Des hydrofoils de grande taille ?

Je suis régulièrement questionné par des visiteurs du blog Foilers qui travaillent sur des TPEs et TIPEs. Lors de nos échanges, une question revient souvent : « est ce qu’il est possible de faire voler un grand bateau ? ». Question logique puisque l’utilisation de foils peut limiter la trainée et donc la consommation d’énergie. Et comment ne pas rêver à ce type de monstre volant quand certains transforment leurs rêves de « cargofoils » en visuels accrocheurs ?

Freight Ekranofoil – Alex Jay Brady

Alors vol ou pas vol ?

La réponse est simple, « NON », elle est pourtant rarement énoncée. Il y a 80 ans, rêver de grands bateaux volants était déjà étonnant. On peut accepter qu’à cette époque tout était envisageable et qu’il faisait bon rêver entre les deux guerres et après la seconde guerre mondiale …

Modern Mechanix March 1930 – Everyday Mechanics Oct 1930 – Modern Mechanix Feb 1933
Practical Mechanics 1961 – Modern Mechanix Jan 1934 – Popular Science Jan 1936
Popular Science April 1939 – Tekhnika Molodezhi августейший 1958 – Népszerű Technika Június 1959

Pourquoi ?

Je passe sur le fait que les hydrofoils n’aiment pas le poids, j’oublie la complexité de la motorisation, la difficulté à atteindre une vitesse suffisante pour voler, les problèmes de résistance des matériaux, l’encombrement…  je ne vais aborder qu’un seul point primordial… Suspens !

Proposer du transport de fret à foil, c’est ignorer, ou faire semblant d’ignorer, comment évolue la longueur, la surface et le poids des bateaux. C’est, oublier que la surface évolue au carré de l’échelle et le volume au cube. C’est un problème bien connu des maquettistes qui, pour ceux qui font naviguer leurs créations, sont obligés d’ajuster la surface des voiles et des appendices sous peine d’obtenir des engins indomptables. J’ai testé lorsque j’étais jeune dans les années 18_ _ (!) en réduisant de moitié le plan d’une maquette Class M, la quille à bulbe n’était pas en mesure de contrecarré le poids du gréement et le volume de la coque d’accepter un poids de quille supérieur ! Ici, inversement, on ne réduit pas la taille mais on l’augmente, à partir d’une certaine longueur la surface des foils nécessaire au vol devient déraisonnable.

On l’a déjà fait ?

Bien sûr, les armées Allemandes, Russe, Américaine, Canadienne, Italienne… ont navigué sur de grands hydrofoils mais jamais au-delà d’une longueur de 67 m.

US Navy

Les américains ont réalisé de très nombreux essais de navires conçus par Baker, Grummann, Boeing… Des années 60 aux années 80, l’US Navy fait voler de nombreux bateaux ou séries de bateaux : High Point, Flagstaff, Tucumcari, Swordfish, Jetfoil, classe PHM-1 et classe PHM-3. Le plus grand était l’USS Plainview mis à l’eau en 1964, d’une longueur de 67 m, il pesait 315 tonnes.

NCSM Bras d’Or

En 1968, les Canadiens font voler le très beau bateau NCSM Bras d’Or, longueur 45.95 m, poids 200 tonnes.

NCSM Bras d’Or – site histarmar.com

русская армия

Comme les américains, les russes ont développé de nombreux hydrofoils. Le plus grand, le Sarancha, réalisé en 1973, était long de 53.6 m. Ils ont aussi utilisé 16 bateaux de 40 m de la classe Muravey, construits entre 1983 et 1989. Mais aussi des Matka-class missile boat (38.6 m) et des Turya-class torpedo boat (39.6 m), mais seul l’avant de ces engins décollait, l’arrière étant dépourvu de foils.

C’est quoi cette histoire d’échelle ?

La longueur, la largeur, l’épaisseur… ces éléments évoluent le plus simplement du monde, par multiplication de l’échelle. Mais la surface, elle, évolue au carré de l’échelle ! Quant au volume (donc le poids), au cube. Voilà, tout est dit ! Des petits schémas pour mieux visualiser ?

Evolution de l’échelle sur les 3 axes
Evolution de la longueur, de la surface et du volume d’un objet de 1 à 100 m de coté

Oui mais on ne fait pas voler des droites, des carrés ou des cubes !

