Gitana 17 en images

4 septembre 2017

Vidéo

Vous n’êtes sûrement pas passés à coté des superbes images de Gitana 17 en vol. Dans le doute, les voici :

Photos

Pendant que certains bossent d’autres terminent leurs vacances, sous le superbe soleil Breton. Un petit tour sur les pontons de « La Base » s’imposait pour admirer Gitana 17 et faire quelques photos (en cliquant dessus, vous obtiendrez si besoin un format un peu plus grand).

Gitana 17 vu de l’avant photo 1 – F Monsonnec 04-09-17

Gitana 17 vu de l’avant photo 2 – F Monsonnec 04-09-17

Sur la photo ci-dessous, on peut voir le vérin monté sur le flettner de la dérive, il agit vraisemblablement sur le volet (flap horizontal) de cet appendice (si besoin voici une Image de la dérive et en Vidéo à 1 mn 33).

Tête de dérive – F Monsonnec 04-09-17

Ce n’est pas très net, il a fallu que je zoom pour prendre le foil en photo puisque je n’ai pas été autorisé à monter à bord (j’ai tenté le coup, mais non, ce qui se comprend aisément), la partie portante des foils avant a une forme « d’aile de mouette »…

Foil babord – F Monsonnec 04-09-17

Les foils pivotent, je pense, autour d’un axe disposé en bas des puits. En haut des puits, ils sont insérés dans une « cage » (carbone, titane, plastique à faible coeff. de glissant…) qui pivote par rapport à l’axe longitudinal du bateau pour accepter les variations de courbure de la partie antidérive (shaft). A l’arrière de cette cage se trouve la tête d’un vérin qui permet de déplacer le haut du foil d’avant en arrière, donc de régler l’incidence. Le réglage du cant, ou inclinaison latérale du foil, ne semble pas possible. « Juste » un réglage du rake. Mais la courbure du shaft n’est pas régulière, l’angle du plan porteur évolue donc en fonction de l’enfoncement.

Puits de foil photo 1 – F Monsonnec 04-09-17

Ce n’est pas facile à voir, mais sur le coté droit de l’image ci-dessous, une lumière est visible dans la « l’épaisseur du puits ». C’est le rail de guidage tribord de la cage du foil.

Puits de foil photo 2 – F Monsonnec 04-09-17

« Petite strat » sur le vit de mulet avant la prochaine sortie prévue mercredi 06 (et donc peut être bientôt une nouvelle vidéo !?).

Vit de mulet – F Monsonnec 04-09-17

Les safrans sont deux belles pièces cachées dans leur « coqueron » aérodynamiques. Le mécanisme de remontage, et surtout de maintien en position basse, n’est pas très évident à comprendre. Il faudrait monter sur le foil ou être sur un « zod » pour ausculter la mécanique. Des pièces en métal usiné sont visibles ainsi que des rails courbes… Une chose est certaine, en tête de foil se trouve un vérin Harken qui manœuvre le flap.

Safran photo 1 – F Monsonnec 04-09-17

Safran photo 2 – F Monsonnec 04-09-17

La partie supérieure de l’arrière de la coque centrale (derrière le bras) est un entoilage très esthétique et aérodynamique.  Admirez ce beau ciel bleu et cette luminosité, on se croirait dans la marina de Pointe-à-Pitre !

Gitana 17 vu de l’arrière photo 1 – F Monsonnec 04-09-17

La forme de l’arrière de cette coque est presque en Canoë. Cette poupe n’est pas sans rappeler celles de Pat’s ou de Quiksilver, plans du sorcier Dick Newick.

Pats trimaran Newick à arrière canoë – F Monsonnec juin 2014

Visible aussi sur la photo suivante, la forme « d’aile de mouette » du foil. Et en arrière plan la BSM et la construction du plus grand toît photovoltaïque de France sur le K2.

Gitana 17 vu de l’arrière photo 2– F Monsonnec 04-09-17

Je n’étais pas seul à observer « G 17 », un team concurrent se baladait et comme moi essayait de déterminer le fonctionnement des éléments visibles.

Team « X » en observation – F Monsonnec 04-09-17

Au détour d’un ponton, une « vielle connaissance », Voilavion V2 cata à foils au gréement inclinable.

Voilavion V 2 – F Monsonnec 04-09-17

Régulation…

La régulation de ce bel engin peut se faire de diverses manières :

  • de manière « naturelle » puisque ce type de foils en L 2.0 peut voir son extrémité sortir de l’eau et donc perdre en surface (fonction de l’inclinaison des différentes parties les unes par rapport aux autres),
  • par modification de l’angle d’incidence du foil (rake),
  • par ajustement des flaps des safrans,
  • par rotation du volet de la dérive ?

Alors quelles « manettes » seront utilisées ? Je n’en sais rien ! Toutes, séparément, ou pour certaines ensembles, en fonction de l’importance de l’action désirée, des conditions…

Maintenant la question que certains se posent, régulation électronique ou pas ? Pour moi, NON, pas dans un premier temps. Car même si le sujet est régulièrement évoqué je ne pense pas que la technologie nécessaire a été développée (pour ce type d’engins). Et il y a suffisamment à faire sur ce type de bateau avant de passer en mode régulation électronique. Mais s’il ya bien un team qui a dans l’idée de développer une régulation de ce type, c’est bien le team Gitana (à mon grand désespoir !!).

A lire, la très intéressante interview de Guillaume Verdier dans Voiles et voiliers 559 et dont voici un extrait :

  • Voilesetvoiliers.com : Vous devez regretter que la classe Ultim n’autorise pas l’asservissement des foils…
  • G.V. : Les histoires de politique de classe, je m’en fiche. Nous aurons l’asservissement ensuite. Ils le brancheront et le débrancheront quand ils voudront. Il faut faire en sorte que le bateau soit auto stable. C’est plus important que tout…

 

Une nouvelle fois, j’espère ne pas avoir raconté top de bêtises…

 

Complément du 08/09/2017

Suite au message de Gurval sur l’utilité de l’habillage des safrans (message du 08/09/17), voici un complément en image.

Vérin en tête de safran, il est placé « à l’envers », il doit actionner une biellette qui pousse la tige de commande du flap.

Vérin en tête de safran – F Monsonnec 04-09-17

Vue rapprochée de l’arrière de l’habillage ou coqueron de safran (je sais, un coqueron c’est fermé !). Pour moi, il protège la structure qui guide la remontée, les bouts de manœuvre (je n’ai as pu voir si c’était hydraulique), les pièces de fixation en position basse et haute, le système de rotation du safran, l’hydraulique de la commande du flap…

Habillage système de remontage safran – F Monsonnec 04-04-17

J’en profite pour poser une question, qui a une piste d’explication pour la forme en « aile de mouette » des foils principaux ? Ci-dessous un dessin fait à la va vite (ICI une photo en vol )… Cette forme permettrait t’elle de créer un palier de perte « rapide » de la surface dès le début de la sortie du foil, de limiter la ventilation… ?

Petit détail qu’a soulevé un autre lecteur, le fait que les foils ont été annoncés comme les plus grands réalisés pour un voilier avec une longueur de 5.5 m (OF 18/07/2017). Voici une estimation de la longueur de la partie « droite » des foils de l’Hydroptère sur une des premières versions : 5.75 m sans le winglet. Estimation longueur Winglet 0.85 m. Long TT estimée foil développé 6.5 m.

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Régulation électronique, on y arrive !?

3 janvier 2017

La boucle

Certains vont se dire « il tourne en boucle ». Comme une boucle de régulation, je vais une nouvelle fois aborder le sujet de la régulation électronique. Et pourtant, je me suis très longuement étendu sur la question (voir si besoin « Quel futur pour la régulation »).

Et ceci même si à LSA 2016 des passionnés du capteur ont tenté de me faire admettre qu’il n’y aurait pas de différence entre un système de régulation mécanique et électronique. L’idée étant que :

  • dans un cas la mesure est physique et l’information et l’action mécanique,
  • dans l’autre la mesure est optique (ou de position angulaire) et l’information et l’action électrique ou hydraulique.

Au final, il n’y aurait que les méthodes de mesure et d’action qui seraient différentes…

Alors pourquoi je reviens sur le sujet ?

Par ce que le team Gitana travaille sur ce type de régulation suite aux essais réalisés sur son Mod 70 (maintenant Maserati).

Que les nouveaux types de foils en L ou J, de plus en plus présents, sont instables de nature, et pour gagner en performance, et que l’équipage ne peut pas tout gérer et tout le temps.

Que la solution de la régulation électronique est régulièrement proposée dans les commentaires des lecteurs !

