L’hydrodynamique marine a connu une révolution majeure avec l’utilisation des foils, ces appendices profilés qui permettent de sustenter une embarcation au-dessus de la surface de l’eau. Si le concept de "vol" marin semble futuriste, il repose sur des principes physiques éprouvés depuis plus d’un siècle, où la portance générée par la vitesse permet de s'affranchir de la traînée archimédienne.
Fondamentaux de la portance hydrodynamique
Pour comprendre le fonctionnement d’un foil, il faut se référer aux travaux sur les ailes d'avion, car le foil est une aile marine. Lorsque le bateau atteint une vitesse suffisante, l'eau s'écoule autour du profil du foil. Ce dernier est conçu avec une partie supérieure bombée (l'extrados) et une partie inférieure plus plate (l'intrados). Le mouvement dans l'eau induit une différence de pression : la pression est plus faible au-dessus du foil et plus élevée en dessous. Cette différence de pression génère une force de portance qui soulève l'ensemble au-dessus de la surface de l'eau.
La portance d'une aile est proportionnelle à sa surface alaire et au carré de sa vitesse de déplacement (V²). Cependant, dans le domaine des hydrofoils, la puissance nécessaire pour maintenir cet état peut atteindre la puissance sixième de la vitesse (proportionnelle à V6), ce qui explique pourquoi la gestion de la traînée est un défi constant. L'objectif est d'obtenir une traînée limitée à environ 10% du poids de l'embarcation. La cambrure, l'incidence et l'épaisseur relative du foil sont des paramètres cruciaux. Un foil mince est plus "pointu", offrant de meilleures performances à faible incidence, mais sur une plage d'incidence très réduite.
L'ère des hydrofoils Rodriguez et Supramar
L'analyse du fort développement des hydrofoils à moteur à partir de la seconde moitié du 20ème siècle révèle une période d'innovation intense. En 1954, le chantier naval Leopoldo Rodriguez à Messine obtient la licence pour construire des hydrofoils conçus par Supramar. Le succès du PT-20 conduit au développement du PT-50, conçu pour des liaisons offshore et inter-îles, lancé en 1958.
Ces engins, dits de 1ère génération, utilisaient des foils traversants, ce qui facilitait leur construction. Plus les bateaux de la série « PT » grandissaient, plus ils s’aventuraient en mer où les foils traversants étaient confrontés à leurs limites d’autorégulation. Le Super Jumbo RHS-200, capable de transporter jusqu’à 254 passagers, a marqué l'apogée de cette série en 1978. Parallèlement, Rostislav Alexeyev, en Russie, lançait des modèles comme le Raketa (389 unités produites entre 1957 et 1976) et le Meteor. Ces navires étaient réservés aux eaux intérieures, tandis que la version maritime, le Kometa, était munie de foils plus longs pour accepter une hauteur de vagues plus importante.
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Défis technologiques : cavitation et maintenance
L'un des freins principaux des gros hydrofoils était la certification et l'entretien. Il est extrêmement difficile d'éviter la cavitation des foils au-dessus de 50 nœuds. La cavitation sur l'extrados, côté bord de fuite, limite les performances et crée des vibrations haute fréquence dans la coque. À ces vitesses élevées, la traînée commence à augmenter considérablement.
Le coût d'entretien, incluant la main-d'œuvre, les matériaux et le temps de non-mise à disposition, a conduit à la quasi-extinction de cette génération de navires de transport. De plus, les coques en aluminium mince riveté restaient fragiles. L'utilisation d'hydrofoils doit être un réel plus et non une fin en soi : les hydrofoils n'aiment pas le poids, car si la surface évolue au carré de l'échelle, le volume, et donc le poids, augmente au cube.
Conception moderne : vers l'autostabilité et l'hybridation
Pour assurer la stabilité, des systèmes de contrôle automatique sont nécessaires. Grunberg a proposé de développer un pilote automatique basé sur des accéléromètres, mais l'application pratique était limitée par le manque d'ingénierie de précision de l'époque. Aujourd'hui, les approches ont évolué vers des simulateurs comme le DPP (Dynamic Performance Prediction).
La conception moderne s'oriente vers des bateaux à moteur à foils hybrides, capables de naviguer en configuration archimédienne ou « foiler » et de changer de configuration pendant la navigation. Le foil est monté coulissant par rapport à la structure porteuse, permettant d'adopter deux positions : une position active où le foil est abaissé, et une position passive où le foil est confondu avec la structure porteuse ou entièrement rétracté à l'intérieur de celle-ci. Cela permet une prise de quai similaire à celle d'un bateau classique, sans recours à une logistique dédiée.
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