Ci-dessous une « simulation » pour le même bateau à moteur de 10 et 100 m de longueur. La surface de foil nécessaire au vol a été calculée à l’aide d’un petit outil qui, sans être d’une grande précision, s’approche suffisamment de valeurs réelles. Mon bateau a peut-être une allure désuète, j’ai recyclé un de mes dessins du HS Denison, bateau lancé en 1962 : 27m, 95 tonnes, foils avant en V et un foil arrière en T. Des foils en T à l’avant seraient moins grand (pour la partie portante) mais cela ne révolutionnerait pas les données. Pour simplifier, j’ai opté pour des foils basiques, rectangulaires. Bien sûr, on peut me rétorquer que l’on peut utiliser une configuration spécifique, « magique ». Mais laquelle ? Multiplier les foils donc les perturbations, les risques de collisions, la complexité, faire moins long et plus large donc limiter l’allongement des foils, gage d’efficacité… ?

La « base », longueur 10 m

  • Longueur : 10 m
  • Poids d’un yacht de 10 m  : 6.050 tonnes
  • Vitesse de décollage souhaitée : 15 nœuds
  • Incidence foils : 4° à l’avant, 2° à l’arrière
  • Longueur des foils en V sous la surface : 2.80 m
  • Surface des 3 foils : 8.2 m²
  • Portance de ces foils à 15 noeuds : 6.26 tonnes
  • Exemple de bateau, Flyer de 10 Beneteau 5688 kg sans passagers + 4  passagés de 80 kg => 6000 kg

Le même engin X 10

  • Longueur : 100 m
  • Poids d’un yacht de 100 m : 2 600  tonnes, 6 050 tonnes pour un petit cargo !
  • Vitesse et incidence : identiques
  • Longueur des foil en V sous la surface (à l’echelle) : 28 m
  • Surface des 3 foils à l’échelle : 820 m² (8.2 x 10²)
  • Portance estimée des foils de 820 m² à 15 noeuds : 626 tonnes !
  • Exemple de bateau, Yacht Atessa IV : 2621 tonnes
  • Exemple de mini vraquier, MV Saffier : 6 050 000 kg TPL (Tonnes de Port en Lourd)

Observations

A l’échelle, on obtient donc 626 tonnes de portance alors que le bateau pèse 2 600 tonnes. Le décalage masse bateau / portance est de 1974 tonnes. A l’échelle, la surface des foils permet d’obtenir une portance est 4 fois trop faible, 25% du poids de l’engin ! Comme noté plus haut, ce décalage est lié à l’évolution de l’échelle (la surface au carré de l’échelle et le volume, donc le poids, au cube). Il faut augmenter la taille des foils de manière plus importante que ne le fait l’échelle. La surface de foil nécessaire pour les 2 600 tonnes du bateau serait de 3442 m² (deux foils en V + un en T) ! Et la longueur nécessaire sous la surface pour ces foils serait de 57.4 m !

Comparatif données bateau de 10 et 100 m à l’échelle + données théoriques pour faire voler un engin de 100 m

Conclusions

Les foils de 57 m sous la surface d’un bateau de 100 m de long sont bien entendue ingérables, en terme d’architecture (positionnement des centres de poussées), trainée, encombrement, résistance… Et ceci seulement pour un yacht de 100 m, un bateau non prévu pour transporter des charges. Un cargo de 100 m n’existe pas/plus. La bateau « MV Saffier » évoqué ci-dessus est un mini vraquier, format de bateaux utilisés le plupart du temps pour le transport fluvial permettant de transporter 500 à 2500 tonnes de charge. Dans les années 50 les portes containers faisaient déjà entre 135 et 200 m, aujourd’hui ils mesurent plus de 400m. Il y a un peu plus de 20 ans, une étude de conception réalisée aux USA a conclu, sur la base des engins réalisés par Boeing, que dans l’état actuel de la technique il était possible de réaliser un destroyer à foils de 1300 tonnes capable de traverser l’Atlantique sur ses foils sans approvisionnement. On est loin du poids d’un bateau de charge de 100 m…

C’est tout ?