Que dans le Voiles et voiliers N°549 de novembre 2016, Paul Fraisse directeur de NKE évoque à propos du pilotage automatique : «… Sous pilote, ce sera difficile d’obtenir un résultat correct sans asservir le foil, ce qui est pour l’instant est interdit par la jauge »…

Que sur le la version web de V&V le sujet est abordé dans un récent article (merci Christian) « Bientôt l’air des maxi multicoques volants ».

Démarré en mai 2016, j’ai patiemment attendu que les choses se précisent pour mettre en place cet article !

Rappel

Depuis l’Ostar 1976, et l’avènement des pilotes électriques (monocoque géant Club Méditerranée), l’électronique prend une part de plus en plus importante dans le pilotage des voiliers et pas seulement en solitaire.

Vous avez un doute sur ce point ? Visionnez ce lien de Voiles et Voilers sur les travaux du team Sodébo sur le pilote auto du trimaran Ultim. Le bateau est lors d’une traversée à 95 à 98% du temps sur pilote auto. Thomas Coville ne prend la barre que par nécessité ou pour se détendre : « je vais m’offrir de temps en temps le plaisir de barrer » !

Après la direction, c’est maintenant le pilotage de la hauteur de vol qui risque d’être sous-traité aux ordinateurs. Il reste le réglage des voiles mais pour combien de temps (Mer Agitée a développé des penons électroniques) ? Cela ne retire en rien le mérite des pilotes, mais pose (pour moi) une question d’éthique que le WSSRC (World Sailing Speed Record Council) avait déjà balayée en 2012 en ouvrant la porte à la régulation électronique quand le team l’Hydroptère a travaillé sur le sujet.

Club Méd 72 m et des pilotes électriques

Club Méd 72 m et des pilotes électriques

Amusant

Lors du tour de Belle-Ile 2015, le Team Gitana (rappel, qui travaille sur la régul. électronique) avait réclamé contre le Team Groupama qui utilisait l’énergie électrique pour régler ses foils. Et pourtant, ce n’était que des vérins électriques pour anguler les foils et non de la régulation. L’AC45 Groupama n’avait pas été classé….

 

Credit Y.Zedda-Groupama

Credit Y.Zedda-Groupama

Physalia, méduse à voile

Physalia, méduse à voile

Vive la voile !

N’oublions pas que la voile c’est l’utilisation par l’humain d’une force naturelle, le vent. Pour moi, le pilotage via l’électronique et l’informatique nous éloigne de la maitrise par l’homme. Est-ce qu’il viendrait à l’idée d’un pilote de planeur ou de char à voile d’être assisté ou remplacé par un pilote automatique (même si des essais sont réalisés sur des drones planeurs, mais ce sont des drones) ?

Le cerveau ou le cœur du bateau : non ce n’est plus vous

Le cerveau ou le cœur du bateau : non ce n’est plus vous

Quelques raisons d’être contre la régulation électronique

Solution de simplicité !

C’est en effet peut être « plus simple » de récupérer les données de capteurs optiques, de les traiter et d’envoyer une information à un vérin que de concevoir un système mécanique !

Il existe pourtant de nombreuses solutions qui ne demanderaient qu’à être améliorées.

En termes de simplicité, c’est aussi celle d’éviter de longues heures d’apprentissage. Il y a quelques années, un passionné de kite et d’électronique avait évoqué sur la toile sont projet de régulation électronique d’un kitefoil : « pour faciliter la prise en main ».

Je ne nie pas que techniquement, il peut-être passionnant, et pas si simple, de mettre au point un tel système de régulation.

 

Fuite en avant

Un pilotage automatique de plus.

Dans le cas qui nous intéresse, il s’agit de foils en L2.0. Foils instables mais qui en contrepartie permettent d’obtenir de bonnes performances. Instabilité qui exige une régulation rapide et fine en termes de réponse. Le choix d’un type de foil, non pilotable humainement en solitaire et sur une longue distance, nous obligerait donc à utiliser une régulation électronique. C’est exactement ce qui est mis en avant dans l’introduction de travaux d’étudiants des Arts et Métiers Paris Tech : « …dans le but d’améliorer encore les performances de ces formules 1 des mers, il nous a été demandé de travailler sur le développement d’un système qui permettrait l’utilisation de foils instables plus performants tout en gardant un vol stable ».

 

Sans contact avec l’élément

C’est un système dématérialisé, sans contact, déconnectée de l’élément.

La régulation mécanique est « basique », même si elle peut être fine, elle dépend ELLE de forces liées à la mer (palpeurs en avant ou trainées) ou au vent (force sur l’écoute comme sur Monitor).

 

Sans l’énergie du vent

La régulation électronique dépend de capteurs qui n’ont rien de naturel. Ils fonctionnent à partir d’une énergie, l’électricité, rarement obtenue à partir du vent ou de la progression du voilier.

Une nouvelle fois, le voilier devient encore plus dépendant d’une énergie extérieure (un bateau à moteur !).

Point défendu par l’ISAF qui insiste, à juste titre, sur le respect des règles 42 & 52 : voir ISAF un peu plus bas.

 

La réussite des mathématiciens

Ce type de régulation, donne les clés de la réussite aux ingénieurs électroniciens, informaticiens… plus aux architectes et coureurs.

Comme le dit Vincent Lauriot-Prévost dans CAL 68 de Mars-Avril 2016 à propos du pilotage des foils pour la Cup (même pas de la régulation électronique) : « Actuellement, la plupart des fonctions est actionnée hydrauliquement … C’est devenu un problème d’ingénieurs électronicien et hydrauliciens…. ».

Mais on peut aussi penser l’inverse. Comme l’expliquait Xavier Labaume dans son commentaire de l’article « Foils en L 2.0 – réflexions » : « … avec un foil asservi par électronique, l’architecte/l’ingénieur conçoit le tout, le constructeur fabrique/assemble, le marin peut modifier les courbes de réponse en temps réel pour par exemple modifier les curseurs risques/performances, hé bien la place des hommes et leurs rôles sont à peu près les même…».

Mais cette place de l’humain n’existerait, pour moi, que temporairement lors de la phase de mise au point de cette technologie. Un outil de ce type n’aurait pas pour vocation d’être modifié ou alors que très rarement. Rapidement, l’objectif sera de matérialiser l’état de la mer, de tenir compte d’un ensemble de paramètres, assiette bateau, vitesse, force du gréement…. de les exploiter dans un outil qui gérera la portance et la finesse à la place de l’homme. L’objectif final étant de gagner en qualité de mesure, analyse, réaction… et de libérer du temps pour d’autres actions. Celles pour lesquelles l’homme doit encore intervenir !

 

« Caractère marin »

On risque d’assister à des abandons pour des problèmes de régulation car l’engin aura perdu une grande partie de son potentiel.

Comme le souligne Yvan Bourgnon dans son livre Gladiateur des mers : « L’aberration est de voir de plus en plus de skippers abandonner une course océanique à cause de la perte d’une simple girouette en tête de mât qui ne donne plus la direction du vent… ».

Il y a quelques semaines je lisais le « coup de gueule » d’un éditorialiste sur la maitrise de la communication qui faisait perdre l’intérêt du suivi des courses. La maitrise des bateaux par l’électronique et/ou les abandons pour cause d’électronique déficiente, risquent de rendre les courses inintéressantes et de diminuer la passion du public. Car le public est majoritairement intéressé par l’aventure, la maitrise des éléments, plus que par la prouesse technologique !

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WSSRC

Le WSSRC est l’instance qui régit les records de vitesse à la voile. Début 2012, les règles de cet organisme ne permettait pas l’utilisation d’une régulation électronique mi 2012 elles ont été modifiées et l’ont été une nouvelle fois et vont, encore plus dans le sens de la possibilité d’utiliser un asservissement électronique.

21. Sailing rules

……

b. Manual operation

Unless categorized as ‘a vessel using powered sailing systems’ (21c), only human power may be used to work the vessel during the attempt, with the following exceptions:

i. Electricity may be used for instrumentation, navigation, communication, automatic steering and for domestic purposes such as lighting, heating, cooking etc. Generators including motors, solar panels, wind or water turbines can be used to provide electric power, together with the appropriate batteries and control gear. Mechanical power may be used for charging batteries, pumping bilges, loading, unloading or transferring ballast, for weighing anchor and for the powered and automatic control of in-water appendages. The operation of engines, motors, pumps or in-water appendages must not provide any element of propulsion.

international-sailing-federation-isaf-logo

ISAF

Deux points de la réglementation ISAF (International Sailing Federation) limitent l’utilisation d’une régulation électronique.

