Les sports nautiques comme le kitefoil, windfoil, wingfoil, supfoil ou encore le dock foil sont des sports de plus en plus populaires pour les sensations qu’ils procurent. Le foil, cette innovation qui a révolutionné les sports de glisse, suscite un intérêt grandissant auprès des passionnés de la glisse. Mais qu’est-ce qu’un foil, exactement ? Le foil est une pièce maîtresse qui permet de s'élever au-dessus de la surface de l'eau, transformant radicalement l'expérience de navigation en réduisant la traînée hydrodynamique.
Origines et évolution historique du concept de foil
Qui a inventé le foil ? C’est en 1861 que 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. Cette idée fut ensuite reprise par le français Charles De Lambert en 1885 avec la construction d’un catamaran équipé de tonneaux en guise de coque. En 1897, De Lambert récidive en créant le premier hydroptère autopropulsé à vapeur avec le britannique Horatio Philips. La même année, de l’autre côté de l’atlantique, ce sont les américains William & Larned Meacham qui remorquent un canot doté de foils avant et arrière.
En 1906, c’est au tour de l’italien Enrico Forlanini d’apporter sa pierre à l’édifice et de faire évoluer le foil avec la conception d’un hydroptère motorisé capable d’atteindre la vitesse de 38 nœuds. Plus récemment, à la fin des années 70, le célèbre navigateur Eric Tabarly fait entrer le foil dans une nouvelle ère avec son trimaran, le Paul Ricard, avec lequel il bat le record de la traversée de l'atlantique en 10 jours et 5 heures. Depuis des lustres, on a imaginé utiliser des foils porteurs sur les bateaux dans le but de sortir la coque hors de l’eau et de réduire ainsi la résistance à l’avancement de la coque.
Architecture et composants d'un foil
Pour comprendre le fonctionnement de cet équipement, il est nécessaire de détailler ses composants structurels. Aujourd’hui, toujours à la pointe des dernières technologies et du développement, Duotone foilwing propose une gamme complète de foils adaptés aux différentes pratiques du foil.
- Mât : Le mât d’un foil est une pièce en aluminium ou carbone qui fait la jonction entre la planche et le set d’aile avant et arrière (le stabilisateur). La longueur du mât peut varier entre 75, 82 et 90 cm en fonction de la zone et des conditions. Un mât court convient aux endroits où le niveau de l'eau est peu profond. Un mât de 82 cm peut être utilisé pour le freeride, le freestyle et les vagues. Un mât de 90 cm convient aux spots avec une houle plus forte et aux wingfoilers qui recherchent la vitesse maximale.
- Fuselage : Le fuselage d'un foil est la partie centrale qui relie les ailes au mât. C'est un élément crucial de la structure du foil, car il assure la stabilité et la rigidité de l'ensemble. Le fuselage permet également de positionner correctement l'aile par rapport au mât, ce qui influence les performances du foil en matière de portance et de maniabilité. Plus le fuselage est long, plus le foil est stable, plus le fuselage est court, plus le foil est maniable et agile.
- Aile avant : L'aile avant est la composante du foil qui génère la portance lorsque le foil est en mouvement dans l'eau. Elle est située à l'avant du fuselage et est conçue pour interagir avec l'eau afin de créer une force ascendante qui soulève le rider et le matériel au-dessus de la surface de l'eau.
- Aile arrière ou stabilisateur : Une aile arrière, également appelée stabilisateur, est une partie essentielle du foil. Elle se situe à l'arrière et joue un rôle crucial dans la stabilité et le contrôle de la planche lorsqu'elle est en mouvement sur l'eau. La fonction principale de l'aile arrière est de générer une portance qui aide à équilibrer la planche et à maintenir une position stable, surtout à grande vitesse.
Paramètres de design et influence sur la performance
Les paramètres de design d'un foil comprennent la surface de l'aile, le profil, l'aspect ratio, la longueur du fuselage et la longueur du mât. Ces caractéristiques influencent la portance, la stabilité, la maniabilité et la vitesse du foil.
