« Histoires des Hydroptères avant 1912 », tout est dans le titre ! Cet article prouve, à ceux qui en doutaient, que les développements des ailes marines ont bien plus d’un siècle. Un grand merci à mon ami Daniel Charles* pour m’avoir autorisé à publier sur « Foilers ! » ce formidable article que je gardais précieusement, trop heureux de le garder caché au sein de la mémoire de mon disque dur. Mais le but de ce blog n’est il pas de partager ? Mea Culpa, mea maxima culpa !
Histoire des hydroptères avant 1912 – Daniel Charles 2001
Cette recherche a été présentée au Colloque « La plaisance dans tous ses états ». Nantes, 18 mars 2001
Nous sommes tous ici convaincus de la raison pour laquelle Archimède a poussé son cri : il venait de retrouver son savon au fond de sa baignoire. Tout le monde sait ça, à commencer par les potaches. Cependant, cette évidence est mise en doute par des hérétiques, qui prétendent qu’Archimède se serait contenté de convaincre les chantiers de cesser de construire des bateaux en pierre de taille. C’est une absurdité, parce qu’il eut fallut qu’Archimède se soucie d’appliquer ses découvertes.
Or, les savants d’alors se fichaient éperdument d’appliquer leur découvertes : ils recherchaient, jusqu’au début du XIXème siècle, à comprendre le fonctionnement de la nature, mais sans plus. D’ailleurs, la physique s’appelait « philosophie naturelle » dans les universités anglo-saxonnes. Au début du XIXème siècle est arrivé Sadi-Carnot, qui lança la science appliquée en jetant les bases de la thermodynamique. En traitant des échanges de chaleur, cette nouvelle science s’occupait moins de la « philosophie naturelle » que du fonctionnement d’une machine à vapeur dans les conditions de la nature. Il ne s’agissait plus de prévoir le comportement d’un corps immobile plongé dans un liquide, ou de celui d’un rayon lumineux : il s’agissait de prédire le rendement des trains et des bateaux à vapeur.
Enfin… pour les bateaux, il ne suffisait pas de prédire la puissance de la machine, il fallait encore savoir si cette puissance suffisait à atteindre la vitesse voulue, donc à contrebalancer la résistance à l’avancement de la coque. Et c’est là qu’entre en scène John Scott Russell. Il est le premier à essayer de déduire une théorie d’essais en maquettes des performances. Sa théorie a une immense répercussion. L’une de ses conclusions est que la vitesse est proportionnelle à la longueur, ce qui est révolutionnaire dans la mesure ou les grands bateaux à voiles étaient plutôt plus lent que les petits (ils avaient proportionnellement moins de voilure). D’après Scott Russell, il faudrait au moins, pour atteindre vingt noeuds, un bateau de 120 mètres. Et cela avait force de diktat : la Science et Scott Russell avaient parlé ! Hors la longueur point de salut ! Nous savons aujourd’hui que c’est faux, mais ceux de cette époque-là l’ignoraient. Essayer d’aller vite avec un petit bateau était, en fait, enfreindre une Loi officielle de la Nature, rêver d’une impossibilité. C’est dans ce contexte qu’il vaut considérer ceux qui essayèrent, dès 1861, de faire voler des bateaux : c’était de la folie, certes, mais ce n’était pas plus fou que d’imaginer un petit bateau capable d’aller très vite. Alors, tant qu’à être visionnaire, autant l’être à fond !
1861 : Thomas Moy (Grande-Bretagne)
Ce membre de l’Aeronautical Society, estimant qu’il serait plus facile de faire voler un mobile dans l’eau que dans l’air, installe transversalement trois foils horizontaux (à la section remarquablement moderne) sous un canot, remorqué (sans doute par un cheval) sur le Surrey Canal (entre Rotherhithe et Camberwell). Il fut soulevé « assez hors de l’eau ». Les foils auto-ajustables diminuaient d’incidence avec la vitesse.