42 Propulsion – 42.1 Règle de base

Sauf quand cela est permis dans la règle 42.3 ou 45, un bateau doit concourir en utilisant seulement le vent et l’eau pour augmenter, maintenir ou diminuer sa vitesse. Son équipage peut ajuster le réglage des voiles et de la coque, et accomplir d’autres actions de navigation en bon marin, mais ne doit pas bouger son corps autrement pour faire avancer le bateau.

52 Energie manuelle

Le gréement dormant d’un bateau, son gréement courant, ses espars et appendices mobiles de coque doivent être réglés et manœuvrés uniquement par la force fournie par l’équipage.

L’ISAF aurait critiqué le WSSRC lorsqu’il a modifié les règles afin d’intégrer les travaux de régulation électronique de l’Hydroptère…

En 2010, l’ISAF à signalé à la FFV, et à l’organisateur Pen Duick, différentes infractions aux règles de l’ISAF :  vélo de Groupama (voir règle 42), système de largage automatique des voiles… En 2013, mêmes remarques de l’ISAF sans, semble t’il, de réaction du coté français.

Et la régulation mécanique par rapport à cette régle ? C’est le marin qui fait avancer le bateau qui génère alors le déplacement donc la force qu’utilise le système mécanique.

La régulation électronique ne semble pas irriter que l’ISAF puisque le collectif Ultim est aussi contre l’idée développée par le team Gitana. C’est d’ailleurs pour cela que le Team Gitana développe son projet de foils régulés hors du cadre de ce collectif.

Alors, bien sûr, on peut critiquer les règlements, dire que ce sont des freins à la créativité, que les IMOCA et ULTIM ne seraient pas là sans des classes plus ou moins ouvertes. Mais l’absence de règles c’est aussi le risque d’aller vers des extrêmes : longueur, fragilité, coût… qui ont tuées certaines classes : F40, Orma, Mod 70 (pour ne parler que des plus récentes).

Contacts

J’ai essayé d’obtenir l’avis de la FFV (5 personnes) et de l’ISAF (2 prises de contact) sur la régulation électronique mais sans succès (depuis les critiques de la FFV par l’ISAF, ces deux entités se sont rapprochées…). Je n’ai pas échangé avec le WSSRC puisqu’il semble clair que ce paramètre a été pris en compte et validé…

 

LZR Racer Speedo

LZR Racer Speedo

Peut-on arrêter le mouvement ?

Oui, cela s’est déjà fait. Restons dans un domaine aquatique, celui des combinaisons en polyuréthane. C’est un très bel exemple, de prise de conscience d’être allé trop loin !

Fin des années 90, les combinaisons en tissu arrivent progressivement.

Les premiers bons résultats sont obtenus lors des JO d’Atlanta en 1996.

En 2008, à la suite de plusieurs années de recherche (avec la Nasa), Speedo lance la LZR Racer. Une combinaison en polyuréthane assemblée par ultrason. En 2008, 105 records du monde sont battus dont 79 avec cette combinaison. Au JO de Pékin, 94% des médailles d’or ont été obtenues par des nageurs équipés de cette combinaison.

Les équipementiers ont profité d’un vide juridique pour imposer leur technologie. La Fédération internationale de natation, dépassée par les évènements, ne réagit que tardivement. En 2010, elle décide d’interdire les combinaisons en polyuréthane !

Les plus des combinaisons en Polyuréthane étaient les suivants : propriétés hydrophobes, contention des muscles, flottabilité, densité du matériau et bien entendu aspect de surface (10% la trainée en moins par rapport aux autres combinaisons).

J’ai sélectionné certaines des critiques faites à l’encontre des combinaisons polyuréthane. Ces critiques se rapprochent des celles qui pourraient être faites à l’asservissement électronique :

  • « dopage technologique » (Frédéric Barale)
  • « la natation est un sport dont l’essence est la performance physique du sportif, le principe le plus fondamental et non pas la technologie » (source non connue).
  •  » la technologie ne créé-t-elle pas des inégalités entre les sportifs ?  Et ne dénature-t-elle pas ainsi le sport ? «  (Annick de Susini)

Je rajoute un extrait d’un très intéressant article d’Adrien Cadot (Natation Magazine).

En faisant un peu de prospective on pourrait, en changeant quelques mots, imaginer un article sur le bannissement de la régulation électronique en 2025 (avant si possible !) !

« ….Les années 2008 et 2009 et leurs 255 records du monde améliorés resteront comme le paroxysme d’une marche accélérée vers la technologie. Une frénésie interrompue le 24 juillet 2009 par la FINA qui, admettant enfin les méfaits du polyuréthane, décrète un retour dix ans en arrière pour préserver l’authenticité d’une natation en souffrance. C’est la fin du tout polyuréthane, ère de science et de volupté esthétisante. C’est la fin du règne sans partage des équipementiers sur une natation en quête de modernité. C’est le retour à une natation au style dépouillé, authentique, où le nageur accapare la lumière… »

Pour plus d’informations sur le sujet un très intéressant TPE.

Vieux schnock ?

Peut-être suis-je réfractaire aux changements ?

Je travaille dans un domaine où la régulation est présente : mesures par scanner, analyse, action sur l’outillage, bouclage par nouveau scan… Je participe au développement et à la mise en place de certains de ces outils. Et c’est bien par ce que l’homme n’est pas en mesure de « faire le job ». Mais dans ce cas précis, ce n’est pas pour « dompter » les éléments, naviguer, mais pour améliorer une production industrielle.

Je crois que nous devons nous interroger sur la pratique de la voile sportive : utilisation des énergies autres que celle du vent et de la mer…

J’ai tort ? C’est possible. Peut-être que je vais contacter mon ami Christian Campi et me lancer dans la réalisation d’une pirogue Lakana (voir Rien, rien de rien) pour être plus près des éléments et « faire corps » avec eux !

Lakana de Christian Campi – photo F Monsonnec 2015

Lakana de Christian Campi – photo F Monsonnec 2015

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Question/réponse 6 : Possible modélisation de la ventilation

7 septembre 2016

Par Robinson Bassy et Grégoire Archambeaud

schema-ventilation-foil-en-v-f-monsonnec-02-2016

Nous sommes deux étudiants en deuxième année de prépa scientifique (option PC). Nous réalisons un TIPE autour de la problématique suivante : Comment améliorer les performances d’un bateau à foil en limitant le phénomène de ventilation grâce à des fences ?.

Notre démarche scientifique serait la suivante

1) Modéliser informatiquement deux profils de foils, un avec fences et l’autre sans et modéliser leur performances grâce à Héliciel par exemple.

2) Imprimer ces profils par imprimante 3D

3) Les tester en canal hydraulique, pour essayer de mettre en évidence l’apport des fences point de vue ventilation, notamment par rapport à la vitesse d’apparition de la bulle d’air, qui devrait être plus élevée pour le foil avec fences. Il semble difficile d’installer des capteurs de force en canal hydraulique et donc de tracer deux courbes de finesse, donc l’expérience risque d’être simplement basée sur cette vitesse d’apparition. Notre but est de valider (ou pas) la modélisation théorique informatique.

Nous nous inspirons grandement de cette vidéo :

Les problèmes que nous rencontrons sont les suivants

  • Nous n’arrivons pas à savoir si des logiciels tels que Héliciel prennent en compte le phénomène de ventilation, et s’ils peuvent comme nous l’espérons nous fournir à l’avance une vitesse d’apparition du phénomène ou au moins son impact sur la portance. Il faut bien sûr que nous en soyons sûrs avant de demander à nos profs d’acheter le logiciel en question. Qu’en pensez-vous ?
  • Nous n’avons quasiment aucune info sur la faisabilité de nos expériences en canal hydraulique. En effet, nous ne savons pas à quelle vitesse va apparaître le phénomène et donc si le canal que nous comptons utiliser (celui de l’Ecole Centrale de Lyon) pourra atteindre des vitesses suffisantes. Avant de continuer notre projet, il nous faut donc impérativement savoir si dans l’idée notre expérience est « plausible » et réalisable avec un foil « imprimé » peu résistant. Auriez-vous connaissance d’éléments théoriques simples, d’une modélisation nous permettant d’approximer cette vitesse ?
  • Nous n’arrivons pas à déterminer de manière certaine si le phénomène sera plus intéressant à observer sur un foil en V ou un en T, même si nous penchons fortement pour le foil en V, car la surface d’apparition de la bulle serait plus grande. Qu’en pensez-vous ?

D’avance merci pour vos conseils !

