Ptites news 24

26 février 2012

Les lecteurs de « Foilers ! » à l’affut !

Voici les informations transmises par la communauté des guetteurs de foils et présentes dans les commentaires des derniers articles. Merci !

  • Popov lui, nous signalait l’arrivée d’Osprey un projet qui est le fruit du travail d’Hydrosail.
  • Nicolas nous a signalé qu’après le Magnum de David Raison, la classe Mini continue de bouger avec un Mini en préparation par Dominique Pédron basé sur système DDS (Dynamic Stability System). Intéréssant comme concept pour soutenir les discussions des monocoques avec mono-apendice adaptatif. Plus d’informations ici et .
  • Optipag nous à dernièrement signalé la présence de foils sur les dérives de deux AC 45 d’Oracle racing bien visibles aussi !…

 Hydroptère

  • Vous revenez d’une mission sur Mars, vous n’avez pas su que l’Hydroptère vient de trouver un nouveau partenaire (DCNS), voici quelques news à partir de ce lien.
  • Le site de l’Hydroptère a évolué, les photos sont toujours aussi belles. Une page reprend les dernières évolutions du bateau, dont celles en cours pour la configuration « Pacifique » (réglage plan porteur arrière, modification du gréement en avant du mat, gain de poids)…
  • Qui a validé les images réalisées pour mettre en avant le partenariat l’Hydroptère/DCNS ? Pas un voileux en tout cas ! Depuis quand l’Hydroptère navigue contre gité comme un Moth ? Merci à Stéphane, un de mes amis de l’asso. Golden Oldies Multihulls pour avoir découvert cette photo et cette contre gite.

Via site l’Hydroptère DCNS

  • Voici une sorte de réponse d’Alain Thébault à l’article ou B. Peyron disait qu’il ne croyait pas en l’option Hydroptère pour le Trophée Jules Verne.
  • A force d’être modifié et de subir des fortunes de mer, il est possible de trouver des morceaux de l’hydroptère un peu partout ! Merci à Malric, le roi des vélos couchés pour la piste…

Anciens foils de l’Hydroptère – Photo F Monsonnec 01-2012

P28

Si vous n’avez pas lu le dossier de presse, il est disponible ici. Je ne suis pas très d’accord avec leur historique des engins à hydrofoils, mais on y découvre pas mal d’informations intéressantes, entre autres, que l’équipe à bien en projet de réaliser un engin pour « monsieur tout le monde »…

Du nouveau !

Voici un joli prototype qui pour le moment ne navigue qu’au moteur.

Daddy long legs

Nous en avons parlé dans de précédents « Ptites news », voici une nouvelle vidéo.

Bassin d’essai

Nous avons aussi eu l’occasion d’en parler lors d’un précédent « Ptites news », il existe d’autres méthodes moins onéreuses qu’un bassin de carène pour réaliser des tests : REI

Paper

Fan d’engins à hydrofoils ? En attendant de réaliser votre engin ou de racheter une vieillerie, vous pourriez peut être en faire un en papier. Ici un Kometa (il y en avait deux, en vrai, à vendre en décembre de l’année dernière).

Tri Martin Fischer

Un beau foiler signé Martin Fisher qui n’a pas pour but de voler même s’il est équipé de safran avec plan porteur !

Moth à foils

En ce début d’année 2012, Anthony Rezoug, secrétaire le l’IMCA France, m’a envoyé quelques informations sur l’association française des Moth à foils.
Le circuit Breizhskiff reste le circuit principal de régate pour les Moths en France et le fait le plus marquant est la création d’un National France. L’organisation de ce National sera greffé à celle de la Teignouse Cup du 29 avril au 1 mai en baie de Quiberon. Anthony et toute l’équipe espère que la ligne de départ sera bien garnie et que quelques coureurs étrangers feront le déplacement. Et pour les accros le mondial est prévu à Campione (Italie) du 18 au 26 aout.

Ci-dessous, le planning prévisionnel des rencontres de Moth. Si une compèt. à lieu pas loin de chez vous, je vous conseil le déplacement.

