Les obstacles…

Un problème va se présenter à tous les voiliers pourvus de foils naviguant à haute vitesse en pleine mer. C’est la rencontre avec un OFNI (Objet Flottant Non Identifié).

C’est un fait, la mer est parsemée de déchets, d’obstacles et autres, allant de l’algue au container perdu. Cela a déjà coûté de nombreux voiles de quille durant le Vendée Globe, la perspective de bateaux tels l’hydroptère maxi déboulant à plus de 40nds sur un OFNI est à anticiper. La récente forte médiatisation du « 6ème continent de déchets », montre que certaines zones de fortes concentrations font que statistiquement, il faut envisager une rencontre.

Les types d’obstacles

Pour essayer d’être complet et d’envisager toutes les possibilités, on peut classer les obstacles en 3 sous-catégories. J’ai élaboré ces catégories principalement en fonction des solutions à appliquer.

Les obstacles de type I sont de petites dimensions (inférieure à 30cm) et mous. Ce sont les algues, les petits poissons, des déchets humains variés (bouteille plastique, lien de pack de bière, sac plastique…) ainsi que biologiques.

Ceux de type II sont de grandes dimensions (1m < longueur + largeur + hauteur < plusieurs dizaines de mètres) et rigides. Ce sont des mammifères marins (baleines), des déchets flottant ou semi-immergés (drums de 200l, billes de bois, container tombés lors de tempêtes), des icebergs voire tout simplement d’autres embarcations (de la barque de pêche au sous-marin nucléaire).

Une dernière catégorie, type III, est nécessaire pour regrouper les obstacles peu volumineux, peu rigides mais ayant une très grande longueur. Ce sont les forêts de kelp, les filets dérivants (abandonnés ou pas), des aussières en polypropylène (qui flotte), les cordes reliant les casiers à leurs flotteurs, les fermes aquacoles à la dérive…

Les solutions

Type I

Les obstacles de type I ne sont pas dangereux structurellement, mais les plus déformables d’entre eux vont se coller aux foils (généralement en restant bloqués à cheval contre le bord d’attaque) et dégrader leurs performances.

On peut envisager des bords d’attaque avec un très faible rayon (très pointus) afin de trancher les algues et autres. Mais les profils performants aux faibles vitesses ont plutôt des bords d’attaque épais. De plus, ces obstacles sont très souples et possèdent peu d’inertie, ils ont donc vraiment tendance à épouser la forme du foil sans se casser, il est très dur de couper un objet mou non tendu (jetez une cordelette de 20cm sur un sabre…).

La deuxième solution est de faire les bords d’attaque en flèche, de manière à ce que l’obstacle glisse vers le saumon et s’évacue. Mais une fois qu’il a épousé le profil, le déchet ne subit plus que très peu d’efforts puisqu’il se trouve dans la couche limite. Toutefois, cette solution reste nécessaire, du moins on évitera tout « piège à crasse » et flèche négative sur les appendices. Les windsurfers connaissent bien les « ailerons anti-algues » (exemple gamme Select).

Ailerons « anti-weed » de la gamme Select

Pour les voiliers les plus grands destinés à croiser au large, on peut envisager un système automatique « balayant » le profil. La commande d’un tel système peut être assez simple : 2 ou 4 jauges d’effort mesurant les flexions du foil dans deux directions.

En vert, les jauges permettant de connaître la portance disposées sur l’intrados et l’extrados), en rouge celles permettant de connaître la traînée. On en déduit le rapport Cz/Cx. Ce système peut être complexifié (rajout d’une sonde de vitesse) ou simplifié (se servir de seulement 2 jauges au lieu de 4)

Cela permet de connaître le rapport Cz/Cx (coefficient de portance/coefficient de traînée). On mesure la polaire en condition normales (exemple de polaires).

Exemple de deux polaires de foils. Ici, CL=Cz et CD=Cx

Dès que le calculateur mesure, pendant plusieurs secondes, un point qui est en dessous de cette polaire (Cx trop élevé), il décide de balayer un coup ou de déclencher une alarme. Si le système mesure un point au dessus de cette polaire, cela signifie qu’il a buggé. Ou alors que le foil a une conception tellement atypique qu’un obstacle diminue son Cx… J’ai imaginé rapidement 2 systèmes de « balayage ».

Navette glissant le long du bord d’attaque. Cette solution ne fonctionne pas pour les foils à fences. Toutefois, elle serait utile pour nettoyer les moucherons collés sur les bords d’attaques des planeurs et dégradant leurs performances.

