Les bateaux de Didier Costes

J’ai toujours été intrigué par les réalisations de Didier Costes et je souhaitais depuis longtemps aborder ses réalisations sur « Foilers ». J’ai d’ailleurs déjà eu l’occasion de présenter un de ses bateaux à l’occasion du « Ptit jeu N°4 » (où j’avais placé la copie d’un petit article « Humeurs d’un coureur » datant de 1982).

Comment ne pas reconnaitre dans les réalisations de monsieur Costes ou de Bernard Smith, l’architecture des Sailrocket 1 et surtout celle de la version 2 ?

De plus, je pense que le « Chien de mer », principe déjà évoqué sur « Foilers » (Aile d’eau, travaux de Luc Armand, article L’Aile d’eau foil immergé ou traversant ?), représente un vaste champ de recherche pour la vitesse et les loisirs, donc le futur… !

Mais les réalisations de Didier Costes sont si particulières que j’avais peur de réaliser un « papier » entaché d’erreurs. C’est alors que je me suis souvenu d’un article lu dans le « Catalist de juillet 2005 » (revue de l’AYRS, The Amateur Yacht Research Society). J’ai donc demandé à Didier Costes s’il pouvait me transmettre la version française de cet article (j’ai rajouté les photos et les liens). C’est  maintenant avec grand plaisir que je vous propose de plonger dans l’univers de Didier Costes…

I – Didier Costes

par lui-même avril 2012

Ingénieur de Pont et Chaussées d’abord en poste en Afrique, j’y ai acquis un « Patin a Vela » que j’ai tenté d’améliorer. Revenu en France et détaché au CEA, j’ai longuement travaillé sur la sûreté ou l’architecture des réacteurs. J’ai aussi voulu accroître la vitesse des bateaux à voile en utilisant des ailes marines ou « foils » s‘accrochant à la surface de l’eau, leur forme courbe procurant une émersion stable. La première aile a été celle du « Chien-de-mer », tiré à la surface de l’eau par un câble oblique attaché à la mâture d’un bateau ou à un engin volant L’aile courbe était d’abord symétrique en hauteur, tirée par deux câbles attachés aux extrémités et se rejoignant au dessus de l’eau, le plus court au dessus, un empennage assurant la stabilité en lacet. L’inversion du sens de marche était obtenue par réglage des longueurs de câbles. Attaché à la mâture d’un dériveur, l’appareil permettait une navigation en contre-gîte avec effet porteur de la voile, mais le câble immergé se mettant à vibrer limitait la vitesse. Je suis ensuite arrivé à un Chien-de-Mer restant dans la même position enfoncée en crochet dans l’eau, à deux bords symétriques, le sommet hors d’eau étant lié à un timon portant une traverse en extrémité, recevant deux câbles plus ou moins tendus. Sans traînée de câble dans l’eau, la finesse hydrodynamique est de l’ordre de 8 à 10, bien supérieure à celle d’une coque avec dérive. La stabilité en tangage est procurée par une poutre longitudinale avec palpeurs.

Entre temps, je travaillais aux voiliers « Exoplane », praos portant à chaque extrémité une aile marine courbe orientable, celle à l’arrière plus en crochet, la voile oblique porteuse déportée sous le vent, la coque ainsi soulevée et la stabilité en roulis assurée par un flotteur hydroplanant sous la voile. L’Exoplane-1 a convenablement volé en 1969 en France, puis en 1972 à Weymouth mais sa coque en mousse prenait du poids en absorbant l’eau. J’ai certainement atteint 25 nœuds à Weymouth, dans un vol interrompu par la rupture d’une aile en plastique. J’ai ensuite construit Exoplane-2 en alu et réussi de beaux vols mais sans être chronométré car les trajets étaient chronométrés sur les trajets abattus demandés par les autres concurrents. Témoignage à partie d’un bateau à moteur : plus de 25 nœuds, avec agréable « Design Award » en 1976. Le jour du chronométrage, très peu de vent et seulement 13 nœuds.

Autres tentatives à Brest, puis avec Hervé Le Goff Exoplane-3 malheureusement trop lourd et peu voilé, bon seulement par vent fort. Ensuite Exoplane-4 tripode à coques et ailes marines orientables, avec essais interrompus à la suite du vol de diverses pièces. Petit  Exoplane-5 essayé à Weymouth sans grand succès. Tous ces bateaux étaient transportables sur ma voiture.

A l’heure actuelle, poursuite de réflexions et essais avec Sylvain Claudel sur le Chien-de-Mer associé à un parapente ou Skysurf.

En 1972, le CEA me charge d’étudier la faisabilité d’un dirigeable capable de transporter des charges industrielles. Je poursuis mes recherches dans ce domaine, A partir de 1988 collaboration avec Jean-Marc Geiser, architecte et créateur d’ULMs, dont le fils Luc avait créé le dirigeable Zeppy monoplace à propulsion musculaire. En 1992, tentative de vol transatlantique par Gérard Feldzer et Nicolas Hulot sur Zeppy-2 à propulsion musculaire et Chien-de-Mer, tentative arrêtée sur dommage à l’enveloppe.

En 2000 je crée la SARL Liftium pour tester mes idées, avec Liftium-1, dirigeable souple de 250 m3 avec moteur 10 kW arrière orientable en lacet et tangage par le pilote. Ce dirigeable montre en 2002 une remarquable maniabilité et une stabilité de vol mais, n’ayant pas trouvé de point d’amarrage pour une nuit, je dois l’amarrer à ma voiture et une bourrasque le détériore, montrant la déchirabilité du tissu utilisé. Ceci me conduit à ne plus envoyer de pilote sur cet appareil. Je construis alors le Liftium-2,trilobé à arrière élargi en delta pour lui conférer une forte portance aérodynamique mais ne puis arriver aux essais en vol, après défaillances de certaines personnes. J’ai l’espoir de voir ma forme trilobée delta adoptée pour d’autres appareils destinés à l’observation.