Si vous souhaitez plus d’informations, n’hésitez pas à contacter un des animateurs de la classe sur leur site ou écrire sur « Foilers ! », je transmettrai…

IMCA France Planning 2012

Avril

  • 7 au 9 : Trophée Breizhskiff – Lac du Der
  • 6 au 9 : franco suisse training – Port Camargue
  • 28 au 1 mai :Teignouse cup / International Moth Open Championship

Mai

  • 5 au 6   : Défi GUYADER – Douarnenez
  • 17 au 20 : championnat de France de voile légère

Juin

  • 29 au 30 : Trophée Breizhskiff  – Plérin
  • Dates à venir :Trophée Breizhskiff – La Ganguise

Juillet

  • Dates à venir  : National suisse

Aout

  • 16 au 17 : National ITA
  • 18 au 26 : Moth World Championship

Septembre

  • 8 au 9 : Trophée Breizhskiff – Carnac
  • 15 au 16 : Trophée Breizhskiff – Aix les bains
  • 29 au 30 : Trophée Breizhskiff – La Rochelle.

Octobre

  • 6 au 7 : Trophée Breizhskiff – Toulon

Novembre

  • 1 au 4 : Trophée Breizhskiff – Hourtin ou autre

« Jeu » !

« Mab » de l’asso. Eric Tabarly vient de trouver un nom à ma cave : la clinique des hydrofoils ! Oui mais je ne suis pas certain que le médecin chef soit de qualité ! Les malades sortent rarement de leur lit ! Il ne faudrait pas que ce soit le mouroir des hydrofoils !

  • Au premier plan, un flotteur du proto testé par Eric Tabarly en 1976
  • Derrière, en vert/jaune (à droite), les 3 foils d’un proto de 1979 dessiné et construit par mon ami Daniel Charles.
  • En blanc, dans les étagères (à gauche), 2 foils de mon canot commencé en 1992, le safran est sur les flotteurs sur une des étagères (ne cherchez pas mon site, je l’ai retiré : trop de pubs).

Il y en a un de plus, je vous laisse chercher : bateau, architecte ? Facile !

Une clinique des hydrofoils – Photo F Monsonnec 02-2012

Espagne

Pablo D. Espinosa est architecte en Espagne mais aussi surfer. Il a développé un surf à foil et nous a contacté pour nous transmettre le lien d’un de ses très belle video.

Japon

Suite aux articles sur la portance, même au Japon, c’est Bernouilli qui est mis en avant pour expliquer la portance (voir point « 1 » en milieu de page)

Aut’ chose sans foil

The big wave

Tout est dans le titre !

Loisirs

J’aime beaucoup de chose (!), dont les engins de loisirs.  Je trouve le concept proposé par Mike Pullicino assez intéressant, et vous ?

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Portance 3/3

9 février 2012

Pour ceux qui n’auraient pas lu les premières parties, ce qui suit peut difficilement être lu sans passer par les parties 1/3 et 2/3 !

Je vous conseille donc de découvrir les deux précédents volets avant de lire cet article.

Rappel, du sommaire

Partie 1/3
I – Introduction
Sommaire
Un monde ailé
Théories et théoriciens….
Air & eau ?
II – Théorie basée sur l’effet ricochet
III – L’explication populaire
IV – Théorie basée sur l’effet Venturi

Partie 2/3
V – Théorie basée sur l’effet Coanda
VI – Théorie de la circulation ou de Kutta & Jukowski
VII – Théorie de l’écope ou de Newton

Partie 3/3 (vous êtes ici !)
VIII – La théorie de Hoffman & Johnson
IX – Kutta Jukowski  VS  Johnson & Hoffman
X – Théories non développées
XI – Pour essayer d’y voir plus clair !
XII – Portance « sur l’eau »
XIII – Conclusions
Remerciements

