Les foils en monocoques, tous des « DSS » ?

Derrière ce titre provocateur, se cache une interrogation née à St Malo devant les Imoca alignés avant le départ de la Route du Rhum. Est-ce que les  monocoques à foils d’aujourd’hui sont couverts par le brevet DSS ? Car si pour certains le brevet DSS ne concerne que l’utilisation d’un foil horizontal, le brevet est plus complet (peut être trop !).

1. Le DSS, c’est quoi ?

Le brevet DSS EP2004479B1 (pour Dynamic Stability System) a été déposé en avril 2007. Il décrit plusieurs configurations de plans porteurs pour monocoques. La plus connue est un plan porteur prévue pour être proche de l’horizontale une fois le bateau gité (fig 1 à 3). Il génère de la portance dynamique qui allège le bateau et accroit le couple de redressement.

Extraits brevet EP2004479B1 fig 3-8-17-19-23

La revendication 1 est la plus importante, voici une tentative de résumé (en cas de doutes, se référer au brevet) :

Voilier monocoque équipé d’une aile immergée pouvant être rétractée à l’intérieur de la coque ou déployée sous le vent. Cette aile est équipée d’un système permettant son déploiement. Son allongement est d’un rapport supérieur à 2/1. L’aile déployée génère : un moment de redressement qui limite le moment de gite et une force de soulèvement, sans toutefois faire entièrement décoller le bateau. L’aile déployée a un angle d’attaque compris entre 2 et 6°, elle est orientée à un angle compris entre 5 et 20° avec l’horizontale lorsque le voilier ne gite pas et sa longueur exposée est supérieure à 7% d’une hauteur du mat le plus haut…

2. Le cas des Imoca…

C’est après le Vendée Globe 2012/2013 que les cabinets VPLP & Verdier ont commencé à travailler sur la mise en place de foils pour Safran 2 et Banque Populaire VIII (le cabinet Verdier faisait partie de Team New Zealand). Il fallait, entre autre, contrecarrer la diminution du couple de redressement généré par la portance de la quille (l’angulation de l’axe génère une incidence donc de la portance). Le DSS, dans sa version la plus connue, pouvait être une piste de travail… Mais cet appendice ne développe pas de force antidérive et la jauge limite le nombre d’appendice à cinq. Il a donc fallu imaginer un design permettant de concilier portance verticale et force antidérive. En juillet 2014 le team Banque Populaire a vérifié la viabilité de cette piste en testant trois types de dérives sur un Mini 6,50, une classique et deux plans porteurs. C’est à partir de ces recherches qu’ont été mis au point les premier foils « Dali ». Mais, si vous poursuivez la lecture de cet article, vous verrez que cela faisait 20 ans que des dérives asymétriques permettaient d’alléger les 60 pieds…

Schéma F. Monsonnec 12-2018

3. Les bateaux potentiellement concernés

• Figures 1, 2, 3, 4, 5, 6 (DSS “standard”) : Quant 30, Wild Oats XI
• Figures 7 à 16 : ?
• Figures 17, 18 : Amer X
• Figures : 19, 21, 22 : Quant 23, Flo 1, Birdyfish, Fly six, The Foiling Dinghy, 69F, Concept boat de Mer forte, Imoca, Mini 6.50 (Seair, Arkema, bateau de Simon Koster…), Figaro 3, Club Swan 36,  Speedream, MCP 24…
• Figure 23 : ?

4. Antécédents ?

4.1 Ceux qui ont navigué

4.1.1 Foils déportés

Quelques monocoques avec foils déportés conçus avant 2007 et dont les plans porteurs participaient à l’équilibre latéral. Vous ne trouverez pas les bateaux dont l’équilibre est géré par l’équipage, ceux dont les foils ont une épaisseur suffisante pour apporter un certain volume, les Bruce foilers et les chien de mer.

Quelques monocoques à foils déportés réalisés avant 2007

4.1.1 Foils non déportés

PRB – Finot / Conq – 1996 – dérives/foils – Archimédien

Isabelle Autissier a été une des premières à tester une quille pivotante en 60 pieds sur son Ecureuil-Poitou Charente aussi équipé de deux dérives. Mais il faut attendre 1996 et PRB pour que les dérives soient asymétriques. L’année suivante Géodis, dans sa version 1997, est équipé de dérives du même type. Voici ce qu’en disait dernièrement (OF 10-12-18) Christophe Auguin  :

…Sur le mien, après le Vendée, on avait d’ailleurs testé ce qui pouvait préfigurer les foils pour faire New York – San Francisco, avec des dérives qui donnaient trois tonnes de poussée verticale à partir de 15-20 nœuds et la moitié du bateau décollait….

Ensuite, ces dérives vont de plus en plus s’écarter de l’axe, pour gagner en couple au point de presque devenir des dérives de Tjalks (Bateaux hollandais).

