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 « La voile, un jeu d’enfants »

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)

Autre référence: The Physics of Sailing