Ici, c’est (en rouge) un câble noyé dans le bord d’attaque, attaché à l’extrémité du foil, qui, lorsqu’il est tendu (son deuxième point d’attache est à l’avant du flotteur), entraîne avec lui les algues et augmente la flèche apparente, les algues glissent donc vers la pointe du foil. Ceci effectué, le point d’accroche supérieur reviendrait en position et le câble se relogerait dans le "BA"

Type II

Les obstacles de type II sont les plus impressionnants. Comme l’écrit C. Tisserand :

 » … Il ne faut pas perdre de vue non plus, même par mer calme, les accidents qui peuvent être causés aux ailes marines par les corps flottants : il n’y a en effet aucune commune mesure entre heurter un « fût de 200 litres » avec l’étrave d’un « classe III » à 10 nœuds et avec une aile marine à 25 nœuds ! Il n’y a aucun espoir d’arriver jamais à réaliser une structure résistant à un pareil choc. Il est nettement préférable de rechercher des structures « effaçables », c’est-à-dire dont les ailes marines peuvent se replier vers l’arrière en cas de choc, avec un minimum de dégâts (rupture d’un câble par exemple)…”

La solution de l’effacement (foil articulé, tel un safran de voile légère) ne me paraît pas judicieuse à haute vitesse (plus de 30nds), car l’inertie du foil (pièce massive car reprenant des efforts très élevés, foil de l’Hydroptère : 240kg, 6 m) l’empêchera de pivoter suffisamment vite. Un peu comme si vous lanciez en l’air une brique et la frappiez avec une batte de base-ball : la brique est libre de se déplacer (le foil peut pivoter) mais son inertie fait que l’impact sera élevé et causera sa destruction. De plus, l’effacement induit une perte de portance brutale qui peut être très problématique (crash d’un hydroptère ou envol d’une aile d’eau). Mais ce volume important, qui rend ces obstacles si terrifiants, est aussi leur point faible : il permet une détection très aisée. C’est là que le groupe Safran (Sagem) entre en jeu, avec son détecteur d’OFNI. Ce système fonctionne via une caméra infrarouge, a l’avantage d’exister mais est peut-être trop high-tech pour le plaisancier. Ce genre de système, reposant sur une caméra dont les images sont stabilisées (gyroscopes, accéléromètres…), et éventuellement un logiciel de reconnaissance de formes, est plus dans l’univers de la défense anti-missiles (dont il est d’ailleurs issu) que du nautisme.

On peut par contre envisager un sonar, voire un sonar 3D, immergé et dirigé vers l’avant (par exemple intégré dans le bulbe de liaison d’un foil en T). Lorsque le sonar détecte un obstacle, il émet une alerte ou commande un changement de cap au pilote automatique, et ce jusqu’à ce que l’obstacle ne soit plus détecté. Le pilote reprend le cap une fois que le GPS indique que le voilier a parcouru deux fois la distance de détection du sonar…Le système peut même être raffiné afin que le pilote abatte quand le bateau est au près, et lofe quand le cap à suivre est au largue, évitant ainsi tout virement/empannage impromptu. L’inconvénient de ce sonar est qu’en cas de mer formée, il sera peu en mesure de détecter un obstacle flottant avec peu de tirant d’eau (ex : grande planche de bois à la surface). Les obstacles à la surface peuvent par contre être vus par le barreur, qui sera éventuellement assisté d’une caméra (infrarouge pour la nuit) disposée en hauteur. Plus spécifiquement pour les cétacés, des systèmes dits « pinger » existent déjà. Ces systèmes, se basant sur des sondeurs classiques, avertissent (ou plutôt font fuir) les cétacés. A noter que le sonar précédemment évoqué sert aussi de pinger.

Type III

Non en réalité, ce sont les obstacles de type III qui posent le plus de problèmes. Ce sont quasi exclusivement des dispositifs de pêche, et ils sont très répandus, sur toutes les mers du globe. Leur faible volume interdit la détection automatique par un moyen simple et fiable. Ne reste plus donc que la solution de l’effacement, et du bord d’attaque tranchant. A quelle occasion de l’histoire aéronautique, ce problème de résister à des câbles a t-il déjà été posé? Hé bien, comme quasiment tout en aéronautique, lors de la 2nde guerre mondiale.