PRB – Professional Boatbuilder N°64 2000- doc Finot-Conq

Safran – VPLP/Verdier – 2007 – dérives/foils – Archimédien

Pour la première fois des dérives courbes sont installées sur un monocoque de course. Elles sont dirigées à l’inverse des dessins présents sur le DSS (fig 19). Les avantages mis en avant par les architectes dans Seahorse de déc. 2007 étaient les suivants (je rajoute que ces dérives sortent perpendiculairement, ou presque, du bordé) :

• Bon compromis entre la portance et la traînée,
• Les foils fortement incurvés se trouvent plus près de l’axe du pont,
• Un effet d’amortissement positif en navigation…

Le même type de foils sur Paprec – photo F. Monsonnec 10-2010

4.2 Brevets et projets

Petite collection pour confirmer que la stabilisation de monocoques par des foils ne date pas d’hier. Je n’ai pas été en mesure de trouver trace d’un projet de Sylvestre Langevin (début des années 80) : un monocoque équipé d’un bras aux extrémités extensibles et terminées par des foils en T.

US1356300A – 1920 – Dès 1920, les frères McIntyre, publient un brevet avec comme introduction : « Notre invention concerne les embarcations à voile, notre but est de proposer des plans de stabilisation adaptés pour contrer la pression de retournement générés par le vent et maintenir ainsi la position sensiblement verticale de l’embarcation en fonctionnement ».

Poland Foiler – avant 1978 – Et oui, avant 1978 Richard Poland avait imaginé placer des foils en L de chaque coté de cette coque de 25 pieds. Le bateau a été construit et a navigué, mais sans les foils en L à l’incidence réglable…

AYRS #90 November 1978

US4635577 – 1987 – Voici des bras/foils qui effleurent la surface. Ce brevet démontre qu’il est possible de breveter deux fois la «même idée» car le frère jumeau existe plus tard en 97 (et ce n’est pas le seul exemple) ! Surtout, certains s’emploient à breveter ce que d’autres ont développé il y a bien longtemps. Les «Balance board boats» de Palk Bay (Inde), observés avant 1920, utilisaient déjà cet artifice !

FR 2877311 A1-1 – 2004 – L’histoire de ce brevet (cité dans le brevet DSS) mérite à lui seul un article. Comment le DSS à pu être déposé alors que 3 ans auparavant François Rougier, aidé de Marc Emig, présentait ce concept ? Voici deux extraits de ce brevet cette déclaration d’utilité publique*, cela se passe de commentaire !

* modification du 26/03/2019

Hydrofoils Applied to Canting-keel Yachts – 2006 – Les auteurs de cette étude, Richard S. Milne et Phillip J. Helmore, ont en 2006 étudié la possibilité d’installer des hydrofoils rétractables sur un maxi-yacht à quille pendulaire. Il s’agissait d’un projet de thèse de premier cycle achevé en 2006. Richard Milne a réalisé une grande part des travaux, maquettes, conception et fabrication des foils et du banc d’essai. Les co-auteurs ont présenté les résultats de cette étude lors d’une conférence internationale en 2008 à Sydney.

Extraits de « Hydrofoils Applied to Canting-keel Yachts »

Et si vous en voulez encore :  US3324815A – 1966 ; US3373710A – 1968 ; US3505968A – 1970  ; US3520267A – 1970 …

5. Analyse du brevet EP2004479B1

J’ai étudié le brevet DSS EP2004479B1 pour essayer de vérifier si les Imoca et autres mono à foils étaient couverts ou non par ce brevet. Voici un résumé des éléments que j’ai mis en avant. Il s’agit d’extraits de la partie en français du brevet, page 13 (travail aussi réalisé sur la partie en anglais).

Page 2 parties [0010] et [0011] – Ce brevet traite de l’ajout de portance pour réguler l’équilibre latérale d’un monocoque à quille : si l’appendice permet aussi de lutter contre la dérive, il pourrait ne pas être couvert par le DSS ?

Page 3 colonne gauche lignes 22 à 26 [0013] – La revendication 1 stipule que l’angle d’incidence est compris en 2 et 6° : utiliser une incidence supérieure à 6° (mais risques de  décrochage et trainée supérieure).

Page 3 colonne gauche lignes 26 à 31 [0013] – Le brevet stipule que l’angle du plan porteur fait un angle par rapport à l’horizontal compris entre 2 et 20° : concevoir un foil avec un angle entre l’horizontale et la partie portante (tip) et/ou de la partie antidérive (shaft) supérieure à 20 ?

Page 3 colonne droite lignes 7 à 11 [0015] – Les appendices couverts par le brevet  DSS sont positionnés à une distance du centre de gravité égale ou inférieure à 15% de la longueur totale : dans la mesure du possible, placer les foils à + de 15% de la LOA ? Rappel : la LOA c’est la longueur hors-tout ou longueur d’encombrement. Elle correspond à la distance entre les points extrêmes avant et arrière de la structure permanente du bateau. Ceci inclut les éventuels espars, balcons… Il est donc possible de jouer sur certains artifices ?!

Page 3 colonne droite lignes 16 à 19 [0015] – Ce brevet semble exclure les engins volants si mon analyse de la partie suivante est correcte : (f) …. et une force de soulèvement afin de soulever partiellement mais pas totalement le bateau hors de l’eau….

