Palper en avant ou en arrière ?

Il y a quelques mois j’essayais de définir les avantages et les inconvénients des foil en T et des foils en V (article « Foils en T ou foils en V ?« ). Aujourd’hui, je vais essayer de comparer deux systèmes de régulation de l’angle d’incidence des foils immergés. Pour cela, j’ai décidé d’étudier des engins prévus pour la même utilisation (loisirs) et à partir de la même architecture (trimaran). Il s’agit du Trifoiler de Greg Ketterman et du Windrider Rave de Sam Bradfield. Je ne vais donc peut être pas vraiment répondre à la question « Palper en avant ou en arrière ? » car pour chaque système il existe des variantes. Bien évidement, je ne détiens aucune vérité, ce n’est que mon point de vue. Vous êtes là pour me corriger et ça fait du bien de le savoir ! Chers correcteurs, il y aura grâce à vous, un peu moins de bêtises sur le Net…

1 – Trifoiler Greg Ketterman

Principe de fonctionnement DLA (Dynamic Leveling Affect) de Greg Ketterman
Principe de fonctionnement DLA (Dynamic Leveling Affect) de Greg Ketterman

Le système comporte

  • 1 foil en L solidaire du flotteur (partie basse avec profil asymétrique)
  • 1 flotteur (monté sur un axe de rotation perpendiculaire à son axe principal)
  • 1 système d’amortissement des mouvements : amortisseur situé entre le pont du flotteur et le mat
  • 1 baguette de liaison flotteur / palpeur fixé sur le nez du flotteur
  • 1 palpeur articulé fixé au bout de la baguette

Le fonctionnement

Au repos le flotteur, qui est solidaire du foil, touche l’eau ainsi que le palpeur. L’angle d’incidence est volontairement élevé (9° d’après mes observations). En effet, l’angle d’attaque maxi théorique pour un profil « classique » et à faible vitesse, semble être de 9° à 10°. Lorsque le bateau prend de la vitesse, le foil exerce une poussée verticale qui fait décoller le flotteur. Le poids du palpeur, de la baguette et de la partie avant du flotteur, exerce un couple qui fait pivoter l’ensemble foil/flotteur et donc diminuer l’incidence. La baguette «souple» permet d’amortir les mouvements du palpeur ainsi qu’un petit bras télescopique situé entre le flotteur et le mat. Sur le Trifoiler (et ses frères) le gréement sert de point fixe puisqu’il est rigidifié par le haubanage (les mats sont posés sur le dessus du bras).

Le système n’a pas seulement pour but de diminuer l’angle d’incidence et donc la traînée, il est là aussi pour l’augmenter lorsque la vitesse vient à diminuer et que le bateau à tendance à atterrir (cette remarque n’est valable que pour les lecteurs un peu « neuneu » qui n’auraient pas compris que cela fonctionne dans les deux sens !). Autre avantage de ce système, il corrige l’assiette latérale du bateau. Pendant que le flotteur sous le vent s’enfonce et que son incidence augmente, le flotteur au vent décolle et le palpeur descend « chercher » l’eau ce qui diminue l’incidence du foil au vent. L’incidence du foil au vent peu devenir négative et donc tirer le flotteur vers le bas. En résumé, c’est un système auto stable dans les deux plans.

Foil en L Trifoiler – photo FM 2005
Foil en L Trifoiler – photo FM 2005
Trifoiler version Malric Leborgne – photo M Leborgne 09/2003
Trifoiler version Malric Leborgne – photo M Leborgne 09/2003

Observations/remarques

Le volume du palpeur est (normalement) supérieur au couple exercé par l’ensemble palpeur/baguette + couple exercé par le poids du flotteur (son centre de gravité est situé en avant de l’axe de rotation) + force transmise par le foil. Ceci de manière à ne pas enfoncer le palpeur sous l’eau. La résultante de tous ces éléments doit plaquer le palpeur sur l’eau et bien évidemment ne pas être supérieur à son volume ! Il existe plusieurs photos où l’on peut voir les palpeurs sous l’eau le bateau à l’arrêt. Mais cela ne semblait concerner que TF2, Longshot et Avocet. Dans ce cas, le palpeur sortait de l’eau grâce au réglage manuel et/ou à la portance de la carène du palpeur. Un des points importants lors de la réalisation d’un tel système, est la position et l’angle fait par la résultante verticale du foil par rapport à l’axe de rotation de l’ensemble. Si cette résultante est un peu en avant de l’axe de rotation, alors le palpeur risque de décoller et le foil augmentera naturellement son incidence (j’ai testé pour vous sur PK !). Si cette force est trop en arrière de l’axe de rotation, le palpeur ira faire de la plongée.

