Des hydroptères hauturiers ?

29 mars 2015

Cet article de Daniel Charles, est le second d’une série de trois sur les hydroptères hauturiers (Volet 1)

Durant longtemps, la seule raison d’être des hydrofoils à voile fut de voler -pas d’aller quelque part. L’incroyable sensation d’être soulevé hors de l’eau, de naviguer sur le fil du rasoir… c’était stupéfiant, addictif ! Il n’y avait rien de pareil ! Seule une élite connaissait cela ! A Weymouth ou à Brest dans les années 1970-80, ceux qui avaient sacrifié tant d’heures dans l’espoir de connaître cette éphémère bouffée d’adrénaline étaient des gens à part: pour voler en hydrofoil à voile, il fallait non seulement en avoir dans la culotte, mais aussi dans le ciboulot, ce n’était pas donné à tout le monde, allez ! La preuve : le premier à s’être ainsi envoyé en l’air, Robert Gilruth, travaillait à la Naca avant de terminer sa carrière comme patron de la navette spatiale… Aah, voler sur foils…, c’était tellement extra-ordinaire que ce pied de nez à Archimède et Newton se suffisait à lui-même. L’horizon des foileux n’allait pas au-delà des 500m du record de vitesse à la voile, personne n’imaginait sérieusement aller se balader au-delà de l’horizon géographique (le vrai).

Catafoil de Bob Gilruth – extrait livre Sailing Hydrofoil

Catafoil de Bob Gilruth – extrait livre Sailing Hydrofoil

Certes, Williwaw avait prouvé que l’on pouvait amener un hydrofoil très loin –mais la vitesse moyenne de ce trimaran volant de 9,75m avait été inférieure à 6 nœuds (Note 1). A partir de 1979 et Paul Ricard, on a vu une série de trimarans stabilisés par foils –mais eux ont vu les tableaux arrière des meilleurs bateaux archimédiens. En mai 2002, à Dournenez, par 15-20 nœuds de vent, l’Hydroptère régata pour la première fois contre les tris de 60’ de la défunte classe ORMA ; le « voilier volant » termina le parcours en 1h 31m 39s ; le vainqueur (le trimaran Bonduelle) avait gagné en 45m 15s, soit… moins de la moitié du temps ! Dont acte : après 63 ans d’essais (1939-2002) les hydroptères à voiles étaient juste bons (mais alors très bons !) pour s’envoyer en l’air, et pas pour régater (Note 2) ni pour aller quelque part et encore moins affronter les vagues du Grand Sud.

Notes :
1 – C’était à peu près la même moyenne que celle du monocoque Pen Duick V dans la Transpac. Les voiliers allaient lentement, alors !
2 – Un Moth avec des foils latéraux perçant la surface avait bien gagné une des manches du championnat du monde en 2001, mais comme il s’assimilait à un multicoque il fut déclaré illégal.

Telle était la situation il y a treize ans. Ce n’est rien treize ans, un battement de paupières de l’histoire, la durée de vie d’une mouette, moins de la moitié de celle d’un crapaud commun…

L’Hydroptère Douarnenez – F Monsonnec 2002

L’Hydroptère Douarnenez – F Monsonnec 2002

Un miracle peut en cacher un autre

Pour voler, il fallait créer de la portance, et l’on chercha à la maximiser, en sélectionnant des sections d’ailes particulièrement porteuses à 6, 7, 8° d’incidence. Il y a seulement dix ans, les Moths à foils tandem adoptaient encore une assiette longitudinale aussi angulée (Note 3) … jusqu’à ce que les exigences de la compétition et la cruauté des palmarès rappellent une vérité que tout le monde connaissait, dont la réalité physique avait été prouvée avant même que Gilruth se hisse sur ses premiers foils. Pour voler il fallait certes créer de la portance, mais pour voler bien il faut minimiser la traînée. Et profiter d’un autre miracle, connut de tous, mais dont l’ivresse du vol avait caché l’importance.

Note :
3 – L’angulation du foil par rapport à la coque était proche de zéro, donc on cabrait tout le bateau de 4-6°.

Ce miracle, c’est qu’aux faibles angles d’incidence la portance est gratuite. Elle ne coûte rien ! Nada ! Zilch ! Jusqu’à, disons, 3 à 7° d’angle d’incidence selon le profil, la vitesse est transformée en portance sans que la traînée n’augmente (Note 4). Par contre, au-delà de cet angle critique c’est le coup de bambou, le matraquage en règle, l’assommoir : la traînée augmente alors beaucoup plus vite que la portance. La courbe portance/traînée, qui définit l’efficacité du profil en fonction de l’angle d’incidence, ressemble à la moitié d’un seau, un fond plat puis un flanc qui remonte brutalement. En conséquence les aérodynamiciens ont appelé cette portion de courbe « lift-drag bucket », le seau portance-traînée. Comme on le voit dans la figure ci-dessous, tous les profils ne sont pas égaux : certains ont un « seau » bien plus marqué que d’autres, inexistant sur un profil Naca 2415 alors qu’il s’étend de 0 à 7° sur un Naca 66-415. Pour voler bien, il faut impérativement rester au fond du seau.

