Naviguer au Portant avec des Foils : Guide Ultime pour Maîtriser la Brise et Gagner en Vitesse

Faire route au portant est une stratégie de navigation qui s'impose comme la solution la plus logique et la plus confortable, surtout lorsque le temps se dégrade. Cette allure offre des avantages considérables, tant du point de vue de la sécurité que du confort, permettant d'aller plus vite et plus directement vers son but. Dans ces conditions, l'équipage, le bateau et le matériel sont moins sollicités, le vent apparent est moins fort puisqu'on retranche au vent réel notre vent vitesse, et la navigation se fait presque à plat, les vagues accompagnant le bateau. L'un des bénéfices majeurs du portant est que la vitesse du bateau augmente avec le vent réel, rendant le vent apparent moins fort et ses claques moins violentes que celles, frontales, que l'on se voit infliger au près. Par exemple, vingt nœuds de vent réel, quand on marche à cinq nœuds, ne nous paraissent qu'une idéale petite brise de quinze nœuds. À trente nœuds, lorsqu'on flirte avec les dix nœuds de vitesse, on n'en ressent jamais que vingt.

Cependant, il est crucial de ne pas se laisser abuser par le vent apparent et de relâcher sa vigilance, car le vent peut sembler très instable au portant, plus qu'à toute autre allure. Pour une navigation efficace au portant, une pression et un angle constants du vent apparent sont essentiels. Plus on est stable, moins on aura besoin de vent pour maintenir une vitesse moyenne. L'objectif est de garder une pression et un angle de vent apparent constant, en se souvenant de l'adage de tempérance : "Le mieux est l'ennemi du bien". Il est facile de rentrer dans un cycle dont le dessin prendra la forme d'une sinusoïde : on lofe pour retrouver le bon angle, mais un peu trop, ensuite on abat alors que le régleur tente de s'adapter aux variations de vent. À trop corriger l'angle de navigation, le barreur et le régleur vont rapidement y perdre leur coordination et donneront l'impression de courir l'un après l'autre. En outre, cela engendre beaucoup de chemin supplémentaire sur la route. Si en descendant la dérive, on pense abattre, on a compris la première moitié du principe. Par contre, l'idée de ralentir à cette occasion est une misconception. En effet, si l'on lofe, on met de la pression dans les voiles, ce qui fait gîter et ressentir pas mal de choses. Si le bateau reste à plat, on va accélérer. En allant vite, le vent apparent va s'orienter sur le côté du bateau. Dès lors, il faut abattre, mais suffisamment doucement pour conserver un écoulement stable sur les voiles, de sorte qu'en ayant réabattu au grand largue, les voiles seront toujours réglées pour une allure plus serrée. Cela dépend évidemment de la vitesse du bateau et des vagues. L'assiette (équilibre) longitudinale fait référence à l'écoulement sur la coque ; il est important de regarder l'avant, mais aussi l'arrière de son bateau.

Les Foils : Une Révolution Hydrodynamique

Les foils ont radicalement transformé le monde des bateaux en permettant à divers types d'embarcations de naviguer à des vitesses incroyables. En réduisant la traînée et en augmentant l'efficacité, ces appendices permettent aux bateaux de s'élever au-dessus de la surface de l'eau, offrant une navigation plus fluide et rapide. Que ce soit pour les voiliers, les hydoptères, les catamarans ou même les bateaux à moteur, les foils ont redéfini les standards de vitesse et d'efficacité dans le monde nautique. Le développement de ces accessoires a également stimulé des innovations dans des disciplines comme le wingfoil, l’efoil et le kitefoil.

Définition et Fonctionnement

Un foil est un appendice immergé et fixé sous la coque d'un bateau. Lorsqu'un bateau 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 l’eau et la traînée, et augmentant la vitesse. Cette portance est générée par la différence de pression entre le dessus et le dessous du foil, similaire au fonctionnement des ailes d'un avion. Les foils peuvent être adaptés à divers types de bateaux, des voiliers aux bateaux à moteur, en passant par les hydoptères (hydrofoils) et les catamarans.