Palpeur immergé sur TF2 - site de G ketterman
Palpeur immergé sur TF2 - site de G ketterman

Ce système permet de tenir compte de la hauteur des vagues puisque le palpeur suit le relief du plan d’eau et redonne de l’incidence lorsqu’une vague arrive. De plus, le palpeur étant situé en avant de l’ensemble, la nouvelle incidence est donnée avant l’arrivée de la vague et non pas après ! Une remarque toutefois : la valeur est moyennée puisque le système est équipé « d’amortisseurs ». Mais dans le cas d’une forte houle ou d’une vague plus haute que les autres (même si je sais que ce genre d’engin navigue en eau calme), un système à traînard se fera peut être surprendre ! ?

Je n’ai pas pu le vérifier, mais il semble possible que des butées mini et maxi existent. Sur les TF 22, il est possible depuis le cockpit de donner de l’incidence aux foils en tirant sur deux bouts reliés au nez des palpeurs. Il est aussi possible de voler très haut avec les palpeurs décollés, il semble donc qu’il y ait une butée mini ou alors que les bouts de réglage soient bridés ? Dans ce cas de figure, que ce soit lié à une possible butée ou au bout de réglage bridé, il n’y a plus régulation et donc risque de décrochage !

Palpeurs décollés - Multicoque magazine N°70 août-sept 1998 Photo Didier Fayadas
Palpeurs décollés - Multicoque magazine N°70 août-sept 1998 Photo Didier Fayadas

La distance foil/palpeur détermine la vitesse de réaction par rapport à un changement (vague…). Cette distance influe sur la « valeur de régulation ». Pour l’arrivée d’une vague ou un changement d’altitude ou de vitesse : grande baguette, petite variation d’incidence ; petite baguette, grande variation. Pour certains systèmes de régulation (électronique par exemple) ce paramètre est appelé le « gain ». L’angle de la baguette par rapport au flotteur (position du palpeur sur le plan vertical) détermine l’angle d’incidence au démarrage puis par la suite « l’incidence modifiée »(angle départ moins régulation).

Quelques engins basés sur un système approchant

  • Force 8 des frères Pattison (mais rotation du plan porteur seul, jambe de force fixe)
  • Kiteboatspeed sur la base d’un Trifoiler
  • Brest Nautic de M Gahagnon (foils en U)
  • O Paf des frères Durand (foils en O)
  • Twinducks de T Kinoshita, K Horiuchi, H Kanou, Y Sudo, H Itakura (foils avant)
  • PK de F. Monsonnec (copieur !)

2 – Windrider Rave Sam Bradfield

Principe de fonctionnement régulation par Sam Bradfield
Principe de fonctionnement régulation par Sam Bradfield

Le système comporte

  • 1 foil en T fixe (calé à + 2.5°), avec un volet sur le bord de fuite du plan porteur
  • 1 système de tringlerie passant dans la jambe de force et reliant le volet à la tête du foil
  • 1 « traînard » relié à la tringlerie, et dont l’axe de fixation est parallèle au bras de liaison

Le fonctionnement

Au repos le volet de bord de fuite du plan porteur (profil de base symétrique) est cabré vers le bas. Ce qui déforme artificiellement le plan pour créer une portance élevée. Cette position cabrée vient du fait que le traînard qui plonge dans l’eau, est soumis à la pression de l’eau ce qui à tendance à le soulever. Lorsque le bateau prend de la vitesse, le foil dont le plan est cabré, fait décoller le bateau. Dans le même temps le traînard, de part son poids, descend et se rapproche du foil. Ce déplacement du traînard relève le volet et donc diminue l’incidence du plan porteur. Lorsque le bateau atteint une certaine hauteur de vol, le volet peut dépasser la position neutre et passer en position haute, ce qui inverse le sens de la portance. Le système permet donc aussi, puisque les 2 foils avant en sont équipés, de réguler l’équilibre latéral de l’engin.

