Définition et fonctionnement des foils
Un foil est un appendice immergé et fixé sous la coque d'un bateau. Lorsqu'un bateau atteint une certaine vitesse, les foils grâce à leur profil semblable à une aile d’avion créent une portance suffisante pour soulever la coque hors de l'eau, réduisant ainsi la surface de contact avec l’eau et la traînée et augmentant la vitesse. Cette portance est générée par la différence de pression entre le dessus et le dessous du foil, similaire au fonctionnement des ailes d'un avion. Les foils peuvent être adaptés à divers types de bateaux, des voiliers aux bateaux à moteur, en passant par les hydoptères (hydrofoils) et les catamarans. Les foils sont souvent construits à partir de matériaux composites comme la fibre de carbone pour offrir une combinaison optimale de légèreté et de résistance. Les profils des foils sont conçus pour maximiser la portance tout en minimisant la traînée. Des ajustements précis dans la forme et l'angle des foils peuvent améliorer significativement les performances d'un bateau. Les profils des foils peuvent être modifiés pour s'adapter aux conditions de navigation spécifiques.
Le fonctionnement des foils repose sur les principes de l'hydrodynamique. Lorsque le bateau accélère, l'eau s'écoule sur le profil incurvé du foil, générant une portance. Cette portance soulève le bateau, réduisant le contact avec l'eau et donc la résistance. Les foils sont particulièrement efficaces sur les hydoptères et les voiliers, permettant à ces bateaux d'atteindre des vitesses élevées tout en maintenant une stabilité optimale. Les systèmes de stabilisation active utilisent des capteurs et des contrôleurs pour modifier en temps réel l'angle des foils, garantissant une portance et une stabilité optimales dans diverses conditions de navigation.
Principes physiques : Portance et traînée
Le Cz ou coefficient de portance, dépend de la masse, de la surface portante et de la vitesse. Sa valeur fréquente se situe entre 0,4 et 0,7 à la vitesse de croisière. La portance est calculée par la formule F = q S Cz avec q = pression dynamique = 1/2 rho V² et rho = masse volumique du fluide. Le Cx ou coefficient de traînée du foil, dépend du profil et de son état de surface. L’angle d’incidence d’un hydrofoil est l’angle entre la corde du profil et l’écoulement. La portance augmente avec l’incidence. Le « glide » désigne la capacité d’un foil à maintenir sa vitesse et à parcourir une longue distance avec un minimum d’effort. La glisse d’un foil est le résultat d’un équilibre subtil entre la portance et la traînée. Un foil qui glisse bien génère un maximum de portance pour un minimum de traînée.
Histoire et développement des foils
Les premières expérimentations avec un foil remontent au début du 20ème siècle. Des pionniers comme Éric Tabarly ont été parmi les premiers à expérimenter avec les foils pour améliorer les performances des voiliers et réduire la surface de contact avec l’eau. En 1861, le concept du foil a vu le jour sous l’impulsion de l’ingénieur civil britannique Thomas William Moy, plaçant trois foils horizontaux en bois sous la coque d’un canot. En 1964, l'ingénieur américain Alexander Graham Bell et son assistant Frederick W. Baldwin ont développé le HD-4, un hydroptère capable d'atteindre des vitesses impressionnantes grâce à l'utilisation de foils. Au fil des années, de nombreuses innovations ont été apportées aux foils. Les systèmes de stabilisation active, utilisant des capteurs et des contrôleurs, ont également amélioré la performance et la stabilité des bateaux équipés de foils. Des innovations récentes incluent des développements dans les foils électriques et les efoils.
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