II – Remarques sur les voiliers à hydrofoils

article Catalist de juillet 2005

 A – En matière de coque ou flotteur, ces voiliers peuvent être :

  • « classiques » (monocoque, catamaran ou trimaran à géométrie fixe en symétrie bilatérale avec un avant et un arrière), les plus nombreux, du Monitor de 1954 (34 nœuds, non officiel, après démarrage tracté) jusqu’à Longshot (42 nœuds en 1992), en passant par Icarus, Mayfly, etc
  • encore avec un avant et un arrière, mais dissymétriques, pour une marche préférentielle sur un bord, par exemple avec deux coques décalées (l’impressionnant Clifton Flasher en 1972, Crossbow 1 et 2),
  • praos, en symétrie avant-arrière, amphidromiques, prenant le vent toujours du même côté, comme mes Exoplanes à partir de 1968, et les praos de Bernard Smith,
  • en tétraèdre ou pyramidaux, à plusieurs flotteurs plus ou moins orientables, selon les propositions de Bernard SMITH en 1964, jusqu’au Yellow Pages dissymétrique (45,5 nds),
  • monocoques orientés par les pieds du pilote (planches à voile, 44 nds).

B – En matière de voile :

  • mât droit sur la coque, avec une ou plusieurs voiles ne participant pas à la sustentation ou enfonçant le bateau du fait de la gîte (voiliers « classiques »),
  • voile oblique pour sustenter, largement décalée sous le vent pour que la force produite n’ait plus d’effet de gîte, comme pour les cerfs-volants (Bernard SMITH, mes Exoplanes, Yellow Pages),
  • voile oblique pour sustenter, constamment équilibrée par le pilote (planches à voile),
  • en cerf-volant ou « kite » (Jacob’s Ladder, Stewkie…).

C – Les hydrofoils, assurant la sustentation de la coque émergée et la fonction anti-dérive, sont :

  • des lames simples perçant en oblique la surface (souvent pourvues de « fences » contre la ventilation d’extrados et d’une partie basse verticale),
  • des grilles (Monitor),
  • des lames courbes (Exoplane), pour améliorer la stabilité verticale,
  • des profils de sustentation immergés avec réglage d’incidence par palpeurs en surface, la fonction anti-dérive étant fournie par des lames verticales (Longshot).

Le Chien-de-Mer, tiré vers le haut par un câble oblique,l peut être associé à un bateau ordinaire dont il assure la stabilité à la gîte, ou à un planeur tel qu’un  parapente, ou à un ballon dont la forme procure une bonne finesse aérodynamique. d’où la possibilité d’un vol sur l’eau à plus grande vitesse qu’un voilier.

Mon choix de sustenter à peu près autant par les foils que par la voile m’avait permis d’atteindre 25 nœuds, peut-être déjà en 1968 et en tout cas en 1976. A cette époque les records, aussi bien les bateaux que les planches, étaient de l’ordre de 25 nœuds pour les diverses catégories, alors que maintenant des bateaux variés, et des planches par vents très forts, atteignent 40-45 nœuds, grâce à la voile oblique sustentatrice et malgré le non-profilage du pilote. La qualité de l’athlète paraît  déterminante. Ma formule Exoplane, le pilote allongé sur une coque prao à deux aile marines en extrémités, avec voile déportée sustentatrice, me semble encore compétitive. Des amateurs ?

Pour les bateaux, les foils et les voiles sont de grande qualité et pour les records on choisit des plans d’eau peu agités malgré la force du vent. La vitesse tend à atteindre deux fois celle du vent réel, ce qui justifie une réduction de la surface des foils par rapport à la voile. Leur orientation correcte peut être procurée par une mécanique adéquate, alors qu’une voile oblique porteuse reste difficile à orienter lorsqu’on veut, comme il me paraît indispensable, pouvoir naviguer aussi bien sur les deux bords. La voile porteuse permet de réduire la force d’enfoncement sur les foils sous le vent et la ventilation sur l’extrados qui en est la conséquence. On peut donc s’attendre à de nouveaux progrès, par rapport au Longshot à voiles droites. La solution « ultime » pourrait être celle de la voile cerf-volant à très grande finesse, ressemblant à un planeur, couplée à un Chien-de-Mer avec pilote suspendu en position intermédiaire ou restant, en position profilée, sur un bateau fonctionnant comme un Chien-de-Mer, à faible surface de foils. Je continue à étudier la solution du dirigeable fonctionnant en voile allégée, avec une forme adaptée.

 III – Mes bateaux à voilure sustentatrice

 A – Essais préliminaires

Ayant pratiqué dans les années 50 les dériveurs et, en Afrique, un catamaran du type «  Patin a vela », j’ai trouvé peu rationnel que la voile enfonce le bateau prenant de la gîte, le pilote consacrant de grands efforts à limiter celle-ci. J’ai commencé une série de tentatives, en construisant moi-même mes bateaux, grâce d’abord à mes parents qui ont bien voulu que j’utilise leur salon, puis à des amis qui me permettaient de travailler dans leur jardin en région parisienne, ou d’autres qui m’ont hébergé… Mon épouse a été compréhensive. Mes bateaux étaient transportés en éléments démontés sur le toit de la voiture. Ils sont schématisés sur la feuille jointe.

 

Tony Blanco Casañas sur son patin Catalan – photo via Tony Blanco Casañas

Au début des années 60, j’ai équipé un Moth d’une voilure triangulaire de « Piccolo » orientable de 6 m² articulée au sommet d’un mât avec l’ambition de l’orienter comme un cerf volant, la force produite, avec une composante sustentatrice, devant passer sous le vent par rapport à la coque et la dérive (center-board) s’inclinant du fait de la gîte. Je n’ai pas pu maîtriser cette voile ainsi orientée, et je l’ai finalement utilisée en montage ordinaire houari, pivotant autour du mât et sans grand intérêt.

Pour obtenir plus de la stabilité de la plate-forme et maîtriser une voile sustentatrice, j’ai construit « Psi », un catamaran à flotteurs pneumatiques, qui devait être doté d’une voile sustentatrice en contre-gîte et d’une dérive inclinée également sustentatrice, prévue sous le flotteur sous le vent. Le pilotage n’a pas été possible, par instabilité en cap, sauf en plaçant la dérive, toujours sustentatrice, au vent du bateau, avec un effet à la gîte qui enfonçait le flotteur sous le vent. Le bateau restait assez lent.