« Complément d’info. et nouvelles questions » 15/11/16

Il y a quelques jours nous avons effectué nos premiers tests en canal hydraulique, avec un foil en V, à peu près à 45° (angle diédral) et une vitesse d’écoulement de 1m/s. Nous avons, pour un certain angle d’incidence, observé clairement la création d’une bulle d’air le long du profil (nous pouvions presque glisser notre doigt sans être mouillé jusqu’à une profondeur importante). Pourtant nous n’arrivons pas à savoir si la bulle d’air est de la ventilation ou simplement un effet du décrochage. En effet, elle se crée à un angle d’incidence important et l’eau semble « sauter » au dessus de la paroi au lieu de s’y coller. De plus, les forces exercées par le foil semblent changer brusquement d’orientation à ce moment précis, comme lors du décrochage. Il s’avère donc que nous avons un crucial problème d’interprétation : peut-on parler de « ventilation dûe au décrochage » ? Le décrochage est-il induit et/ou aggravé par la ventilation ou est-ce l’inverse ?

Il semble en effet important de savoir si il faut distinguer ce type de ventilation d’une ventilation naturelle, apparaissant sans décrochage simplement à cause d’une dépression suffisante sur l’extrados. C’est dans tout les cas une piste intéressante pour nous d’étudier le lien entre les deux phénomènes.

Merci pour votre aide

Robinson Bassy et Grégoire Archambeaud

Tests en canal hydraulique - Robinson Bassy et Grégoire Archambeaud 11-2016

Tests en canal hydraulique – Robinson Bassy et Grégoire Archambeaud 11-2016

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Foils en L 2.0 – réflexions

19 juillet 2016

1. Avant 2013

Avant 2013, lorsque la folle idée de réaliser un voilier à hydrofoil vous prenait, vous deviez rapidement faire un choix. A quelle obédience allez-vous adhérer au sein de la religion du foil ? Foil en V ou foil avec régulation automatique ? D’ailleurs avant 2013 le choix était si « simple » qu’en 2008, je « pondais » un article « Foil en T ou foil en V ? ».

C’était avant que le design team d’ETNZ n’invente le foil en L2.0, un artifice pour détourner la jauge des AC72. Avant 2013, le facteur jauge rentrait alors rarement en compte dans le choix du type de foils. Rares étaient ceux qui avaient l’idée de mettre des foils sur un bateau appartement à une jauge. Je sais, il y avait bien eu en Moth Brett Burvill et Mark Pavic en 2000 et même avant Frank Raisin en 1972.

En tant que concepteur votre choix était, et est toujours, fonction de l’analyse des avantages et inconvénients de chaque système.

  • capacité à stabiliser en vol
  • résistance
  • complexité
  • prix
  • autres paramètres comme l’encombrement…

Une fois votre choix fait entre le foil régulé ou non régulé – donc celui de votre système de stabilisation de la hauteur de vol – vous aviez déjà éliminé un certain nombre de formes.

Puisqu’il s’agit d’un choix fondamental, attardons nous sur les solutions qui s’offraient aux concepteurs de foils avant 2013 (du bricoleur au responsable de design team).

 

1. 1 Foils en V ou traversant

Broomstick l’engin de Doug Halsey en 2007 – photo DR

Broomstick l’engin de Doug Halsey en 2007 – photo DR

Dans le premier cas, appelé souvent « foils de première génération », c’est l’élévation du bateau qui est sensée réguler la portance par la modulation de la surface du foil, l’incidence est elle le plus souvent fixe.

Foil V - F Monsonnec 03-2011

1.2 Foils en « T » ou régulés

Osprey, dernière création de Sam Bradfield – photo DR

Osprey, dernière création de Sam Bradfield – photo DR

Pour ces foils et aussi ceux en L, U, O… la surface portante n’évolue pas, c’est l’incidence qui est modifiée. Incidence pilotée par un système le plus souvent mécanique. Sa mission est de mesurer la hauteur de vol et de produire l’action nécessaire au mouvement de tout ou partie du plan porteur. J’ai listés les principaux systèmes existants dans « Historique des systèmes mécaniques de régulation » (en 3 parties). Et comparé deux systèmes : celui développé par Greg Ketterman et celui de Sam Bradfield, dans l’article « Palper en avant ou en arrière ? ».

Foil T - F Monsonnec 03-2011

Il existe une variante de foil en T non régulée, les foils de kitefoils et windfoils. La régulation est alors manuelle ou humaine, le pilote régule l’incidence par la position de son corps.

2. Depuis 2013, le cadeau du team ETNZ

Groupama Class C et ses foils en S à LSA 2016 - photo JF Daron

Groupama Class C et ses foils en S à LSA 2016 – photo JF Daron

Depuis la dernière Cup, grâce au cabinet Melvin et Morelli, vous avez le choix de suivre une nouvelle voie, une nouvelle vision du foil, celle des foils en L 2.0…  (je préfère utiliser le nom de « L 2.0 » car les foils en L existaient avant la 34ème Cup puisque développés par G. Ketterman en 1983).

Pour ceux qui découvriraient l’existence de ces lettres, une petite révision de « l’Alphabet du foil » s’impose.

Glossaire réalisé pour l’Alphabet du foil – F Monsonnec 2014

Glossaire réalisé pour l’Alphabet du foil – F Monsonnec 2014

Cette nouvelle voie repose sur des foils pas vraiment en V (mais un petit peu tout de même !) et surtout sans régulation automatique.

Cette nouvelle approche repose sur un mix :

  • diminution de la surface de foil par le décollage de l’engin (idem foil en V),
  • régulation par l’humain qui peut jouer sur l’assiette du bateau, et potentiellement sur la portance du foil par son incidence (rake) et la direction de la résultante de la portance (inclinaison/cant).
  • augmentation de la dérive par diminution de la surface immergée de la partie antidérive (shaft) et donc baisse de l’angle d’incidence (la direction n’étant pas celle de l’axe du bateau).

 

Foil L 2.0 - F Monsonnec 05-2016

3. Avantages / Inconvénients

Puisque les choses évolues, voici en bon « blue » dans le schéma « HBDI circle » (classement théorique de votre « caractère ») un nouveau récapitulatif des principaux avantages et inconvénients de chaque solution.

3.1 Foils en V (non régulés)

L'alphabet du foil - foils en V Hydrofoil - F Monsonnec 08-2014Avantages

  • Système « éprouvé »
  • Autorégulation théorique

Inconvénients

  • La résultante se déplace sur le foil en fonction de l’enfoncement
  • Risques de ventilation
  • Importants efforts (jambes de force le plus souvent)
  • Mécanisme de rétraction compliqué
  • Le centre de poussé doit passer par le centre de voilure, nécessité de grands bras et déséquilibre lors de la réduction de la voilure

 

3.2 Foils en T/L… (régulés)

L'alphabet du foil - foils en T Hydrofoil - F Monsonnec 08-2014Avantages

  • Régulation de la portance « automatique » (dans une certaine mesure)
  • Suivant le type, la résultante peut passer par la jambe de force (T)
  • Plan porteur immergé, moins soumis à la ventilation
  • Moins d’interférences avec les mouvements des particules
  • Voler avec ces foils oblige à la conception d’un système « savant »

Inconvénients

  • Régulation obligatoire
  • Fragilité des systèmes de régulation
  • Rétraction complète difficile
  • Trainée du nœud si liaison jambe de force / plan porteur

 

3.3 Foils en J, S, L 2.0… (non régulés automatiquement)

L'alphabet du foil - foils en L 2.0 Hydrofoil - F Monsonnec 08-2014Avantages

  • Permettent une sorte d’autorégulation
  • Permettent de contourner certaines jauges
  • La nécessité de réguler « artificiellement » oblige un haut niveau de compétence qui peu satisfaire les compétiteurs acharnés

Inconvénients

  • Foils complexes à réaliser
  • Instables en pilonnement
  • Fragilité des foils et des puits
  • Régulation tributaire de l’humain (moins simple que les « T ou V »)
  • Régulation moins souple et limitée
  • Système dangereux car instable
  • Equipage au rappel donc risque de chutes et de chocs
  • Nécessite un long apprentissage
  • Elitiste…

4. Bien et alors ?

Très intéressé par les foils régulés, sans être allergiques aux foils en V et aux derniers nés, je suis intrigué par le développement des foils en L 2.0 sur des engins non limités par une jauge.

Cette dernière solution semble attirer beaucoup de fidèles. Effet de mode ? Pourtant il faut se rappeler l’origine de sa création : une jauge, l’interdiction de réguler et une largeur limitée.