Trois des éléments cités sous forme de schéma.

6. Validation de mes idées, autres pistes

Pour valider mon analyse et collecter d’autres idées, j’ai envoyé mon travail à plus de 25 personnes potentiellement concernées : architectes, historiens, experts, navigants, passionnés. Le Team DSS, m’a  demandé pourquoi je m’intéressais au sujet et mon background. Malgré une réponse très détaillée, je n’ai pas reçu de réponse. Tant pis, cela n’excusera pas le fait d’avoir écrit des choses inexactes mais l’expliquera un peu ! Voici un résumé de cette consultation (France, UK, US…).

• Le brevet DSS « ne peut prétendre inventer la stabilisation par foils d’un monocoque »…
• Le DSS est un plan additionnel proche des ailerons de stabilité dynamique qui équipent les paquebots, ferries… « ailerons qui ne sont pas brevetés ».
• Le fait qu’un brevet ait été accepté ne signifie aucunement qu’il soit défendable. Si un antécédent est démontré le brevet est invalidé.
• Un brevet est « facile à déposer », mais difficile à maintenir, il faut payer une redevance tous les ans et dans tous les pays où on veut le maintenir.
• Si le détenteur du brevet semble ne pas se manifester contre les teams Imoca c’est qu’il ne peut prétendre qu’à une récupération de royalties et les Imoca ne sont pas des entreprises lucratives.
• Lorsque l’on règle les couts de la prestation à DSS, il semble que l’on ne paye pas les royalties. Un brevet est aussi un bon outil de communication.
• La revendication 1 est fondamentale : si elle n’est pas validée, cela ne sert à rien de poursuivre.
• La « vraie invention » est le système de rétraction du foil dans la coque.
• La priorité du brevet est un foil exclusivement voué à la stabilisation d’un monocoque, les engins volants ne sont donc pas couverts par ce brevet. Le DSS, du fait de sa faible immersion, ne permet pas d’extraire intégralement la coque de l’eau.
• Le système DSS, travaillant à la surface de l’eau, il est « particulièrement peu efficace ».
• Un des arguments avancés pour prouver que les foils d’Imoca ne contreviennent pas le brevet, c’est qu’ils sont aussi conçus pour développer une résistance latérale.
• Pour les IMOCA et certains 6.50, la partie de foils vouée à la stabilisation voire à la portance ne s’escamote pas dans la coque.
• Un foil à inclinaison variable et d’angle supérieur à 20° par rapport à l’horizontale, permet de sortir de la protection du brevet DSS.
• Les configurations autres que le « DSS standard », présentées sous forme de dessin (fig 17 par ex) auraient dû être protégées par leur propre brevet et non par un schéma.

7. Conclusions

7.1 D’une manière générale

• Il n’a pas fallu attendre 2007 pour voir des monocoques utiliser des foils pour leur stabilité.
• Si on ne s’attache qu’aux appendices rétractables dans la coque, dès 1997 Finot-Conq testaient des foils rectilignes.
• En 2004, François Rougier dépose le brevet FR 2877311 A1-1 très similaire au DSS. Pour moi, il aurait dû empêcher le dépôt du brevet DSS !
• Des projets de monocoques à foils en L existaient avant 2007 et donc avant 2015 (Imoca) : projet Poland Foiler de 1978 ; Richard S. Milne et Phillip J. Helmore en 2006.
• Un brevet est un « objet » difficile à créer, plus que l’idée que l’on souhaite déposer ?
• Pour les Imoca, la limitation du nombre d’appendices a obligé les teams à s’écarter du brevet DSS : salvateur !
• D’une manière générale, des brevets très similaires existent !
• Certains brevets couvrent ce qui semble « appartenir au quotidien » !

7.2 Pour les non volants

La question de la couverture de ce brevet peut se poser aux concepteurs de monocoques à foils. Ils peuvent :

• Espérer passer inaperçu parmi tous les projets potentiellement concernés !
• Espérer se défendre en évoquant les précédents supports à foils existants… ?
• Développer un design qui sort de la « box » des revendications de ce brevet.

7.3 Pour les volants

Pour moi, mais je ne suis pas un spécialiste des brevets, la question ne se pose même pas, ce brevet ne concerne pas les engins volants ! Mais les idées ci-dessus restent valables…

8. Addendum

Je passe sur les brevets du même concept déposés après 2007… voici une partie qui pourrait s’appeler « d’autres y ont déjà pensé« …

Dans cette catégorie, je retiens une remarque que m’a faite François Rougier (brevet FR-A-2 877 311) : « est-ce que les nouveaux bateaux de la Cup ne tombent pas sous le coup du brevet FR2807006 de Martin Defline ? »

Je rajoute un dessin réalisé en  1970, ou avant, par Norman Riggs ! « On invente rien… »

Toujours dans la catégorie « je brevette la roue », messieurs Laurent et Jennett-Wilson, ont séparément breveté en 1965 le concept de prao amphidrome : les polynésiens avaient oublié de le faire… !