J’ai lu ensuite le livre de B. SMITH « The forty-knots sailboat », relatant des expériences sur un système tétraédrique à trois ailes marines épaisses sustentatrices formant flotteurs, et une voile-aile épaisse oblique sous le vent, attaquée dans un sens ou dans l’autre. Les expériences sur maquettes avaient été concluantes mais non les essais grandeur. J’en ai tiré les conclusions suivantes :

  •  pour que l’engin soit transportable et que la voilure puisse être effacée dans le vent, il faut une voile en tissu,
  • les ailes-flotteurs donnent trop de résistance à basse vitesse. Il faut utiliser une coque profilée, permettant la prise de vitesse, munie d’ailes marines minces (foils) orientables,
  • d’après mes essais sur les Chiens-de-Mer, la stabilité en semi-émersion nécessite de courber les ailes marines, seule la partie basse quasi verticale restant immergée à grande vitesse.

 B- Exoplane 1

 J’ai construit Exoplane-1, prao à coque symétrique avant-arrière en mousse de polystyrène et revêtement composite à fibre de verre, renforcé par une latte en bois et portant un bras latéral fixe sous le vent. Sur ce bras appuyait un mât avec une voile de 10 m² tendue vers l’extrémité du bras. Cette voile formait deux panneaux symétriques articulés par rapport à l’axe de tension et pouvant se refermer (comme un livre) sous le vent, ou s’ouvrir par action sur deux écoutes. Une barre de flèche et des haubans empêchaient la fermeture vers le vent. En extrémités de coque, deux ailes marines étaient contrôlées en lacet, tangage (angle d’attaque) et roulis (« crochet ») dans l’eau. En bout de bras, un flotteur en forme d’aile prenait aussi une orientation porteuse. L’ensemble du bateau pesait environ 70 kg. A chaque changement de sens de marche, le pilote réglait les ailes (faible « crochet » à l’avant) et l’écoute avant de voile et, assis à la pointe qui devenait arrière, pilotait en cap sur l’aile arrière et l’écoute arrière.

Exoplane 1 - Yachting World novembre 1974

Les essais ont montré que le flotteur sous le vent devait seulement glisser sur l’eau (hydroplaner). Ce flotteur a d’abord été tournant sur un axe vertical, puis non tournant, orienté par filins pour être porteur dans les deux sens. Les attaches d’ailes, moulées en verre-résine, ont été plusieurs fois modifiées. En 1967 ou 68, au cours de quelques sorties en mer, le bateau allait réellement bien en remontant un peu le vent, ce qui permettait des « vols » aller et retour sans dériver, probablement au delà de 20 nœuds. En « vol » sur les ailes, la coque tournait un peu vers le vent, permettant une avancée du bras fixe. Trop « loffeur » ou ardent, le bateau ne pouvait guère abattre sans ralentir et alors « enfourner » de l’aile avant. Pour revenir vent arrière au bord de plage, il fallait se laisser dériver coque en travers. J’ai constaté ensuite que le bateau s’alourdissait par entrée d’eau dans la coque en polystyrène.

J’ai décrit ces dispositions dans mon brevet en 1968 et crois l’avoir communiqué à Bernard SMITH avec mes observations. Curieusement, son brevet sur les mêmes domaines date de 1972 et mes antériorités n’ont pas été citées par l’Institut américain.

J’avais inventé (brevet de 1966), le « Chien-de-Mer », une aile marine tirée par un câble oblique attaché à un bateau à voile ou un engin aérien (je citais les cerf-volant, planeur, dirigeable), et lui procurant l’appui latéral pour une navigation au vent. La stabilité en semi-immersion et la direction du Chien-de-Mer étaient procurées par la forme courbe de l’aile et son attache au câble par une patte d’oie. Un empennage axial sous l’eau procurait la stabilité en tangage. Les essais sur un 5O5 ont donné un fonctionnement excellent à basse vitesse mais à 10 nœuds environ les câbles immergés vibraient en donnant une grande résistance et limitant l’allure. Il aurait fallu maintenir l’aile sans câble dans l’eau, par encastrement sur un bras émergé, ce qui nécessitait plus de résistance et de rigidité, à une époque où l’on ne connaissait pas le carbone. On pouvait penser aussi à profiler les câbles par des gaines orientables, mais je n’ai pas mené bien loin les essais. Les développements sur le Chien-de-Mer sont indiqués dans un paragraphe spécifique.

En 1974, j’ai connu l’existence de la Semaine de Vitesse de Weymouth. J’ai alors asséché partiellement la mousse de mon Exoplane-1, par percement de canaux, ventilation, chauffage. A Weymouth, le chronométrage n’était normalement assuré que pour la direction assez abattue choisie par l’ensemble des coureurs, et pour laquelle mon bateau enfournait. Mes essais en travers du vent étaient prometteurs. Enfin, j’ai pu bénéficier d’un chronométrage spécial en travers du vent. Le bateau s’est élancé probablement à plus de 25 nœuds, mais à mi-parcours l’aile arrière a cassé. Il fallait changer de bateau, vraiment trop ardent et dont la coque continuait à s’alourdir.

C – Exoplane 2 & 3 

Exoplane-2 était plus grand, avec une voile de 13 m². La coque, en tôle d’aluminium rivée, était partiellement garnie de remplissages en mousse de polyuréthanne. Les deux ailes marines étaient en tôle d’aluminium de 7 mm formée en double courbure à froid. Le bras latéral, portant le mât, le flotteur sous le vent et la voile, orientable autour d’un axe vertical, permettait d’avancer la voile pour réduire la tendance au lof. Son flotteur, monté en parallélogramme articulé, prenait l’angle d’hydroplanage lors de la rotation du bras. Au lieu de la voile « livre », une voile pentagonale était tendue avec bord d’attaque formant un angle, appuyé par deux lattes convergentes à courbures limitées par barres de flèche et haubanage. La partie avant de la voile devait permettre d’avancer la force de traction et de limiter la force sur l’écoute. Pour virer, on tirait sur l’angle avant de la voile par des écoutes « de nez », tandis que la boucle d’écoute, qui formait une boucle passant autour du mât, était reprise par le pilote se replaçant sur l’arrière. On réajustait alors le « crochet » des ailes marines.

La voile pentagonale déformée par le vent donnait une force de traction trop en arrière, d’où une tendance majorée au lof, ce qui imposait une rotation importante du bras latéral vers l’avant et finalement une perte d’angulation de voile.