Note :
4 – A part, bien sûr, la résistance de friction, qui augmente linéairement avec la vitesse.

Exemple de seau sur Naca 66-415

Exemple de seau sur Naca 66-415

Hélas, rester dans cette fourchette étroite n’était pas possible. Je me souviens d’un bord de près à la Petite Coupe de l’America en 1987 (bien avant les foils) : The Edge, futur vainqueur, fonçait à 19 nds en baie de Melbourne dans un mètre de creux (Note 5), et à vue de nez le Classe C tanguait de plus et moins 12°. Une amplitude de 24° ! Trois fois les 7° nécessaires pour rester au fond du seau ! C’était ça le monde réel, et à son entrée il y avait un écriteau annonçant : « Foileux qui entrez ici, abandonnez toute espérance ! »

Note :
5 – Christian Février et moi nous trouvions sur un tout petit canot à moteur, et nous avions manqué couler

The Edge Class AUS – photo Christian Février

The Edge Class AUS – photo Christian Février

John Ilett et sa baguette magique

Il aurait fallut varier l’angle d’incidence dix, vingt fois par seconde : humainement impossible (et de toute façon les hydrofoils n’étaient bons qu’à voler, même pas a battre des records de vitesse (Note 6), alors pourquoi s’en faire ?).

Une solution avait bien été inventée bien loin de la mer par un type du Middlewest, un certain Gordon Baker mort depuis, ses expériences de 1957 étaient tellement mal connues que le premier journaliste à aller les voir ne l’avait fait qu’en 1981, et on n’allait pas croire ce dernier vu que c’était un belge un peu cinglé (pléonasme) qui dessinait des praos… Un journaliste ne suffisait pas pour révéler la magie. Pour cela, il fallait un magicien, un sorcier.

Note
6- Le premiers records officiels datent de 1972, et il fallut attendre 37 ans pour qu’en 2009 un bateau (L’hydroptère) complètement supporté par foils établisse un record sur 500m toutes catégories. Trente-sept ans…

Le sorcier John Ilett –montage D Charles mars 2015

Le sorcier John Ilett –montage D Charles mars 2015

Celui-ci apparut durant les premières années du XXIème siècle équipé comme il se doit d’une véritable baguette magique. J’imagine que les Perthiens et les Perthiennes finiront par lui élever un monument dans Herdsman Park à Perth (Western Australia). On y découvrira leur compatriote John Ilett, sculpté en fibre de carbone, terrassant d’un pied foilé Archimède impuissant sous la baguette du Maître. Ce sera fort joli.

Moth Katana de Nicolas Bessec – F Monsonnec juillet 2010

Moth Katana de Nicolas Bessec – F Monsonnec juillet 2010

  • L’invention de John Ilett était (comme toutes les inventions) un assemblage nouveau de techniques et connaissance anciennes.
  • De toute une série d’expérimentateurs Ilett reprenait l’idée d’un foil arrière sous le safran, dont le barreur pouvait régler l’incidence et, de là, l’assiette longitudinale du bateau.
  • De Christopher Hook il reprenait l’idée du palpeur de surface, mais en remplaçant les patins par une mince baguette articulée à l’étrave, ce qui économisait un paquet de traînée.
  • Cette baguette (wand) commandait le volet de bord de fuite du foil central, sous le centre de gravité.
  • Dans le passé, le foil arrière commandait la portance en changeant l’assiette du bateau ; il fallait donc combattre l’inertie de l’ensemble ; John Ilett, en variant la portance directement sur le foil principal, rendait les corrections plus rapides et de moindre amplitude, avec moins de traînée.
  • Le dernier apport de John Ilett innovait par soustraction : il retirait aux vieux foils leur fonctions antidérive et stabilisatrice. Dès les premiers Moths volants, le barreur apportait la stabilité ; les supports verticaux des deux foils en tandem servaient de plan antidérive ; les deux foils en tandem n’avaient plus qu’à fournir la portance verticale (Note 7).

Note :
7 – Je simplifie ; au près, les Moths avancent avec une contregîte marquée de manière à ce que la portance du foil contribue également à lutter contre la dérive. Cela permet de limiter la taille et l’angle d’incidence du montant vertical supportant le foil central et agissant comme dérive. Cette réduction de surface est évidemment payante aux autres allures.

Hydrofins C Hook - Life 5-06-1950

Hydrofins C Hook – Life 5-06-1950

Toutes ces innovations entraînaient une révolution. En mars 2014, Ned Goss sur un Moth Mach 2 a maintenu durant 10 secondes 35,9 nds, avec une pointe à 36,5 nds (Note 8). Quand on pense que ces vitesses sont atteintes avec seulement 2,2 fois la surface de voilure d’un Optimist, on ressent un certain vertige…

Note :
8 – Sailing Anarchy, 14 mars 2014

Evolution de la forme des foils de Moth – Bruce McLeod

Evolution de la forme des foils de Moth – Bruce McLeod

Evolution

Depuis dix ans, les foils de Moths ont évolué dans deux directions. D’une part, l’envergure a augmenté, pour diminuer la traînée (Note 9). D’autre part, on s’est orienté vers des foils plus épais ce qui permet, à traînée et portance égales, d’augmenter l’inertie de la section et de réduire le poids (Note 10). On remarque sur la figure page suivante (qui ne tient pas compte de la portance) combien le drag bucket de l’Ilett Square (Fastacraft v1) est visible.