« Fin juin 1944, les Allemands s’aperçurent que les Britanniques commençaient à dresser des rideaux de ballons captifs le long des côtes, ainsi qu’à la périphérie de Londres et des principales agglomérations visées, pour déséquilibrer les V1 et les faire chuter prématurément. Les câbles retenant ces ballons endommageaient ou sectionnaient les ailes des missiles, provoquant leur perte de contrôle. Les Allemands installèrent donc une lame tranchante sous le revêtement du bord d’attaque des ailes, pour trancher les filins retenant les ballons, évitant ainsi l’endommagement ou l’arrachement de la voilure. La parade se révéla si efficace que les Anglais perdirent 630 ballons durant l’offensive V1 contre l’Angleterre » (voir information issues du site Association Fort de Litroz-DR). On peut citer aussi le Northrop XP-79 « Flying ram ».

Northrop XP-79 « Flying ram »

Les premiers jets étant bien plus rapide que les bombardiers à hélice qu’ils devaient abattre (+ 400km/h), et ne disposant que de canons à courte portée (600m), il était difficile pour les pilotes de ne pas percuter leurs cibles. Cet avion devait donc être équipé de bords d’attaque en magnésium de 1,9 cm d’épaisseur, non pas comme technique principale d’attaque, mais « au cas où ». Autre projet, resté lui sur la planche à dessin, le « Zeppelin rammer ».

Projet « Zeppelin rammer »

Ce petit « planeur » devait être remorqué par un chasseur, largué à bonne altitude, puis il allumait son moteur-fusée à combustible solide, effectuant une première attaque classique (roquettes),  puis une seconde en percutant sa cible avec ses ailes renforcées. Il y a au moins deux cas d’avions (Fouga Magister et EA-6B) ayant coupé des cables de remontées mécaniques avec leurs dérives et ayant continué leur vol sans problème. Bien d’autres cas impliquant des avions et des lignes électriques ou téléphoniques existent. Des couteaux en acier traité, disposés à l’intérieur de la stratification du bord d’attaque d’un foil, permettraient donc d’avoir un bord d’attaque épais, mais résistant à un obstacle de type III, le tranchant s’il oppose suffisamment de résistance. Sinon, le voilier perd juste progressivement de la vitesse, et un « balayage » peut être effectué. En cas de choc violent suivit du « tranchage » de l’obstacle, cela se fait au prix d’une légère détérioration du profil (la matière englobant localement la lame est enfoncée/arrachée). On pourra, après arrêt, réparer sur place (il existe des mastics et époxy pouvant être appliquées sous l’eau).

Un des cocktails de solutions possible

Un foil en légère flèche, équipé de lames aciers noyées dans le bord d’attaque, et d’un sonar relié au pilote automatique, me paraît être un système simple, réalisable facilement et permettant de régler le problème de la plupart des obstacles rencontrés au large.

Toutefois, des systèmes plus complexes (balayage automatique des algues, meilleure détection, tir de torpille préventive ^^) restent à mettre au point. Avec l’augmentation de la vitesse des grands voiliers océaniques, et l’hécatombe qui s’en suit au niveau des voiles de quille, dérives et safrans, il y a fort à parier que l’innovation viendra de ce domaine où les budgets sont élevés, plutôt que du monde des foilers.

Ps : j’ai lu ici (pages 2,3,4) la possible présence d’un sonar sur l’Hydroptère mais sans pouvoir vérifier l’information et définir ses capacités. En savez-vous plus

Par Xavier Labaume 05-2010

9 commentaires pour Les obstacles…

  1. maurice gahagnon dit :

    bonjour,
    je viens de lire avec beaucoup d’intérêts cet aticle.
    Sur mon nouvel engin les foils sont articulés et peuvent sous un choc s’effacer sur l’arrière. Ceux sont des foils en U montés sur 2 axes sous le bras de liaison. les foils sont tenus en position verticale par deux élastiques. Ce système a été monté pour protéger la structure en cas de manque de profondeur aux abords de la plage où le bateau va naviguer à petite vitesse.
    Je me rappelle avoir taper une voile de planche lors d’une base de vitesse.
    Cette voile était perpendiculaire à notre trajectoire et entièrement immergée. La voile n’a presque rien subi, juste deux ou trois petites coupures dues aux fences, par contre la fixation du foils (tube alu de diamètre 100 mm d’épaisseur 5 mm)a été pliée,
    Tout çà pour dire qu’un choc peut être important même si l’objet est relativement léger et mou : la masse d’eau à déplacer à l’arrière de cet OFNI est prépondérante.
    J’espère que je me suis fait comprendre.