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Plus la surface des ailes d’un foil est importante, plus elle procure de la portance, donc un foil plus facile d'accès et plus maniable. Moins de surface des ailes induit moins de portance donc un foil plus performant en vitesse mais plus technique, destiné à des riders expérimentés. L'aspect ratio d'un foil est un terme qui décrit la relation entre la longueur de l'aile et sa largeur. Plus précisément, il est calculé en divisant la longueur de l'aile par sa largeur. Un aspect ratio élevé signifie que l'aile est longue et étroite, tandis qu'un aspect ratio bas indique qu'elle est plus courte et plus large. Un aspect ratio élevé est souvent associé à une meilleure performance en termes de portance et d'efficacité car il réduit la traînée.
Les foils à faible allongement ont une envergure plus courte et sont plus ronds, ce qui leur permet d'être plus maniables et d'offrir une portance à des vitesses plus faibles. Ils restent idéaux pour débuter. Les foils à allongement moyen offrent un bon équilibre entre portance, vitesse et manœuvrabilité et sont donc polyvalents dans différentes conditions. Les foils à grand allongement ont une plus grande envergure, de meilleures caractéristiques de planning et restent en vol à des vitesses inférieures à celles des foils à faible allongement. Ils sont donc particulièrement adaptés pour maximiser l'efficacité et les performances, notamment dans les vents légers, les petites vagues et pour le pumping.
La dynamique des fluides : Comment fonctionne la portance
Les forces induites sur un foil sont comparables aux forces appliquées sur une aile d’avion. En effet, les forces aérodynamiques sont similaires aux forces hydrodynamiques, car les ailes d’un avion et les foils évoluent dans des fluides (air et eau), et ont un profil, une forme « d'aile », permettant la création de portance. Néanmoins, l'air et l'eau ne sont pas exactement identiques. En effet, ils se distinguent en un point important : la viscosité.
Le principe de fonctionnement d’un foil repose sur la création d'une différence de pression. L’aile avant transmet une force de portance à la planche de foil, plus la vitesse de déplacement est grande, plus elle génère sur le foil une portance hydrodynamique, ce qui permet de s'élever au-dessus de la surface de l'eau. L’objectif de ce transfert de portance est de réduire totalement le frottement de la planche et de réduire la puissance nécessaire à la vitesse.
Un foil est généralement conçu avec une forme profilée, souvent en forme d'aile, qui permet de créer une différence de pression entre le dessus et le dessous de la surface du foil lorsqu'il se déplace dans l'eau. Lorsque le foil est immergé et qu'un bateau ou un autre engin se déplace à une certaine vitesse, l'eau s'écoule autour du foil. La forme du foil fait que l'eau se déplace plus rapidement sur le dessus que sur le dessous. Cette différence de vitesse crée 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.
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La portance est la composante de la résultante des forces de pression qui s'exercent sur un corps en mouvement dans un fluide, perpendiculaire à la direction de la vitesse. Celle-ci nous apprend donc que la portance résulte des forces de pression, c'est-à-dire de la différence de pression entre le dessus et le dessous de l'aile (extrados: dessus, intrados: dessous). Les travaux sur les ailes d’avions, donc sur la portance, ont montré que la portance d’une aile est proportionnelle à sa surface alaire et au carré de sa vitesse de déplacement. La traînée est une force perpendiculaire à la portance. Elle représente les forces de frottements qui freinent les déplacements d'un objet dans un fluide.
Spécificités par pratique : Kitefoil, Windfoil, Wingfoil, Surfoil et Supfoil
Pour la pratique du foil, il est important de choisir un foil adapté à votre niveau et à vos objectifs. En général, les foils avec une aile avant plus grande procure plus de portance et de stabilité et seront destinés pour les débutants. À mesure que vous progressez, vous pouvez opter pour des ailes plus petites qui permettent des vitesses plus élevées et des manœuvres plus agiles.