Notes :
9 – Les trois illustrations de ce paragraphe sont dues à Bruce McLeod à http://www.teknologika.com/mothblog/the-evolution-of-moth-main-hydrofoils/
10 – Les profils adoptés s’apparentent à des profils d’ailes supercritiques (poursuivant des objectifs structurels similaires, entre autres). En plus, les profils supercritiques d’avions visent à étaler le pic de l’onde de choc aux vitesses transsoniques, un problème qui ne concerne évidemment pas les Moths. On peut s’interroger sur le gain de traînée possible avec une aile complètement mobile sans volet, et un joint déformable en élastomère lisse entre le montant vertical et le foil ; cela impliquerait cependant d’adopter des profils avec un centre de poussée variant très peu avec l’angle d’incidence.

Portance et trainée foils Ilet square/Ilet Tapered / Bladerider – Bruce McLeod

Portance et trainée foils Ilet square/Ilet Tapered / Bladerider – Bruce McLeod

 

Profils NACA 63-412 et Blaserider – Bruce McLeod

Profils NACA 63-412 et Blaserider – Bruce McLeod

On remarquera que la surface du foil a peu changée ; par contre la tendance vise clairement à obtenir le plus grand allongement possible.

Il me semble (mais je peux me tromper) qu’au fil des années, la baguette de Mr Ilett s’est inclinée graduellement, diminuant la distance entre le palpeur et le foil, sans doute pour que le point de mesure soit le plus proche possible du foil. Si c’est bien le cas, cela augurerait mal des possibilités de cette méthode de palpage d’extrapolation dans les plus grandes tailles.

Quoiqu’il en soit, l’une des caractéristiques les plus étonnantes des Moths à foils est leur garde au sol très élevée, de l’ordre de 10-12 % de la longueur de coque (à peu près le double d’un AC 72). La garde au sol est évidemment une donnée cruciale dans l’hypothèse d’un hydroptère hauturier.

Bon et après ?

Le Moth est évidemment un cas atypique. Le poids de l’équipage (voué à la stabilité) y représente 60% du poids total : non seulement son apport à la stabilité est formidable mais encore l’inertie des poids du bateau en devient relativement négligeable. Le gréement (mât, voile, gréement) n’entre que pour 7% dans le poids total, alors qu’il est près du double dans un tri de 60’. Ces différences de proportions peuvent complètement changer les données du problème dans une mer formée, où l’influence d’un poids dans les hauts augmente comme le cube de la distance depuis le centre de gravité.

Moth à foils – photo James Boyd

Moth à foils – photo James Boyd

Ne peut-on envisager un super-, voire un hyper-Moth comme on construisit dans les années 1950 un « Star x 3 » (Note 11)? Hahaha. Il y en aura toujours pour imaginer un bateau hauturier dont la stabilité serait assurée par les déplacements instantanés d’un équipage dont la force herculéenne (zé-inextinguible) réglera au quart de seconde le réglage des voiles. Pourquoi pas ? Il y a même des convaincus de la planéité de la terre (Note 12)! Cependant, les plus réalistes ne se satisferont pas de ces chimères. « On ne peut pas extrapoler du petit vers le plus grand, parce que de nombreux systèmes qui fonctionnent en petite taille ne fonctionnent pas en taille plus grande », écrivait déjà Galilée en 1638 (Note 13). Il y a un truc qui s’appelle l’effet d’échelle, qui fait que si l’on double une longueur, la voilure sera multipliée par quatre (normal, c’est une surface) et le volume, donc le poids, par huit (23). On ne peut donc extrapoler un Moth à 60 pieds (x5,45), parce qu’avec l’effet d’échelle le rapport poids puissance passerait d’un excellent 57m²/T à un misérable 10,5m²/T (Note 14) ! C’est-à-dire qu’au lieu d’avoir un rapport poids-puissance égal à celui des meilleurs racers d’aujourd’hui, on retomberait au niveau de leurs ancêtres des années 1965 : le Tina, plan Dick Carter et multiple vainqueur de la One Ton Cup, n’affichait que 12,8m²/T.

