Foilers, hydrofoils…

Au cours de mes échanges avec Daniel Charles (architecte, historien, analyste…), Daniel m’a gentiment envoyé son analyse de la problématique des bateaux à foils. Je comptais utiliser cette très intéressante vision de la question comme préface-introduction d’un article que je prépare sur les systèmes de régulation des foils immergés. Mais après réflexion, ce texte mérite un article à lui tout seul.

Foilers, Hydrofoils par Daniel Charles

Deux difficultés fondamentales

Toute la problématique des bateaux à foils découle du fait que deux difficultés fondamentales sont souvent ignorées :

1 – Lift-drag bucket

Il faut que chaque foil reste dans le fond du « seau ». Ce « seau » (lift-drag bucket, pour lui donner son nom complet) est la courbe que décrit, pour toute la gamme des angles d’attaque, le rapport portance/traînée d’un foil. Jusqu’à 3-4° d’incidence, le foil crée de la portance sans pénalité de traînée; soudain, la courbe monte presque à la verticale : au-delà de 4-5° d’incidence, le foil crée de la traînée presque sans bénéfice de portance. Rester au fond du seau est impératif pour les performances. En d’autres termes, la fourchette d’utilisation du foil est extrêmement étroite – disons 4°- alors que l’assiette des bateaux sur lesquels les foils sont attachés varie bien au-delà de cette fourchette : les variations d’assiette au tanguage peuvent être, dans les vagues, de 10-12° pour un grand bateau à 25° pour un Class C ! Dès que l’on a l’ambition de naviguer ailleurs qu’en mer plate, une régulation de l’angle des foils est donc absolument nécessaire. certes, on peut s’en passer et on développera le plus souvent la portance nécessaire, mais au prix d’une traînée importante, qui imposera plus de voile, plus de stabilité, plus de traînée, et ainsi de suite… ce qui nous amène au second point.

2 – Suspension – régulation

Par nature, un foil doit produire, de manière dynamique, la même portance qu’un flotteur en produit grâce à la poussée d’Archimède – sauf que le foil concentre cette portance sur quelques « points durs » assez rapprochées, alors que l’effort d’un flotteur est réparti sur une plus grande distance. En même temps, la portance d’un foil croît très rapidement (grosso-modo au rythme de 7 à 10% par degré d’incidence, ce qui peut être obtenu en 1/10è de seconde), celle d’un flotteur augmente de manière très progressive. Le résultat est une augmentation de la fatigue du matériel, et donc une diminution de la fiabilité. Pour contrecarrer ce problème, on a le plus souvent été amené à créer des structures très solides, mais donc très lourdes – ce qui n’a pas empêché les foilers comme les hydrofoils purs d’accumuler les avaries. Personne n’imaginerait partir sur une voiture dénuée de suspension -or c’est, au fond, le problème de la majorité des bateaux à foils. Les seuls qui n’ont pas eu de problème de fiabilité employaient tous un système de régulation de la portance des foils, qu’il s’agisse du système à palpeur de Hook, de celui de Baker ou du plus ancien de tous, Homo Sapiens V1, qui joue sur la rapidité d’intervention du barreur et fait merveille en Moth (mais est inapplicable offshore sur de longues distances). L’Hydroptère n’a commencé à marcher convenablement que lorsqu’il fut équipé d’un système d’amortissement, cqfd.

La trainée

Stabiliser un bateau par foils, voire le faire voler, est très facile. On peut faire voler un hydrofoil dès trois noeuds (je l’ai fait!), mais ce n’est pas parce qu’on vole qu’on va vite. Sur papier, les foils sont imbattables parce qu’ils ont un rapport portance trainée de 0,015-0,02, alors que le meilleur rapport portance traînée que puisse fournir la poussée d’Archimède est 0,2. Dans la pratique, un foil qui perce l’eau, ventile et fait des vagues se retrouve vite dans la fourchette 0,15-0,25, la même que la poussée d’Archimède -mais avec un surcroît de poids du fait de la concentration des efforts. En terme de rapport portance/traînée réel, le système le plus compétitif est incontestablement l‘HYSWAS, il est vrai stabilisé par foils immergés commandés par ordinateur….

Le facteur d’échelle

Enfin, les hydrofoils sont victimes d’un problème d’échelle, qui profite au contraire aux bateaux archimédiens. Sur ces derniers, grandir est un avantage, parce que si l’on double la taille, la voilure sera multipliée par quatre (le carré) alors que la stabilité (qui dépend du volume et du poids) sera multipliée par huit (le cube); en d’autre termes, sur les bateaux archimédiens, la stabilité coûte de moins en moins cher en termes de performances au fur et à mesure que la taille augmente. Sur les hydrofoils, au contraire, on n’a pas cet effet d’échelle: si l’on double la taille du bateau, la surface de voilure sera multipliée par quatre, et la surface des foils (et leur portance) aussi. Il n’y a pas d’avantage à faire « grand » (et pas mal d’inconvénients, à cause des problèmes structuraux). A cause de cela, la Mini-Transat serait un bien meilleur terrain d’expansion pour les hydrofoils de mer que les 60′. Faut-il rappeler que, en quinze ans, l’Hydroptère n’a pas réussi, malgré tous ses efforts et un budget considérable, à établir un seul record significatif au large….