- Kitefoil : Les débutants avec un gabarit (entre 70 - 80 Kg) en kitefoil devront déjà maîtriser la pratique du kitesurf. Ils choisiront un set d’ailes d’une surface d’environ 1400cm² pour plus de portance, un fuselage entre 65 à 75 cm et d’un mât d’une longueur de 80 à 85 cm. Les riders avec un niveau de pratique maîtrisée, feront le choix d’un set d’aile et d’un fuselage plus petit, d’un mât plus long : entre 95 et 120 cm pour encore plus de performances et de vitesse.
- Windfoil : Les débutants avec un gabarit (entre 70 - 80 Kg) en windfoil devront déjà avoir une bonne technique du windsurf. Ils choisiront un set d’ailes d’une surface d’environ 1500cm² pour plus de portance, un fuselage entre 85 à 90 cm et d’un mât d’une longueur de 80 à 85 cm. Idem que pour la pratique du kitesurf, les riders avec un niveau de pratique maîtrisée feront le choix d’un set d’aile et d’un fuselage plus petit et d’un mât plus long.
- Wingfoil : Débuter en wingfoil pour un rider avec un gabarit (entre 70 - 80 Kg) nécessite un set d’ailes d’une surface d’environ 1700cm² pour avoir de la portance et un décollage rapide, un fuselage entre 70 à 75 cm et d’un mât d’une longueur de 80 à 85 cm. Un rider intermédiaire réduira ses caractéristiques, toujours pour plus de performances. Sans oublier qu’un set d’ailes avec une grande surface reste incontrôlable dans des conditions de vents soutenues, votre foil va toujours monter jusqu'à sortir de l’eau et provoquer une chute.
- Surfoil : Le surfoil a pour avantage indéniable de pratiquer le surf lorsque les vagues sont plus petites. Il permet d’optimiser les faibles conditions de vagues. Pour débuter en surf foil, nous vous conseillons de choisir un foil d’une surface de 1000 à 1300cm² qui va maximiser le contrôle. Avec la pratique, dirigez-vous vers des types d’ailes plus petites à profil fin et un aspect ratio élevé pour plus d’accélération, plus de vitesse et plus de dynamisme.
- Supfoil : La pratique du supfoil est de plus en plus orientée vers le downwind foil. Il est essentiel de choisir un foil qui offre à la fois portance et stabilité, tout en étant capable de gérer les conditions de mer et de vent variables. Pour des conditions de vent faible, un foil plus grand avec une surface de portance plus importante est préférable.
Conseils pratiques pour débuter et progresser en foil
Pour les débutants et les novices, un foil avec une grande aile avant permettant un vol stable est le mieux adapté. La taille optimale du foil pour les débutants se situe entre 1700 et 2000 cm². Les débutants doivent choisir un fuselage moyen à long (70 cm ou 76 cm) pour une stabilité suffisante. Un mât plus court (75 cm) facilite le contrôle du vol et de la planche. Les riders confirmés peuvent varier la longueur du fuselage en fonction de leur style de navigation. Les fuselages plus courts offrent une meilleure maniabilité et plus de pop lors des sauts, tandis que les fuselages plus longs permettent une meilleure stabilité directionnelle à vitesse élevée et une plus grande stabilité en inclinaison.
Le choix du matériel est déterminant pour l'expérience globale. Naviguer en foil peut être une expérience très agréable et excitante ! Le foil permet de glisser au-dessus de l'eau, ce qui réduit la résistance et offre une sensation de vitesse unique. Choisir son foil quelque soit sa pratique de sport nautique peut être complexe, mais en comprenant les relations entre la surface des ailes, la longueur du fuselage et la vitesse, le rider peut ajuster son équipement pour maximiser son plaisir.