1885 : de Lambert (France)
Comme Moy, de Lambert était un adepte du plus lourd que l’air. En 1885, il fit réaliser une sorte de catamaran, dont les coques étaient des tonneaux arrangés l’un derrière l’autre, deux par deux, et fixa dessous deux plans porteurs inclinés. Remorqué par un cheval, l’engin se soulevait d’une vingtaine de centimètres et les tonneaux sortaient complètement de l’eau.
1897 : de Lambert & Phillips (France)
Premier hydroptère autopropulsé (à vapeur).
Catamaran supporté par quatre hydrofoils transversaux (surface totale : 5,10m²). Moteur à vapeur récupéré sur l’avion « persiennes » d’Horatio Phillips de 1893, une hélice sur long arbre tournant à 800 t/min (très rapide pour une machine à vapeur). Les essais eurent lieu sur la Tamise, et il n’est pas impossible que le bateau ait été principalement conçu par Phillips.
1897 : William & Larned Meacham (USA)
Remorquent un canot équipé de foils à l’avant et à l’arrière. [Les frères Meacham avaient pris un brevet sur les hydroptères en 1896, mais il n’avait put être homologué à cause du précédent d’un brevet sur le même sujet pris par un autre américain, SA Reeve en juillet 1895. Après un recours en justice, de novembre 1903 à septembre 1904, Reeve l’emporta… et donna ses droits à Meacham. Celui-ci proposa un projet de bateau à foils auto-ajustables en 1906,qui ne fut pas réalisé.]
1904 : de Lambert (France)
Premier hydroptère autopropulsé (à moteur à explosion). Extrapolant sur le principe de son hydroptère de 1897, de Lambert fait construire un nouvel engin de 6mx3m, avec cinq foils transversaux équipé d’un moteur de Dion de 14 cv et atteint 31,975 km/h. Tellier le baptise « hydroplane ». [Il est frappant de remarquer que, dès le début des hydroptères, on envisage des foils à grand allongement. En fait, le rapport d’allongement des foils en « U » sera le plus élevé de toutes les plans porteurs (à l’exception des hélices) jusqu’aux années 30.]
1905 : Forlanini (Italie)
Premiers foils en échelle.
Etudiant les foils depuis 1898 en vue de leurs applications à des avions décollant de l’eau (c’était cinq ans avant l’envol des frères Wright et douze ans avant le décollage de l’eau de Fabre !),et ayant pris de nombreux brevets (dont celui d’un avion à hydrofoils en 1905) Forlanini réalisa un premier hydrofoil non motorisé, qui s’éleva hors de l’eau en remorque.
1906 : Forlanini (Italie)
Après le succès de ses essais de 1905, Forlanini construisit un gros hydroptère motorisé. Coque centrale en forme de torpille, avec moteur (inconnu) au milieu, entraînant par chaîne deux hélices à cinq pales contrarotatives, chacune à une extrémité de l’engin. Quatre jeux de foils en échelle, un à l’avant, un à l’arrière, et deux latéraux. Poids : 1,65 T. Essayé sur le Lac Majeur en 1906, il atteignit 38 nds (70,4 km/h) avec un moteur de 75 cv.
1906 : De Lambert (France)
Principe similaire à celui de 1904, mais moteur Antoinette V8 80cv.
1906 : Antoine Mutti (France ?)
Hydroptère ornithoptère. Maquette navigante, env. 30cm de long. Coque centrale immergée en forme de torpille, supportant à l’avant et à l’arrière deux foils en forme de pelle, et latéralement deux ailes mobiles servant à la propulsion. Par dessus, une structure supporte deux coques stabilisatrices latérales, et le ressort actionnant les ailes propulsives. A « volé », performances inconnues.
1907 : Crocco et Ricaldoni (Italie)
Premier hydroptère « canard ».
Sans doute le plus bel hydroptère de son temps (il existe toujours dans un musée italien). Coque très étroite de 8m, abritant à l’arrière du cockpit un moteur Clément-Bayard de 100 cv propulsant deux hélices en aluminium contrarotatives bipales à pas variable chacune à l’extrémité d’un pylône incliné. Foils en T inclinés, deux jeux à l’extrémité arrière, un à l’étrave formant un V et servant de gouvernail. Poids : 1,52 T. Vitesse : 82 km/h.