VIII – La théorie de Hoffman & Johnson

Cette théorie, développée par Johan Hoffman & Claes Johnson (deux suédois), présente une nouvelle explication mathématique et physique de la création de la portance et de la traînée ainsi qu’une nouvelle résolution du paradoxe d’Alembert. Elle est basée sur de nouvelles découvertes de la dynamique des fluides turbulents (études réalisées à partir de solides évoluant dans l’air). Découvertes obtenues grâce au traitement informatique d’un modèle mathématique : les équations de Navier-Stokes & d’Euler. Ce travail tend à prouver que les précédentes théories sont incorrectes. D’après J.H. & C.J., la théorie la plus avancée, et qui pour certains est l’état de l’art – théorie de Kutta-Zhulovsky – est une théorie « simpliste » qui permet d’expliquer la portance seulement dans une fourchette de conditions restreinte. Cette théorie ne donnerait pas d’explication pour la portance et la traînée pour des profils en 3 dimensions, dans un flux turbulent et dans un fluide légèrement visqueux. Par exemple, ce qui se passe autour de l’aile d’un jumbo-jet en phase de décollage avec un angle d’incidence important. Enfin et surtout, le flux circulant autour de l’aile ne serait que purement fictif. J.H. & C.J. avancent que cette étude du flux dans la théorie de Kutta-Zhulovsky est faite da manière bidimensionnelle alors qu’en réalité, le flux est tridimensionnel et turbulent. Cette théorie se base sur l’importance des tourbillons disposés le long du bord de fuite du profil (mais qui n’ont rien à voir avec le vortex présent à l’extrémité d’une aile). Ces tourbillons ont une forme similaire à ceux que l’on peut découvrir lors de la vidange d’une baignoire. On peut observer la dépression de la surface libre qui se forme au-dessus de l’orifice de vidange. Cette dépression reflète une chute de pression au sein du liquide. Les tourbillons se développent quand le flux de l’extrados et de l’intrados de rejoignent sur le dessus de l’aile un peu avant le bord de fuite. Là où la théorie de Kutta-Zhulovsky donnait naissance à un tourbillon dont les génératrices étaient parallèles au bord au bord de fuite, cette théorie se base sur le développement de tourbillons, partant de la même zone, mais perpendiculairement au bord de fuite. Ces tourbillons sont d’abord retardés, ensuite accélérés et étirés dans la direction du flux. A l’intérieur des tourbillons, la pression est basse. Cette basse pression neutraliserait la haute pression présente sur le dessus du plan et modifierait la distribution de la pression du flux sur le bord de fuite. Ces tourbillons permettraient donc de plaquer le fluide sur l’extrados. Cet effet, qui d’après JH et CJ n’est pas lié à l’effet Coanda, permettrait au flux de quitter l’aile en suivant la direction donnée par la partie terminale de l’extrados (et non plus depuis la ligne d’arrêt théorique). Ce mécanisme génèrerait donc la portance mais aussi la traînée (tourbillons) et le déplacement d’une certaine quantité de fluide vers le bas (effet d’écope).

Johan Hoffman & Claes Johnson ont réalisés des simulations numériques à partir d’un profil 3D type Naca 0012 (symétrique). Ces tests démontrent d’après eux 2 régimes : un pour les angles d’incidence entre 0 à 16°, le second de 16° à 20°. Le premier régime de 0 à 16°, peut être scindé en 2 zones : 0 à 4/6 et 4/6 à 16. Pour la zone 0 à 4/6 la portance augmente de façon presque linéaire en fonction de l’incidence avec un rapport portance / traînée qui monte progressivement jusqu’à 13 (plus ce rapport est grand, plus l’efficacité est grande). Pour la seconde, 4/6 à 16°, la progression est elle aussi presque linéaire mais plus rapide, par contre, le rapport portance trainée chute rapidement jusqu’à 7. Ce rapport s’effondre à 3 à 20°.

Que se passe t’il physiquement d’après eux ?

  • Phase 1  – 0 à 4/6°

Faible trainée en raison de la présence des vortex longitudinaux (basse pression) liés au bord de fuite. Les tourbillons longitudinaux attachés au bord de fuite restent constants en force, mais remontent graduellement sur la surface supérieure. La trainée n’augmente que lentement.

