La navigation à la voile repose sur une interaction complexe entre les forces aérodynamiques exercées sur la voilure et les forces hydrodynamiques agissant sur la coque et les appendices immergés. Contrairement à une idée reçue chez beaucoup de plaisanciers, un voilier ne se contente pas d'être poussé par le vent. La technique de propulsion des voiliers a bien évolué. Avant, les bateaux ne pouvaient avancer qu’en se laissant pousser par le vent arrière. De ce fait, ils ne se déplaçaient que dans le sens des vents dominants, ce qui limitait leur autonomie. Aujourd’hui, les voiliers modernes peuvent remonter contre le vent et donc aller où ils le souhaitent.
La physique de la propulsion : le rôle des voiles
Naviguer à la voile ne consiste pas uniquement à orienter son bateau vers un cap. Toute progression repose sur un équilibre subtil entre le vent réel, le vent apparent et la manière dont les voiles transforment cette énergie en mouvement. La technique repose sur la différence de pression entre l’intérieur et l’extérieur de la voile. C’est le principe de Bernoulli. Sur le dessin d’un voilier vu d’en haut, la voile est dessinée en rouge. L’air arrive par la gauche du bateau. Il contourne la voile en se séparant en deux coulées, l’une à l’extérieur, l’autre à l’intérieur de la voile. Le principe est que les deux coulées d’air doivent arriver en même temps de l’autre côté de la voile. L’air qui passe à l’extérieur de la voile ayant un chemin plus long du fait de la courbure de la voile doit donc accélérer. Cette accélération crée une dépression qui « aspire » la voile. A l’inverse, l’air qui passe à l’intérieur de la voile ayant un trajet droit donc court doit ralentir pour ne pas arriver en avance à la flèche bleue. Ce ralentissement crée une surpression qui « creuse » la voile. La différence de pression entre intérieur et extérieur de la voile entraîne donc une force de poussée. Cette force de poussée propulse le voilier.
Lorsque le bateau navigue au près - généralement entre 30° et 65° du vent réel - les voiles agissent comme des profils porteurs. À l’image d’une aile d’avion, elles créent une dépression sur leur face sous le vent et une surpression du côté exposé. Dans cette configuration, le vent apparent joue un rôle déterminant. En combinant la vitesse du bateau et le vent réel, il devient plus intense et se déplace vers l’avant du plan de voilure. Plus le voilier accélère, plus ce vent apparent se renforce, améliorant l’efficacité du profil de voile.
Les allures de navigation : du près au vent arrière
L’allure désigne la direction d'où provient le vent par rapport à un voilier en route. L’allure d’un voilier est la direction du vent ; l’allure dépend de l’angle formé entre l’axe proue-poupe et le vent.
Le vent debout ou "zone interdite"
Lorsque le voilier est face au vent, il ne peut pas avancer ; on dit alors que le voilier est vent debout. Ça ne marche pas ! Il n’est pas possible de naviguer face au vent. Si le cap fait un angle inférieur à 45° par rapport à l’axe du vent, les voiles faseyent (flottent en drapeau), le bateau n’avance plus et peut même reculer. On est rarement vent debout en navigation : seulement au moment où le voilier traverse le lit du vent au cours d’un virement de bord. Pour atteindre un point qui se trouve dans cette zone, il vous faudra naviguer au près : en louvoyant (=zigzaguer).
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Le près et le près serré
Lorsque le voilier est au plus près du vent (à 45°), l'allure correspondante est le près. Le bateau remonte au vent, son angle par rapport au vent est d’environ de 45 degrés. C’est une allure sportive que recherchent les voiliers de régates. Les voiles sont presque amenées dans l’axe du bateau pour permettre un écoulement laminaire, optimal, des filets d’air sur la voile. La poussée exercée sur les voiles comprend, à cette allure, une composante perpendiculaire à l’axe du bateau importante qui le fait gîter. Le bateau subit une dérive et adopte un comportement nerveux, très tendu, frappant contre les vagues. Le voilier, à cette allure, se heurte aux vagues - généralement orientées dans l’axe du vent - qui réduisent sa vitesse et peuvent, lorsque la mer est formée, passer par dessus le pont du navire. L’équipage doit alors se mettre à la gîte pour compenser : en s'asseyant au vent (sur un habitable, sur les passavants), en se mettant au rappel sur un petit dériveur. Sur les bateaux qui en sont munis, la quille ou le lest empêchent le retournement, mais ne peuvent empêcher la gîte.
