L’architecture navale moderne a été bouleversée par l’introduction des appendices porteurs, une technologie visant à effacer les contraintes de la pesanteur, un vieux rêve dans le monde de la voile. Si le concept de sustentation hydrodynamique n’est pas nouveau, son application aux monocoques de plaisance, notamment à travers le projet du Syra 18, marque une étape majeure dans la démocratisation du vol.
La genèse et le concept du monocoque à foil basculant
Après douze années de travail, le Syra 18 - premier monocoque à foil basculant grand public - va bientôt voir le jour. Un foiler conçu pour le double et qui se veut accessible à tous. Sur le cahier des charges, ce nouveau foiler devait à la fois être compétitif et accessible à un large public. Pour ce faire, les deux ingénieurs ont travaillé sur une carène hybride à mi-chemin entre le mono et le multicoque. Fini les dessalages et autres chutes intempestives dans les airs irréguliers. Un avantage qui sera apprécié des novices quand on connaît l’instabilité légendaire de ce type d’engin.
« En moth par exemple, le point d’équilibre est difficile à trouver. Sur le Syra, on a plus d’appui et surtout on reste sur le bateau. » Étonnant cette coque hybride entre le monocoque et le catamaran. L’autre grande innovation sur laquelle ont travaillé les deux Suisses, c’est un foil central basculant qui sera géré via un rail. « On a d’abord testé ce système sur un Classe A modifié pour valider l’idée. » Comme sur les moths à foils, un palpeur va donner les informations au foil pour régler la hauteur de vol. À la différence que celui-ci ne revient pas à l’avant, mais reste sous le bateau, derrière le « T foil » auquel il est connecté. « L’assiette longitudinale aura moins d’influence sur le palpeur. Il va permettre de réguler la hauteur sans surréagir ». Le fait d’avoir fait le choix d’un foil central permet de gagner en puissance et en simplicité mais aussi de réduire les risques d’accident en cas de chute. « On a voulu faire un bateau safe. Donc pas de bord de fuite de foil sur le pont. »
Architecture, stabilité et performances du Syra 18
Comme un catamaran, le Syra 18 est équipé de deux safrans avec plans porteurs. Toujours dans un souci de stabilité et de sécurité. Ces appendices pourront être réglés indépendamment (l’un en positif, l’autre en négatif) comme pour les AC50 de la Coupe de l’America. Côté performances ? « On a mis le curseur sur les airs légers pour voler assez tôt. La taille du foil nous permet de décoller dès 6-7 noeuds de vent. » La grand-voile en deck-sweeper permet un écoulement optimisé des flux d’airs en comblant l’espace entre la bôme et le pont. Avec celle-ci et le code 0 autovireur sur enrouleur, le Syra 18 portera au total 30 mètres carrés de toile pour un poids de 135 kilos (300 avec l’équipage).
Neils Frei et Yves Detrey ont mûri ce projet grâce à leur expérience sur divers supports comme le D35 ou le GC32. « Là, nous sommes en phase de prototype. Il y aura sans doute plusieurs points à ajuster mais le bateau a tous les atouts pour en faire une série intéressante. » Il ajoute : « Ce bateau sera assez extrême mais simple d’utilisation. On a imaginé un système de Tips (horizontal de foil) interchangeables pour proposer différentes tailles suivant la force du vent. »
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Fondements théoriques de l'hydrodynamique des foils
Le foil a une forme profilée qui donne à son côté supérieur bombé (extrados) une longueur plus importante que celle de son côté inférieur (intrados), qui lui, est plat. Les molécules d’eau situées au-dessus du foil sont ainsi accélérées pour arriver en même temps que celles qui sont passées sous le foil, malgré une distance plus importante à parcourir. D’après le théorème de Bernoulli : à altitude égale, la pression d’un fluide diminue quand sa vitesse augmente et inversement. C’est la différence de pression entre l’intrados et l’extrados du foil qui crée la force de portance : déplacement de l’eau de la zone de pression élevée vers la zone de faible pression.
La force de portance obtenue par l’intermédiaire des foils permet des performances accrues du bateau en augmentant sa vitesse maximale. Dans cette situation, la partie immergée de la coque (carène) n’a plus de fonction « archimédienne ». Le navire est alors « porté par ses ailes » et se comporte comme un avion. La vitesse du navire augmente au fur et à mesure que sa coque sort de l’eau. Sur un voilier à déplacement, c’est la voile qui fournit la propulsion longitudinale : propulsion vélique, introduisant alors un paramètre relativement complexe nommé « couple de chavirement », dont il faut tenir compte dans la composante latérale de la force propulsive du voilier et la gérer. On explique ainsi que sur un moth, il est évident que c’est le déport du barreur et de sa masse corporelle combinés à la distance horizontale entre le centre de portance du foil et sa position qui génèrent le couple qui va stabiliser le bateau et l’empêcher de chavirer.
