6 Mb]

Merci qui ? Merci les horlogers qui ont truffé le journal de belles pubs !

Le défi de l’Hydroptère

L’équipe de l’Hydroptère vient de publier ce communiqué, dont un premiers tiers est consacré à l’histoire de la vitesse à la voile.

Le second tiers est une habile prise de position sur la polémique sur la mesure des records. En gros:

1. Le WSSRC est brossé dans le sens du poil : sans eux et leurs règles, pas de record valide.
2. Mais l’Hydroptère évite soigneusement le débat concernant l’avantage de la mesure par GPS différentiel sur les meilleurs 500m dont il bénéficie par rapport à la mesure depuis la terre entre deux lignes précises…
3. On en profite pour rappeler que le record de Finian Maynard a été atteint sur “un canal spécialement construit pour ce défi.” alors “que “l’Hydroptère est le seul engin à voile capable de concilier des navigations au large dans de la mer formée et des runs à plus de 45 nœuds“.
4. Par contre les kites sont pour la première fois considérés comme des adversaires dangereux.

Bras de liaison de l’Hydroptère en “configuration vitesse”.
Pour l’importance du carénage, voir la fin de cet article

Le dernier tiers est consacré au défi de l’Hydroptère pour 2008. Désormais modifié en “configuration vitesse”, le bateau sera dès la mi-mars sur le spot de Port Saint Louis du Rhône devant la plage Napoléon pour profiter du Mistral… Pour l’Hydroptère, c’est sur, ça va chauffer:

Une chose est sûre, 2008 est l’année du record de vitesse absolue à la voile… Il y a trop de prétendants et trop de motivation pour que le record en reste à son niveau actuel.
L’ensemble de la communauté rêve des 50 nœuds à la voile.

Osera t’on naviguer plus vite, propulsé par la seule force des éléments ? Un début de réponse dès ce printemps..

Osez, les gars, osez !

Hydrofoil et téléphone

Tombé par hasard sur cette page donnant une info étonnante : en 1919, l’homme le plus rapide sur l’eau était Alexander Graham Bell. Oui, l’inventeur du téléphone !

Dès 1911, ce passionné a mis au point successivement 4 bateaux motorisés dotés d’hydrofoils. Le 9 septembre 1919, son “HD-4″ propulsés par deux moteurs d’avion atteignait 114 km/h (61 noeuds), plus du double des vapeurs les plus rapides de l’époque.

Bernard Smith

(texte en grande partie traduit et images tirées du site Mr Smith’s Amazing Sailboats de Paul Dunlop, avec son aimable permission)

Bernard Smith est le père de la vitesse à la voile. Né en 1910, il travaille dans les années 50 comme scientifique civil auprès de l’US Navy dans la base de China Lake en Californie et passe son temps libre à réfléchir au “voilier ultime” un bateau “rapide à toutes les allures et stable dans toutes les conditions”. La Navy va ensuite financer ses recherches, lui permettant de construire de nombreux modèles et prototypes jusqu’à sa retraite en 1973. Il continuera ensuite ses recherches à titre privé, jusqu’à nos jours.

Premiers travaux

Dès 1950, Bernard Smith construit des modèles réduits à voile destinés à atteindre les vitesses des engins à moteur de ses collègues. En 1959, il construit son premier engin capable d’embarquer un homme : un tripode asymétrique qui s’avère impilotable.

Les Aerohydrofoils

Dès 1962, Bernard Smith conçoit des engins aysmétriques dont la voile et le plan antidérive sont inclinés de manière à ne pas nécessiter de force de rappel. En 1963 il publie son premier livre “The 40 knots Sailboat” (référence, revues en anglais ici et là, et toujours disponible).

En 1969, Bernard Smith construit son premier modèle radio-commandé. Tirant les leçons des années précédentes, son “Aérohydrofoil” est symétrique et utilise des foils inclinés montés sur 2 des 3 flotteurs liés par une structure tetraedrique tubulaire qui restera une constante dans ses engins ultérieurs.