J’ai l’impression que certains ont découvert les foils avec la Cup et partent du principe que la solution des AC72 est LA solution.

Ce concept est une très belle innovation pour les classes limitées par leur jauge mais il reste, pour moi, inférieur au système de foils régulés (désolé Phil !).

De plus, il demande une régulation humaine exigeante qui ne peut être à la portée de monsieur tout le monde, d’autant plus sur une longue période ou au large.

Surtout, alors que l’on met de plus en plus en avant la sécurité, il est étonnant que l’on puisse aller vers une solution moins sécurisante.

Mes échanges foilesques à LSA 2016, m’ont renforcés dans l’idée que quelque chose cloche ! Je retiens la « sortie » de mon ami François Lys à propos du danger de la navigation sur certains engins au foils non régulés : « On n’a rien à faire au trapèze à 30 nœuds et ce sont des bateaux de série ! »

Et celle de Maurice Gahagnon : « Multiplier la vitesse par 2 multiplie l’énergie par 4, sans que la sécurité ne suive. »

Peut-être qu’il faut avoir navigué à plus de 30 nœuds en Trifoiler – à plat, au milieu de la coque centrale, sans avoir à faire de réglage et de rappel – pour comprendre ? Une telle expérience ferait sûrement changer d’avis un accro. du foil en L2.0 et autre foils détourneurs de jauge.

5. Conclusion

Est-ce que l’avenir des foils en haute mer, et pour le plus grand nombre, passe par l’amélioration et de le développement des foils en J, L2.0… ? Je ne le pense pas, ce serait même pour moi faire fausse route !

Je suis donc heureux du développement des Ifly 15, Stunt, Whisper et j’espère que d’autres projets de ce type vont voir le jour…

Alors peut être que ce point de vu est celle d’une personne qui ne croit qu’en des systèmes éprouvés et non en la capacité de l’homme à améliorer les foils en L2.0 ?! L’avenir nous le dira…

De toute façon, si le futur montre que j’ai tort, c’est que les concepteurs auront réussi à rendre le foil L2.0 (et ses petits frères) accessibles et sûrs et ce sera tant mieux ! Après, reste aussi à savoir comment…

6. Annexe, quels foils sur quels engins ?

Quelques bateaux plutôt récents et non spécialisés pour la vitesse

Foils en V (non régulés)

F2 = 1/2ρ x V² SC2 – 2014 – V (jusqu’à mi 2016 !)

L’Hydroptère – 1994 – V

Foils en T/L… (régulés)

Osprey – 2012 – T régulés par palpeurs trainés

Trifoiler – 1992 – L régulé palpeurs en avant

Windrider Rave – 1995 – T régulé palpeurs trainés

Whisper – 2014 – T régulés par palpeurs trainées

Stunt – 2014 – T régulés palpeurs trainés

UK M20 foiler – 2014 – T régulé palpeurs trainés

Kite foil Don Montague – 2008 – L

Moths – 2002 – T

Ifly 15 – 2016 – T

Foiler F1 – T régulé électroniquement

Foils en J, S, L 2.0… (non régulés automatiquement)

Easy to fly – 2016 – S

AC 45 – 2011 – L

AC 72 – 2013

Flying Phantom – 2014 – L

Nacra F20 – 2014 – S / L 2.0

Gunboat G4 – 2015 – L

Gitana, ex Mod 70 – 2016 – L

Autre ?

Quant 23 – 2015 – DSS (V ?)

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NY – Les sables, « good vibes » ?

17 juin 2016

Par Olivier Verschoore

Vibrations et confort

Que faire au Sables d’Olonne une semaine pluvieuse du mois de juin… accueillir les Imoca à foil ou à dérives de la première New York – Vendée évidemment !

Où est passée la foule immense des Vendée Globe ? Pour l’arrivée de cette nouvelle course il n’y a presque personne. Là où, dans 5 mois, 1 million de passionnés se presseront et jouerons des coudes pour avoir un autographe, la semaine dernière on pouvait tranquillement promener son Bouvier Bernois sur le ponton, discuter avec les équipes et les skippers, prendre son temps. Les enfants ont eu leur photo souvenir, un skipper serait même descendu pour donner une caresse au chien entre deux interviews.  Et c’est tout ? Ca dépend, si le badaud se trouve être un lecteur assidu de Foilers !, qu’il rêve d’avoir son Williwaw pour foiler tranquillement au milieu des océans, non ce n’est pas tout : on a pu « parler foil ».

Maitre coq avec Jérémy Beyou, Gitana 15 avec Sebastien Josse, Hugo Boss avec Alex Thomson, le podium de cette transat et monopolisé par les Imoca à foils.

Jérémy Beyou le vainqueur, avec une traversée en 9 jours et 17h, a fait adapter son bateau pour y loger des foils dernièrement. Il explique que sans les foils le bateau est lourdaud. Avec les foils le bateau devient très réactif. Il explique que lorsque le bateau commence à s’arracher à l’eau, l’accélération est franche, il devient même émouvant en répétant en boucle « ça accélère, ça accélère, on ne sait pas quand ça va s’arrêter ». Par contre les décélérations sont aussi brutales que les accélérations sont franches, avec une coque planante sans redans je dirais : « normal ». Les foils de Maitre coq sont équipés d’un aileron perpendiculaire à l’intrado au niveau de sa partie la plus courbe. Je ne me l’explique pas.

Sébastien Josse développe plus les aspects stabilité, confort et sécurité.

Les Imoca ne volent pas encore complètement. Ils sont soulevés un peu en avant du centre de gravité et l’arrière du bateau est au planning. C’est une configuration stable qui ne nécessite pas de modification de safran. Avec un plan porteur horizontal intégré le comportement de ce dernier en cas de choc serait modifié, on aurait alors peut-être à nouveau des cas de perte de safran.

Le problème dans cette configuration c’est le manque total de confort. Le bateau est soulevé sur l’avant et le clapot rencontre la carène sur une zone pratiquement plate optimisée pour le planning sans foil. Pas de V profond pour fendre l’eau, chaque vaguelette vient claquer sur la peau de carbone du tambour Imoca.

Pour achever le marin, les foils transmettent des vibrations très aiguës dans la caisse de résonance qui sert d’abri au marin. Morgan Lagravière sur Safran s’est particulièrement plaint de ce bruit qui rend fou. Tous les skippers portent des casques antibruit pour supporter ce sifflement.

Pour la sécurité, Sébastien pragmatique explique que les foils ont la même surface frontale projetée que les dérives. Le risque de collision est donc identique. Safran de Morgan Lagravière et Virbac St Michel de JP Dick ont explosé leurs foils, Tanguy Delamotte a fendu une dérive. Ce risque est donc similaire… à la vitesse prés : un choc à 15 nœuds ou à 25 nœuds en termes d’énergie à dissiper c’est pratiquement un rapport de 1 à 3. Le carbone n’ayant pas bâti sa réputation sur la résistance au choc, il se solde immanquablement par une amputation à la jointure.

Chirurgie suite à l’amputation sur Safran - photo O. Verschoore 06/2016

Chirurgie suite à l’amputation sur Safran – photo O. Verschoore 06/2016

Chirurgie suite à l’amputation sur Safran - photo O. Verschoore 06/2016

Chirurgie suite à l’amputation sur Safran – photo O. Verschoore 06/2016

Réparation à la truelle sur Virbac - photo O. Verschoore 06/2016

Réparation à la truelle sur Virbac – photo O. Verschoore 06/2016

 

Réparation à la truelle sur Virbac - photo O. Verschoore 06/2016

Réparation à la truelle sur Virbac – photo O. Verschoore 06/2016

Les foils de gitana ont un profil à peu près constant jusqu’à la courbure max du foil (pour pouvoir coulisser dans le puit) puis la corde devient franchement plus importante et s’affine régulièrement jusqu’au bout de foil.

Info Gitana : Le mod 70 qu’ils ont fait voler en mars est vendu afin de pouvoir faire un projet maxi « a foil ».

Alex Thomson sur Hugo Boss a fait un début de course sur les chapeaux de foils raflant le record de distance sur 24h. Malgré 4 chocs, avec probablement des poissons lune, pas d’avarie visible. Flegmatique et sympathique Sir Thomson tout sourire est juste content de ses foils ! Son bateau dont le triangle avant est batmaniesque a des foils avec de fines fences en carbone collées sur les deux tiers avant du profil. Ces dernières empêchent probablement de rentrer complètement le foil dans son puit. L’extrémité du foil est coupée net ce qui permet de bien voir le profil choisi. Des marques sur le foil sont visibles depuis le cockpit pour mesurer son immersion, l’extrémité n’est pas traitée car elle est sensée toujours être émergée.