Exoplane 2 - Guy Gurney

Les essais ont été satisfaisants, sous réserve que le bateau restait trop ardent et que le rivetage prenait l’eau. Après plusieurs avaries à Weymouth 1975, il collectionnait en 1976 des trajets aller et retour rapides en légère remontée au vent, et l’équipe Crossbow, me suivant sur un bateau à moteur, m’a indiqué que je dépassais 25 nœuds, par un vent idéal de 17-18 nds. Ceci m’aurait donné le record de catégorie si j’avais été chronométré. L’approche et l’attente du départ sur le trajet au largue préféré par les autres concurrents était problématiques avec un bateau peu manœuvrant et la nécessité d’évoluer entre les concurrents en attente (un seul run à la fois, pour le chronométrage de l’époque..). Quelques enfournements à grande vitesse, quand j’essayais de rester dans les limites de trajet, m’ont finalement dissuadé. Le jour où j’ai obtenu le bon trajet, il y avait peu de vent, résultat dans les 13 nœuds… J’ai obtenu un « Design Award » et des appréciations agréables. Le meilleur chrono obtenu avec Exoplane-2 a été de l’ordre de 17 nœuds.

En 1977, j’ai aidé Hervé Le Goff à construire un bateau analogue, l’Exoplane-3, venu aussi à Weymouth. Pour éviter le lof, nous utilisions une aile porteuse centrale et des abattants aux deux pointes pour hydroplaner et diriger par la pointe arrière. L’aile centrale était probablement trop développée vis-à-vis de la vitesse escomptée, d’où un freinage, et elle prenait trop peu d’incidence. Cela ne décollait pas bien. Le bateau, solide mais lourd, avec une voile relativement petite, pouvait sortir par gros temps mais n’était pas rapide.

Exoplane 2 - Voiles et voiliers décembre 1984

Exoplane-2 a évolué avec un voile plus grande, portée en 1980 par un mât-aile bien profilé pour avancer le vecteur de traction, malgré la suppression du triangle avant. J’ai tenté d’ajouter une plate-forme au vent, formée d’échelles, pour que l’aile sous le vent puisse soulever son flotteur, mais au prix d’un bateau encore plus ardent. Les essais lors des semaines de vitesse à Brest jusqu’à 1983 n’ont pas été concluants. En 1984, à Port-Camargue, par fort vent, des vagues et beaucoup d’eau dans la coque, je n’ai pu virer pour revenir à la plage et fus sauvé par des pêcheurs. Le bateau laissé en mer à l’ancre a été récupéré par la police maritime qui l’a largement détérioré. J’ai gardé les pièces principales sur ma propriété de campagne.

Exoplane 2 - Bateaux décembre 82

Le principe de l’aile marine plus aile aérienne porteuses avait fait ses preuves, mais il fallait que le bateau soit plus manœuvrant et puisse courir en direction abattue. Peut-être aurait-il fallu, surtout, que j’habite au bord de la mer pour pouvoir mener plus facilement toutes les modifications et les essais, sans me limiter aux participations dans les semaines de vitesse…

En 1981-82, j’avais réfléchi sur un « Tic-Tac », monocoque symétrique à voilure en T portant des flotteurs aux deux extrémités.

J’ai alors estimé que, puisque je ne pouvais pas compter sur les chronométrages officiels, il me fallait constituer mon propre système. En 1983, j’ai acquis un ordinateur BBC à 5 MHz, mémoire vive de 32 Ko, cassette, et j’ai écrit un logiciel de gestion de course avec réaffectation de touches en langage machine pour les tops départ et arrivée (runs simultanés) et sortie imprimée des tableaux des meilleurs résultats pour chaque coureur. Nicolas Hurel et moi avons monté un ensemble avec caméras vidéo et avons pu gérer en 1984 et 85 une semaine de vitesse au Grau-du-Roi. Nicolas et sa société Southwind ont continué quelque temps à chronométrer des courses en France et ailleurs, avec le même programme et un matériel plus évolué. Je n’avais pas fait courir de bateau…

D – Exoplane 4

Puis j’ai construit l’Exoplane-4, un tétraèdre de quatre tubes en étoile reliés par haubans, trois flotteurs sur l’eau, une voile inclinée lattée de 21 m², total 130 kg. Le flotteur sous voile était hydroplanant auto-orientable, les deux autres, couplés en orientation, portant d’abord sur l’arrière des dérives inclinables favorisant l’émersion de ces dérives. Le bateau a été essayé en 1987 sur le site du Wirral près de Liverpool, par vent quasi nul. Les dérives, donnant une instabilité par manque de courbure, furent remplacées par des ailes courbes doubles (en « ailes de mouette ») basculées pour présenter dans l’eau la courbure convenable. Le pontage entre ces deux flotteurs formait un angle débordant pour que le pilote se place en lest au vent. Il a donné lieu à trois version: échelles en aluminium, puis poutres en bois à section carrée, puis poutres mieux profilées en composite, pour éviter les grands chocs des vagues. J’ai mené d’autres essais en Méditerranée et en Bretagne et lors d’une Semaine à Brest. Des montées sur les ailes ont été constatées mais les chocs sur les vagues et un manque de rigidité empêchaient des maintiens en vitesse. J’ai continué mes essais aux environs de Paris mais la voile et du matériel ont été emportés par des inconnus… Le reste est allé rejoindre l’Exoplane-2 et pourrait resservir. J’ai alors été assez pris par ma participation au dirigeable Zeppy-2.

Exoplane 4 - Bateaux juin 1990

E – Exoplane 5

Il ne fallait pas continuer sur des bateaux importants, lourds (rupture musculaire lors d’un déplacement du bateau sur la plage), difficiles à garer, prenant trop de temps pour un homme seul. En 1995-96 j’ai construit Exoplane-5, un prao léger (coque principale de 18 kg pour 5 m, coque balancier et pontage de 15 kg) avec une voile de planche de 7,5 m². Les essais à Weymouth en 1996 n’ont pas été bons, par manque de puissance. J’ai fait d’autres essais à Calvi en Corse avec peu de vent et je voulais continuer sur un lac des Alpes mais des éléments utiles et la voile ont été à nouveau volés…Un amateur en 1998 a tenté d’utiliser le prao avec un cerf-volant, mais une discussion portant sur les modifications à apporter a stoppé l’entreprise. Exoplane-5 reste disponible.