Les foils sont souvent construits à partir de matériaux composites comme la fibre de carbone pour offrir une combinaison optimale de légèreté et de résistance. Les profils des foils sont conçus pour maximiser la portance tout en minimisant la traînée. Des ajustements précis dans la forme et l'angle des foils peuvent améliorer significativement les performances d'un bateau. Les profils des foils peuvent être modifiés pour s'adapter aux conditions de navigation spécifiques, et le nombre de Reynolds augmente avec la vitesse. L'interaction entre la cambrure ramenée à la longueur de la corde, l'incidence et l'épaisseur relative du foil est cruciale pour une performance optimale. La surpression sur l'intrados est un élément clé de la portance.

Le fonctionnement des foils repose sur les principes de l'hydrodynamique. Lorsque le bateau accélère, l'eau s'écoule sur le profil incurvé du foil, générant une portance. Cette portance soulève le bateau, réduisant le contact avec l'eau et donc la résistance. Les foils sont particulièrement efficaces sur les hydoptères et les voiliers, permettant à ces bateaux d'atteindre des vitesses élevées tout en maintenant une stabilité optimale. Les vidéos disponibles sur YouTube illustrent bien ce phénomène en montrant des bateaux équipés de foils qui glissent rapidement sur l'eau. Les systèmes de stabilisation active utilisent des capteurs et des contrôleurs pour modifier en temps réel l'angle des foils, garantissant une portance et une stabilité optimales dans diverses conditions de navigation. Un flotteur oscillant auto-adaptatif, par exemple, est naturellement stable.

Histoire et Innovations des Foils

Les premières expérimentations avec un foil ou plusieurs remontent au début du 20ème siècle. Des pionniers comme Éric Tabarly ont été parmi les premiers à expérimenter avec les foils pour améliorer les performances des voiliers et réduire la surface de contact avec l’eau. Les premiers hydoptères, utilisant des foils, ont démontré leur capacité à augmenter considérablement la vitesse des bateaux. En 1964, l'ingénieur américain Alexander Graham Bell et son assistant Frederick W. Baldwin ont développé le HD-4, un hydroptère capable d'atteindre des vitesses impressionnantes grâce à l'utilisation de foils. Cet hydroptère a établi un record de vitesse sur l'eau qui est resté inégalé pendant de nombreuses années. Les premières utilisations des foils étaient principalement expérimentales, mais elles ont rapidement montré leur potentiel à transformer la performance des bateaux.

La popularisation des foils dans le nautisme moderne s'est accélérée dans les années 1980, notamment grâce à des compétitions de voile et des records de vitesse. Les courses et compétitions ont joué un rôle clé dans cette évolution. Au fil des années, de nombreuses innovations ont été apportées aux foils. Par exemple, les foils en composites de carbone offrent une résistance et une légèreté optimales, permettant aux bateaux de maximiser leur performance. Les systèmes de stabilisation active, utilisant des capteurs et des contrôleurs, ont également amélioré la performance et la stabilité des bateaux équipés de foils. Des innovations récentes incluent des développements dans les foils électriques et les efoils, des planches de surf électriques équipées de foils, qui gagnent en popularité dans les sports nautiques. Les premiers essais de ces nouveaux accessoires ont montré des résultats prometteurs.

Les avancées technologiques ont également permis la création de foils plus efficaces et plus durables. Par exemple, le projet Hydroptère, initié par Alain Thébault, a démontré les capacités des foils en atteignant des vitesses supérieures à 50 nœuds. De même, les voiliers de la Coupe de l'America utilisent des foils pour améliorer leur performance en course, établissant de nouveaux standards de vitesse et de maniabilité. Les équipes impliquées dans ces projets ont continuellement repoussé les limites de ce qui est possible. De nombreux hydroptères ont été construits pour exploiter les avantages des foils. Le transfert technologique vers les techniques utilisées dans la navigation de plaisance est importante, bien que les coûts restent relativement élevés.