1907 : Orville et Wilbur Wright (USA)
Désireux de permettre à leurs avions de décoller et d’atterrir dans l’eau, les frères Wright expérimentèrent au printemps 1907, sur la Miami River à Dayton (Ohio), un catamaran avec une plateforme supportant le moteur (env. 20cv) et la propulsion par deux hélices aériennes contrarotatives du « Flyer » de 1905. Un foil transversal en tôle pliée était installé sous l’avant et l’arrière à quelques pouces des coques. L’engin se soulevait à la surface de l’eau dès que le moteur développait 14 cv. On ignore la vitesse atteinte. Le projet fut interrompu par le départ des Wright en Europe à l’appel d’un syndicat français.
1907 : Hewitt (USA)
Peter Cooper Hewitt, inventeur de la lampe à vapeur de mercure, essaye un hydroptère à échelles très complexes. De part et d’autres d’une coque centrale très plate, deux jeux latéraux de foils, à l’avant et à l’arrière (tous similaires), plus un foil à l’extrême avant pour éviter l’enfournement. Hélice à l’avant, dirigée vers l’avant, au bas d’une embase verticale. Moteur V8. Poids : 1,15 T. Il atteignit 48km/h ; à cette vitesse, seuls les foils inférieurs, d’une surface totale de 0,75m², restaient dans l’eau.
1907-1908 : « N°18 », Santos-Dumont (France)
Foils en échelle de Hewitt
Trimaran à coques gonflables (une principale, deux courts flotteurs à l’avant), pilote à l’extrême arrière, foils transversaux à l’avant à l’arrière, destiné à dépasser 100 km/h dans le cadre d’un pari de 50.000 F avec un Mr Charron. Moteur sur portique à l’avant actionnant une hélice aérienne tripale ; d’abord un Antoinette 25 cv (23 décembre 1907), puis un Antoinette 50 cv. On ne sait s’il réussit à « voler », mais Santos perdit son pari.
1909 : « Vagabond », Bonneau (France)
Catamaran à coques gonflables, plusieurs foils (de deux à quatre) transversaux. A « volé ». Moteur, propulsion et performances inconnues.
1909 : « Miranda III », Thornycroft (Grande-Bretagne)
Coque à redan de 6,70m x 2,13m, bau très avancé. A la suite de difficultés pour planer (le redan était loin en arrière du centre de gravité), un plan porteur fut ajouté sous l’étrave, qui faisait cabrer le bateau à partir de 15 nds, dégageant l’étrave sur 1,50m. Moteur 60 cv. Vitesse maxi : 27 nds (50 km/h).
1909 : « Batboats », Kipling (Grande-Bretagne)
Dans son roman de science-fiction « Actions and Reactions », Rudyard Kipling publia une fausse publicité (supposée dans un journal aéronautique de l’an 2000) pour des « batboats », des coques munies d’ailes, capables d’atteindre des vitesses de 120 nds. Le concept et le nom enflammèrent les imaginations.
1910 : Forlanini (Italie)
Développant son hydroptère de 1906, Forlanini réalisa un nouvel engin où deux jeux de foils en échelles étaient installés de part et d’autre, et à l’avant et à l’arrière d’une coque mince. Le moteur entraînait une hélice immergée centrale au bout d’une embase verticale. Depuis 1906, les échelles étaient devenues plus complexes. L’hydroptère volait (vitesse inconnue) mais, comme tous ses contemporains, faisait preuve d’instabilité dans les vagues. Pour prévenir un«crash-dive»,le pont de la coque était arrondi, et l’on ajouta par la suite un déflecteur à l’avant. Cet hydroptère fut présenté aux courses de Monaco en 1911, mais ne courut pas.
1910 : Guidoni (Italie)
Reprenant l’idée de Forlanini et des Wright de faire décoller un avion de l’eau avec des hydrofoils, Guidoni équipe un Farman 1909 de deux flotteurs sous lesquels il installe par paire des foils d’abord en bois, puis en aluminium, et enfin en acier. Des décollages et des atterrissages furent effectués.