Exoplane 5 - Fiona St Clair AYRS Speedweek octobre 1996
Exoplane 5 - The Dorset Echo 2001

F – Chien de Mer

En 1997, j’ai préparé un Chien-de-Mer pour le Parapente de Pierre Falk et nous sommes restés une semaine sur le bord du Lac de Nantua dans les Alpes à attendre le vent pour navigation à voile après décollage derrière bateau à moteur… En 1998 j’ai équipé l’aile delta de François Fourment sur le Lac de Serre-Ponçon, de trois flotteurs profilés pour essayer, après décollage hydroplané par câble de 100 m derrière un bateau à moteur, de substituer au bateau un Chien-de-Mer. L’aile delta à flotteurs se comportait bien, avec un plané convenable, mais le vent restait faible. Après substitution et prises d’incidences, le Delta descendait trop vite. Tout cela pourrait être repris.

 

Schéma Chien de Mer et Parapente – Didier Costes 2001


G – Conclusions

Je réfléchis sur mes tentatives, avec 7 bateaux en 40 ans, des essais de maquettes, des essais de variantes sur chacun, de multiples réparations, sans jamais pouvoir rester longtemps au bord de la mer pour modifier et attendre les bonnes conditions de vent… Je n’ai pas tiré le meilleur du concept de la sustentation combinée par les foils et par la voile. Je désire approfondir encore, sans prétendre maintenant battre un record au niveau de 45 nœuds, ce qui nécessiterait un effort démesuré en étude et en perfection de réalisation, mais pour faire partager des impressions extraordinaires, si possible à 25 ou 30 noeuds avec un bateau pratique, autonome et bon marché.

Historique du développement du « Chien de Mer » - Didier Costes 2001

 Aux vitesses obtenues dans les années 70, une part importante des réactions de l’eau doit être consacrée à la sustentation, vis-à-vis de la traînée, d’où des obliquités importantes de l’aile marine et de la voile. Naviguer sur des plans d’eau agités impliquait aussi des ailes marines relativement longues, pour soulever le bateau à une certaine hauteur, et donc de surface appréciable avec les matériaux anciens, ce qui ajoute de la traînée de frottement. Sur des plans d’eau sans vagues (canal des Saintes Maries par exemple) permettant une grande vitesse donc une faible traînée induite, on peut adapter la surface et l’élancement de l’aile marine, en diminuant la traînée de frottement, et la sustentation par la voile devient moins nécessaire, la grande largeur de l’ensemble ne servant plus qu’à la stabilité en roulis. Ce sont les options de Longshot.

Je compte rééquiper l’Exoplane-5 en gardant le concept de sustentation mixte, qui doit permettre une navigation malgré les vagues, avec un effet limité de ventilation sur les extrados d’ailes. J’ai commencé des essais de maquettes tirées sur l’eau par un fil simulant l’action de la voile.

Très pris par mon activité sur les dirigeables, j’aimerais m’associer avec des personnes intéressées. Je suis ouvert à tous échanges. J’espère que cette synthèse pourra aider d’autres constructeurs…

Didier COSTES 2001

IV Et aujourd’hui ?

Didier Costes continue à travailler sur le développement de dirigeable mais a aussi repris ses travaux sur le « chien de mer ». Il a entre autre collaboré avec Stéphane Rousson et Sylvain Claudel…

Vous désirez en savoir plus sur ce sujet ?

Voici quelques liens qui traitent des réalisations de Didier Costes. N’hésitez pas à compléter cette liste de liens :

Liens inclus dans l’article mais à ne pas louper :

Choix d’une formule hydrodynamique

Pourquoi un avion, ou tout mobile se déplaçant dans un fluide en créant de la portance, ne se contente rarement d’une seule surface portante ?

La réponse est simple : une surface portante, profilée, possède un centre de poussée, point virtuel ou s’applique la résultante (associé à un couple) des forces aérodynamiques.

distribution de la portance le long d'un profil, http://fr.academic.ru/dic.nsf/frwiki/960648

 

Pour des profils classiques, la position de ce point d’application, ainsi que le couple, varie à la moindre perturbation (ex : une rafale changeant l’incidence). Il va falloir un dispositif pour équilibrer et réguler.

Nasa Glenn research Center, http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/cp.html

Il existe différentes configurations permettant de régler ce problème de stabilité longitudinale. Le même souci apparaît pour les foilers, mais comme l’expérience accumulée est plus forte en aéronautique, je vais surtout parler avions…

I-Les dispositions existantes

La conception d’un avion ou d’un planeur est un savant dosage de 4 contraintes : coefficient de portance, coefficient de traînée, masse totale, facteur de charge admissible (solidité).

Et ce sans même parler des contraintes de prix, facilité de construction,…

On a donc vu éclore différents concepts, répondants à différents cahiers des charges.

1-L’empennage

http://www.nurflugel.com/Nurflugel/Fauvel/technic.htm

C’est la disposition la plus répandue, l’aile principale est disposée de manière à produire une portance et un couple piqueur. Derrière, une seconde surface reliée via une structure (fuselage) est en déportance (« vers le bas »).

Avantanges : très stable, permet l’utilisation de profils performants

Inconvénients : traînée du fuselage, portance négative de l’empennage

2-Le canard

 

Même principe que l’empennage, sauf que la surface secondaire est ici située à l’avant, et produit cette fois de la portance. Le canard est dimensionné pour que si l’angle d’attaque augmente trop, il décroche avant l’aile principale.

Cette configuration se retrouve assez souvent sur les HPV (véhicules à propulsion humaine, ce site en regroupe quelques uns), ou l’efficacité (on souhaite que toutes les surfaces participent à l’effort de portance) prime.

Avantages : toutes les surfaces participent à la portance, le choix de profils reste large

Inconvénients : traînée du fuselage, stabilité plus compliquée à obtenir

Flyak

3-Le tandem

Disposition pour laquelle les deux surfaces sont portantes et sensiblement de même taille. Combine (en fonction des tailles respectives des surfaces) les avantages/inconvénients des deux dispositions précédentes.

Le fameux "Pou du Ciel", plus d'infos sur cette formule : http://www.pouguide.org/fr/comprendre-la-theorie/theorie-du-centrage-selon-jacques-langlois

4-Le profil autostable

Si la traînée du fuselage vous gêne, il suffit de « coller » l’empennage à la surface principale. On obtient ainsi une aile avec un profil qui « rebique » au bord de fuite.