Évolution historique et technique des systèmes porteurs
L’origine du foil est lointaine car c’est dès l’année 1861 en Grande-Bretagne que Thomas Moy installe 3 foils horizontaux sous un canot. Tiré par un cheval, le canot se soulève au-dessus de l’eau. Puis en 1885 en France, De Lambert réalise « une sorte de catamaran » avec des tonneaux fixés 2 par 2 l’un derrière l’autre. Une dizaine d’années plus tard, De Lambert et Phillips construisent le premier hydroptère, catamaran supporté par 4 hydrofoils transversaux. A l’aube du 20ème siècle (1904), De Lambert est à l’origine du premier hydroptère autopropulsé à l’aide d’un moteur à explosion.
Les premières tentatives d’installation de foils sur des bateaux de course au large remontent aux années 1970, avec notamment le trimaran Paul-Ricard d’Eric Tabarly. Le concept est ensuite développé sur les Formule 40, équipés de foils droits, inclinés à 45 degrés. Tournant majeur avec la mise à l’eau en 1994 de l’Hydroptère, qui vole sur trois appuis. L’essai est définitivement transformé lors de la Coupe de l’America en 2010 avec USA 17, doté de foils en J, puis en 2013, où les AC72 volent en course à plus de 40 nœuds avec des foils en L.
BENETEAU innove en étant le premier chantier à installer des foils sur un bateau course de série, destiné au large. Les foils du Figaro BENETEAU 3, construits chez Multiplast, pèsent chacun 38 kilos pour une longueur développée de 3,30 mètres. Avec leur forme en « chistera », ils contribuent à l’effet anti-dérive du monotype au près, en aidant la quille dont la largeur de voile est restreinte. Résultat : des vitesses moyennes supérieures et un bateau plus stable, allégé d’environ 30% par rapport au Figaro BENETEAU 2.
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Typologies des appendices porteurs et innovations mécaniques
Les foils se déclinent en de multiples formes et s’invitent sur toutes sortes de multicoques, y compris les powercats ou les unités de croisière. Les foils en C ne permettent pas au bateau de voler hors de l’eau. Toutefois, leur utilisation offre un effet de portance qui soulève le multicoque. Leurs principaux avantages sont donc d’améliorer la vitesse et le confort en procurant une semi-sustentation. Ils sont également très faciles à contrôler, car moins extrêmes que les autres foils.
Ce sont les foils que l’on peut voir sur les monocoques de course au large ou sur les nouveaux supports de la Coupe de l’America. Ils sont reconnaissables à leur forme en L avec une partie horizontale qui génère la portance. Leur principal avantage est d’améliorer la stabilité par rapport à des foils droits. Les foils en T sont constitués d’une partie verticale et d’une aile perpendiculaire horizontale en bout de foil. Ils sont utilisés depuis très longtemps, puisque ce sont ceux que l’on trouve notamment sur les safrans de bateaux, sur les dérives, mais aussi sur les planches de surf à foil. Les avantages des foils en T sont multiples et, en premier lieu, ils offrent une grande stabilité en vol et évitent le tangage.
Le foil en V est très utilisé, notamment sur les multicoques de course. Il se compose d’une lame inclinée à plus ou moins 45° vers le centre du multicoque. Le premier avantage de ce système, c’est sa simplicité. Autre bon point, le foil en V est pratiquement autorégulateur, c’est-à-dire que le bateau retrouve son assiette et son équilibre de manière presque automatique y compris par mer formée.
Mécanismes de déploiement et brevets d'ergonomie
La présente invention concerne les bateaux motorisés à foils. Elle consiste à initialement déployer les foils le long d'une trajectoire sensiblement horizontale puis de les basculer en direction du plan d'eau. L'invention concerne plus précisément un bateau à moteur comprenant une structure porteuse et au moins une paire de foils similaires disposés de chaque côté de la structure porteuse, chacun desdits foils étant défini par une aile et son support ; ce dernier étant rétractable dans la partie inférieure de la structure et monté coulissant par rapport à celle-ci.
Lesdits foils étant disposés de manière à adopter au moins deux positions fixes, à savoir une position dite « active » dans laquelle ils sont déployés dans des positions similaires et une position dite « passive » dans laquelle lesdits supports sont rétractés dans la structure porteuse ; caractérisé par le fait que le bateau est adapté de manière à ce que le déploiement des foils comprenne un déplacement initial des supports selon une direction sensiblement horizontale, qui s'éloigne du plan médian vertical de la structure porteuse, suivi d'un basculement autour d'un axe parallèle ou sensiblement parallèle à l'axe principal du bateau. Il convient de relever que l'invention offre notamment l'avantage de réduire l'encombrement des foils étant donné qu'ils peuvent être positionnés sous le pont du bateau. Selon un autre mode de réalisation de l'invention les foils sont guidés par deux cales adaptées en ce qu'elles permettent le passage de voiles de corde et vrillages évolutifs. Avantageusement le système de remontée mécanique des foils comporte un vérin à vis solidaire de structure porteuse et du foil simultanément.
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