Ptites News 36

Une « Ptites News », une. N’hésitez pas à la compléter en indiquant les articles, vidéos… que vous avez trouvés.

A – Foils et à voiles

Transat Jacques Vabre

Un banc d’essai pour les foils ?

Macif à terminé premier en Ultime. Est-ce que c’est grâce à son unique foil équipé d’un grand tip ? Hmm, je ne crois pas.

  • 2/4 à l’arrivée
  • un seul foil en place, était-il toujours du bon côté (sur une bonne partie, oui)?
  • un bateau neuf par rapport à Sodébo mis à l’eau en 2001, Sodébo qui même s’il a été remanié n’arrive sûrement pas au rapport poids puissance de Macif ni à la même qualité d’écoulement. Maintenant, Macif aurait été derrière j’aurais dit qu’il n’y a pas que la théorie !
  • un super équipage car Bidegorry est un pro.

Bref, pour moi le foil n’est en « rien » dans cette victoire, avec deux « foils standards », il aurait sûrement été devant !

En Imoca 60 le foil n’a pas fait non plus ses preuves.

  • mais, les bateaux à foils n’étaient pas fiabilisés,
  • les nouvelles règles de jauge, quilles plus épaisses, mats et système hydraulique plus lourds, moins de ballasts… brident ces bateaux par rapport aux anciens.

Mais en IMOCA il ne faut pas enterrer les foils trop rapidement car, comme noté ci-dessus, il aussi de bonnes raisons. Bref, il y a encore du boulot, heureusement car ce sont aussi les essais, les évolutions qui sont intéressants. Mais bon je me dis que c’est peut-être une analyse de bistrot.

Macif

Une présentation du canot et de la philosophie foil du team (enfin, celle pour les médias).

Safran

Idem ci-dessus mais de la part de Safran en mono.

Eight cube

En voilà un qui est bien placé (en tout cas lors de la mise en place de cet article) le mini 6,5 à foils et étrave camuse de Simon Koster. Simon à l’air très sympa sur cette vidéo qu’il faut regarder jusqu’à la fin pour voir des images de la bête (merci Max pour le rappel).

Nacra F 20, sillage

Vidéo postée par Xavier sous la Ptites News 35, belle navigation d’un Nacra F20.

 

Ou voler quand on n’est pas équipé ?

A l’UCPA par exemple. J’avais déjà rencontré Clément Remy à « La semaine affoilante », je l’ai croisé au hasard d’une promenade à la base sous-marine de Lorient. Il était accompagné de son collègue Loïc Hanon. Discussion fort intéressante avec ces deux passionnés qui se bougent pour faire découvrir le foil, sur Flying Phamtom, mais « pas que » !
Voici une belle vidéo d’une formation des moniteurs UCPA. Les accro. reconnaitrons l’AFS One, et le boss Bruno André, le Flying Phantom, le S9 et son concepteur, des kites SrokaEn savoir plus.

ENVSN

Un « pole foil » en Bretagne ? C’est ce que souhaite mettre en place l’ENVSN ou s’est déroulé « La semaine affoilante » en juin dernier. Le « Team LSA », le groupe de passionnés à l’origine de cette rencontre, n’avait donc pas tort en pensant que le lieu s’y prêtait…

Mer Force One

Voici un nouveau venu, un day boat de 7 m de long par 7 de large dont je n’ai pas pour le moment visualisé le système de régulation. Ici le blog pour suivre sa construction. Un sacré projet qui n’est pas nouveau, dommage que je ne l’ai pas trouvé avant.

Projet Mer Force One via site www.archi-delion.com
Projet Mer Force One via site http://www.archi-delion.com

America’s cup

Flip

Une vidéo des Suédois qui se mettent sur le toit (aout)

Visite guidée

Vidéo sympa, visite guidée par Nathan Outtedrige de l’AC 45 Artemis avec une présentation des appendices et de leur réglage.

Bar

Belle pub Land Rover et belles images de l’AC Bar en navigation.

Sailrocket

Compte rendu de sa dernière nav. après 3 ans sans toucher l’eau.

Amer X

Il n’y a pas que les bêtes de course à se mettre aux foils, les croiseurs aussi. L’Amer X, déjà évoqué sur foilers, propose d’autres innovations.