1911 : Cdr Richardson (USA)
Coque de dinghy équipée de foils vrillables pour le contrôle latéral, avec élevateur pour le contrôle longitudinal, commandes similaires à celles d’un avion (palonnier et manche à balai). Architecture, moteur, propulsion et résultats inconnus.
1911 : Michigan Steel Boat Co (USA)
Flotteur-ponton prolongé par un plan incliné planeur, sur lequel est monté le moteur (avec transmission par chaîne à une hélice aérienne), siège de pilote à l’arrière canné (!),le tout surmonté d’une cellule d’avion assez similaire à la Demoiselle de Santos-Dumont, avec un ensemble élévateur gouvernail aériens à l’arrière. Foil transversal sous le flotteur. Authentique « bat-boat » (v. 1909) et engin hybride par excellence, il était délesté tant par l’aile aérienne que par le foil et le plan arrière. A « volé » (en restant à la surface de l’eau, sauf pour de brefs sauts involontaires) de Detroit à Cleveland (environ 160 km) en deux heures. Exposé à la New York Boat Exhibition de 1911.
1912 : « Hydrodrome », Alexander Graham Bell & Baldwin (Canada)
Conçu par Baldwin et financé par Graham Bell, inventeur du téléphone, l’ « Hydrodrome » était un autre bat-boat (v.1909), dans la mesure où il avait des moignons d’aile biplan ; c’est surtout la structure biplan qui importait, dans mesure où elle supportait deux flotteurs à bouchains vifs, sous lesquels se trouvaient deux foils en échelle. Cet ensemble se trouvait à l’arrière d’un fuselage de bois, câbles et toile, à l’étrave duquel se trouvait un flotteur et le foil avant (il s’agissait donc d’une architecture canard). L’ensemble était propulsé par un 70cv Gnôme entraînant par chaîne une hélice aérienne. En août 1912, un grand gouvernail aérien était installé à l’avant ; en octobre, la taille de ce gouvernail avait diminué. Vitesse : environ 72 km/h.
1912 : « X-2 », British & Colonial Aeroplane Co (Grande-Bretagne)
Stimulés par les essais de Guidoni (1910), Bristol et le Lt Burney entamèrent des recherches sur un avion à hydrofoil. Après avoir abandonné un projet de biplan (X-1), ils construisirent un monoplan traditionnel à ailes hautes, flotteurs d’extrémités et coque planante, supporté , en lieu et place d’un train d’atterrissage, par deux jeux de foils en échelle à l’avant et un à l’arrière. Testé en remorque, le X-2 sortit de l’eau, vola, puis s’écrasa immédiatement lorsque la remorque glissa. Un X-3 fut construit puis abandonné en 1914 sans avoir pu décoller.
De tous les pionniers, seul Graham Bell s’entêta, allant même à imaginer un voilier à foils.
« Nancy », de Graham Bell, première maquette navigante d’un hydroptère à voile
En fait la grande année de cette première génération d’hydrofoils fut 1907. Les développements subséquents –si l’on excepte Bonneau, Thornycroft et Richardson, tous un peu marginaux-,étaient orientés vers l’hydraviation. En matière de bateaux rapides, les hydrofoils étaient donc considérés comme une voie sans issue dès avant 1910 : de Lambert, notamment, les abandonna pour des sortes de coques planantes à redans multiples. Il y avait plusieurs raisons à cela. Les foils en U perdaient leur portance dès qu’ils se rapprochaient de la surface.
Au sujet de ses essais, Orville Wright écrivait : « Avec 14cv l’appareil s’élevait rapidement jusqu’à ce que seulement le fond des flotteurs traîne sur l’eau. Cependant, nous échouâmes avec cette puissance à ce que l’arête avant des plans sorte entièrement de l’eau jusqu’à ce que les plans glissent sur leur arête arrière, (au contraire de) ce que nous attendions ».
Les foils en U décollaient, mais leur surface mouillée était trop élevée pour aller très vite.
La solution des foils en échelle de Forlanini, ou celle des foils en V de Crocco & Ricaldoni permettait de diminuer la surface mouillée au fur et à mesure que l’hydroptère accélérait. Cependant, on buttait alors sur une autre problème qui a hanté les hydroptères depuis lors.