Avantages : pas de fuselage, compacité, bonne stabilité

Inconvénients : profils peu performants, trop épais pour les hautes vitesses

Je n’ai pas trop d’exemple nautique, par contre cette voie a été adoptée notamment par Charles Fauvel.

Planeur AV-36, http://www.nurflugel.com/Nurflugel/Fauvel/

A basse vitesse, la compacité (gain en masse) et la réduction de surface mouillée de permet d’être compétitif avec la solution 1.

Genesis II, la descendance moderne des planeurs Fauvel. La profondeur monobloc ne participe pas à la stabilisation. Finesse max 43, taux chute mini 0.71m/s, pour seulement 15 m d’envergure. http://www.nurflugel.com/Nurflugel/Fauvel/genesis.htm

5-L’aile volante en flèche

L’aile volante vous séduit, mais ou souhaitez des profils un peu plus fins ?

Comme son nom l’indique, cette aile est en flèche, avec le centre porteur, et un vrillage tout du long permettant aux extrémités d’être dé-porteuses. Or grâce à la flèche, les extrémités se retrouvent « en arrière ».

Avantages : pas de fuselage, compacité, performances aux hautes vitesses

Inconvénients : stabilité compliquée à obtenir, portance négative d’une partie de l’aile

Cette solution a été développée simultanément dans les années 30 par Northrop et les frères Horten (mais elle avait été essayée bien longtemps avant )

45 de finesse et 0.45m/s, pas mal pour 1944. 24.2m d’envergure, aspect ratio 32.4!, http://www.nurflugel.com/Nurflugel/ Horten_Nurflugels/horten_nurflugels.html

Cette solution est très performante pour certaines applications, comme le vol de pente combiné au combat par collision en modélisme.

Grande plage de vitesse et solidité en font une tueuse

II-Les dispositions envisagées

Là, loin de moi l’idée de faire l’apologie des nostalgiques de l’effondrement du 3e Reich, mais il faut bien reconnaître qu’en aérodynamique, bon nombre de voies ont été explorées par les ingénieurs allemands à la fin de la 2nde guerre mondiale. Leur imagination était sûrement exacerbée  par le désir de prouver leur productivité afin de ne pas être envoyé sur le font de l’Est. De plus, le fait qu’il n’y ait pas eu le temps et les moyens pour construire ces projets font que ce sont les seuls ayant été envisagés mais pas testés intensivement, ils paraissent donc géniaux…sur le papier.

6-Empennages en bout de poutres

Luft46.com, projet Blohm und Voss

Cette solution ressemble à l’empennage classique dans le sens ou les surfaces stabilisatrices sont derrière l’aile principale. Mais elle ressemble aussi à l’aile volante en flèche dans le sens ou l’on se sert de la flèche pour déporter les surfaces stabilisatrices vers l’arrière. Cette configuration aurait été testée sur un Skoda-Kauba V-6 , je n’ai jamais pu trouver le compte rendu…

Avantages à priori : quasiment pas de fuselage, utilisation de profils performants, taux de roulis redoutable, bonne stabilité

Inconvénients à priori : efforts en flexion/torsion sur l’aile, surfaces en portance négative

III-Les dispositions envisageables

7-Canards en bout de poutres

De même que la précédente solution, mais avec une aile droite (voire en flèche inversée) et les bômes supportant les canards vers l’avant.

Avantages : quasiment pas de fuselage, toutes les surfaces portent

Inconvénients : instable si l’aile n’est pas assez rigide (si le canard développe trop de portance, l’aile se vrille, augmentant l’angle d’attaque du canard donc sa portance…), choix de profils réduit.

8-L’aile volante en flèche inversée

Similaire aux ailes Horten, sauf que la flèche est inversée, ainsi que le vrillage.

Avantages : pas de fuselage, toutes les surfaces portent

Inconvénients : problèmes d’aéroélasticité, de même que la solution précédente. Sûrement la formule la plus compliquée à concevoir et à construire.

IV-Choix pour un paravane, cerf-volant sous-marin

On se recentre sur les foilers, et plus précisément sur mon obsession pour les paravanes (un foil sous-marin s’opposant à la traction d’un cerf-volant).

Les surfaces vont se déplacer sous l’eau, si possible à des vitesses élevées, induisant la nécessité de gérer l’apparition de la cavitation.

La solution 4 (profil autostable) est exclue car les profils sont trop épais, et le bord de fuite va être englobé dans la poche de cavitation, d’où perte de toute stabilité.

Les solutions 5 et 8 (ailes en flèche) sont exclues car à cause du vrillage (et donc des différences d’incidence), une partie de l’aile va caviter avant le reste, provoquant dans le cas 5 un grand coup de frein (le centre cavite, les saumons d’aile font cabrer le tout). Dans le cas 8 cela se passe mieux en théorie (cavitation des bouts d’aile, réduction de l’angle d’attaque général), mais vu la grande instabilité de cette formule…

Les solutions 1,2 et 3 (empennage et canard) posent le problème du fuselage. Sa traînée est peu importante dans l’air, mais dans l’eau c’est une autre affaire. De plus, avec ces formules il y a un problème d’interaction entre les plans (une des ailes est derrière l’autre, dans sa poche de cavitation).

Les solutions 6 et 7 (surfaces secondaires en bout de poutres) sont les plus satisfaisantes. Mais le cerf-volant sous-marin doit être proche de la surface (réduire la longueur de fil immergée) et les surfaces portantes dans le plan vertical (afin de créer un effort antidérive). L’envergure est donc une denrée précieuse, qu’il vaut mieux réserver pour augmenter le ratio envergure/corde de la surface principale. Or ces solutions la gaspillent.

Aucune disposition n’étant satisfaisante, existerait-t-il donc une solution pour un paravane, stable, compact, utilisant des profils performants, peu gourmande en envergure, toute la surface étant portante ?

Mais oui !

9-Stabilisation par bridage

Le parapente (et dans une moindre mesure le deltaplane) nous montre la voie : stabilisation par effet pendulaire. Le couple piqueur est repris par le centre de gravité déporté de l’engin (le pilote suspendu en dessous).

http://www.envol-parapente.com

Dans le cas d’un cerf-volant (aérien ou sous marin) c’est encore plus simple. C’est la traction du fil, via un cône de bridage, qui reprend le couple piqueur. On obtient ainsi des surfaces compactes, entièrement porteuses et ce avec des profils ayant de bons rapport portance/traînée.