Benoit Marie

Une présentation en vidéo de Benoit Marie, un pro du foil (vice champion du monde de Class C, vainqueur de la Mini transat, un des meilleurs Mothiste Français…). Son site ICI.

Little cup

Cup

Vous revenez de Mars, vous avez des informations à rattraper, Franck Cammas garde la cup.

Groupama C

En vol à l’entrainement avant la Little cup

 

Harken

Oui, comme cette vidéo l’annonce, Il y a 30 ans (ou presque) la firme Harken faisait déjà voler une planche. C’était avec l’aide du grand Sam Bradfield en 1986 ou 87.

Harken - Bradfield hydrofoil 1986 DR

Projet de planche à 2 foils

Voici une sorte de retour au source puisque Patrice Belbeoc’h travaille sur un projet de planche à deux foils comme au bon vieux temps de Rich Miller. Photos en bas d’article.

 

B – Avec foils et moteur

DHL

Un hydrofoil autonome capable de transporter 5 m3 de produits… C’est très beau mais pour moi c’est surtout un bon coup de comm. comme Amazon et ses drones (je dois être trop vieux).

C – Sans foil

DARED

Gurval bouge, « comme d’hab. » Il nous présente la dernière version de son bébé

dared-kiteboat-xk21

RU

Vous êtes curieux, voici un bateau Russe assez particulier. Je connaissais leurs cata et tri gonflables voici comme un mono assez proche des Coracles. Si les images vous ont plues, n’hésitez pas à poursuivre par la lecture des commentaires.

Idec

Francis va-t-il une nouvelle fois montrer tout son talent et cette fois en équipage ? Belle vidéo de la présentation du projet Idec autour du monde.

53,27

Sa dérive est elle un foil ? Un plan porteur, c’est sur. Le nouveau record d’Antoine Albeau en image.

Innov’kiteboat

N’oubliez pas de faire un tour sur le blog de mon ami Armand. Voila quelqu’un qui imagine et réalise…

D – Et aussi

Fourmis

Voila qui remet en cause ce que nous allons devoir maintenant appeler une légende urbaine (en fin rurale aussi) puisqu’il y a aussi des feignasses chez les fourmis !
Une étude détruit le mythe de la fourmi travailleuse.

 

A vous maintenant !

PS : je me rends compte que j’ai placé pas mal de liens vers des d’articles et vidéos de Voiles & voiliers, qui a décidément un volet Internet très intéressant. Il ne faut pas oublier d’acheter de la presse papier sous peine de voir aussi disparaitre la partie Internet. Car la pub sur Internet ne paye pas mon pauv. Monsieur. Et c’est un blogueur qui dit ça !

Des hydroptères hauturiers ?

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

Cliquez sur l’image pour l’obtenir en plus grand

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

Cinq ans, +17 noeuds. Et après ?

Ce blog a été créé il y a un peu plus de 5 ans. Fin 2007, les records de vitesse à la voile homologués sur 500 m dans les différentes catégories étaient les suivants:

  • 48.14 noeuds par Simon Mckeon sur « Yellow Pages » (Classe C: voile de 21.84 à 27.88m2) en Australie en 1993
  • 47.92 noeuds par Alexandre Caizergues sur kitesurf en Namibie en 2007
  • 46.82 noeuds par Finian Maynard sur windsurf avec voile de 10m2, France, 2004
  • 44.81 noeuds par Alain Thebault et l’équipage de « l’Hydroptère » (Classe D : voile de plus de 27.88m2), France, 2007
  • 44.65 noeuds par Simon Mckeon sur « Yellow Pages » (classe B : voile de 13.94 à 21.84m2), Australie, 1993
  • 43.55 noeuds par Russell Long sur « Longshot » (classe A : voile de 10 à 13.94m2), Espagne, 1992

Quelle que soit la voile, aile rigide ou gonflable et quel que soit l’engin, la planche ou la coque, les records ne s’écartaient guère plus de 10%, mais tenaient parfois plus de 10 ans. A l’époque on s’interrogeait : avait-on atteint des limites physiques, notamment celles liées à la cavitation ? Allait-on pouvoir franchir un jour le mur des 50 noeuds à la voile ?