Hugo Boss - photo O. Verschoore 06/2016

Hugo Boss – photo O. Verschoore 06/2016

Hugo Boss - photo O. Verschoore 06/2016

Hugo Boss – photo O. Verschoore 06/2016

Ces marins, et la moitié de la flotte Imoca, partiront dans 5 mois avec leurs foils de record de vitesse et de torture.

Comment faire pour diminuer ces contraintes ?

Sébastien explique clairement que « l’architecture des bateaux va changer : ils seront plus étroit et rond », le tambour de carbone devrait donc devenir de l’histoire ancienne dès qu’un architecte osera revoir en profondeur la carène. De même source aujourd’hui c’est l’équipe d’Alex qui est allée le plus loin dans le concept, son bateau est plus étroit alors que la largeur sur les Imoca est gage de puissance. La décision tardive de Jérémy lui aura été profitable, son bateau est « d’ancienne génération », il a donc pu conserver des ballasts plus volumineux que les nouveaux bateaux. Avec l’adjonction d’un foil qui déplace sensiblement la poussée verticale habituellement assurée par la carène : le couple de redressement augmente, la puissance potentielle augmente.

Que faire pour les vibrations et les sifflements des foils? Cette question je ne l’ai malheureusement pas posé aux principaux concernés. Votre apprenti reporter n’a pas de carte de presse et parfois la timidité prend le pas sur l’opportunisme. Je vais donc répondre avec mes moyens et les informations trouvées sur le net.

J’aurai bien aimé que tout ce boucan soit dû à la cavitation. Les bateaux ont fait la traversé en 9 jours, pas en 4 jours, même à 25 nœuds difficile de penser qu’il s’agisse de cavitation. Donc la cavitation en Imoca ça viendra mais pour nos new-yorkais il s’agit d’autre chose.

Ce bruit les adeptes de catamaran type F18 le connaissent. Etudiant je l’adorait. Il voulait dire : Oliv tu fonces, ton bateau te remercie en chantant. Pas sûr que j’apprécierai cette chanson 24h/24 pendant 3 mois. Les surfeurs connaissent aussi ce sifflement. Ils le suppriment en ponçant le bord de fuite.

Ce bruit serait dû à l’instabilité du vortex sur le bord de fuite. Alternant rapidement de l’extrado à l’intrado ce dernier fait osciller la dérive ou le foil comme vous pouvez le voir sur cette vidéo.

Comme toute structure le foil possède une fréquence propre, si l’oscillation s’en approche la résonance augmente considérablement l’amplitude. Si cette fréquence propre se situe dans l’audible le concert peut commencer. Sur la vidéo le bord de fuite est biseauté de manière asymétrique pour réduire les vibrations.

Il s’agit probablement de la cause racine de ce bruit.

Le fait d’avoir des foils courbés ou en L avec des profils évolutifs risque de ne pas simplifier l’éradication de la cause racine, on peut donc vouloir aller plus loin en limitant la propagation de la vibration dans le foil et vers la cabine. Pour cela il faut appliquer la méthode masse/élastique : faire un foil et un puit avec des matériaux lourd et isoler le puit du reste du bateau avec un matériau élastique : un silent block.

Enfin pour les fans de technologie la vibration pouvant être captée en amont, un haut-parleur peut être actionné pour diffuser l’onde inverse du son du foil et réduire ce bruit. Je ne suis pas fan mais ce n’est pas de la science-fiction, ça se fait dans divers secteurs de l’industrie et dans les casques d’aviateur haut de gamme.

L’intérieur de la cabine peut pour finir être équipée de surfaces absorbantes, les boites a œufs des salles de répet de notre adolescence, les tentures de châteaux ou les sifflets des chambres anéchoïques par exemple.

Cependant traiter le problème a sa source reste la meilleure solution car les vibrations ne fatiguent pas que les marins, elles fatiguent aussi les matériaux.

Que faire pour les chocs ?

Il y a 20 ans avec l’essor des NGV on parlait de sonar capable de détecter les obstacles proche de la surface vers l’avant du navire. On a aussi parlé de caméra thermique. Je n’en entends plus parler. Le moyen de détection du moment s’appelle REPCET. Il est spécialisé dans la détection de cétacés et fonctionne un peu comme coyote avec les flashes routiers. Un marin qui voit une baleine transmet sa position et le logiciel diffuse cette position aux autres bateaux avec une zone de probabilité qui s’élargie avec le temps. Si son utilisation est adaptée pour inclure les objets flottants dans la base de données en tenant compte des courants et que son utilisation est généralisée ça pourrait bien marcher.

Toujours en F18 lorsque les grosses méduses envahissaient le pertuis proche de La Rochelle le blocage bille ressort était efficace pour les chocs sur les safrans, pour les chocs avec les dérives en général l’équipier au trapèze allait embrasser violemment le mat. La hantise de la ventilation sur les dérives a poussé à les encastrer dans la carène. Il est peut-être temps de modifier la liaison de ces appendices afin de les protéger comme les safrans avec une liaison pivot et un indexage bille-ressort. Ça va faire un peu péniche hollandaise mais si ces solutions peuvent économiser du carbone et épargner Flipper le dauphin ça mérite d’être essayé. Evidemment la rotation interdirait les foils en L, J, C,H etc.

Le risque de choc et les moyens de s’en prémunir a été traité de manière plus complète dans l’article « Les obstacles » il y a 6 ans (Par Xavier Labaume).

Conclusion

La roue pour permettre des déplacements tout terrain, rapides et confortables a dû être équilibré, équipée de pneumatique et de suspension. Le foil hauturier a également besoin de périphériques pour en tirer le meilleur. Sur un tour du monde, le navire qui gagnera ne sera pas forcément celui ayant trouvé la géométrie avec la meilleure hydrodynamique mais celui pouvant garantir cette utilisation en continue pendant 1874 heures.

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Quel futur pour la régulation ?

6 mai 2015

Après un récapitulatif des projets d’hydrofoils océaniques, l’excellent article de Daniel Charles sur la faisabilité d’un hydroptère hauturier, voici le troisième article sur cette thématique.

Est ce que l’on va voir un jour des bateaux voler à travers les océans ? C’était la première question que je posais en introduction de mon article, je n’y réponds pas vraiment (!) mais vous allez le voir (ou plutôt le lire) j’en pause d’autres ! Car comme le titre de cet article l’indique, c’est la régulation des foils qui m’intéresse…

A – Les multicoques du futur proche

Voleront ils ou pas ? Je pense que deux visions peuvent s’affronter :

  • celle des rêveurs, des enthousiastes, qui estiment que c’est possible et très rapidement.
  • celle de ceux qui pensent que ce n’est pas pour demain. Une majorité de « vieux » qui ont suivi la lente progression des hydrofoils !

Mais deux autres courants de pensée, sous-jacents et plus fondamentaux, peuvent aussi apparaitre :

  • celui des pro-technologies pour lesquels il n’y a pas de limite au développement d’outils de mesure et de régulation.
  • le second, celui de ceux qui estiment qu’il y a un risque de créer un bateau hyper technologique, et qu’il faut interdire les systèmes de régulation non mécanique.
AC 72 Emirates Team NZ's - photo Gary Baigent 2 07-2012

AC 72 Emirates Team NZ’s – photo Gary Baigent 2 07-2012

B – Avant de poursuivre…

Penchons nous sur le passé, comment en sommes nous arrivés à ce que les engins de course puissent difficilement se passer d’une énergie autre que celle du vent ?

L’OSTAR (Observer Single-handed Trans-Atlantic Race) de 1976 a vu la victoire de d’Eric Tabarly devant Club Méditerranée, le monocoque de 72 m d’Alain colas. C’est aussi lors de cette course que les pilotes électriques furent adoptés. Après les pilotes électriques sont apparues les pompes à ballast puis les quilles pivotantes inclinées par des vérins…. Comme le soulignait Daniel Charles, dans un article de Course au large de 2006, les voiliers sont devenus : des « engins à moteur ! ». Sans ce couple moteur / alternateur, pas d’électricité, pas de mouvement de vérin ou de pompe… et par conséquent, pas de rappel et de pilotage.

Face à cette étrange situation – car le terme « voilier » est lié à l’utilisation de la force du vent et ce n’est plus seulement le cas – des passionnés, travaillent sur des projets de bateaux « verts » (Team DEFIS, Ecosailing project…). Ils montrent du doigt LA contradiction. Les voiliers, engins basés théoriquement sur un moyen de propulsion écologique, sont devenus dépendants d’énergies le plus souvent fossiles.