Comme énoncé plus tôt, j’avoue que je ne comptais pas aborder d’autres blocages, partant du principe que l’argument de l’échelle était suffisant. En discutant avec Daniel Charles, Daniel m’a fait comprendre que je « la jouais petit bras » (je laisse les plus jeunes chercher la signification !). Ok, je vais développer. Merci Daniel pour tes conseils et surtout pour ton rappel de la « dictature du contexte ». On peut rêver mais les éléments nous ramènent à la raison, ici, résistance des matériaux, l’encombrement…

Charge

Un bateau à foils est défini par rapport à sa longueur, son poids, sa motorisation…  la gestion d’un bateau de transport tantôt vide, tantôt chargé est impossible. Dans les années 50, un « converted tanker » mesurait déjà entre 135 et 200 m et avait un TEU (Twenty-foot Equivalent Unit) entre 500 et 800. Soit une charge utile minimum de 500 containers de 20 pieds. Pour un poids moyen de 10 tonnes/container, j’estime la différence plein / vide à 5000 tonnes… ingérable.

Porte container vide…

Résistance des matériaux

Au port, ces bateaux ressemblent à des immeubles, des murs. En mer, pourtant, ils se déforment, se vrillent, pour certains cassent. L’acier se déforme, l’aluminium ne fera pas mieux et on ne saura pas construire très grand. Le carbone ? Impensable en termes de prix et de mise en œuvre.  Les porte-conteneurs et autres navires de charge sont largement ouverts et subissent des efforts de flexion et de torsion considérables. Une déformation impossible à accepter sur un hydrofoil. Sur un bateau « gris », je me souviens en mer du nord avoir été arrêté par des vagues, la plage avant remplie d’eau, impossible d’avancer, porte avant en acier cassée, tourelle de canon aussi, essuie-glaces arrêtés. Nous ne naviguions pas en Mer du Nord, mais dans la Mer du Nord… A ceux qui vont me rétorquer qu’une fois en vol le bateau est moins soumis à l’état de la mer, je leur propose de visualiser ce qui se passe en mer sur la vidéo ci-dessous, un hydrofoil ne volera pas dans ce gros temps.

Encombrement

La taille des portes conteneurs a augmenté jusque dans les années 90 jusqu’au maximum de la largeur permise par le canal de panama. Aujourd’hui les Newpanamax ou Néo Panamax font 49 m de largeur maxi pour un tirant d’eau de 15.2 m ! Avec nos foils de 53.4 m sous la surface, c’est cuit ! C’est la même chose dans les ports. Alors pourquoi pas des foils repliables ou qui glisseraient dans de puits ? C’était un des points faibles de la classe Pégasus (41m), c’est une solution inenvisageable pour un très grand bateau. Alors opter pour des foils en T sous la surface avec moins de dépassement sur le coté ? Voir ci-dessous « profondeur »…

Estimation profondeur foils en V de 53.4 m sous la surface

Profondeur

Pour poursuivre l’étude avec « mon bateau » de 100 m, rappel il ne s’agit pas d’un cargo mais d’un yacht à moteur, un foil en V de 57.4 m sous la surface aura une profondeur d’environ 40 m. Rotterdam, un des ports les plus profond, à une profondeur de 25 m… Cuit et recuit.

Ok. Alors on peut peut-être utiliser des foils en T pour réaliser un bateau moins large et limiter la longueur des foils (je fais les questions et les réponses) ? J’ai fait une simulation avec les mêmes données mais, je suis sympa, avec 4 foils en T, deux devant, deux à l’arrière. Pour ne pas avoir des foils trop longs (fragilité) j’ai opté pour un allongement de 4 environ, pas terrible en termes de performance. Les foils nécessaires au décollage feraient alors 54 m de long et 14 m de largeur ! Sachant que pour ne pas perturber le flux d’un foil en T il est recommandé d’avoir une profondeur égale à 1.5 sa corde, le foil se trouverait en vol à 21 m sous la surface. Pour une hauteur de vol de 5 m (il faut un minimum pour la houle de haute mer) et le tirant d’eau de mon yacht de 100 m, nous arrivons à un tirant d’eau de 41 m et une largeur de 118 m ! Cuit, recuit, rerecuit !

Certification/assurance

Vous en voulez encore ? Si les précédents arguments ne vous ont pas convaincus, j’en rajoute un dernier mais je suis persuadé que vous en trouverez d’autres. Qui va certifier assurer ce type de monstres fragiles ? Trop d’inconnues, trop risqué, bref, des nèfles (j’ai décidé d’être vieux et d’utiliser des expressions du siècle dernier).