Il réalise ensuite son (le ?) premier foiler capable de décoller un équipier, atteingnant 20 noeuds dans 12 noeuds de vent.

L’engin est très stable, mais incapable d’embarquer un 2ème équipier ou de décoller par vent faible.

Les Monomarans

Juste avant sa retraite en 1973, Bernard Smith a construit un premier prao réversible baptisé “Monomaran”, puis deux autres avec Frank Delano. Dans ces bateaux l’équipage embarqué dans une coque pouvait orienter la voilure en faisant tourner toute la fameuse structure tétraédrique autour d’un pivot situé au milieu de la coque, et même empanner.

Dans le Monomaran III le plus abouti, les manoeuvres étaient commandées par un ingénieux mécanisme permettant d’orienter deux foils inclinés situés aux 2 autres angles du tétraèdre soit ensemble, soit en opposition.

Les monomarans donnaient de meilleurs résultats que les aérohydrofoils dans les petits airs, et on atteint tout de même 20 noeuds dans 20 noeuds de vent. Ils étaient par contre difficile à diriger par très petits airs et les foils de la dernière version nécessitaient tout de même une vitesse minimale pour fonctionner.

Les “Fliptackers”

Dès 1982,  Bernard Smith et Ralph Gitomer, travaillèrent sur une nouvelle conception de prao réversible. L’idée était de pouvoir basculer (”to flip”) le fameux tétraèdre par dessus la coque d’un bord sur l’autre, permettant ainsi de virer (”to tack” : flip+tack -> fliptacker, cqfd).

Avec cette structure, la voile est un triangle isocèle étayé entre les deux points du tétraèdre qui vont devenir flotteurs sous le vent et tête de mat alternativement, sur lesquels sont donc montés des foils inclinés fixes.

Smith et Gitomer déposent un brevet accordé en 1990 sur ce principe, puis suivent des voies différentes. Gitomer construit une planche à voile  “fliptacker”. Smith publie en 1969 son deuxième livre “Sailloons and Fliptackers : the Limits to High-Speed Sailing” (toujours disponible), et réalise quelques modèles de fliptackers munis de foils aux 4 sommets du tétraèdre, la coque étant simplement amarrée entre deux sommets.

Les “Sailloons”

Parallèlement à ses travaux sur les Fliptackers, Bernard Smith étudie un autre design basé sur l’idée d’équilibrer les forces aérodynamiques sur la voile par les forces hydrodynamiques sur deux hydrofoils. Doté d’une voile gonflable, le “Sailloon” (contraction de “sail” et de “balloon”) est asymétrique, ne peut pas virer et est sujet à la gite. En théorie, la voile doit être 800x plus grande que les hydrofoils pour respecter le rapport entre les densités de l’eau et de l’air. D’après Smith, ce design serait intéressant pour un grand bateau, de l’ordre de 100 tonnes mu par une voile de 100m de haut !

Mais il ne parvient à expérimenter les voilures gonflables qu’en combinaison avec les conceptions précédentes. Il munit son “aérohydrofoil” d’une voile gonflable, et réfléchit à un “fliptacker” à voile profilée.

Le voilier ultime

Le fliptacker à voile profilée est le design qui se rapproche le plus du voilier parfait que Smith a recherché pendant 40 ans, dans lequel la portance hydrodynamique du foil compense exactement la force de dérive due à la voile, résultant en une force propulsive pure.

A 97 ans, Bernard Smith vient de publier son troisième livre, “The Ultimate Sailboat” (je ne sais pas encore où on peut l’obtenir…) dont on peut voir quelques illustrations ici.

Plusieurs projets dont nous avons déjà parlé sur Foilers! ou dont nous parlerons bientôt s’inspirent plus au moins fortement des travaux de Smith, un véritable précurseur de la vitesse sur l’eau. Avec les matériaux et les moyens de calcul modernes, les engins de Smith serait certainement bien classés au WSSRC !