Quelle meilleure réponse que le tableau actuel des records:

  • 65.45 noeuds par Paul Larsen sur « Vestas Sailrocket 2″ (classe B) Namibie, le 24 novembre 2012 !

  • 55.65 noeuds par Rob Douglas USA Luderitz sur kitesurf en Namibie en 2010
  • 51.36 noeuds par Alain Thebault sur « l’Hydroptère » en France en 2010
  • 50.07 noeuds par Simon Mckeon sur « MacQuarie Innovation » (classe C), Australie 2009

Depuis le premier franchissement des 50 noeuds par Sebastien Cattellan sur son kitesurf en 2008, 12 autres records à plus de 50 noeuds ont été homologués, mais le tout récent run de Vestas Sailrocket 2 à plus de 65 noeuds  laisse pantois, pour ne pas dire « sur le cul ». Presque 10 noeuds de plus que le kitesurf le plus rapide ! 17 noeuds de plus que le record absolu en 2007 ! Il faut le voir pour le croire :

Pour ma part j’en suis convaincu même si je n’ai pas de « preuve » à vous apporter : Sailrocket a trouvé une solution à la cavitation des foils, y compris le safran. Je suis prêt à parier un truc qui me tient particulièrement à coeur, disons un biscuit, que leurs foils ne créent pas de portance avec un extrados convexe (je suis prudent, pour ne pas trop risquer de perdre mon biscuit…).

Mais où va-t-il donc si vite ?

Alors que va-t-il se passer, disons dans les 5 prochaines années? Mon pronostic:

  • Sailrocket va se dépêcher de battre aussi le record en classe C en s’ajoutant un petit bout de « voile » comme l’avait fait « Yellow Pages » à l’époque.
  • Même si l’équipe de l’Hydroptère a annoncé ne plus viser la vitesse absolue, l’Hydroptère 2 ne se privera pas d’ajouter un record en classe D si l’occasion se présente.
  • Un génial bricoleur pulvérisera enfin  le record en classe A qui n’attend que ça attend depuis 20 ans.
  • Les kiters ne vont pas s’avouer vaincus, leur matériel évoluant toujours. Je vois d’ici des ailerons en coin et des trous dans la planche pour la ventilation …
  • Mais tout ce petit monde passera beaucoup de temps sur les quelques bons spots de la planète à attendre que le vent souffle à la bonne vitesse et sous le bon angle par rapport à la plage.

Car pour dépasser 50 noeuds, et à plus forte raison 60, il faut des conditions idéales, rares. Selon le très dynamique et intéressant blog de l’équipe de Sailrocket, le vent était bien régulier, entre 27 et 28 noeuds pendant le run. Des conditions qu’ils n’ont pas eu pendant les semaines précédentes.

Pourquoi pas des records relatifs, et polaires ?

Sailrocket a réalisé la performance d’aller 2.4 fois plus vite que le vent. Les kites atteignent 1.8 fois la vitesse du vent environ. Ne serait-ce pas un progrès d’arriver à augmenter ce facteur plutôt que la vitesse absolue ? Le record (inofficiel) actuel me semble être celui de USA 17 aka BOR 90 aka BMW Oracle qui a atteint 27 noeuds dans 6 noeuds de vent : facteur 4.5. Peut-on faire mieux pour moins cher ? Puis-je rêver d’un « Hobie Cat » du futur atteignant 50 noeuds dans 10 ou 15 noeuds de vent ?

De plus, tous ces engins de vitesse fonctionnent bien au grand largue, mais au près serré ou au vent arrière, peu de bateaux atteignent la vitesse du vent. A ces allures, tout régatier le sait, c’est la VMG qui fait la différence. Alors pourquoi ne mesurerait-on pas des records de vitesse (relative) de remontée au vent ou de vent arrière ?