Bridage d'une aile à caisson

V-Choix pour un navire à hydrofoil

Cette fois, la possibilité de faire passer dans l’air la majorité de la structure reliant les plans entre eux avec un coût faible en traînée favorise les solutions 1,2,3 (empennage, canard, tandem).

De plus, les couples à reprendre ne se limitent plus au seul couple piqueur du l’hydrofoil, mais plus généralement aux efforts développés par la propulsion à voile et à la stabilisation de la plateforme.

La solution 3 « tandem » paraît être la plus appropriée.

Il me semble que la solution qui a été le plus développée est un mixte entre la 1 et la 3 : empannage arrière de surface plus faible que l’aile principale à l’avant, qui travaille généralement en portance positive mais peut passer en négative pour contrer un fort couple piqueur (généré par la voilure ou par la rencontre avec une vague).

La 2 (canard) est trop dangereuse car elle implique, pour avoir une bonne stabilité, que le plan canard décroche avant le plan principal en cas de trop forte incidence. Peu problématique en aviation, c’est un vrai danger pour un foiler : crash de la structure sur la surface de la mer.

Il existe une version intéressante de la configuration canard : la surface à l’avant est surdimensionnée, et est dans un régime de planning. Si le couple piqueur est trop important, cette surface s’immerge et développe une forte portance. Si la bateau se cabre, le canard décolle de la surface et ne produit plus de portance…

http://www.foils.org/miller.htm

Frederic avait déjà parlé du projet Walkyrie, j’en profite pour montrer les plans de la version 2.

http://corycraft.blogspot.com/

Conclusion

Cet article n’a donc fait qu’enfoncer des portes ouvertes. Il montre que pour un cerf-volant, aérien comme sous-marin, une stabilisation par le bridage est préférable. C’est ainsi que fonctionne la quasi-totalité des cerfs-volants de traction commercialisés*.

Il indique aussi le bien fondé de la solution adoptée par une grande majorité des voiliers à foils classiques.

Note :

*Les ailes dont j’ai parlé dans un article précédent, les Twinskin, possèdent un profil autostable, ce qui les rend résistantes aux déventes (l’aile continue à être stabilisée malgré la détente des lignes). Certaines autres ailes de traction terrestre possèdent aussi cette caractéristique (je pense notamment à la mandibule ou aux « flexifoils » qui ont fait la joie entre autres de Jaccob’s Ladder). La stabilisation par bridage gagne donc parfois à être complétée par une stabilité aéro/hydrodynamique propre.

Brevet Flexifoil, United States Patent #4,129,272
Jacob's Ladder et son train de Flexifoils

D’autres ailes ont des profils autostables déformés par le bridage (le profil n’est autostable que lorsque les lignes sont détendues), ce qui semble être une bonne solution, mais envisageable seulement pour des constructions souples, ou avec parties mobiles. Les ailes déformables, cela sera pour un prochain article.

Ptites News 14

Grosse et non pas Ptites News : des essais de Kite paravane par Sylvain Claudel

Info. transmises par Xavier Labeaume en contact avec Sylvain.

Sylvain Claudel a réalisé le 12 septembre un nouvel essai de Kite avec une paravane. Ces essais ont été réalisés par un vent de 15 nœuds et avec une aile S3 de 19 m². Pour le moment, Sylvain n’a pas pu réaliser d’essai avec moins de surface. L’aile n’était pas très inclinée dans la fenêtre, d’après Sylvain, « environ 3h ». Sylvain était obligé de faire les essais à vitesse réduite compte-tenu de la difficulté de pilotage en profondeur de la paravane, mais l’aile n’était jamais à la verticale.

Essai de Kite avec paravane par Sylvain Claudel

Je laisse Sylvain Claudel transmettre ses sensations et premières observations :

« …Les sensations sont géniales, et ça se passe de façon plus douce que je le pensais. Reste que ma paravane n’est pas stabilisée et que le pilotage de la profondeur manuel est vraiment chaud (en plus il s’est vite enraillé à cause du sable), mais bon je m’y attendais. Du coup, pas facile de tenir sur la distance, mais le concept fonctionne en tout cas ! Ca vaut vraiment le coup de continuer, ce truc à de l’avenir c’est sur !… »

Sylvain souhaite poursuivre ses essais et aimerait trouver des fabricants pour l’accompagner dans ses recherches…

Essai de Kite avec paravane par Sylvain Claudel

Pour compléter ces informations, je reprends une partie des messages laissés par Sylvain suite au très bel article de Xavier, L’aile d’eau : Foil immergé ou traversant ?

Sylvain Claudel 22 août 2010 à 10:32

…Je suis bien content d’être tombé sur ce post ! En deux mots : je vole avec une grosse aile de kite à caisson fermé depuis qq années sur la dune du Pyla : http://www.youtube.com/watch?v=PSsKAzyKzhc

J’ai rencontré Luc Armand à Essaouira en 2008 grâce à Olivier Suire, et nous avions à l’époque essayés de voler avec la paravane de Luc et mon parakite (19m2), mais sans succès. Les premiers essais étaient toutefois prometteurs : http://www.youtube.com/watch?v=Etpu3h0oaiY

J’ai décidé de reprendre le projet cet été, et je me suis donc fabriqué ma propre aile d’eau sur le principe de celle de Luc Armand mais avec un pilotage manuel et mécanique. Tout est prêt, ça marche en tracté, mais en attente de vents pour essais « échelle 1 »… En fait je cherche un passionné de foil sur Bordeaux qui serait intéressé d’une part pour participer aux essais et surtout qui touche au carbone pour m’aider dans la fab. des prochains foils (l’aile principale est en bois pour l’instant, mais on arrive vite aux limites…)