  • Phase 2 – 4/6 à 16°

La basse pression située au dessus du bord d’attaque augmente ce qui évite la séparation et augmente la portance dans cette zone.
La haute pression sur le bord d’attaque de l’intrados se déplace vers l’arrière et la pression augmente lentement, ce qui contribue à la portance.
La trainée sur l’extrados est proche de zéro en raison de la succion sur le bord de fuite.
Par contre la trainée augmente sur l’intrados

  • Phase 3 – 16 à 20°

Cette phase est celle qui génère le plus de portance juste avant le décrochage de l’aile avec de fortes perturbations sur l’extrados et dans son sillage, ce qui génère aussi une forte trainée.

Comment résumer cela ?
De part sa forme (bord de fuite tranchant), un profil disposé avec une certaine incidence « oblige » le fluide à se positionner de manière à ce que la ligne de séparation des flux venant de l’intrados et de l’extrados se place au niveau du bord de fuite. Ce déplacement est lié au développement de multiples tourbillons (perpendiculaires au profil) engendrés par l’instabilité du flux lorsqu’il contourne le bord de fuite. Ces tourbillons de basse pression engendrent aussi la traînée. Le flux, une fois stabilisé, il existe une différence de vitesse et de pression entre l’intrados (haute pression) et l’extrados (basse pression) d’où la création de la portance. Le mécanisme d’instabilité est fondamental, il modifie le flux sur l’arrière de l’extrados mais ne modifie pas celui du bord d’attaque qui développe déjà une portance positive. Ainsi la portance est liée à la traînée, pas de portance sans traînée.

Remarques

  • Léonard Euler a rédigé plus de 900 mémoires ! Au cours de sa vie, il perd un œil, puis le second à force de travailler sur ses équations, il dicte alors ses travaux à ses assistants !
  • L’avis de Johan Hoffman & Claes Johnson sur la théorie de Kutta-Zhulovsky est un peu sévère ! Il ne faut pas oublier que cette théorie a été développée au début du 20ème siècle sans les outils de calcul et de simulation dont nous disposons aujourd’hui. La théorie de WK et NJ est le fruit d’observations faites en 2 dimensions comme celles qui peuvent être réalisées lors de l’expérience de la baignoire (voir « Théorie de la circulation ou Kutta-Jukowski »). Les outils d’alors ne permettaient pas d’avoir une vue d’ensemble du problème. Si JH et CJ sont très critiques envers la théorie de la circulation c’est peut être par ce que cette théorie est très prisée dans certains milieux scientifiques.
  • Claes Johnson à interrogé de très nombreux spécialistes sur l’origine de la portance (La Nasa, Le Glenn Research Center, Bryon D. Anderson, Arvel Gentry, John D. Anderson, Eberhardt et Anderson …), malgré des relances certains ne répondent pas, d’autres répondent qu’ils ne veulent pas répondre, certains s’en tiennent à la théorie de Kutta Jukowski.
  • Johan Hoffman & Claes Johnson, ont publié de nombreux livres et études dont certains sont disponibles sur internet. Par exemple : Computational Turbulent Incompressible Flow. (http://www.csc.kth.se/~jhoffman/pub/v4.pdf).

Computability and Adaptivity in CFD – The secret of Flight – Dream of Calculus – différents livres de Johan Hoffman & Claes Johnson