Notes :
11 – Il s’appelait Attila et s’empressa de mériter son nom, sauf que les dégâts concernaient sa structure et le portefeuille du propriétaire. Capable de faire 11-12 nœuds au près (dit-on), Attila se fit tout de même battre lors du Vive-Vire marseillais de 1961 par un 505. Attila avait été construit pour Albert Debarge, second au championnat du monde des Stars en 1957 (son équipier s’appelait Paul Elvström et son vainqueur Lowell North). Le noceur Debarge était un ami des rois de la nuit Castel et Barclay ; industriel pharmaceutique (il produisait la pilule anticonceptionnelle), il semble qu’il se soit diversifié dans la drogue ; il se suicida en novembre 1972, d’une balle dans le dos, dit-on. Le second propriétaire d’Attila, Jean Guichet, transforma l’incontrôlable sloop en ketch ; il appartint également au chanteur Sacha Distel avant de faire naufrage en Corse. Voilà : c’était ma minute culturelle.
12 – http://www.theflatearthsociety.org/cms/
13 – Galilée, dans « Discorsi e Dimostrazioni Matematiche, interno à due nuove Scienze ».
14 – Avec une échelle de 545%, la voilure (échelle au carré) n’aurait que 237m² alors que le déplacement se monterait (échelle au cube) à 22666 kg! D’accord, on réussirait sans doute à fabriquer un engin bien plus léger –mais même en divisant le poids par trois on resterait loin du compte : en dessous de 50m²/T autant rester au lit.

Ne nous y trompons pas, le rapport poids-puissance est capital. Si les vitesses ont triplé ou même quadruplé depuis 40 ans, c’est parce que le rapport poids-puissance faisait de même. Augmenter la vitesse impliquera d’une façon ou d’une autre d’augmenter aussi la puissance à poids égal.

Dont acte : la configuration du Moth à foil ne sera pas adoptée pour un hypothétique engin hauturier, mais on peut –on doit !- en retenir certains princi _ _…

…Ouais, bon, je sais bien, cela fait quelques paragraphes que vous vous demandez pourquoi je m’acharne sur les Moths, pourquoi (si je veux vraiment parler d’hydrofoils hauturiers) je ne mentionne pas les AC 72 et autres multicoques à foils, qui sont autrement plus pertinents et cetera… mais j’implore votre patience : même si cela n’en a pas l’air, je sais très bien où je vais. Courage ! Un peu de mystère n’a jamais tué de lecteur !

…on doit en retenir certains principes validés par les Moths, à savoir :

  • si l’on veut voler vite et bien, inutile d’envisager des foils en V ou en échelles, ou à faible allongement : il faut réduire la traînée ;
  • pour réduire la traînée il faut TOUJOURS rester au fond du seau portance-traînée ; en d’autres termes l’angle d’attaque du foil DOIT toujours rester faible (< 3 à 7°), ce qui implique IMPERATIVEMENT une incidence automatique ;
  • pour réduire la traînée il faut que la variation de la portance se fasse directement sur le foil, sans avoir à changer l’angle d’incidence de tout le bateau (qui impliquerait de vaincre l’inertie du bateau);
  • pour réduire la traînée, il faut séparer les rôles et ne demander qu’une seule chose à faire un foil (porter le bateau ou le stabiliser ou changer l’assiette : il faut choisir)
  • et (bien entendu) il faut réduire la traînée !

La question de la stabilité

On contestera que je fasse une césure entre portance et stabilité, enfin !, une portance est une portance, dans un monocoque Monsieur Archimède ne fait pas la différence entre une carène droite ou gîtée. Bien sûr –sauf qu’il nous faut rester au fond du seau ! Un foil chargé de la seule portance devra répondre aux sollicitations du tangage (Note 15) ; un autre en charge de la seule stabilité devra s’adapter aux variations de roulis et de couple de chavirement de la voilure. Or les périodes de roulis et de tangage sont très différentes : répondre à l’une dans les temps signifie que l’on sera à contretemps pour l’autre – et zou !, on aura quitté le fond du seau.

C’est pour cette raison que je crois la formule actuelle des catamarans à foils –AC 72, AC 45, GC 32, Classe C, Phantom…- inadaptée pour un hydrofoil hauturier : le foil sous le vent assurant toujours la portance comme la stabilité, il risque d’être constamment poussé hors du seau. En plus, l’on n’a pas besoin de deux foils arrières, ni de deux bras structuraux : l’architecture à deux coques ne se justifie pas vraiment dans ce cas là.

Note :
15 – Et du couple de cabanement de la voilure, j’y arrive…

GC32 AEZ- picture James Boyd

GC32 AEZ- picture James Boyd

Le problème du foil oublié

Il reste un foil dont nous n’avons pas parlé jusqu’ici, et que l’on a un peu tendance à oublier dans ce rôle: il s’agit du foil propulseur. La voilure est un foil comme les autres, avec ses exigences d’efficacité et ses effets sur l’ensemble du bateau.