Flotteur et foil du Windrider Rave - photo FM 08/2008
Flotteur et foil du Windrider Rave - photo FM 08/2008
Foil du Windrider Rave - photo FM 08/2008
Foil du Windrider Rave - photo FM 08/2008
Windrider Rave – photo FM 08/2008
Windrider Rave – photo FM 08/2008

Observations/remarques

Il est possible de régler l’incidence manuellement en tirant sur des sandows (reliés à la tringlerie). Ces sandows doivent, je pense, jouer le rôle d’amortisseurs pour que les modifications d’incidences manuelles ne soient pas trop brusques.

On peu imaginer que si un flotteur décolle trop (rafale) et que le bateau prend de la gîte, le traînard redescendrait vers la surface ce qui diminuerait l’incidence. Sur le papier cela parait logique. En réalité ne sais pas si ce mouvement peut se faire suffisamment rapidement pour réussir à éviter une « figure de style » ! Il existe pas mal de photos ou de vidéos de Windrider victimes de forts coups de gîte et de décollage complet d’un foil. De même, il semble que sur ce bateau, le pilotage soit réservé pour les pieds (idem Trifoiler), que les voiles sont souvent au taquet, et enfin que les mains soient réservées au pilotage des sandows connectés au foils. Ce qui me fait penser que le pilotage par palpeur a besoin d’une aide pour réguler la portance en fonction de l’état de la mère ou de la gîte….

Photo extraite d’une vidéo mise en ligne par European hydrosail system revendeur Windrider
Photo extraite d’une vidéo mise en ligne par European hydrosail system revendeur Windrider

Quelques engins basés sur un système approchant :

3 – Les « + » et les « – » de chaque système

a) Palpeur en avant du foil type Trifoiler

Avantages

  • Pas de pièce mobile sur le foil
  • Régulation suivant l’état de la mer
  • Foil d’une seule pièce calcul de portance «simplifié»
  • Pas de jonction foil/volet, meilleur profil, traînée plus faible
  • Variation de la forme du foil et de son profil plus facilement réalisable
  • Possibilité de réaliser un foil en L, U …
  • Réalisation plus facile

Inconvénients

  • Présence de palpeurs & baguettes, poids supplémentaire
  • Fragilité du système de liaison foil/palpeur (système poussé plutôt que tiré)
  • Rotation de l’ensemble jambe de force/plan porteur, détermination de la position de l’axe de rotation et du positionnement du palpeur pas très évident à réaliser…
  • Mouvement du bord d’attaque donc possibles risques de décrochement (?)
  • Présence d’un flotteur, traînée plus importante qu’avec «traînard » ?

b) Palpeur ou traînard en arrière du foil type  Rave

Avantages

  • Pas de palpeur et de baquette, moins de risques de casses
  • Foil et jambe de force fixe (juste un volet mobile sur l’arrière du plan) fixation plus évidente car sans axe de rotation
  • Foil fixe, pas ou faible mouvement de la résultante
  • Bord d’attaque fixe, moins de risques de décrochements (zone sensible)
  • Pas de « flotteurs », moins de traînée… ?

Inconvénients

  • Pas de régulation par rapport à l’état de la mer…
  • Nécessité d’une commande à la main pour réguler l’assiette latérale et la hauteur de vol suivant l’état de la mer (je peux me tromper).
  • Au vu du point précédent, « obligation » d’avoir les écoutes aux taquets
  • Calcul de la portance plus difficile
  • Affinement plan ou forme particulière plus compliquée à réaliser
  • Foil en L en U … difficilement réalisable
  • Construction foil plus complexe

4 – Et pourquoi choisir entre les deux systèmes ?