Considérations avancées : Stabilité et ingénierie des foils
L’équilibre étant fonction de la position relative entre le centre de gravité du navire et la résultante de la portance des différents foils, cet équilibre se gère comme sur un avion avec des gouvernes. Sur un voilier c’est beaucoup plus compliqué car la propulsion longitudinale n’est plus obtenue par une hélice mais par un ensemble de voiles. Cette propulsion vélique va introduire un paramètre complexe : le couple de chavirement.
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Pour un voilier monocoque à déplacement, les choses se compliquent car si on veut de la puissance, il faut de la surface de voilure afin de générer de la force propulsive. Et rien n’étant jamais gratuit, la force propulsive créée par la voilure va produire évidemment une force dans l’axe du voilier, celle qui donne la vitesse, mais aussi une force non négligeable qui va vouloir faire chavirer le voilier. Pour contrecarrer ce couple de chavirage et de fait augmenter la puissance, l’architecte va déplacer au vent le centre de gravité du voilier en utilisant une quille pendulaire souvent accompagnée de ballasts liquides.
Les performances annoncées et les simulations réalisées pour un IMOCA prévoient un gain de 5 jours sur le Vendée-Globe. Rapporté au dernier Vendée-Globe, cela conduirait à boucler le Tour du Monde en 73J 2H. En 2013 et 2014, une expérimentation a été réalisée sur WILD OATS XI (Foil DSS, Dynamic Stability System). Le foil est latéral, sa principale fonction est d’accroitre le couple de redressement. La fonction sustentation paraît minimale quand on voit la position très reculée du foil. Elle permet toutefois de déjauger la carène.
Débats théoriques sur la portance
L’explication de la portance est complexe et se prête difficilement à la simplification. Elle fait appel aux lois de Newton, aux équations de Bernoulli, celles de Navier-Stokes et d’Euler, aux travaux de Kutta-Jukowski. Parmi ces théories, certaines sont inexactes mais elles ont leurs défenseurs. Le fait que certaines théories erronées restent vivaces est assez logique. Le phénomène n’est pas simple, alors lorsque vous avez découvert une explication qui semble fonctionner - et que vous la comprenez - il vous est difficile d’admettre qu’elle est incorrecte ou incomplète.
La théorie du ricochet est basée sur l’idée que la portance serait due à l’énergie développée par les molécules qui « frappent » le dessous du plan porteur. Elle fait référence à la troisième loi de Newton : lorsqu’un solide A exerce une force sur un solide B, le solide B exerce sur le solide A, la force directement opposée. Cette explication ne prend en compte que l’interaction du fluide avec la surface inférieure de l’aile. Elle suppose que toute la portance est générée par l’intrados, ce qui est totalement erroné.
Une autre théorie, basée sur le théorème de Bernoulli, est souvent appelée « théorie du temps de transit équivalent ». Cette thèse s’appuie sur le fait que, dans la majorité des cas, la partie supérieure des ailes a une corde de longueur supérieure à celle de la partie inférieure. Il nous est expliqué que ces deux molécules devraient se retrouver en même temps derrière le profil. La loi décrite par Daniel Bernoulli, qui traduit le principe de la conservation de l’énergie dans les fluides, intervient bien dans le phénomène qui nous intéresse. Mais cette explication, bien trop souvent citée, est trop simple pour être complète !
Les défenseurs de cette théorie mettent en avant l’idée que la surface supérieure d’une aile agirait comme un venturi qui accélèrerait le flux. Cet effet bien réel porte le nom de son découvreur, Giovanni Battista Venturi. Le théorème de Bernoulli permet d’expliquer ce phénomène : puisque le débit de fluide doit être constant et que la surface de passage diminue, la vitesse augmente nécessairement. Notre plan porteur faisant obstacle au flux, il y aurait resserrement du flux et augmentation de la vitesse sur la partie supérieure du plan. Cette théorie rejoint celle de Bernoulli et est basée sur l’idée qu’un plan porteur agirait comme un col venturi.