On le sait, seule une faible portion de la portance générée par le foil « voilure » sert à la propulsion, le reste étant orienté latéralement pour faire dériver et gîter le bateau ; certains ont essayé, en orientant le foil « voilure » en diagonale, de transformer cette portance latérale en une portance verticale (c’est le cas sur Vestas Sailrocket 2 – Note 16). Tellement de gens se sont penchés sur cette question que je m’en vais la glisser sous le tapis… On ne va pas s’étendre sur de la philosophie avancée alors que nous avons devant nous une question de physique élémentaire : soit une voilure « verticale » normale ; le centre de voilure sera au-dessus du centre de gravité ; donc la composante latérale de sa portance provoquera un couple de chavirement. Tout le monde sait cela –mais la plupart des gens oublie que cela s’applique aussi à la portance longitudinale (propulsive) : puisque le centre de voilure est au-dessus du centre de gravité, il se crée à chaque augmentation de portance un couple de chavirement longitudinal, dit (horresco referens !) « couple de cabanement ». Aaargh ! C’est lui le méchant, le détestable, la plaie qui fait passer les multicoques cul par-dessus tête ! C’est le couple de cabanement qui mérite vos sifflets, vos huées, vos lazzis et vos boules puantes ! C’est pour combattre ce couple infernal qu’on a reculé les gréements et que la quête de mât est sortie de son purgatoire centenaire ! Et le pire, le vrai cauchemar, c’est que cette abomination fonctionne dans les deux sens.

Note :
16 – La solution d’un bateau monodrome (qui ne vire pas) comme Vestas Sailrocket 2, où la portance est en très grande partie assurée par l’effet de sol produit par sa poutre profilée, n’est pas envisageable sur un parcours hauturier, les vagues perturbant l’écoulement sur la poutre.

Projet de prao à foil et voile rigide inclinée – D Charles 1990

Projet de prao à foil et voile rigide inclinée – D Charles 1990

Notre cher brave vieux couple de chavirement transversal est, lui, à sens unique: la voilure pousse plus ou moins fort et –sauf conditions extrêmes- l’état de la mer n’a qu’une influence minimale. Au contraire, le pervers couple de cabanement s’intensifie si la portance de la voilure augmente ET si la traînée du bateau s’accroît (Note 17). Le bateau est freiné dans une vague mais la voilure pousse toujours et… pataplouf !

En d’autres termes, pour combattre le couple de cabanement, contrôler la portance de la voilure ne suffit pas : il faut aussi contrecarrer les variations de résistance à l’avancement du bateau… lesquelles, justement, caractérisent la progression d’un voilier dans une mer formée. Résoudre ce problème est donc LA condition sine qua non pour le succès d’hydroptères hauturiers.

Note :
17 – Bien entendu, l’inertie de chaque partie du bateau (qui augmente avec la distance du centre de gravité) ne fait qu’empirer la tendance au cumulet avant !

Asservir le couple infernal –mais comment ?

La baguette magique de Mr Ilett sert à moduler finement la portance d’un foil central dont la direction est présumée proche de la verticale. En ce qui concerne l’assiette longitudinale de tout le Moth à foils, il y a la portance du foil arrière (réglée par le barreur) et/ou la position de l’équipage (le barreur lui-même). Dans une mer formée, où la surface de référence de la baguette cesse d’être horizontale, une telle solution ne suffira pas pour rester au fond du seau.

Et là, soudain, j’ai l’impression d’enfoncer une porte ouverte. Tout ce que je raconte-là… mes imprécations à l’encontre du couple de cabanement… c’est une vieille barbe ! Tellement vieille que cette problématique-là fut à la base même du premier voilier hydroptère qui ait vraiment bien marché. Monitor a volé parfaitement au temps où les autos avaient encore des ailerons, le Mirage III n’avait pas encore décollé, et la moitié des ménages français n’avaient pas de lieu d’aisance dans leur lieu de vie. Pendant près d’un demi-siècle, Monitor est resté le seul hydrofoil à voiles à survoler les flots avec une stabilité de cuirassé, le seul à avoir vaincu clairement et sans appel le couple de cabanement. Comme par hasard, c’était aussi le seul à avoir fait de cette victoire une priorité, et à avoir pris le taureau par les cornes.

Avant Monitor, Gordon Baker -mentionné plus haut- avait testé un premier hydroptère sur lequel il s’était pris quelques pelles ; la tendance au crash-dive (le couple de cabanement augmente, le bateau pique du nez, l’incidence diminue, donc la portance, le bateau plonge, crash) l’avait interpellé à grand coups de flotte dans la tronche. Gordon Baker n’était pas amusé (Note 18). Il inventa donc (et breveta) un système pour mettre le couple de cabanement en échec.

Note :
18 – Le même genre de phénomène avait été vécu par Nat Herreshoff sur son premier catamaran, Amaryllis, ce qui l’avait conduit à imaginer ces étonnants catamarans articulés.