Conclusions bis

Il faut arrêter de vendre du rève ! La diminution de l’empreinte carbone du transport maritime devra se faire sans foil. D’autres pistes existent A2V, Airseas, Turbovoiles, revenir à la navigation à voile, comme l’a initié Grain de Sail, les projets Oceanbird, Solid sail, TOWT, AYRO

Pour poursuivre

Estimation profondeur foils en T de 41 m sous la surface

Dr Goulu

Lorsqu’en 2008, j’ai découvert ce blog créé par Philippe Guglielmetti, Philippe m’a rapidement proposé d’écrire, merci à lui. Philippe est un passionné, techniquement très pointu (docteur ès sciences), excellent vulgarisateur… Il a abordé la notion d’échelle sous d’autres angles très passionnants. Je vous conseils la lecture des articles suivants :

Comment les insectes font pour voler ?

La vie à bas reynolds

Trois étoiles !

Daniel Charles a abordé dans l’article « Des hydroptères hauturiers ? » la problématque de l’échelle. Il avait évoqué l’éventualité de créer un grand Moth et Attila, le Star X3 (Star, quillard Olympique) conçu en 1950 par Albert Debarge. L’idée était la suivante, puisque le Star est rapide et capable de très bien remonter au vent, il pourrait être imbattable en course au large. D’où la création d’un Star de 20m de long par 5 de large avec un mat de 30m et 259 m² de voile. Bateau rapide voir très rapide dans des conditions de vent faible moyenne, Attila faisait peur quand le vent montait, il grinçait, le bruit était entendu de loin et à bords l’équipage n’en menait pas large ! Il a été victime de nombreux déboires techniques avant de sombrer en 1976.

Le Star, dériveur Olympique – Dessin François Chevalier
Attila –photo from 2007 Fall Starlights Magazine

La semaine affoilante 2021 !

15 mars 2021

C’est avec une grande tristesse que l’équipe organisatrice de La semaine Affoilante se voit dans l’obligation d’annuler la 6ème édition de LSA.  Les dernières décisions liées au Covid-19 ne permettent pas d’organiser l’événement dans sa totalité.

Mais les dates de la prochaine édition sont déjà posées : celle-ci aura lieu les 29 & 30 avril et le 1er mai 2022 !


02 mars 2021

On a tous besoin de souffler, de se faire plaisir… alors rendez-vous à Port Fréjus du 30 avril au 2 mai. En 2020 nous avions du renoncer à programmer la 6ème éditions de LSA, cette année tout sera mis en œuvre pour que LA SEMAINE AFFOILANTE se déroule et nous permette d’assouvir nos passions, de prendre du plaisir, de nous rencontrer… !

LSA 2021

Vous ne connaissez pas encore LSA ? La particularité de cet événement 100% foil, c’est de réunir dans une ambiance conviviale et sur un même parcours nautique des coureurs amateurs et professionnels. Une fête sur et au-dessus de l’eau. Public, passionné de navigations « volantes » et amateurs de découverte, vous pourrez admirer, naviguer, approcher et photographier tous ces supports.

Cette édition sera parrainée par Jean-Baptiste BERNAZ, 3 participations aux Jeux Olympiques en catégorie Voile laser et sélectionné aux prochain JO de Tokyo 2021.

Le teaser 2021

Sur l’eau

Comme en 2018, 2019 et 2020, la SEM de Port-Fréjus, avec le support du Team LSA, a souhaité rassembler pratiquants et constructeurs pour  un évènement d’exception. Nombre de supports à foils évolueront sous vos yeux, sur l’exceptionnel plan d’eau de Fréjus. Kitefoils, Windfoils, catamarans et trimarans à foils, hydrofoils à moteur et propulsion humaine, wingfoils.

Des engins différents, les plus grandes marques et les meilleurs pratiquants sont attendus durant ces trois jours, le spectacle s’annonce de toute beauté. En complément de ces courses fréquentées ces dernières années par de grands champions tels que Nicolas Goyard, Alex Mazella, Théo Lhostis ou Gaspard Dabbadie, nous accueillerons une manche du championnat ligue sud windfoil et des régates catamarans et monocoques : One fly, Ifly, Nacra 15 Fcs, Waszp, Moth….