    à +
    Maurice

  2. Fred de Lo dit :

    Formidable cet article.
    Super de voir du « sang neuf » et de nouveaux sujets !
    Bravo Xav

    Petite anecdote que j’aurai pu glisser aux oreilles de Xav lors de la réalisation de cet article mais que j’ai gardé pour réagir !
    Jean Garnault, qui a réalisé le proto utilisé en 1976 par Eric Tabarly, à ensuite réalisé un engin nommé GRN30.
    Les foils étaient équipés d’un système de sécurité proche de celui évoqué par Maurice. En cas de rencontre avec des OFNI les foils pivotaient en arrière. Mais ce système se déclenchait aux alentours de 27 nœuds ! Les foils s’escamotaient donc sans rencontre avec un obstacle…
    J’espère que le très beau bateau de Maurice ne sera pas victime de ce type de mésaventures…

    Fred de Lo

  3. bleno dit :

    Très intéressant, et surtout très complet.

    Juste une remarque concernant la navette qui nettoie le bord d’attaque :
    D’abord la forme du bord d’attaque n’est pas constante le long de l’aile (notamment sur les planeurs, que je connait bien, mais ça doit être pareil sur les foils).
    Sinon, il faudrait guider et actionner la navette. Le seul moyen de le faire sans toucher au foil, serait une tige qui vient pousser/tirer la navette de haut en bas. La navette serait plaquée contre le bord d’attaque par l’écoulement.

    En somme, pourquoi pas, mais je suis sceptique concernant l’application aux planeurs. D’expérience les moucherons sont rarement un gros problème, on en récupère assez peu (mais ça dépend peut-être des régions).

  4. xav dit :

    @maurice : oui, avec de telles décélérations, la masse d’eau qui entoure l’obstacle est limite à prendre en compte comme faisant partie de l’obstacle lui-même.

    c’est un peu le probleme de ce que j’ai appele les typeIII : indetectables car peu de volume (au moins une de leurs 3 dimensions est tres faible), malgré cela ils possèdent une grande inertie.

    @fred : petit cachotier.
    serieusement, avoir les foils qui se replient à 27nds, ca doit piquer -_-
    il y a intérêt à ce qu’il n’y ait rien (hauban, mat,…) entre soi et la mer 10m plus loin devant.

  5. xav dit :

    vis-a-vis de la structure pliée:
    avec un foil disposant dans le BA d’une lame acérée entourée d’une matière cassante (résine), en cas d’impact, si la lame est suffisament affûtée, l’énergie dissipée sera faible. (un peu comme un katana passant à travers une pastèque). la structure n’aura donc pas beoin de renforts supplémentaires.

    par contre, avec un foil classique, l’impact va être bien plus élevé (comme avec un « sabre » de 2cm d’épaisseur : le poignet va en prendre un coup, et c’est pas dit que la pastèque soit tranchée). Le renforcement de la structure et/ou un dispositif d’effacement va alors être nécessaire

  6. pascal dit :

    problème pratique dans une region à bouchots, avec un moth foiler par exemple. Tant que tu es en haut ca va, mais si ca redescend… et ca limite bien le plan d’eau…

  7. Fred de Lo dit :

    Xav,

    J’ai repensé à ce détail de l’histoire de GRN30 alors que ton article était déjà en brouillon sur le blog.
    Je pensais qu’il ne serait peut être pas facile de l’inclure.
    Et puis, j’aime bien que les articles soient suivis de réactions !

    Fred

  8. Bonjour à tous,

    En supposant que nous soyons américains et que nous ayons accès aux infos diffusées par tous les satellites d’imagerie en temps réel (civils et militaires).

    Je pense qu’on doit ainsi pouvoir repérer au moins les types II et III, is n’t it ?

    GG

  9. xav dit :

    heu..les satellites ne reussissant meme pas a trouver les pirates somaliens (skiff de 10m sur 2)…et ces memes satellites galerant a trouver leurs mother ships (30m)…j’irai pas compter dessus!
    peut etre pour un container, et encore…par contre pour un filet de peche semi immerge, bof.

    pas besoin d’etre ricain pour avoir les images satellites de l’esa😉 http://miravi.eo.esa.int/en/
    sur le site de l’esa, il y a aussi dispo en libre service et quasi temps reel une foultitude de donnees (T° flotte notament).
    par contre meme la version HD permet a peine de voir les nuages qui vont t’arriver dessus, et de voir de gros details (bancs de sable sur la loire pour savoir comment sera la nav du jour,…)

    par contre, topex-poseidon (ou jason, je sais plus lequel est le dernier), satellites de mesure altimetrique radar (mesure au cm pres la surface des oceans), est capable de mesurer la hauteur des vagues et leur forme, ce qui pourrait servir a un routage.
    apres depouillement pousse des donnees, il est meme capable d’indiquer ou il y a eu une vague scelerate…

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