Monitor et son foil arrière régulé par les efforts du gréement – via Mariner Museum

Monitor et son foil arrière régulé par les efforts du gréement – via Mariner Museum

Schéma via « Monitor Hydrofoil Sailboat » - Niel C Lien

Schéma via « Monitor Hydrofoil Sailboat » – Niel C Lien

En pratique, le pied de mât est monté sur un axe transversal, et le gréement peut pivoter d’avant en arrière. Les étais sont reliés à une structure pivotante dans la coque. A cette structure sont connectés un ressort dont la tension est réglée par l’équipage, et une barre push-pull qui commande l’angulation du foil arrière. Supposons que la portance propulsive augmente : le mât pivote vers l’avant, entraîne (via la structure pivotante et la barre push-pull) une diminution de l’incidence du foil arrière, le bateau se cabre, la portance des foils avant augmentent, à ce moment le ressort atteint sa tension de référence et relie la traction du gréement au bateau, et… bateau vole ! Bien entendu, l’opération se fait par incréments minuscules, plusieurs fois par seconde. Par ce système il est impossible au couple de cabanement de déséquilibrer Monitor –mais ce n’est pas tout.

Imaginons qu’une grosse vague se présente. La résistance à l’avancement augmente…,
le bateau pique du nez…,
donc la portance du foil arrière diminue…,
donc la barre push-pull pousse sur la structure pivotante qui relâche le ressort qui laisse filer le mât, désaccouplant le moment de cabanement le temps que le bateau retrouve son équilibre.
Le système fonctionne donc dans les deux sens, comme le couple qu’il doit combattre.

Evidemment, le système mécanique de Baker pourrait être remplacé par un autre, électro/hydraulique par exemple. Qu’importe, tant que le crucial feedback voilure/ bateau est maintenu. Sans lui, je crains que l’hydrofoil hauturier reste un mirage.

Zutalor, v’la aut’chose !

Lors de la récente 5th High Performance Yacht Design Conference à Auckland, Burns Fallows (Note 19) a rappelé que, durant les trois ou quatre dernières décennies, les records de sprint en course à pieds ont baissé de 3%, ceux de cyclisme de 10%, mais ceux sur 500m à la voile ont été atomisés de 81%, et de 77% pour les 24h à la voile (Note 20). On pourrait se dire que cela va s’arrêter –mais pas du tout ! Sur le graphique ci-dessous, j’ai tracé, année après année, les records de vitesse sur 500m (échelle de gauche) et ceux sur 24h (échelle de droite). La tendance historique à long terme est franchement haussière même si à court et moyen terme il faut s’attendre à un plateau pendant quelques années (Note 21).

Notes :
19 – Directeur de North Sails
20 – Source: Keith Taylor dans Scuttlebutt #3288 – 11 March 2015
21 – On ne construit plus de multis géants comme Banque Populaire, et il faudra un sacré bond technologique pour dépasser Vestas Sailrocket 2.

Evolution des records sur 500m et 24h – D Charles mars 2015

Evolution des records sur 500m et 24h – D Charles mars 2015

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Donc on va devoir y passer, à l’hydrofoil à voile hauturier ! Et peut-être même y arrivera-t-on très vite. Il reste cependant un problème loin d’être réglé…

…Une année, Baker amena Monitor en baie de San Francisco. Dans le Golden Gate, sur un bateau aussi petit que Monitor (7,92m), la navigation peut être rude. Gordon Baker et Neil Lien affrontèrent des vagues de 1-1,2m, équivalentes à des creux de 2,5m pour un 60’ (mais avec une amplitude bien plus courte). Monitor restait im-per-tur-bable. Un vrai cuirassé ! Par contre ses correctifs de portance entraînaient des accélérations et décélérations verticales désastreuses pour les estomacs. Ce mal de mer là pourrait être autrement plus difficile à contrôler que les foils…

Daniel Charles
Mars 2015

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Les projets d’hydrofoils océaniques

8 mars 2015

Les bateaux volant de l’America’s Cup ont déterrés une idée déjà évoquée au cours des précédentes décennies : est ce que l’on va voir un jour des bateaux voler à travers les océans ? La victoire des ultimes dans la dernière Route du Rhum l’a réveillée, elle n’était qu’assoupie. Elle ré-ouvre un œil, non pas par ce que cela sent le café et les croissant, mais par que cette image fait rêver à un moment où il fait bon s’évader. Elle montre le bout de son nez quand VPLP fait un teasing (ou « aguichage »), volontaire ou non, en évoquant le fait que le prochain bateau de Gabart sera « plus aérien » !

Bien avant l’hydroptère, plusieurs projets de multicoques hauturiers ont vu le jour. Ils sont malheureusement pour beaucoup restés à l’état de croquis. Voici une sorte d’état des lieux des projets de voiliers volants à travers les océans. Manquent dans cette liste les F40 à hydrofoils dessinés au milieu des années 80, ces bateaux n’avaient théoriquement pas pour but de traverser l’océan…

1959 – Projet d’Arthur Piver

Voici un dessin trouvé dans un bulletin de l’AYRS. Il s’agit de l’ébauche d’un trimaran à foils en échelle dessiné par Arthur Piver en 1959 et qui n’a pas vu le jour. Arthur Piver est surtout connu pour ses nombreux plans de trimaran. Bateaux plus ou moins réussis. Nous étions alors aux balbutiements de la conception des multicoques modernes. Arthur Piver a disparu au cours d’une traversée de l’atantique à bord d’un de ses plans. Il était aussi l’architecte de Teignmouth Electron de Donald Crowhurst (pour ceux qui ne connaissent pas cette histoire, elle mérite de détour). Ce projet d’hydrofoil n’avait pas été prévu pour être un géant, il devait mesurer 30 pieds. Mais comme A. Piver avait traversé l’atlantique sur son trimaran Nimble, mesurant lui aussi 30 pieds, ce dessin n’aurait sûrement pas été réservé pour les balades à la journée… A noter qu’un autre concepteur d’engin à foils, David Alan Keiper (Williwaw), fut lui aussi propriétaire d’un Nimble. Faut-il y voir un signe, et si oui, lequel ? Est-ce que les Nimbles se trainaient trop au point de vouloir leur donner des ailes… ?

