Des hydroptères hauturiers ?

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

14 commentaires pour Des hydroptères hauturiers ?

  1. Pascal Gaudin dit :

    ouhlàlà! je n’ai pas fini de digérer le volet n°1 et toutes les remarques générées dans les commentaires, que tombe le volet n°2 tout aussi générateur de digestions difficiles! Mon stock d’ Alka Seltzer est à zéro! Ca bouillonne dans ma tête et pleins de questions pointent le bout de leur nez. Merci M. Charles, d’avoir été sérieux sans vous prendre au sérieux! Votre humour m’a fait rire et ça fait du bien! Je vais essayer de trier mes idées avant de revenir à la charge!
    Bien cordialement
    Pascal Gaudin

  2. xavierlabaume dit :

    ce que souligne Vlad Murkinov (Speedream, dont on peut discuter la complexité…), c’est qu’une solution type moth géant, à l’avantage de diminuer le nombre de foils et jambes traversant la surface (source de traînée) et surtout d’avoir tous les foils alignés, alors que sur des solutions multi classiques, par allure prés/travers/largue, les foils babord et tribord se retrouvent plongés dans des zones différentes du train de houle, source de roulis/tangage complexes.

    • daniel charles dit :

      La remarque serait importante si le train de houle touchait en même temps le foil médian et le foil arrière; ce n’est envisageable qu’avec une houle exactement de travers. Dans la majorité des cas, la houle viendra en diagonale avec, par exemple, le foil médian sur la crête (incidence 0°) et le foil arrière sur la pente (disons: incidence -4°). La remarque de Murkinov met en évidence le problème mental de l’hydroptère hauturier: les conditions théoriques simplifiées y sont dépassées, et l’on doit envisager les conditions désordonnées de la réalité…
      DC

      • xavierlabaume dit :

        c’est déjà mieux avec 2 appuis en ligne que 3/4 écartés non?

        j’ai navigué un paquet d’années en cata, les mouvements sont bien plus désordonnés qu’en mono, il faut bien plus d’expérience pour arriver à prédire le prochain mouvement du bateau…

  3. pascal dit :

    Qui osera le monitor « vintage » et revisité en carbone kevlar?
    l’avenir plus lointain sera peut être plus au chien de mer, et il faudra distinguer foil porteur et « foil résistant »…

    • daniel charles dit :

      Je doute qu’un Monitor 2.0 atteigne des vitesses très élevées: les foils en échelle entraînent beaucoup de traînée, et furent sans doute en cause dans le comportement « estomaquant » du bateau dans les vagues. L’exemple de Monitor doit servir d’inspiration en ce qui concerne les feedbacks croisés de traînée des foils et de traînée du gréement -pas plus.

      • Pascal Gaudin dit :

        Vous avez sans doute raison. Cependant, même si je ne sais pas comment cela a été mesuré, Monitor naviguait à 30kts en 1956! A l’époque, c’était une vitesse ….sidérante! à titre de comparaison, il a fallu attendre 1975 pour que Crossbow1 passe les 30 kts et 1980 pour qu il établisse son record à 36kts, ce qui est devenu la vitesse « de croisière » d’engins comme Groupama3 et Banque Pop 5! il y a évolution, c’est certain, mais Monitor était tout de même « décoiffant »! Et sans refaire les mêmes foils que ceux de Monitor, il y a peut-être matière à inspiration! Si Monitor était si « estomaquant », c’est donc que son système d’autorégulation fonctionnait TROP bien et sans n’avoir rien à régler! interessant pour un hydrofoil hauturier!
        Pascal Gaudin

        • daniel charles dit :

          C’est sûr que les performances (incontestables) de Monitor étaient pour l’époque sidérantes, d’autant plus que la voilure en coton était loin d’être parfaite et qu’il pesait le poids d’un baudet du Poitou (le plus gros des ânes) mort. Que ce bateau soit resté sans descendance (ce n’est pas faute d’avoir essayé) et n’ait inspiré personne laisse rêveur. Cependant, les variations soudaines de surface des foils en échelle dans les vagues étaient sans doute en cause dans l’extrême brutalité de son comportement en baie de San Francisco, et ce serait insupportable dans un hydrofoil hauturier.

          • Pascal Gaudin dit :

            J’entends bien! Ce que je voulais dire, c’est qu’avec les nouveaux matériaux et ce que l’on connait désormais des foils, il serait possible d’en réaliser n’ayant pas de « jambe de force » donc un seul plongeant, au lieu de 2 qui se rejoignent, muni de quelques ailettes perpendiculaires au plongeant, moins nombreuses et toutes identiques afin de supprimer la brutalité tout en concervant une certaine réactivité et en générant moins de traînée.On peut penser que sur un bateau océanique, l’influence des vagues de surface pèsera moins que celle de la forte houle. Les vagues lècheront probablement le dessous de la carène sans affecter la bonne marche de l’engin. Il ne s’agira pas de faire un record sur 500m.. Mais je n’ai aucune connaissance pour affirmer tout cela. Juste des hypothèses au feeling! Pardonnez-moi…