Oui mais
Les défenseurs de la théorie de Kutta & Jukowski pensent que le travail d’Hoffman & Johnson n’apporte rien de nouveau, et que la circulation est une réalité physique. Ils s’appuient, entre autre, sur le fait que pour mettre en œuvre les solutions numériques, il faut indirectement accepter la notion de circulation puisqu’il serait nécessaire de préciser que le système accepte la condition de Kutta, en précisant dès le départ que le flux quitte au bord de fuite. Pour eux, les calculs numériques sont trop souvent utilisés sans vérification expérimentale. L’utilisation de ce type d’outil nécessite une bonne compréhension de ce qu’ils peuvent ou ne peuvent pas faire, ce qui demande une grande expérience. De plus, un comparatif de différents programmes de simulation a montré que ces outils peuvent donner des résultats opposés en raison des différentes hypothèses choisies. Pour certains défenseurs de la théorie de la circulation, les écrits d’Hoffman & Johnson auraient surtout pour but de réfuter la théorie de circulation au moyen d’observations erronées. Hoffman & Johnson répondent que cette nouvelle théorie remplace la circulation par d’autres phénomènes physiques réels. Nous allons le voir dans les chapitres suivants, d’autres remarques peuvent être faites à propos de cette théorie.

Exemples de site qui développent cette explication
Knol
The Mathematical Secret of Flight – Johan Hoffman and Claes Johnson

IX – Kutta Jukowski  VS  Johnson & Hoffman

La théorie de Johnson & Hoffman ne laisse pas indifférents ceux qui « militent » pour la théorie de la Circulation. Sur certains blog, les discussions ne sont pas tendres… J’ai souhaité avoir l’avis de Claes Johnson et Johan Hoffman sur ces critiques. Voici donc leurs réponses…

  • Critique sur la théorie de la portance développée par Claes Johnson et Johan Hoffman :
    Quant à la critique de notre théorie de la portance, j’ai lu sur le blog dont vous m’avez envoyé l’adresse, des discussions intéressantes. Elles l’illustrent que le problème n’est pas bien compris. Malheureusement, il y aussi une incompréhension de ce que nous essayons d’expliquer. Par exemple, il est dit que nous confondons la « vorticité longitudinale » avec la circulation….
  • Critique sur le manque de vérifications entre les résultats obtenus par le traitement informatique d’un modèle mathématique et des tests plus classiques :
    Quant à notre méthode informatique, elle a bien été évaluée et comparée avec d’autre méthodes et résultats expérimentaux. Vous trouverez plus de documents universitaires grâce au lien ci-joint
    http://www.csc.kth.se/~jhoffman/Johan_Hoffman_KTH/Publications.html

Remarques

  • En l’an 2000, le Clay Mathematical Institute, a listé 7 problèmes dont la résolution sera récompensée d’un prix de un million de dollars chacun ! La résolution des équations de Navier Stokes et un des 7 problèmes listés ! Ces équations sont censées décrire le comportement des fluides et sont utilisés dans de nombreux domaines : simulations du comportement de grandes structures, ponts, bâtiments… écoulements autour de véhicules, trains, auto…, mais ces simulations sont basées sur une stratégie de résolution approchée de ces équations ! Le Clay Mathematical Institute se demande si 4 points particuliers relatifs à ces équations, peuvent être prouvés…
  • Alors que je peaufinais ce « papier », notre bon Dr Goulu, m’a signalé la présence d’un article dans « Pour la Science » du mois de mai 2011. Article qui remettait en question les équations de Navier Stokes ! Afin d’essayer de savoir si la position de son auteur, Thomas Sonar, remettait en question la théorie Johnson & Hoffman, j’ai l’ai contacté ainsi que Claes Johnson et Johan Hoffman. Thomas Sonar ne connaissant pas les travaux de Claes Johnson et Johan Hoffman, il a préféré ne pas se prononcer sur leur théorie et sur le fait que ses écris puissent la remettre en question. Johan Hoffman pense que la critique faite aux équations de Navier-Stokes, est liée à l’incapacité à prouver l’existence de l’unicité de la solution. Pour lui, l’existence de la « solution faible » (prouvée par Jean Leray 1934) est suffisante pour calculer des valeurs moyennes. Ce qui, toujours d’après Johan Hoffman, est dans le cas général de l’écoulement turbulent, la seule chose que l’on peut espérer obtenir de toute façon ! En fait, comme noté dans la première remarque, la critique des équations de Navier Stokes concerne des points particuliers qui ne remettent pas en cause le fait que c’est, le meilleur outil pour simuler des écoulements.