Cruising hydrofoil trimaran - Arthur Piver 1959

Cruising hydrofoil trimaran – Arthur Piver 1959

1967 – Williwaw

Entre 1967 et 1977 Williwaw, trimaran de 10.50 m de David Alan Keiper, a parcouru le pacifique sur ses foils. Il a effectué deux longues croisières, la première à Hawaii, la seconde avec escales aux Samoa, Tonga, la Nouvelle-Zélande et les îles Cook avant de revenir à Hawaii. Au total, plus de 20 000 milles. Williwaw s’est malheureusement disloqué en 1977 sur la cote Hawaiienne, poussé par un cyclone. Même si son esthétique n’est pas du goût de tout le monde, c’est le premier vrai hydrofoil à voile de haute mer, 27 ans avant l’Hydroptère. A part lui et l’Hydroptère, seul Scat de Sam Bradfield a volé en haute mer (voir Pen Duick IV versus Williwaw).

Williwaw – dessin F Monsonnec 07/2013

Williwaw – dessin F Monsonnec 07/2013

1972 – Jacobs Transatlantique

Projet de Donald Nigg que l’on peut trouver dans Hydrofoils Sailing, très bon livre de Donald J. Nigg, Alan John Alexander et James Lyon Grogono. Je n’ai malheureusement pas plus d’information sur ce projet lui aussi resté à l’état de plans.

Jacobs Transatlantic projet dessiné avant 1972 – via Hydrofoils Sailing

Jacobs Transatlantic projet dessiné avant 1972 – via Hydrofoils Sailing

1975 – Hydroptère projet d’Eric Tabarly

Incontournable, en France, le projet de foiler imaginé par Eric Tabarly en 1975 et devenu un temps un hydrofoil sous l’impulsion de Pierre Perrier. Eric Tabarly dans Du Tour du Monde à la Transat – Eric Tabarly, « … ils commencèrent leur étude, suivant l’idée que je leur avais donnée, mais, moins timides que moi, ils arrivèrent très vite à faire décoller le bateau. Pour eux, c’était vraiment la solution d’avenir…. » C’est pour ce projet que fut développé le « Tornado à foils » construit par Jean Garnault et que j’ai plusieurs fois présenté sur ce blog (Le petit hydroptère d’ETLe petit hydroptère d’ET suiteExpo les voiliers volants, suite). Ce prototype a démontré que l’on pouvait voler. Cela ne semblait pas à l’époque une évidence alors même qu’un français, Claude Tisserand avait déjà réalisé de nombreux trimarans volant (Les véliplanes de C Tisserand ces méconnus). Malgré les vols réussis du prototype, le projet n’a pas vu le jour. Les matériaux de l’époque ne permettaient pas de respecter le poids d’un hydrofoil à voile. Le projet est redevenu un foiler, Paul Ricard.

Hydroptère projet 1975 – dessin Eric Tabarly

Hydroptère projet 1975 – dessin Eric Tabarly

1983 – Colt Cars à foils !

Projet de mise en place de foils sur le trimaran Colt Cars (Mitsubishi en Angleterre). Colt Cars est un 60 pieds dessiné par Ron Holland en 1982. La bateau qui s’appelle maintenant Spirit of Ireland était à vendre en Malaisie en 2014. Ces foils ont été imaginés par James Grogono (Icarus) au cours d’une journée passée à bord avec Rob et Noami James. Ils n’ont malheureusement pas été construits. Ce dessin se trouve dans le livre « Icarus, the boat that Flies » de James Grogono au chapitre « Daydreams and Dinausaurs» !

Cold Cars à foils par James Grogono – via Icarus the Boat that flies

Cold Cars à foils par James Grogono – via Icarus the Boat that flies

1994 – L’Hydroptère

On ne le présente plus ! C’est en quelque sorte la suite du projet d’Eric Tabarly. Il en ce moment toujours sur la cote ouest des USA en attente de pouvoir se lancer dans la traversée Los Angeles / Hawaii. L’équipe a aussi en projet L’hydroptère 2 une version de plus grande taille mais aussi l’Hydroptère rocket dessiné pour battre le record du monde de vitesse à la voile.