 

 

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.

Histoire des foilers radio-commandés

Suite à son commentaire sur le MiniFoiler, j’ai reçu un e-mail de Francis Roussel sur l’historique de ses recherches sur les foilers radio-commandés, que je retranscris légèrement édité ci-dessous :

Le premier a été construit à l’époque du projet de Tabarly bien avant qu’il n’entreprenne le Paul Ricard, puis une seconde version légèrement améliorée a navigué il y a environ 25 ans:

Le bras de liaison était articulé pour donner 3 valeurs différentes d’incidence, le safran était entièrement réglable en incidence.

Validation du concept, et même conclusion que du côté du Paul Ricard : l’incidence variable des foils à l’avant est peu utile, de même que celle du safran, en revanche un aileron vertical est nécessaire pour éviter le dérapage lors d’une claque.

Gros problème soulevé également, lors de la période “Archimède” : le bateau est très freiné, il faut peu de vent pour qu’il “monte” mais s’il surclasse tous les autres bateaux en vitesse, globalement sur un parcours olympique il ne fait pas le poids devant un multicoque classique. L’angle de la zone de déjaugeage est restreint.

En septembre 2007, Jean Luc Perard me contacte pour m’annoncer que des coques que je lui avais fournies il y a plus de 25 ans ont enfin été montées par son ami Bernard Dumas et que le foiler navigue au Bois de Boulogne.

Des vidéos de ce bateau sont disponibles sur YouTube :

Histoire de l’Hydroptère en vidéo

Trouvé cette vidéo montrant l’évolution de l’Hydroptère depuis la maquette radio-commandée à la bête de records actuelle, en passant par un impressionnant accident :

conception de Calliope, un cata à foils de 16 pieds

Trouvé sur ce forum une référence à un document très complet (mais en anglais) sur la conception, la construction et les performances de Calliope, un catamaran à foils lancé en 1991 :

E.J.C.Chapman and G.C.Chapman “The Design and Development of a 4.9m Hydrofoil Catamaran“, 1999, 2nd Australian Sailing Science Conference, Hobart

le “PK” de Fred

Frederic Monsonnec m’a signalé son site, intéressant à plusieurs titres:

1. depuis 1993, il met au point (et répare…) le “PK“, son prototype  d’ “hydroptère de loisirs”. Ultraléger (75 kg seulement), l’engin utilise des foils orientés par des flotteurs comme le “Trifoiler“.
   
   Outre de nombreuses photos du “PK”, Fred livre sur son site (avec beaucoup trop de modestie) des infos sur sa contruction et l’expérience acquise, qui lui permet d’envisager la construction de son prochain foiler :“Optimum D”.
2. Une liste de plus de 100 liens sur les foilers et sujets connexes. Beaucoup que je ne connaissais pas, et qui vont devenir des sujets de prochains articles.
3. Des pages consacrées à “quelques engins” comme des précurseurs des années 70 ( ICARUS, PHILFLY,  MAYFLY, FORCE 8) et d’autres plus récents (LOISIRS 3000,

   STRESS BOAT, NITRO)

4. Des photos de l’Hydroptère prises par Fred dans sa zone de navigation. Il a notamment pris quelques clichés de “détails” techniques de l’Hydroptère très intéressants comme:
   

Longshot et le Hobie Trifoiler

Le record de vitesse en classe A (voile entre 10 et 14 m²) appartient depuis 1992 à “Longshot”, qui a atteint 43.55 noeuds, soit plus que le classe D “Techniques Avancées” doté de 28m² de voilure.

“Longshot” est un des 5 prototypes conçus par Greg Ketterman qui débouchèrent sur le du “Trifoiler“  produit en série par Hobie Cat de 1995 à (?).

Il n’est hélas plus commercialisé, et c’est dommage car la video ci-dessous donne vraiment envie de l’essayer :