La traînée d’un plan porteur, idéalement et dans l’absolu, est de l’ordre de 0,02. Cependant, lorsque l’on y ajoute la traînée des supports, les perturbations d’écoulement à l’approche de la surface, la résistance de vagues des plans ou supports à la surface de l’eau… cette traînée grimpe aux environs de 0,2, et seulement à condition que l’hydroptère ne tangue pas –ce qui devait rarement être le cas, si l’on se rappelle le volumineux brise-lames de l’engin de Forlanini en 1910…
Pour établir une comparaison, il faudrait comparer la traînée nécessaire pour soulever n Kg avec des foils et autant avec une portance dynamique appliquée à une coque planante, ou tout simplement avec la poussée d’Archimède Dans les petites tailles (moins de 6m), les coques planantes obtiennent de meilleures vitesses que les hydroptères dès 1907 avec notamment le Ricochet-Antoinette ; dans les tailles moyennes (6-10m), ce point fut atteint dès 1909-1910. Dans les grandes tailles, où les plans porteurs sont soumis à un effet d’échelle qui diminue leur efficacité, la portance archimédienne se révèle être une alternative économique à la portance des foils. Sur les multicoques actuels à grand allongement, on obtient des valeur de traînée très proches de celles d’un hydroptère, sans avoir les difficultés de contrôle et la fragilité de ces derniers.
Quant aux tentatives d’appliquer les foils à l’hydraviation, leur échec devint rapidement prévisible. Faute de foils supercavitants à expulsion d’air comme on en ceux mis au point dans les années 1960-70, un foil cavite à partir de 40-45 noeuds, soit aux alentours de 75 km/h, avec une perte de portance catastrophique. Dès le milieu de la première guerre, les avions avaient besoin d’une vitesse supérieure pour décoller. Une coque planante (comme un flotteur d’hydravion) ignore, au contraire des foils, ce plafonnement de sa vitesse.
Sans doute peut-on tirer une leçon très actuelle de cette histoire des hydrofoils jusqu’en 1912. Ils furent développés à une période où la puissance motrice était limitée, et où il fallait diminuer radicalement, et à tous prix, la résistance à l’avancement pour aller plus vite. Dès que l’on disposa de moteurs puissants et légers, l’intérêt disparut pour ces hydroptères coûteux, encombrants, à la polyvalence et à la maniabilité nulle. Nous pourrions bien nous retrouver, dans un futur très proche, dans des circonstances similaires à celles des pionniers d’il y a cent ans. En effet, l’interdiction grandissante des moteurs à explosion sur les lacs et plans d’eau intérieurs rendra la propulsion électrique difficilement contournable ; et si l’on veut encore aller vite, il faudra alors revenir à des hydroptères – quoiqu’ils seront bien différents de ceux que j’ai eu le plaisir de vous montrer.
Daniel Charles
Sources :
- R.Duhamel : « Emersion dynamique des corps flottants : hydroplanes, hydravions et hydroglisseurs », Le Yacht, 27 septembre 1952
- HF King, « Aeromarine Origins », Putnam, Londres 1966
- D Charles, « Les Chasseurs de Futurs », Edilarge, Rennes 1992
- P Gervais, informations et iconographie additionnelles
Note de l’ami de l’auteur !
Encore merci à Daniel pour ce retour dans le passé. Difficile de dire si Alexander Graham Bell a été le premier à penser faire voler un voilier. En tout cas, nous en avons la preuve avec « Nancy », A. G. Bell en a rêvé ! Cela fait tout juste un siècle. Et pendant ce siècle l’aviation à fait un bond que le monde des hydrofoils n’a pas réussi à faire. Tant mieux peut être pour nous, spectateurs et pour certains acteurs, qui vivons au cœur de cette période passionnante…
* Daniel Charles : historien, analyste, écrivain, journaliste, expert du patrimoine maritime auprès du ministère de la Culture … Daniel est un spécialiste incontesté de l’histoire du yachting. Il a écrit de très nombreux ouvrages qui font référence, dont cinq furent couronnés meilleur livre nautique de l’année… Eric Tabarly l’appelait « l’encyclopédie vivante de la plaisance » !
Foilers ! 