Optimisation et performance : Le rôle de la recherche
Lorsque l’on touche à la dynamique des fluides, le moindre détail ou changement apporté au foil a son importance et influe sur ses caractéristiques. La portance du foil, ou l’effet d’aspiration vers le haut, varie principalement selon la taille de l’aile avant, son épaisseur, sa forme de profil et l’angle d’incidence de celui-ci. Plus la surface d’une aile est grande avec de l’épaisseur et plus elle génère de portance. Plus l’angle d’incidence est positivement élevé et plus celui-ci génère de portance mais freine le foil. En revanche, plus ces paramètres sont faibles, plus la portance est réduite.
Parallèlement à la portance du foil, la vitesse de celui-ci dépend de la surface et de l’angle d’incidence de l’aile avant. Ensuite, les spécificités du shape de l’aile pour une même surface jouent sur la vitesse du foil. Une aile avec moins de corde et donc plus d’envergure sera plus rapide. L’aile arrière (stabilisateur) joue pleinement son rôle pour stabiliser le foil. Les facteurs externes influant sur la stabilité du foil sont forcément le poids du pratiquant et ses aptitudes techniques mais aussi le type de plan d’eau sur lequel le Surf Foil est pratiqué. L’élément majeur concernant la maniabilité reste la forme de l’aile avant, à savoir notamment la courbe latérale, qui accentuée permet de tourner plus facilement avec le foil. Une courbe latérale élevée donnera un foil plus maniable mais plus lent car pour la même surface de portance, la surface totale sera plus importante et freinera. L’envergure influence aussi la maniabilité. Plus l’envergure sera importante et plus le foil planera longtemps mais moins les courbes seront serrées.
Développement matériel : L'approche SROKA Company
Notre vision est celle de la démocratisation des sports de glisse autant par l’offre de produits faciles pour apprendre et progresser que par leur prix accessible sur le marché tout en ayant d’excellente performance générale. Pour cela, nous avons augmenté la surface, la corde, l’envergure et l’épaisseur de l’aile avant par rapport à nos anciens modèles pour gagner en portance et en stabilité. Face à l’afflux de matériel que l’on peut trouver de nos jours, le choix de la polyvalence s’est fait naturellement. En adaptant la longueur du fuselage, la taille du stabilisateur on peut rendre un foil beaucoup plus maniable et ainsi avoir un compromis entre le glide, la facilité du pumping et la maniabilité du foil.
La longueur de la planche va influer de deux manières sur votre pratique du Surf Foil. Une planche plus longue avec du volume permet de prendre plus facilement les vagues pour décoller. La largeur de la planche peut, tout comme la longueur, faciliter la prise de vagues à la rame pour le décollage. Le poids de la planche influe négativement sur la portance de la planche. Plus la planche est lourde, plus la portance du foil sera contrée. On peut imaginer à juste titre que le shape de la planche importe peu une fois en l’air, mais plusieurs détails permettent d’améliorer l’expérience de vol : le rocker à l’avant et le biseau à l’arrière et sur les côtés pour ne pas toucher l’eau une fois en vol.
Notre planche de surf foil Fast Flyer est conçue pour permettre une pratique facile et performante du Surf Foil. Nous avons opté pour des dimensions confortables de 4’6 (140cm) de long par 21” (55cm) de large. Pour faciliter la rame, nous avons légèrement creusé le pont pour plus de confort avec un rocker progressif sur le nose. Nous avons travaillé la carène avec un double concave pour maximiser la glisse à basse vitesse afin de partir sur des vagues qui n’ont pas encore déferlé. Le pont entier de la planche est revêtu de pads pour plus de confort et de résistance. Une fois en vol, les rails biseautés et le tail coupé permettent de ne pas toucher la surface lors des virages et lorsque l’utilisateur pompe. La nouvelle gamme SW de SROKA Company s’impose comme la référence en surf foil haute performance, pensée pour tous les niveaux, du débutant à l’expert. Sa construction full sandwich carbone garantit une rigidité et une solidité exceptionnelles, offrant ainsi une réactivité et une nervosité maximales, essentielles pour le pumping et les courbes dynamiques.
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