Le bon plein
En écartant le voilier d'une dizaine de degrés supplémentaires de l'axe du vent pour aller vers le bon plein, la vitesse va augmenter, la gîte va diminuer et le voilier affrontera moins violemment les vagues. Le bateau remonte au vent, son angle par rapport au vent étant approximativement compris entre 50 et 65 degrés. C’est l’allure « royale » ! La vitesse est bonne et la dérive faible. Les voiles s’arrondissent et leur ouverture par rapport à l’axe de la coque augmente, l’écoulement restant laminaire. C’est une allure très efficace pour les longues navigations et plus confortable pour le marin.
Le petit largue et le travers
Le petit largue se situe entre 65 et 80 degrés. Contrairement à une idée reçue chez beaucoup de plaisanciers, ce n’est pas une allure de portant. La vitesse est bonne et le bateau devient confortable. Le travers désigne l’allure à laquelle le vent arrive par le travers du bateau, autrement dit à 90° de l’axe du bateau. Le voilier accélère encore, la gîte est nulle ou quasi nulle, l’influence des vagues par temps moyen est négligeable. Cette allure est souvent optimale tant du point de vue de la vitesse que du confort du marin. Les voiles se creusent un peu et leur ouverture par rapport à l’axe du bateau s’accentue encore, de façon à augmenter la composante avant. Le flux d’air sur les voiles reste laminaire.
Les allures portantes : largue, grand largue et vent arrière
À cette allure et aux allures suivantes - réunies sous l’appellation d’allures portantes - des voiles d’avant de grande surface et aux formes creuses (spinnaker, gennaker ou génois), peuvent être envoyées pour gagner en vitesse. Aux allures portantes, si le vent est suffisamment fort, le bateau peut dans certains cas déjauger, c’est-à-dire sortir sa coque en partie de l’eau, gagnant encore en vitesse.
Le largue se situe entre 100 et 120 degrés. À cette allure, la voile d’avant peut être remplacée au profit d’une grande voile légère, plus creuse et plus efficace, qui se gonfle avec le vent. Au grand largue, le vent provient de 3/4 arrière (entre 120 et 170°). Les voiles sont écartées de l’axe du bateau au maximum mais l’écoulement des filets d’air sur les voiles est désormais perturbé : les filets d’air frappent le plan de la voile selon un axe qui se rapproche de la perpendiculaire. Les vagues qui arrivent également de cette direction provoquent un roulis désagréable qui peut rendre difficile le respect du cap par le barreur. Sous la poussée d'une vague, le bateau tend à changer de direction (le safran n'est momentanément plus efficace) en se rapprochant de l'axe du vent.
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Au vent arrière, le vent provient du secteur arrière du voilier. L’écoulement de l’air sur les voiles est très perturbé et la vitesse du voilier est nettement diminuée par rapport au grand largue. Le roulis s’accentue, le risque d’auloffée s’accroît. À certains moments, les voiles peuvent ne plus porter car le voilier est à la limite du virement : l’empannage menace.
Stratégies de navigation et manœuvres
Si la destination du voilier est choisie, l’allure sera imposée par la direction que prendra le vent durant la navigation et le louvoyage pourra s'avérer nécessaire. Toutefois, si l’équipage dispose de temps ou si le bateau n’a pas la capacité de tenir l’allure imposée par le vent, il est souvent possible de choisir une route permettant de bénéficier des allures les plus favorables.
Lofer consiste à diriger le bateau vers une allure de près, en rapprochant l'axe du navire de la direction du vent. À l'inverse, abattre consiste à diriger le bateau vers une allure de vent arrière, en éloignant le voilier de l'axe du vent. Virer de bord consiste à traverser la zone sans vent, en laissant les voiles faseyer le temps que la proue passe l'axe du vent, avant de regonfler les voiles sur l'autre bord. L'empannage est une manœuvre similaire mais effectuée aux allures portantes, où les voiles changent d'amure en passant par le vent arrière.
La gestion de l'équilibre est primordiale : une fois l’allure du voilier stabilisée, la barre doit être la plus neutre possible. L'équipage joue un rôle de contre-poids pour limiter la gîte excessive, laquelle augmente la traînée hydrodynamique et réduit l'efficacité de la propulsion. Sur un voilier, l'allure correspond à la direction dans laquelle le bateau avance par rapport au vent. Le vent peut venir du bord droit ou du bord gauche du bateau. Lorsque le bateau reçoit le vent de la gauche, on dit qu'il navigue bâbord amures.
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