L’Hydroptère - Copyright Christophe_Launay

L’Hydroptère – Copyright Christophe Launay

2000 – Volantis

Volantis, projet de trimaran de 60 pieds initié par Mark Ott entouré des experts Dave Hubbard (expert en aile rigides), Burt Rutan (ingénieur aéro qui a dessiné Voyager, premier avion à avoir fait le tour du monde sans escale), Nigel Irens (architecte navale) et Sam Bradfield (expert en foils). Ce bateau est resté à l’état de projet. Mais il a eu un petit frère présenté ci-dessous, Scat, qui à vu le jour en 2002. Ainsi qu’un autre petit frère (ou une petite sœur puisque un bateau est féminin en Anglais) Eifo pour « Easily Identified Flying Object ».

Volantis en 2000

Volantis en 2000

2002 – Scat

Petit frère de Volantis, long de 37 pieds, Scat pour « Sam’s Crazy Arsed Trimaran » est lui aussi issu de la table à dessin de Sam Bradfield et de Nigel Irens. Par un vent de 12 nœuds il a été chronométré à 31,6 nœuds. La même année, il affronté des vents de 40 nœuds pendant les 125 premiers miles de la Miami-Nassau ! Course dans lequel il est engagé sans avoir beaucoup navigué. Il termine portant second sur 22 bateaux. Seuls 8 bateaux finirent la course dont 2 multi ! L’équipage vainqueur, à bord d’un catamaran de 40 pieds, fut victime du mal de mer, ce qui ne fut pas le cas de celui de Scat ! Malheureusement il semble que le constructeur de Scat n’avait pas suivi les recommandations d’échantillonnage de Nigel Irens. Sorti trop lourd du chantier, sa vitesse de décollage était plus élevée que prévue. Scat a été vendu à un entrepreneur de la défense américain qui travaille sur la réalisation de drones de voile pour la marine américaine…

Scat – photo DR

Scat – photo DR

2004 – R33 Foiler projet

En février 2004, Randy Reynolds évoque, sur le site de sa société, la possibilité de réaliser un Trifoiler de 10 m. Un prototype basé sur l’utilisation d’une coque de catamaran R33 et les flotteurs de cata Inter 20 ! Un bateau qui aurait été réalisé en collaboration avec Greg Ketterman, et équipé de palpeurs en avant, comme ceux du Trifoiler. En septembre 2013, sur XS racing, Randy évoque cet ancien projet et explique que maintenant il opterait pour un système de palpeurs trainés.

Projet de « big » Trifoiler par Randy Reynolds 2014

Projet de « big » Trifoiler par Randy Reynolds 2014

2005 – C-Fly Offshore

La version « coastal » longue de 7.6m du team C-Fly a été lancée en 2005. Il a aussi porté le nom de Daddy long legs. L’équipe souhaite réaliser le C-FLY océan, un trimaran de 21 m basé sur une plate forme d’Orma 60. L’objectif étant de voler à travers l’Atlantique et de battre le record de sa traversée…. Le C-Fly se démarque des précédents projets (avec Jacos Atlantique), par sa configuration canard. Configuration assez peu usitée…

Projet C-Fly Offshore

Projet C-Fly Offshore

2011– Voilavion 60 pieds

Dérivé du 18 pieds Voilavion lancé en 2011 et présenté sur Foilers lors de son lancement puis à l’occasion de navigations dans le Golf du Morbihan, le team Voilavion a plusieurs objectifs dont celui de réaliser un 60 pieds. Est-ce que celui-ci verra le jour, je l’espère pour patrice Magnard et son équipe.

Projet Voilavion 60 pieds Magnard Innovation

Projet Voilavion 60 pieds Magnard Innovation

Tableau récapitulatif des projets

Tableau récap hydrof hauturier - F Monsonnec 03-2015Sur 11 projets d’engins hauturiers :

  • 3 ont volés, Williwaw, L’hydroptère, Scat,
  • 8 avaient une config avion, 2 canard, 1  en« diamant » (Williwaw),
  • 7 n’avaient pas de foils régulés, 1 avec palpeur qui à volé (Scat), 3 restés à l’état de projet,
  • 9 étaient ou sont des trimarans, 2 des catamarans.

La majeur partie de ces projets étaient donc des trimarans en configuration avion et à foils non régulés !
Peut être que le projet gagnant devra s’éloigner des cette « configuration moyenne » ? Ou faut-il espérer que le « salut » viendra de la mise en œuvre d’une autre technologie (construction, régulation…)?

Le futur

Alors, allons nous voir un jour voler des voiliers à travers l’atlantique ?
Les futurs engins feront ils mieux que les quelques projets qui ont déjà vu le jour ?
Je pense qu’un des facteurs de réussite d’un projet de ce type est la gestion de la portance pour réguler la hauteur de vol et les inégalités du milieu. Que ce soit de manière naturelle avec une configuration « miracle » ou avec un système de régulation des plans porteurs.
Peut être que la configuration canard, adoptée par le team C-Fly et si peu utilisée comparée à la config. avion, pourrait être la voie ?
De prochains articles traiteront de la manière d’envisager un engin volant hauturier et, entre autre, de la régulation…

A suivre