C – La rencontre !

Imaginons la rencontre entre un anti et un pro régulation électronique. Assis tranquillement devant un/une …. (placez ici le nom de votre boisson préférée), bien au chaud au Café du port, voici deux passionnés qui échangent sur l’avenir de la course au large.

  • Philippe Enthousiaste (PE) : …..la dernière America’s Cup est pour moi un tournant dans l’histoire des foils, je crois que les Peyron, Gabart et autres funambules vont bientôt traverser l’atlantique sans toucher la surface.
  • Marc Réfractaire (MR) : mouais, pas sur, j’ai lu dans la revue Bateaux, que le premier voilier qui a décollé l’a fait en 1913, il a donc fallu attendre un siècle pour voir un début de démocratisation du foil, donc j’ai des doutes. Il y a encore beaucoup de problèmes à résoudre.
Nancy maquette volante de A. G. Bell et Casey Baldwin – dessin F. Monsonnec 04-2013

Nancy maquette volante de A. G. Bell et Casey Baldwin – dessin F. Monsonnec 04-2013

  • PE : tu sais, la jauge des AC72 devait empêcher ces catamarans de voler et ils volaient. Moi, je pense que rien n’est impossible.
  • MR : il ne faut pas confondre un engin conçu pour des sorties à la journée, sur un terrain de jeu limité et manœuvré par de nombreux équipiers et l’atlantique en solitaire. Tu ne fais pas le Paris Dakar avec une Formule 1.
  • PE : OK, alors c’est quoi les freins ?
  • MR : la régulation, sur les AC72 il fallait un mec à 100% aux commandes et on n’a vu des plantés.
  • PE : tu reprends un/une…, chui à sec comme les lignes de quilles d’un hydroptère bien régulé !
  • MR : OK, mais revenons à nos foils, je disais que la régulation n’était pas au point sur les AC72.
  • PE : mais c’est la jauge qui les obligeait à utiliser des systèmes bancals !
  • MR : même avec une régulation sur le safran, sur un gros bateau, on ne sait pas vraiment faire. On n’a pas beaucoup cherché non plus. « Tous » les grands hydrofoils qui ont volés sont des engins non régulés. Les AC 72 on sait pourquoi. Quand à l’Hydroptère, il a réussi à repousser les limites d’une configuration que l’on disait autostable et qui ne l’est pas, en tout cas pas dans toutes les conditions. C’est d’ailleurs pour cela que le team à testé en 2012 des capteurs visant à réguler l’incidence du safran. Ah si, il y a trois engins qui ont été équipés d’une régulation et qui ont volés dans du « gros temps. Monitor, tout d’abord qui a navigué en baie de San Francisco avec des creux supérieurs à 1 m (soit l’équivalent de 2,7 m de creux sur un bateau de 20 m). Aux dires de Neil Lien, l’assiette était parfaitement maintenue, sauf pour l’équipage qui n’était franchement pas dans son assiette avec la violence des accélérations verticales ! Mais aussi, Eifo, un tri de 25 pieds dessiné par Sam Bradfield et Scat, son grand frère de 37 pieds. Scat aurait même volé par gros temps lors de la Miami to Nassau Race….

 

 

 

 

  • PE : d’accord les avancées sont pour le moment assez faibles, mais cela va venir ! De bons capteurs infrarouge, une centrale inertielle, des vérins, et hop !
  • MR : malheureux ! Et elle est où la place du bonhomme dans tout ça ?
  • PE : le bonhomme mais c’est lui qui invente, lui qui choisi le type de pilotage, lui qui tire sur les bouts !
  • MR : je crois qu’on est parti pour une bonne joute verbale et comme j’ai esthéticienne dans une heure, pour aller plus vite, je vais chercher un papier et un crayon et on va noter nos arguments.
Sur l’étrave, système IR, l’Hydroptère 2012 – photo F. Monsonnec 04-2012

Sur l’étrave, système IR, l’Hydroptère 2012 – photo F. Monsonnec 04-2012

 D – La liste de Philippe et Marc

1 – Les arguments de Philippe E, le pro-technologie

LA seule voie
Aujourd’hui, et sûrement à l’avenir, il n’y a pas de solution mécanique fiable et capable de réguler dans toutes les conditions, l’électronique est LA voie. L’intérêt du système n’est pas seulement d’appliquer la force propulsive lorsque le bateau a la bonne assiette pour la recevoir ; il y a un feedback, si les foils ressentent une résistance accrue (cas d’une vague), ils vont changer la transmission d’énergie, et ce feedback est capital dans les vagues. En mer, il ne suffit pas de varier l’angulation des foils, il faut aussi varier le couple de cabanement du gréement.

Un sujet de développement passionnant
C’est l’ouverture d’un « nouveau » champ de création. Un passionnant carrefour de différents domaines : architecture navale, mesures, informatique… Ce sont les balbutiements d’une nouvelle aire, celle des voiliers volants sur une longue distance et durée. C’est la naissance d’un nouvel engin hybride aux appendices pilotés, mus par des forces naturelles dans un milieu naturel …

 Projet de trimaran automatisé - Popular mechanics july 1986


Projet de trimaran automatisé – Popular mechanics july 1986

Ce n’est qu’un pilote auto
Les pilotes automatiques sont déjà autorisés. La régulation d’un volet incliné ou horizontal revient à celle d’un safran vertical, on pilote toujours une position, c’est l’axe qui change.

Un outil puissant
L’électronique, en faisant de micro-changements d’assiette à grande fréquence, permet de créer un engin instable (en aviation on parle de stabilité relaxée), qui a une bien meilleurs finesse (on a parlé d’un gain de 7% du aux commandes électriques dans le Mirage 2000). Ce type de systèmes offrira une gamme de réglages importante. Il sera possible d’utiliser différents modes de régulation en fonction des conditions de navigation.

L’homme aux commandes
L’homme sera toujours là pour régler et choisir parmi différents modes. Le pilotage automatique des voiliers et le routage n’ont rien enlevés au mérite des marins. Personne de s’est offusqué lors de la création de pilotes auto, pourquoi est ce que ce serait différent pour la « régulation » d’un foil ?

Un gage de sécurité !
Le vol permettra de limiter l’impact des vagues et, à part les foils, la structure va moins souffrir ! Surtout, la possibilité de réguler en latéral et longitudinal doit permettre de garantir une stabilité et de limiter les retournements…

Un combat d’arrière garde
Le « combat » des anti-régulations électroniques peut être comparé à celui des personnes qui au XIXème siècle avaient peur de la vitesse du chemin de fer et des troubles qu’elle allait occasionner, une peur de l’avenir…

2 – Les arguments de Marc R, l’anti-régulation électronique

L’homme, rien que l’homme aux commandes
Interdire la régulation par capteurs non mécaniques c’est rester dans le cadre d’une équation simple : vent + bateau + humain. Sans faire intervenir un quatrième élément « l’intelligence artificielle (IA) ». De grands cerveaux comme Stephen Hawking (qui utilise des outils très développés pour s’exprimer), ainsi qu’Elon Musk (qui a investi des millions dans Vicarious, entreprise d’IA), nous mettent en garde envers les dangers de l‘IA. La perte de contrôle du domaine du vol n’est rien par rapport aux risques mis en avant par ces chercheurs, mais risques il y a bien ! Comme le dit l’anthropologue Daniela Cerqui : « Nous déléguons à ces machines de plus en plus de prérogatives de l’humain, afin qu’elles soient plus performantes que nous. On va finir par devenir leur esclave ».

Le dénomination « foil asservi électroniquement » est parfaite. Car ce n’est pas seulement un asservissement, au sens de la gestion de signaux et de contre-réaction, mais un asservissement de l’homme au sens d’une perte de maitrise.
Serions-nous prêt à accepter que le vainqueur du marathon de New York dispose d’un outil de mesure et d’analyse des impulsions musculaires, couplé à un système de stimulation disposé sur ses muscles ? Ou un tour de France en vélo électrique (quoi que, avec le dopage… !) ?

La victoire d’un skipper et non celle de programmateurs
Autoriser la régulation électronique, c’est laisser d’autres que le skipper maîtriser le vol, et non le pilote ou l’ingénieur qui aurait développé un système mécanique. L’électronique c’est la démocratisation du foil par l’abandon des solutions mécaniques et de l’apprentissage du pilotage des foils.