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8 Responses to Foilers, hydrofoils…

  1. Gahagnon Maurice dit :

    bonjour,
    Je suis d’accord avec presque tout ce qui est dit dans cet article.
    je voudrais juste dire que pour les hydrofoils le facteur d’échelle ne s’applique pas si simplement que çà. Il faut tenir compte du nombre de Reynolds, de l’allongement, …En gros le plus intéressant est de faire un grand bateau (pour la stabilité de cap , de gite et d’assiette) muni de petit foils asservis.
    Mon projet de trimaran à hydrofoils avance, aussi je n’ai pas beaucoup de temps à vous écrire.
    J’ai l’intention de vous montrer tout çà bientôt des que les flotteurs seront bien avancés.
    à plus

    Maurice

  2. zOoO dit :

    « Faut-il rappeler que, en quinze ans, l’Hydroptère n’a pas réussi, malgré tous ses efforts et un budget considérable, à établir un seul record significatif au large…. »

    Heureusement que c’est D Charles qui le dit, il n’est pas taxé d’hérésie avec sa notoriété.

    Je tiens les mêmes propos depuis pas mal d’année et on me regarde de travers, quand je vois les vitesses atteintes par les flysurf ou autre petits canots, et que je compare les budgets de l’hydroptère qui fait des effets de Manche…
    Car j’aimerais bien connaitre les retombées techniques apportées par l’Hydroptere, car les 60 pieds ou autres geants n’utilisent pas les foils de la même façon et vont quasiment aussi vite bien plus longtemps.

    A moins de transformer l’atlantique en lac Léman, sans parler de l’attention qu’il faudra aux barreurs, l’hydroptère aura bien des difficultés à battre les record de Groupama.

    Mais rever ne fait pas de mal,et A.Thebault c’est trouvé un job en or.

  3. Merci Maurice et zOoO, pour ces réactions.
    Promis après j’arrête de remercier les autres intervenants !
    Maurice, j’attends avec impatience…
    Fred

  4. Clech dit :

    A. Thébault se présente comme un défricheur. La rigueur et la méthodologie apportés par le soutient de l’aéronautique sont une chance pour faire progresser les voiliers hydrofoils. Si l’hydroptère recommence une culbute comme celle de décembre 2008, c’est de l’argent gaché, si cela ne se reproduis plus, c’est qu’il aura progressé.
    A ses débuts, l’automobile était moins rapide et beaucoup moins fiable que le cheval…

  5. Salut Clech,
    Faut il comprendre dans ton message un soutien à l’équipe de l’Hydroptère… oui sûrement ?
    Je ne sais pas s’il faut voir une critique négative, dans la conclusion faite par Daniel. Je pense que c’est surtout une constatation qui va dans le sens de son analyse technique. Mais je ne suis pas son porte parole…
    Il s’agit sûrement plus d’une critique dans le « post » de zOoO !
    Je partage ton avis sur la comparaison avec l’automobile. Elle peut aussi être réalisée avec l’aviation. Je suis un « accro » de l’Hydroptère, mais j’assaye (pour une fois) de comprendre les avis de chaque « partie » et je partage aussi les interrogations de zOoO, bref je vais passer pour un faux cul de première !
    Fred

  6. zOoO dit :

    Je comprends tous les points de vue, je constate seulement comme D Charles, que l’hydroptère n’a fait que des sauts de puces, et dans ses navigations et dans ses progrès, mais que son budget est inversement proportionnel.

    A coté de cela de petites équipes moins « bruyantes » font un travail souvent plus efficace. Et ton blog en parle assez pour comparer.

    Mais D Charles se trompe sur un point l’hydroptère a battu un vieux record, en volant moins haut, celui de Bleriot.
    Comment ils ne sont pas dans la même catégorie ? Pourtant Paris-Match…..Voila c’est le coté show-biz de l’hydroptère qui me gêne. ;-))

  7. Mais tu es fou mon cher zOoO (qui se cache derrière ce pseudo ?)? Tu oses attaquer l’Hydroptère, mmmm je vais essayer d’éviter d’être trop proche de toi!
    PS : ce n’est pas seulement mon blog! Rendons au Dr Goulu… je ne suis que co-auteur je suis venu me raccrocher a une excellente idée en cours de route.
    Fred

  8. zOoO dit :

    Personne de bien interressant ne se cache derriere ce pseudo. Un quidam tout ce qu’il y a de plus commun. Mais qui s’interresse.

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