Applications et Avantages des Foils

Les foils sont utilisés dans une grande variété de bateaux :

Voiliers : Les compétitions de voile, comme le Vendée Globe, utilisent des foils pour atteindre des vitesses élevées et améliorer la performance. Les foils permettent aux voiliers de naviguer plus rapidement en minimisant la traînée. Les équipes de course travaillent continuellement à améliorer les profils des foils pour maximiser la performance. Le foil est parfois monté à l'extrémité du safran.
Hydoptères : Ces bateaux, comme l'Hydroptère, utilisent des foils pour se soulever entièrement hors de l'eau, atteignant des vitesses de plus de 50 nœuds. L'utilisation de foils sur ces bateaux nécessite des profils spécifiques pour optimiser la portance et minimiser la cavitation. Ces engins peuvent atteindre une vitesse supérieure à 30 nœuds avec un vent limité à 20 nœuds lorsque le poids total en charge est limité à quelques tonnes.
Bateaux à moteur : Les foils améliorent l'efficacité et la vitesse des bateaux à moteur, leur permettant de naviguer plus rapidement et plus efficacement. Les systèmes électriques intégrés dans ces foils permettent de modifier en temps réel les paramètres du foil pour optimiser les performances. La traînée par les foils est sensiblement indépendante de la vague, et d'obtenir une traînée limitée à environ 10% du poids de l'embarcation est un avantage considérable.
Catamarans : Les catamarans bénéficient également de l'ajout de foils. Les compétitions de catamarans ont montré l'efficacité des foils pour augmenter la vitesse et la maniabilité. Ces bateaux sont de plus en plus utilisés dans des courses internationales, démontrant les avantages des foils en termes de performance et de stabilité.
Sports nautiques : Des disciplines comme le wingfoil, le windsurf, l’efoil et le kitefoil intègrent des foils pour offrir des performances optimales et des sensations de glisse incomparables. Le wingfoil combine une aile tenue à la main avec des foils fixés sous une planche, permettant des performances exceptionnelles même par vent léger. Le windsurf utilise des foils pour réduire la résistance et augmenter la vitesse. Des démonstrations sont disponibles sur YouTube, illustrant les avantages de ces innovations. Les premiers à adopter ces technologies ont pu constater une amélioration notable de leurs performances en ligne droite et lors des manœuvres.

Les applications des foils dans les sports nautiques ont également gagné en popularité. Les compétitions internationales de voile, comme la Coupe de l'America, intègrent également des foils pour améliorer la performance des bateaux. Les équipes travaillent constamment pour optimiser les foils et développer des accessoires complémentaires pour améliorer les performances globales. Cela est particulièrement bénéfique pour les voiliers et les bateaux à moteur, où la vitesse est un facteur crucial. De plus, les foils permettent une navigation plus fluide et plus stable, même dans des conditions de mer agitée, ce qui améliore considérablement le confort de l'équipage. Un foil mince est plus "pointu", offrant des performances à faible incidence mais sur une plage d'incidence très réduite. Des équipes de chercheurs travaillent continuellement pour améliorer les technologies liées aux foils, notamment en ce qui concerne les systèmes électriques et les profils optimisés.

Synergie des Foils et de la Navigation au Portant

La combinaison des foils et de la navigation au portant révèle un potentiel de performance inédit. Au portant, où les vagues sont quasiment dans l'axe de la route et le foc n'est pas déventé, l'ajout de foils amplifie les avantages. Les foils, ayant toute logique une potentialité de vitesse plus importante, permettent d'atteindre des vitesses élevées et offrent la possibilité d'aller plus vite que le vent lui-même. La réduction de la traînée lorsque la coque est soulevée hors de l'eau devient d'autant plus importante que la vitesse est élevée. La traînée peut même atteindre la puissance sixième de la vitesse, ce qui signifie que les foils, en limitant le contact de la coque avec l'eau, permettent une navigation bien plus rapide avec la même force de vent.