En fin de compte, un voilier « parfait » devrait avoir une courbe des vitesses polaires parfaitement circulaire révélant sa capacité à naviguer à un certain facteur de la vitesse du vent quelle que soit la direction relative du vent. Ne devrait-on pas définir les records par rapport à cet idéal, par exemple en mesurant la « surface dans la polaire relative » ?

un diagramme polaire « typique » des vitesses d’un bateau au hasard

J’entends déjà ceux qui se disent « ce Dr. Goulu n’a jamais navigué, sinon il saurait que vent debout les voiles faseyent et qu’on ne peut pas aller plus vite que le vent au vent arrière ». En fait je me dis surtout que, n’en déplaise à Planet Solar, le premier tour du monde à l’énergie renouvelable date d’il y a presque  500 ans, et que là maintenant il y en a au moins 13 en cours, et qui passent par les 3 caps, les 40 èmes rugissants, et en solitaire en prime. Le seul tout petit avantage des bateaux à moteur, écolos ou pas, c’est leur insolente capacité à remonter pile face aux airs, et il faut aujourd’hui admettre que les voiles traditionnelles ont leur limites et innover dans ce domaine.

Une idée serait par exemple de faire des bateaux à éoliennes. D’ailleurs je ne sais pas si vous avez réalisé mais le « Vestas » de « Vestas Sailrocket » est un des principaux fournisseurs d’éoliennes. Une éolienne orientable face au vent apparent qui entraîne une hélice et hop!, voilà un bateau à vent qui remonte le vent. En fait il y a plusieurs modèles réduits, de petits engins monoplaces et même un catamaran de 36 pieds propulsés par des éoliennes.

Sur terre, il existe un concours de véhicule éoliens « vent debout » : la compétition Aeolus. Elle a été remportée cette année par Chinook, un engin canadien qui a remonté le vent à 58.5% de la vitesse du vent réel, soit tout près de la limite de Betz qui est (?) la limite théorique. A combien arriverait-on sur l’eau ?

Et puis il y a quelque chose que j’ai lu cet été et que je n’ai pas cru. Pourtant c’est paru dans « Pour la Science », journal sérieux, et publié par des gens sérieux puisqu’ils sont membres du C@fé des Sciences Mais même comme ça j’ai eu de la peine à l’admettre.  Dans « Plus vite que le vent« , Jean-Michel Courty et Édouard Kierlik prétendent qu’il est possible d’aller…

Plus vite que le vent au vent arrière

avec un véhicule éolien. Et pourtant c’est vrai ! Cette video montre différentes étapes, notamment (à partir de 1:22) un modèle réduit qui atteint 10 noeuds avec 7 noeuds de vent réel arrière.

(Note du 16/12/12 l’explication qui suit n’est pas correcte, je m’en suis aperçu en rédigeant « encore plus vite que le vent » sur mon blog)

L’idée est que le véhicule est propulsé d’abord par un vent apparent venant de l’arrière, puis de l’avant lorsqu’il dépasse la vitesse du vent réel. Evidemment, le franchissement de cette limite est délicat : il faut que le véhicule stocke un peu d’énergie pour continuer à accelérer lorsque le vent apparent est nul. Il semblerait que l’inertie de l’éolienne suffise pour qu’elle soit ensuite entraînée par le vent venant de l’avant. Ce char qui fait le vent nécessaire à sa propulsion sent un peu le mouvement perpétuel...

(voici donc une interprétation plus correcte (je crois…))

Dans leur article, Jean-Michel Courty et Édouard Kierlik utilisent l’analogie du yoyo : quand un yoyo est posé au sol et qu’on tire doucement sur la ficelle, il se rapproche en enroulant la ficelle autour de son axe, donc plus vite que le déplacement de la ficelle. Ce comportement ne se produit cependant que si certaines relations entre le rapport de transmission (le rapport entre le périmètre de l’axe et le périmètre du yoyo) entre le coefficient de frottement du yoyo au sol sont satisfaites.

Sur « Blackbird », c’est le vent réel arrière qui joue le rôle de la ficelle et l’hélice celui de l’axe. Avec un rapport de transmission entre le périmètre des roues et le pas de l’hélice bien choisi et des coefficients de frottement avec la route et avec l’air suffisants, le véhicule exploite avec une sorte de bras de levier la différence de vitesse relative entre les deux milieux, différence qui reste d’amplitude et de direction constante lorsque le véhicule accélère.

Le 3 juillet 2010, le « char à éolienne » Blackbird a atteint ainsi 2.8 x la vitesse du vent au vent arrière (video ici).

Et sur l’eau ? Qui arrivera à naviguer plus vite que le vent au vent arrière ?