Le monde de la navigation a été radicalement transformé par l'introduction des foils, permettant à divers types de navires d'atteindre des vitesses autrefois jugées impossibles. Ces appendices, comparables à des ailes d'avion immergées, redéfinissent les standards d'efficacité et de performance. La question de leur intégration sur les trimarans est au cœur des préoccupations des architectes navals, cherchant l'équilibre parfait entre portance, stabilité et réduction de la traînée.
Définition et fonctionnement des foils
Un foil est un appendice immergé et fixé sous la coque d'un bateau. Lorsqu'un navire 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 le milieu liquide et minimisant la traînée. Cette portance est générée par la différence de pression entre le dessus et le dessous du foil.
Le fonctionnement repose sur les principes de l'hydrodynamique. Lorsque le bateau accélère, l'eau s'écoule sur le profil incurvé, générant une force verticale. Cette portance soulève le bateau, diminuant la résistance à l'avancement. Les systèmes de stabilisation active, utilisant des capteurs et des contrôleurs, peuvent modifier en temps réel l'angle des foils, garantissant une portance et une stabilité optimales.
Histoire et évolution des plans porteurs
Les premières expérimentations remontent au 19ème siècle, avec des pionniers comme Thomas William Moy dès 1861. Cependant, c'est au 20ème siècle que la technologie s'accélère. Des figures comme Éric Tabarly ont été parmi les premiers à expérimenter avec les foils pour améliorer les performances des voiliers. Le trimaran Paul Ricard, lancé en 1980 par Tabarly, a marqué une étape décisive dans l'histoire de la course au large.
Plus récemment, le projet Hydroptère d'Alain Thébault a démontré la faisabilité de dépasser les 50 nœuds. Dans le même temps, la Coupe de l'America a propulsé les catamarans volant sur des foils en L ou en J, transformant radicalement la perception de la vitesse sur l'eau. Pour les trimarans, l'évolution a suivi un chemin singulier, passant des flotteurs submersibles aux foils d'appoint, puis aux systèmes plus complexes.
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L'intégration des foils sur les trimarans
La jonction entre les foilers et les trimarans classiques a donné naissance à une catégorie intermédiaire : les trimarans à foils d'appoint. Des architectes comme Dick Newick et Derek Kelsall ont été des précurseurs en équipant des flotteurs longs et volumineux de plans porteurs. Le but était initialement de diminuer le tangage et d'améliorer la stabilité longitudinale.
Le tournant majeur s'est produit en 1986 avec le trimaran Biscuit Cantreau, équipé de foils à 45 degrés. Ce design permettait d'obtenir une formidable puissance et de limiter la traînée par petit temps, tout en offrant une stabilité accrue. Contrairement aux foilers purs, ces trimarans utilisent les foils pour soulager la coque, augmentant ainsi le couple de redressement sans pour autant nécessiter un vol permanent.
Dynamique et performance : le rôle du foil
L'architecte Vincent Lauriot Prévost, concepteur du Figaro 3, explique le rôle des foils sur les monocoques, mais ces principes s'appliquent également aux trimarans : "Le profil asymétrique qui prend l’effort antidérive va donner du moment de redressement et alléger le bateau. Plus cette force latérale augmente, plus on charge le foil et le foil pousse verticalement également".
Sur un trimaran, le foil agit comme un turbo. Dans les allures de près, il permet de charger le profil pour réduire l'angle de dérive et décharger la quille et la coque. Dans les allures de portant, on réduit l'angle de rake au maximum pour en diminuer la traînée. Dès que la vitesse augmente, le foil génère à la fois une force antidérive horizontale et une force verticale qui tend à soulager le bateau. Cela explique pourquoi nous avons un bateau très équilibré avec une barre très neutre.
Défis techniques et limites physiques
Malgré leurs avantages, l'utilisation des foils sur les trimarans présente des défis. Le coût des matériaux, notamment la fibre de carbone, et la complexité de l'ingénierie nécessaire pour concevoir des systèmes de rétraction efficaces restent des freins. Comme le souligne le constructeur Hugh Welbourn, "un foil génère davantage de moment de redressement et donc des charges nettement plus élevées dans la coque et le gréement".
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La mer elle-même constitue la limite principale. Lorsque les vagues dépassent une certaine taille, les perturbations rendent le vol instable. La maîtrise de la régulation, qu'elle soit naturelle ou mécanique, est cruciale pour affronter la forte houle. Le passage d'un concept de "tout ou rien" à une gestion fine de l'incidence du foil est le défi actuel pour rendre ces bateaux performants dans toutes les conditions.
Types de foils et applications modernes
Les foils se déclinent en de multiples formes, chacune adaptée à des besoins spécifiques :
- Foils en C : Utilisés pour la semi-sustentation, ils améliorent la vitesse et le confort sans chercher le vol total.
- Foils en L : Très courants sur les bateaux de course, ils offrent un excellent compromis entre portance et contrôle, avec une partie horizontale générant le lift.
- Foils en T : Utilisés sur les safrans ou les dérives, ils assurent une grande stabilité en vol, bien qu'ils présentent une traînée plus importante au démarrage.
- Foils en V : Autorégulateurs par nature, ils sont très efficaces sur les multicoques de course en offrant une faible surface mouillée.
L'innovation continue avec des projets comme les trimarans Ultim, qui utilisent des foils de six mètres de long pour faire émerger l'intégralité de la coque. Ces vaisseaux peuvent atteindre des vitesses de pointe de 45 nœuds. Chaque nouvelle génération de foils permet de tester des profils optimisés, améliorant la vitesse par vent faible et la stabilité dans le clapot.
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