Mon mail : sylvain.claudel@sfr.fr Mon tel: 05-56-35-16-73

Sylvain Claudel 26 août 2010 à 19:10

… Je suis ravi de voir que des passionnés travaillent sur le sujet de l’aile d’eau associé à un kite. J’espère qu’il va sortir quelque chose de tout cela ! De mon coté je n’ai pas expérience des foils et à dire vrai c’est surtout le coté aérien de la chose qui m’attire dans ce projet. Je m’imagine déjà voler full-speed au raz de l’eau accroché à mon aile ! Mais il reste encore pas mal de questions posées, ne serait-ce que la faisabilité qui n’a pas encore été démontrée « échelle 1 » à ma connaissance… C’est un joli chantier à défricher ! Je vais essayer d’aborder la truc de façon très expérimentale et voir comment ça se passer à l’eau… Et puis si vous avez besoin d’un pilote d’essai avec une grosse aile étanche et qui porte bien, je peux aussi être votre homme !
Sylvain

Kite, encore

  • Le week end du 18 et 19 septembre, avait lieu à Sète  une compétition de Kite comptant pour le Championnat de France 2010 de longue distance. Le vainqueur était équipé d’un foil…  Je reprends une partie de l’article de Kitesurf.com ou j’ai trouvé cette info. et qui résume bien la « situation » : « …Cette compétition est une véritable révélation pour les foils puisque la démonstration a été faite que leur performance est désormais largement équivalente avec celle des planches directionnelles classiques sur les bords de travers. Du coup, il devient très difficile de rattraper l’avance des foils pris sur les bords de près sur un plan d’eau peu agité, y compris lorsque le vent forcis… »
  • Je reprends le message envoyé par Armand sur le Ptites News 12+1 pour ceux qui n’auraient pas eu l’occasion de le lire : « … Voilà un site  avec des vidéos  impressionnantes sur du kiteboat mais là ce sont des foilers, à voir absolument  une vidéo comme les ricains savent bien faire dans les  vagues de Maui avec un Trifoiler Armand »
  • Je ne sais pas pourquoi j’ai attendu le Ptites News 14 pour vous parler du site de Christophe martin !  Son site est dans ma liste de marque-pages depuis…, oh plus que ça. Christophe fait partie de l’équipe Kiteboatspeed. C’est un fan de kite et, bien entendu, il a testé la mise en place d’un foil sous sa planche (voir entre autre la page photos). Une particularité, Christophe est paraplégique. Je vous conseil de visionner les vidéos…

Le proto de Maurice Gahagnon

Maurice m’a fait suivre, fin août, des photos de ses derniers essais. Je les gardais jalousement, mais bon, en voilà une en attendant les prochains essais… Oui, ça fait réver… Pour ceux qui voudraient voir les précédentes photos : Ptites News 8, Ptites News 11.

Proto à foils M Gahagnon - photo via M Gahagnon 08-2010

Cote D’Or II, Saint Malo approche

Je vous ai présenté ce bateau dans « Cote D’Or II Renaissances » & « Côte D’or II est mâté, ça finit le costume ». Le projet avance, le bateau sera normalement bien au départ de la Route du Rhum le 31 octobre. Bertrand a réalisé sa qualification… Le  bateau est de retour à Lorient . Avec cette belle goélette à hunier au second plan, « ça sent la cité corsaire ». Ok, c’est La Recouvrance, donc un bateau de Brest (même). Ok La Recouvrance n’était pas un bateau corsaire, mais militaire ! Mais de loin et sans trop se poser de question, « ça sent St Malo » !  Toujours à propos de CDO, en me promenant sur le site de Course au Large, je vois une photo de ce bateau et je me dis : « tiens, le photographe a prit le même angle que moi ou presque ! » Ah bas non, il y a mon nom en dessous, c’est ma photo !!!

Cote D’or II et La recouvrance, Lorient – photo F. Monsonnec 10-2010

Hyraii suite

Dans le Ptites News 10, je mettais un lien vers ce projet de cata à foils Suisse. « Jean Pierre 35 » m’a envoyé un petit mail pour me signaler que le bateau était en photo sur le site et en vol ! Comme quoi, une petit tour régulier sur les liens proposés pourrait être intéressant…

L’Hydroptère avec et sans CH

  • Voici un article avec présentation de l’Hydroptère maxi avec des vues que je n’avais pas encore vues !
  • De belles images de l’Hydroptère (le « vieux » !) sur le blog « Images Nico »
  • De belles images, bis, sur le blog « Worldtempus »
  • Siobhan Wagner, est reporter pour The Engineer, elle a eu l’occasion de naviguer sur l’Hydroptère et nous fait partager cette sortie
  • Sur le site de Gilles Martin Raget, de nouvelles images de l’Hydroptère Ch, enfin, des nouvelles photos du baptême ! Mais il est possible de voir plus de détails.
  • Vidéo résumant la naissance de l’Hydroptère Ch

América’s Cup

Voila les dimensions des futures bêtes :

  • LOA: 22.0 meters (72 feet)
  • Beam: 14.0 meters (46 feet)
  • Displacement: 5,700 kilograms (12,500 pounds)
  • All-up weight: 7,000 kilograms (15,500 pounds)
  • Wingsail area: 260 square meters (2,800 sq-feet)
  • Wingsail height: 40 meters (130 feet)
  • Wingsail chord: 8.5 meters (28 feet)
  • Sail trimming: Manual grinders
  • Configuration: Twin-hulled catamaran
  • Crew: 11
  • Sail trimming: No mechanically powered systems
  • Sail area reduction: Removable top sections/leech elements
  • Appendages: Max of 2 rudders, 2 daggerboards
  • Construction: Min. 600-grams/sq-meter-outer-skin; High-modulus carbon-fiber permitted in wingsail spar

Il semble que les “NZ” parlent déjà de la possibilité de mettre des foils…mais ça, qui ni avait pas pensé ?  Et un premier défi français s’est déclaré, celui managé par Bertrand Pacé et pour le moment nommé Equipe Team France

Pas à foil et pas fait pour battre des records !

  • Ornithoptère. Il ne navigue pas (quoi que), il ne se déplace pas dans l’eau (ou alors il faut appeler les secours), si vous ne l’avez pas vu dans votre canard, sur la toile, ou sur votre écran, ce bel engin mérite d’être vu. Je vous propose deux liens, celui de Radio Canada et de DD magazine.
  • Planet Solar. Le bateau solaire Planet Solar a largué les amarres et a entamé lundi le premier tour du monde réalisé uniquement à l’énergie solaire. Bateau perce vague impressionnant, départ depuis Monaco visible en vidéo. Mais je vous recommande surtout le très intéressant article réalisé par le non moins intéressant Dr Goulu sur les « Solar machins ».