X – Théories non développées

The ugly theory !
Je n’ai pas parlé d’une théorie assez intéressante que j’ai découverte dans le livre de Ray Vellinga, « Hydrofoils, design, Build, Fly ». Elle concerne les hélicoptères et est très sympathique ! « They are so ugly, the earth repels them » / Ils sont si moches, la terre les repousse »  😉

La théorie d’Aristote
Au 4ème siècle avant JC, Aristote pensait que le déplacement d’un corps dans l’air découlait du fait que ce corps était poussé par derrière par le flux d’air qu’il avait préalablement « ouvert ». Comme les contractions musculaires péristaltiques qui propulsent les aliments dans l’œsophage ou les intestins (voir une pompe péristaltique).

XI – Pour essayer d’y voir plus clair !

Me voilà bien avancé ! J’ai essayé de présenter les différentes théories que l’ont peut trouver sur le net et dans la littérature (peut être pas toutes, mais déjà un certain nombre). J’ai trouvé des critiques pour l’ensemble des théories avancées. J’ai essayé de démêler le « faux du vrai ». Pourtant je n’ai pas vraiment de certitude. Il fallait donc passer en incidence négative et plonger encore plus profondément dans le sujet ! Comment ? En faisant appel à des pro. (et qui ne sont pas liés à Claes Johnson & Johann Hoffman). Tout d’abord Daniel Charles, architecte, historien, écrivain, journaliste… mais aussi Damien Lafforgue architecte naval auteur d’une étude sur l’aérodynamique des voiles, Rémi Laval Jeantet, célèbre docteur ingénieur aéro-hydrodynamicien qui a travaillé sur de très nombreux projets prestigieux, Yann Roux, docteur en mécanique des fluides qui a créé en 2003 la société K-EPSILON (un des leaders en simulation numérique dans le domaine maritime). Ils m’ont tous très gentiment répondus, et souvent longuement. J’aurai pu retranscrire nos échanges et vous laisser vous faire votre opinion à partir des éléments collectés. J’aurai pu en effet. Au risque de mal interpréter leurs propos, j’ai préféré réaliser une synthèse ! Déjà par ce qu’il faut savoir ce mouiller (c’est la moindre des choses pour un accro. du foil). De plus, le but de ce blog n’a jamais été de réaliser des copier / coller.

Ces différents spécialistes, considèrent que la théorie de Kutta Jukowski n’est qu’un artifice de modélisation de la portance pour traduire en termes mathématiques une réalité physique : la contrainte de non-contournement du bord de fuite. Rémy Laval Jeantet a une approche très très intéressante des phénomènes associés à la portance. Lors de modifications de la vitesse ou de l’incidence, il existe bien un tourbillon longitudinal parallèle au bord de fuite qui s’échappe de celui-ci : c’est le fameux tourbillon d’initiation de portance. On peut considérer que ce qui alimente ce tourbillon parallèle à l’aile, ce sont bien de microscopiques tourbillons perpendiculaires, qui correspondent à l’enroulement des filets de couche limite (voir Claes Johnson et Johan Hoffman). Il n’y aurait donc pas d’incompatibilité entre les visions de Kutta Jukowski et Claes Johnson – Johan Hoffman mais une complémentarité ! Toutefois, la circulation, comme énoncé plus haut, ne serait qu’une traduction mathématique et non une réalité physique. Yann Roux pense qu’expliquer la portance à partir de « KJ » ou « JH », c’est déjà partir de conditions définies : imposer le fait que la ligne de décollement se situe sur le bord de fuite. Pour se faire, il faut rajouter un élément : circulation ou tourbillons perpendiculaires à l’aile. Pour appuyer le fait que ces théories sont « simplificatrices » (modélisation d’une plage réduite de conditions), il suffit de spécifier que dans le cas d’un profil se déplaçant dans un fluide très visqueux, à très bas nombre de Reynolds, il y a contournement du bord de fuite par le fluide ! Dans la majorité des cas, nous sommes rarement dans une situation parfaite, il y a un minimum de décollement du flux. Décollement dont l’amorce remonte, suivant les conditions (incidences, vitesse…), sur l’extrados. Après discussion avec Daniel Charles, il semble qu’il n’existe réellement que deux grandes théories basées sur les travaux de Bernoulli et celle de Newton ! Comme vu plus haut, les « théories » de la circulation (Kutta Jukowski) et celle d’Hoffman & Johnson ne seraient, que des solutions pour expliquer un point particulier : pourquoi la ligne de recollement des flux sur l’extrados recule sur le bord de fuite. Le vrai débat est en fin de compte le suivant : la portance est elle liée à la sous vitesse sur l’intrados ou la sur vitesse sur l’extrados (Bernoulli) ou au fait que le flux est dévié par le foil (3ème loi de Newton, action/réaction) !