Sur le Stress Boat de Christophe Chenot, le foil avant était au départ équipé d’un palpeur, puis ensuite d’un traînard pilotant le plan porteur du safran (safran placé à l’avant du bateau, foil avec rotation complète du plan porteur). Quand aux foils disposés à l’arrière, ils étaient pilotés par des palpeurs ! J’ai eu la chance de naviguer sur ce bateau, cela fonctionnait très bien…

Stressboat – Photo FM 2004
Stressboat – Photo FM 2004

5 – Petites digressions

A plat !

D’après Gérard Delerm, le fait de naviguer très à plat est une caractéristique des « foilers » qui a assez impressionné Yves Parlier lorsqu’il a comparé les engins de ce type présents sur le marché (Rave et Trifoiler) au cata à redans (Morisse). Yves Parlier avait essayé ces engins avant de se lancer dans l’aventure Hydraplaneur.

Catamaran à redans « Morisse & Naulin » - photo FM 2005
Catamaran à redans "Morisse & Naulin" - photo FM 2005

La viande au vent !

Toujours d’après mon ami Gérard Delerm, sur ces deux canots (Trifoiler & Rave), dans le cas ou la portance du foil au vent est très négative, cela occasionne de la traînée dont on pourrait se passer (au moins en partie), en utilisant le poids de l’équipage. La solution du rappel peut en effet limiter le travail de régulation latéral et donc la traînée, mais sur Longshot et ses petits frères, l’optique est la vitesse maximum, donc une faible prise au vent…

Les centristes

Et oui, il y en a ! David Knaggs et les frères Tisserand, ont choisie de ne réguler ni en avant, ni en arrière, mais en latéral. Petit rappel sur : Historique des systèmes mécaniques de régulation de l’incidence des foils 3/3.

Sans contact

Cela dépasse le sujet de cet article, mais les régulations par « palpeur de surface » sont gourmandes en traînée. Ce qui ne serait pas le cas de la régulation développée par G Baker sur Monitor puisque celle-ci se fait sans élément de régulation en contact avec l’eau, mais par l’intermédiaire du gréement. Le gréement par contre oscille, ce qui pourrait générer des perturbations de l’écoulement ? Peut-être mais là ou je rejoins les défendeurs de ce type de régulation très peu étudiée, c’est que le gréement oscille de toute façon en raison des déformations de la surface (même avec un bateau régulé en altitude). Mais surtout, la densité de l’air est bien inférieure à celle de l’eau et les ailes aériennes supportent bien mieux les mouvements et déformations que celles situées sous l’eau. Pour ceux qui en doutent, il suffit de jeter un œil à l’état de surface des ailes d’avions !

Et une régulation manuelle ?

A ma connaissance, une régulation manuelle est un système qui n’a jamais pu fonctionner et qui ne peut être que moins précis qu’un système automatique ! Il y a bien des engins avec possibilité d’intervenir manuellement, mais le système est tout de même au départ mécanique. Je pense que l’être humain ne dispose pas de la rapidité nécessaire pour réaliser ce type d’opération : détection, estimation, action ! L’ampleur de la modification d’incidence ne correspondrait pas à ce qui est nécessaire ou l’ordre arriverait trop tard. Surtout que le pilote à déjà de quoi faire : gréement et direction. Le mode manuel est surtout intéressant pour le décollage et dans des conditions particulières. Ce n’est pas vraiment du pilotage, c’est surtout du « bridage ». A mon humble avis, le seul système de régulation manuel qui peut fonctionner est celui qui est directement relié au corps du pilote comme dans le cas d’une planche monofoil, du surf à foil ou de l’Air chair. Voilà théoriquement ma philosophie. Mais, il y a un « mais » dont je ne peux pas parler…

6 – Conclusions

Alors, quel système est le meilleur, palpeur en avant « type Ketterman »  (ou Hook) ou traînard « type Bradfield » (ou Philips et Shaughnessy modifié) ? Même si en nombre d’engins, équipés, c’est bien le traînard qui « gagne », en terme de vitesse maxi atteinte, c’est le palpeur en avant qui l’emporte. Si vous en doutez, je vous propose de visionner cette petite vidéo : Trifoiler VS Rave

Pour ma part, j’ai bien une préférence, j’espère qu’elle n’est pas trop facilement détectable à la lecture de cette article ! ?

Bon aller, à vous de vous déchaîner en mises au point….. !