En 2021, l’accent sera mis sur le test de matériel pour donner envie à tous les pratiquants de kite, planches et multicoques de découvrir les nouveautés des constructeurs et exposants, et bien sûr, de les tester si leur niveau de pratique le permet. Nous mettrons à disposition un secteur de plage pour ces tests.

A terre

De nombreux exposant ont déjà répondu présents, BirdyFish, Ege Paddle Raid, Electro Surf, FreeRide attitude, Holitrip, Horue (pour la 6ème fois !), IFly, La Kiterie, Nocean, One Fly, Taaroa, Whimsitech, Winds-Up, Xtremfoil….  Et cette année nous enregistrons la participation d’un engin volant étonnant, attractif et volumineux « Le voilier des airs Aérosail » !

Comme en 2019, c’est un connaisseur, Jeff Valet, qui sera notre commentateur/animateur.

Inscriptions

L’inscription est ouverte en ligne sur le portail WEEZEVENT depuis le 15 janvier 2021.

Téléchargez LE PROGRAMME

Téléchargez LE DOSSIER D’INSCRIPTION

Tout savoir sur la LSA sur le site internet de Port-Fréjus et sur les réseaux sociaux :

Facebook capitenerie

Facebook LSA

La chaine YouTube de Port-Fréjus

Les précédentes éditions

Alors à bientôt !

Mini drone hydrofoil Parrot…

Cela fait déjà quelques années que mon regard se posait sur cette étrange bête. Même si je suis passionné de foils, je n’ai pas craqué car j’ai déjà pas mal d’autres jouets qui m’attendent. Mais il y a deux ans, mon compteur « kilométrique » est passé par un chiffre symbolique et ma fille m’a fait un beau cadeau, elle sait que je suis resté un grand enfant !

La boite

Packaging bien conçu, pièces protégées, chaque chose à sa place. En bas les accessoires et au-dessus le support des coques permet le montage du bateau. Tout y est, même le tournevis.

La boite complète
Les pièces

Foils

Asymétriques et en V à l’avant avec quelques degrés d’incidence, plan porteur en T à l’arrière et avec un profil qui me parait symétrique.

Profil du foil avant
Foil avant bâbord vue du bord de fuite (sans le flotteur)
Le foil arrière en T

Montage

Rien de compliqué, à la portée d’un enfant de…. et bien cela dépend de l’enfant. Il y a des enfants plus doués que des adultes ! Et puis même la boite est conçue pour le montage…

La bête montée sur sa boite
La bête montée

La bête

Bon, la coque centrale à de l’embonpoint, les étraves sont vieillottes. Le bras en aile de mouette me rappelle Charles Heidseick IV ou « Champagne Charlie » qui lui-même s’inspirait des maquettes d’un projet de Pierre Lenormand en 1980. Projet pour lequel deux maquettes seront réalisées par Michel Chabilland et François chevalier (photo Voiles et Voiliers N°157 p85 mars 84).

Photo maquettes de Michel Chabilland et François Chevalier

Je ne vais pas refaire une présentation complète de ce drone, d’autres sites l’ont déjà fait et très bien (aspect, prise en main, performances) !

Prix

Le produit est toujours vendu neuf aux alentours de 80€ et de nombreux sont disponibles sur un fameux site de petites annonces à moins de 40€ !

Navigations

J’ai pris de temps avant de me lancer, je voulais être tranquille, je gardais ce moment comme on garde une bonne bouteille pour un évènement particulier ! J’avais testé le « drone moteur » seul (un de mes chats l’adore) et j’ai trouvé le pilotage sur écran de téléphone pas très aisé. J’ai donc opté pour l’achat d’une manette sur un site de petites annonces. J’ai aussi souhaité filmer cet essai. J’ai donc équipé la télécommande d’une caméra afin de pouvoir piloter et filmer en même temps. La bête n’accepte pas les virages serrés, il faut doser les rotations sous peine que les foils décrochent. A part cela, l’engin décolle rapidement et le pilotage est relativement simple, surtout avec une manette.

Téléco et caméras

Pourquoi ?

Pourquoi filmer et pourquoi cet article ?! Je reçois régulièrement des questions d’élèves et étudiants qui travaillent sur des TPE et TIPE et qui souhaitent obtenir des renseignements et des idées de tests à réaliser. Et je trouve que ce drone peut être un support très intéressant pour ce genre d’études ! Voici la bête en vol…