Nous l’avons vu, les « Oui mais » de la théorie basée sur le théorème de Bernoulli (voir : II – L’explication populaire) sont suffisamment importants pour que cette théorie soit écartée. Il nous reste donc la « théorie de l’écope ». J’avais aussi placé des « Oui mais » pour cette dernière. Il reste donc quelques zones d’ombres que j’aurai bien voulu éclaircir, comme pourquoi le fluide va plus vite sur l’extrados… ?

XII – Portance « sur l’eau »

Les moteurs de nos engins sont pour la grande majorité des bouts de tissus qui prennent la forme de l’extrados d’une aile et génère de la portance alors que l’intrados a la même forme. Nous sommes bien souvent éloignés du profil « théorique » d’une aile et pourtant cela fonctionne ! Nous l’avons vu, une aile plate fonctionne aussi ! Le fait d’avoir une aile courbe, sans « définition spécifique » de la forme de l’intrados, permet déjà d’améliorer la force de portance. Sous la surface nos engins sont aussi équipés d’ailes qui génèrent des portances ô combien importantes alors qu’ils ont un profil le plus souvent symétrique avec un très petit angle d’attaque. Sans eux nous dériverions dans l’axe du vent ou presque.

Lors de cette « étude », j’ai surtout découvert des informations liées à la portance des ailes aériennes. Beaucoup moins sur les possibles théories de la portance appliquées aux voiles et appendices d’engins évoluant sur l’eau. C’est vrai qu’il y a déjà beaucoup à faire dans l’étude des interactions entre voiles ou de celles entre appendices et voiles. L’étude de la portance sur un engin nautique, mériterait un article ou plutôt des articles !

Petit état des lieux des théories avancées dans la littérature spécialisée « voile » :