Vers le tout piloté, le voilier drone
Autoriser ce type de pilotage, c’est faire un pas vers celle du gréement et de la trajectoire. Que des engins de plaisance de ce type se développent, pourquoi pas, mais pas en course ! Les voiliers pourraient devenir des « drones habités » (antinomique). Une voix de synthèse annoncera : « votre pilote AltidiX vous informe que votre amerrissage est prévu en baie de Cassis à 18h25. Enfin, si se foutu thermique, qu’on ne peut pas réguler, ne faiblit pas ! ». Ce n’est pas du domaine du rêve. En 1968, John Walker, ingénieur en aérodynamique, a démarré le projet Planesail qui a vu en 1989 la mise à l’eau d’un bateau de série. Le pilotage était déjà supervisé par un ordinateur. Fin 2013, Saildrone, un trimaran autonome à fait la traversée San Francisco / Hawaii. De nombreux autres projets existent comme le tour du monde de Dronautic ou le projet de drone à foils sur lequel travaillait Sam Bradfield à la fin de sa vie, le HWT-X3.

Planesail bateau automatisé - photo revue Bateaux juin 1990

Planesail bateau automatisé – photo revue Bateaux juin 1990

 

HWT-X3 de Harbor Wing

HWT-X3 de Harbor Wing

Vers le risque de ne pas pouvoir naviguer sans électronique
La régulation électronique, c’est naviguer sur un bateau incapable de voler sans régulation. Vous montez sur votre Flyboy 8 mais vous êtes à plat de batterie et le soleil est aux abonnés absents, impossible de naviguer. Le safran a été conçu pour être électroniquement régulé et n’est pas gérable par un cerveau humain. Il y a plus de 2000 ans les austronésiens traversaient le pacifique mais vous ne faite pas Lorient/Groix sur votre trimaran de 8m ! On se retrouve comme un pilote d’avion intrinsèquement instable : pas d’énergie, pas d’ordinateur, pas de vol.

Tout n’a pas été testé…
Même si cela semble difficile et que pour les bateaux à moteurs les palpeurs ont été supplantés par les capteurs, tout n’a pas été testé. Comme la voie développée par Gordon Baker en 1950 : le pilotage par les efforts sur le gréement… A l’extrême, la régulation électronique du vol c’est le stabilisateur gyroscopique pour un deux roues.

Monitor extrait du brevet US2856879

Monitor extrait du brevet US2856879

 

E – Retour au Café du port

  • PE : Marc, intéressante ton idée de noter nos arguments mais je reste persuadé que la solution viendra de la régulation par un système piloté électroniquement ! Et toi, je suppose que tu restes sur ta position ?
  • – MR : et même encore plus depuis que nous avons mis nos idées sur le papier ! Je suis persuadé que nous sommes à un tournant. Il faut repenser l’ensemble de la problématique des énergies et de leur gestion. Il faut étendre le débat à l’origine de l’énergie ! Cela fait un moment que j’y pense et voilà, pour moi, la situation actuelle et là où pourrait s’insérer « la bête immonde » :

Principales énergies utilisées sur un voilier de course en 2015 - F Monsonnec 2015

  • PE : dis donc, tu n’avais pas un peu préparé ton sujet ? En tout cas, il n’y a rien qui me choque dans le fait d’intercaler un ordinateur dans ton processus ! L’homme n’a pas développé des outils pour qu’on les laisse dans la « boite à clous » ! Ou alors, il faut revenir à la houe et aux bœufs !
  • MR : tout ce que l’homme invente n’est pas bon pour l’homme ! Il faut savoir faire le tri. Mais je crois que si nous voulons pouvoir naviguer ensemble cet été dans les courreaux il faut que l’on évite de poursuivre cette discussion. Où cela va finir à coup stick dans la gueule !

F – Quelques projets de voiliers à foils électroniquement régulés

  • L’Hydrofoiler F1, un engin de loisir Allemand, a des foils régulés électroniquement.
Hydrofoiler F1 – Site Hydrofoil by CatLift

Hydrofoiler F1 – Site Hydrofoil by CatLift

Hyraii, essais positifs – photo via rapport Fadri Furrer-Pascal J. Gohl 2010

Hyraii, essais positifs – photo via rapport Fadri Furrer-Pascal J. Gohl 2010

H – Intérêt de ce questionnement ?

Est-ce que la question de l’installation ou non de régulations électroniques, et donc ce possible débat, n’existe pas ?
Pour moi, il existe. Le WSSRC à ajusté ses règles en 2012 pour que l’Hydroptère ne sorte pas de son cadre. J’avais à l’époque envoyé un mail à Claude Breton, du WSSRC, lui demandant si le système que voulait développer l’hydroptère (voir L’Hydroptère DCNS, « Dernière sortie avant le Pacifique« ) n’enfreignait pas les règles de cette instance (voir Ptites News 26 de 07/2012 et 28 de 12/2012). Claude Breton m’avait très gentiment répondu. Il s’était posé la même type de question, mais avec un avis bien différent du mien. Et il avait préféré que le WSSRC réalise des ajustements aux règles de manière à ce que ce point ne devienne pas une source de divergences…

Et ce n’est pas la perpétuelle amélioration des produits disponibles qui va empêcher les concepteurs d’imaginer utiliser des actuateurs comme ceux proposés par un fournisseur comme Tolomatic.

I – Conclusions

Philippe et Marc ne sont pas sur la même longueur d’onde. MR est plus virulent que PE. Marc a, entre autre, peur d’être dépossédé de sa capacité à régler un bateau. Il peut admirer la prouesse technologique mais il se demande s’il faut toujours la cautionner ?

Vous l’aurez compris, Marc c’est moi, j’aime l’innovation mais je suis contre la régulation électronique, j’estime que :

  • le pilote automatique des safrans ne devrait être autorisé que pour les courses et navigations en solitaire,
  • le pilotage des foils devrait être, soit mécanique, soit inexistant.
    Mais aussi que :
    Les règles de course doivent intégrer la gestion des énergies pour que l’on revienne le plus possible à des courses de voiliers et non à celles de « Fiftys » (pour les plus jeunes, voir ICI).
    Pourquoi pas, puisque Comanche, le maxi de 100 pieds, plan VPLP/Verdier, n’utilise l’hydraulique que pour le basculement de sa quille. Pourquoi ? Pour abaisser son rating en IRC. Une modification de jauge pourrait donc bien faire évoluer plus que les dessins, les orientations et les mentalités !

Et vous, qui d’entre vous vote pour les idées de Philippe E, qui pour celles de Marc R. Peut être que « l’avenir » est en marche et que nous verrons dans 10 ou 20 ans des trimarans à foils régulés électroniquement ? Et peut être qu’en 2035, un groupe de voileux du futur militeront pour une classe de voiliers de course autonomes ?

J – Remerciements/et aussi

Merci à Daniel Charles d’avoir mis à ma disposition ses articles traitant de la même problématique.

Daniel a aussi accepter de lire cet article avant tout le monde (le pauvre), nous avons échangé et il m’a signalé plusieurs points que je n’avais pas abordés.
Tout d’abord, l’utilisation de foils peut se justifier (voir intérêt du débat) par le fait que pour aller plus vite on ne pourra pas faire plus grand que Banque Pop VII/Spindrift, par contre, potentiellement plus petit mais volant.
Et aussi que nous allons arriver face à un « mur de vitesse », aller à 45 nœuds, c’est possible, passer à 65, c’est autre chose.
Les foils peuvent être une des solutions pour passer au dessus de ce mur. Mais il faudra alors être capable de passer de foils subcavitants à des foils supercavitants.
J’avais parlé de ces deux points dans la conclusion d’un article pour Bateaux, c’était donc, pour moi, des évidences !
Extraits de « Un siècle d’hydrofoil » à la voile Bateaux janvier 2014 :
« …La mise au point de foils pilotés mécaniquement, pourrait être une réponse élégante au gigantisme… » & «… Sauf à réussir la gageure d’inventer des foils au profil évolutif en fonction de la vitesse, ou bien, interchangeable en navigation… »
J’avais supprimé ce dernier point de ma conclusion déjà assez longue, il est vrai que mon document de base faisait 15736 mots et que seuls 3253 ont été conservés !

Surtout, Daniel me le faisait remarquer, cet article aurait du être précédé d’un premier, qui pourrait avoir comme titres : « Comme aller plus vite ? » ; « Passer de 45 à 65 nœuds ? » ; « Les limites actuelles… »
Bref, une étude prospective de la navigation à grande vitesse à la voile.

Lors de cette discussion, Daniel m’a aussi fait part de certaines idées extrêmement judicieuses, certaines que j’ai reprises avec son accord, d’autres que je ne souhaite pas développer car j’estime qu’alors je ne ferai que développer ses idées !

 C’était un peu long non ? Tout le monde est parti avant la fin ?


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