  4. Pascal Gaudin dit :

    Monsieur Charles,
    je viens de relire votre article et voici qu’une question se pose à moi: Vous dites, et à ce que je sais de vous, c’est probablement justifié, qu’il faut arriver à maintenir les foils « dans le fond du seau » sans quoi l’augmentation de la trainée sera préjudiciable. Cela veut-il dire que la trainée augmenterait tellement qu’elle serait plus néfaste à l’avancement qu’une carène complète? Je précise: les ultims archimediens actuels peuvent tenir des vitesses de 35 à 40 kts sur le flotteur sous le vent, la coque centrale éffleurant la surface. Mais, si l’on prend par exemple Banque Populaire 5, il lui reste tout de meme 25m3 (sans compter la force d’appui due au vent) d’ eau déplacés sur environ 39 m avec un bel effet de sucion sans oublier que les vagues viennent heurter le fond de la coque centrale. Avec un hydrofoil similaire mais plus leger, toute carène hors de l’eau, meme si heurtée par les vagues, le fait que les foils travaillent « hors du fond du seau », l’augmentation de la trainée serait elle plus préjudiciable à la vitesse que la carène du flotteur sous le vent d un tri archimedien? dans le cas de votre figure 3, un profil naca 2415 ne suffirait il pas pour obtenir une meilleur vitesse qu un archimedien avec moins de complications que le 66-415 trop « pointu »?

    • daniel charles dit :

      Evidemment, le 66-415 est pointu, c’est à dire qu’il a un « fond du seau » TRES marqué -mais ça paie, puisqu’il y a 38% de traînée en moins! C’est gigantesque, 38%! Colossal! Pour rappel, l’America’s Cup est enfin tombée en 1983, après 132 ans, pour une différence de traînée moyenne de l’ordre de 0,7%.
      La force des archimédiens est d’avoir Mr Archimède qui pousse même à l’arrêt; un hydroptère, au contraire, doit accélérer aussi vite que possible pour se retrouver en l’air: toute économie d’énergie est capitale.
      Un archimédien fin (comme une coque de catamaran) a (de mémoire) un coefficient de traînée de l’ordre de 0,2; en théorie un foil aura 10 à 50 fois moins -mais le coefficient de traînée réel d’un foil à échelles n’est pas loin de 0,2, similaire à un archimédien mince. La performance des foils peut donc se détériorer affreusement vite, à plus forte raison en mer agitée. C’est la raison pour laquelle je suis convaincu qu’il faut un contrôle spécialement fin pour permettre l’utilisation des sections les plus « pointues » dans leur étroite plage d’incidence optimale.
      C’est ainsi que la révolution des Moths à foils s’est imposée.

      • Pascal Gaudin dit :

        Mmmm! 38% de 0,2 ça ne fait pas grand chose non? 0,276 si je ne m’abuse. Si un foil à 0,2 a 10 fois moins qu’un archimedien fin, cela fait encore 7,24 fois moins avec un foil à 0,276 et même si l’on a 3 foils dans l’eau cela fait encore 2,41 fois moins que l’archimedien. Soit bien plus que le 0.7 d’ecart d’Australia 2. De quoi aller deja beaucoup plus vite ou bien aller à la même vitesse avec beaucoup moins de puissance. Je dois dire que l’idée du contrôle fin sur un bateau océanique me gène énormément. Paul Ricard était un char d’assault.Le même refait avec les matériaux actuels, optimisé avec les progrès qu’il y a eu depuis sur les voiles etc.et doté d’un foil sur le safran, n’arriverait-il pas a décoller de temps en temps en circonstances stables par exemple, avec un gain de vitesse intéressant? J’entends par « circonstances stables » un vent suffisant et raisonnablement stable, une houle ordonnée et de la route à faire droit devant…..sans bouer à virer, sans tribord à gérer, sans lay line à suivre etc…..
        Les Moths à foil sont un cas bien particulier: dimensions réduite, faible distance entre les 2 foils, alignement de ceux-ci, poids du navigateur supérieur au poids de l’engin nu, vivacité incroyable, circonstances d’utilisations restreintes, autant de points qu on ne retrouvera pas sur un hydrofoil océanique auquel on ne demandera pas la même chose. Devra-t-on le compexifier à ce point pour obtenir un résultat probant?

        • daniel charles dit :

          Vous avez raison: « Paul Ricard (…) refait avec les matériaux actuels, optimisé (…) et doté d’un foil sur le safran, n’arriverait-il pas a décoller de temps en temps en circonstances stables par exemple, avec un gain de vitesse intéressant »; l’expérience était tellement intéressante que Tabarly à soutenu son « disciple » Alain Thébaut et que cela à donné l’Hydroptère. Malgré des moyens généreux, tous ses projets de traversée de l’Atlantique ou du Pacifique ont échoué, et ce qui devait être un hydroptère hauturier n’a obtenu son titre de noblesse que sur 500m! La preuve a été faite: un hydroptère sans contrôle d’incidence de foil ne marche pas en mer ouverte. L’hydroptère a été étudié en détail ailleurs sur ce blog, et je vous renvoie aux excellents articles de Fred Monsonnec sur ce sujet.

          • Pascal Gaudin dit :

            Oui mais! l’Hydroptère a été créé dans une optique qui m’est assez floue: pour voler le plus vite possible, un engin plus petit et léger aurait mieux fait l’affaire et pour traverser un océan il faut un bateau « stable » et pas forcément 5m au dessus de l’eau. Devait-il vraiment être un hydroptère hauturier?
            Dans le cas d’un hydrofoil océanique, le but ne serait pas de voler tout le temps en faisant de la traversée de l’Atlantique un run à 65 kts! un gain de 5 kts de vitesse moyenne serait déjà considérable. Cela ferait gagner environ 5 jours sur le Jules Verne.Soit 2 de plus que le gain de BP5 sur Groupama 3. Macif M100 semble s’engager dans cette voie. Je suis impatient de connaître les choix technologiques et d’en voir les résultats!

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