  • Je pensais en me replongeant dans le livre « Aérodynamique du voilier et l’art de gagner des régates » écrit en 1925 par Manfred Curry alors qu’il n’avait que 18 ans, que j’allais trouver une explication de la portance. Mais que nenni !
  • Dans the « 40 knots Sailboat », en 1963, Bernard Smith élude la question !
  • Il semble qu’il faille attendre les travaux d’Arvel Gentry de 1969 à 1971 pour que la théorie basée sur le temps de transit équivalent (explication populaire basée sur le théorème de Bernoulli) soit remise en question. Arvel Gentry, qui se basait sur les travaux de Kutta-Jukowski, est un spécialiste en aérodynamique qui a travaillé 40 ans à la NACA, chez Lockheed, McDonnell Douglas, Boeing, ainsi que pour plusieurs campagnes américaine de l’America’s cup. Même si la théorie de Kutta Jukowski sur laquelle se base les nombreux travaux et articles d’Arvel Gentry est remise en questions par Johnson et Hoffman, il est indubitable que ses recherches ont fait avancer la compréhension des phénomènes qui entoure les voiles et profils des appendices des voiliers.
  • 1973, parait Design for Fast Sailing, de Edmond Bruce et Henry A. Morss, les auteurs étudies de façon très poussée les facteurs influents sur la vitesse mais sans aborder l’origine de la portance
  • En 1979, le célèbre « Aero-Hydrodynamics of Sailing » de CA Marchaj utilisait, avec de superbes illustrations, la théorie de Kutta et Zoukowski. Les chapitres consacrés à la portance étaient, semble t’il, en lien avec les travaux réalisés par A Gentry
  • En 1979, Pierre Gutelle dans son « Architecture du voilier tome 1 » (qui pour moi à un peu trop lu le livre de Marchaj), optait lui aussi pour la théorie de la circulation
  • 1979 toujours, dans « High speed sailing », Joseph Norwood aborde de nombreux points très intéressants sur les paramètres influents sur la vitesse, mais rien sur l’origine de la portance !
  • En 1998, Dominique Paulet et Dominique Presles ne s’étendent pas sur la question dans « Architecture navale – Connaissance et pratique » mais évoques des notions plus proches de la théorie de théorie du temps de transit équivalent ou théorie populaire que de la circulation ou d’une autre théorie…
  • 2003, Bryon D. Anderson édite The Physics of Sailing, dans lequel il développe la théorie basée sur le 3ème loi de Newton (voir, entre autre, schéma via article « Physics Sailing » paragraphe VII)
  • En 2008, Claes Johnson et Johan Hoffman publient « The secret of Flight » et vous avez vu ou lu ce qu’ils pensent de l’origine de la portance.
  • Un an plus tard en 2009, CJ et JH écrivent « The secret of sailing »…
  •  En 2010 Ray Vellinga opte pour la théorie de l’écope dans son livre « Hydrofoils, design, Build, Fly » et fait aussi référence à la théorie la « Ugly theory » !
  • Toujours en 2010, dans le livre « Physics of sailing », John Kimball base toujours ses explications sur Kutta Jukowski
  • Bref, que ce soit, sur ou sous l’eau, ce n’est pas plus clair que dans les airs !

Remarque
J’ai lu que la théorie de la circulation, qui met en évidence ce qui se passe sur le bord de fuite, permettrait d’expliquer le fait qu’il y ait un temps de réponse entre une modification de vitesse ou d’incidence et la création de la portance. Des tests réalisés en conditions instables (changement de l’angle d’attaque), ont montrés qu’il faut 6 fois la longueur de la corde d’un profil, avant que la portance maximale ne soit regagnée. Cela explique pourquoi un bateau avec un gouvernail à faible allongement (donc une forte corde) répond moins vite qu’un second de même surface avec un fort allongement. Idem pour les voiles avec plus ou moins d’allongement ! Mais cette remarque ne s’applique pas seulement à cette théorie. Celle de Claes Johnson et Johan Hoffman peut aussi expliquer pourquoi il faut un certain temps pour que l’équilibre se mette en place. D’ailleurs celle de l’écope ou de Newton, qui cherche plus à donner une explication globale plutôt qu’à définir ce qui se passe en un point particulier du plan, n’exclut pas ce fait, elle ne l’explique pas, c’est tout !

XIII – Conclusions

Je vous laisse faire votre propre choix dans cette collection de théories… Vous avez peut être deviné celle qui me satisfait le plus ?

Eteignez vos appareils électroniques et conservez votre ceinture attachée jusqu’à l’arrêt complet de l’appareil. Le commandant de bord et tout l’équipage de ce vol « Foilers Airline » ont été heureux de vous accueillir à bord de ce blog volant et espère vous revoir très bientôt.

Pour ceux qui ne connaîtraient pas bien « Foilers ! », ce blog est là pour échanger et si besoin compléter ou critiquer les articles, en tout cas les miens (je rappel que le mot critiquer peut aussi être utilisé pour exprimer des avis positifs !). Donc n’hésitez pas à intervenir…
L’hôtesse « Frédérica » vous attends aux pieds de la passerelle et essayera de répondre à toutes vos questions et remarques (j’ai bien dit, elle essayera !!)…

Remerciements

Philippe Guglielmetti
Xavier  Labaume
Claes Johnson
Johan Hoffman
Damien Lafforgue
Rémy Laval Jeantet
Yann Roux
Daniel Charles