Cette capacité à minimiser la résistance et à maximiser la portance rend la navigation au portant avec des foils particulièrement fluide et rapide. La stabilité est également améliorée, les foils contribuant à une bonne stabilité directionnelle et réduisant le roulis, même à des vitesses élevées. Les équipes qui ont participé à des courses transatlantiques comme "The Race" ont pu constater la réduction des vibrations haute fréquence sur la coque pendant plusieurs mois d'efforts intenses pour les équipages. Les foils de première génération, par exemple, sont plus faciles à construire et leur performance est optimale au point 2 de la courbe de traînée, où ils offrent les meilleures performances. Cependant, au-dessus de 30 nœuds, la traînée commence à augmenter en raison de phénomènes comme la cavitation sur l'extrados côté bord de fuite. La traînée augmente aussi lorsque son incidence varie, et les foils moins immergés ont un rendement allant en se dégradant.

Défis et Limites des Foils

Cependant, l'utilisation des foils présente également des défis. Le coût des matériaux et de la technologie nécessaires pour fabriquer des foils de haute qualité peut être élevé, limitant leur accessibilité pour certains navigateurs. La complexité technique de la conception et de l'installation des foils nécessite une ingénierie précise et une compréhension approfondie de l'hydrodynamique. Par exemple, l'ajustement de la portance des foils en fonction des conditions de navigation peut nécessiter des systèmes de stabilisation active.

Des phénomènes hydrodynamiques comme la ventilation et la cavitation peuvent affecter la performance des foils, nécessitant des régulations actives pour maintenir une portance optimale. La ventilation se produit lorsque de l'air est aspiré le long du foil, perturbant l'écoulement de l'eau et réduisant la portance. La cavitation, quant à elle, est la formation de bulles de vapeur d'eau à basse pression sur la surface du foil, qui peuvent s'effondrer et endommager le matériau. Les essais et les tests sont essentiels pour développer des solutions efficaces afin de mieux maîtriser la traînée imposée par cette cavitation des foils, un domaine de recherche actif depuis les années 50.

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Les Allures : Comprendre le Dialogue avec le Vent

La voile ne consiste pas à lutter contre le vent ; il s'agit de maîtriser les angles. Maîtriser les allures ne se limite pas à apprendre le vocabulaire nautique ; il s’agit de développer une intuition des mouvements de son bateau. L'allure des voiles joue le rôle de « GPS » pour la propulsion éolienne. À chaque changement de cap, le vent frappe les voiles sous un angle différent, modifiant ainsi la physique de la propulsion. Améliorer la sécurité à bord est primordial, car de nombreux accidents, comme les empannages involontaires, surviennent parce que le marin ignore son angle par rapport au vent. La navigation est un dialogue constant. Le vent est rarement parfaitement stable en force ou en direction. En maîtrisant les allures, on passe du statut de passager passif à celui de participant actif.

La Zone Interdite et la Remontée au Vent

L'une des idées fausses les plus répandues chez les débutants est de croire qu'un voilier peut orienter sa proue directement face au vent et avancer. Pourquoi c'est impossible : les voiles nécessitent un angle d'incidence de l'air précis pour générer de la puissance. La « zone morte » (0°-45°), également appelée zone interdite, est un secteur d’environ 45 degrés de part et d’autre du vent où les voiles ne peuvent pas propulser le bateau.

Comment un bateau peut-il remonter le vent ? Au près, la voile se comporte comme une aile verticale. Le vent soufflant plus vite sur la surface extérieure incurvée que sur la surface intérieure, il crée une zone de basse pression, générant de la portance. Pour empêcher le bateau de glisser latéralement, la quille (l’aileron lourd sous le bateau) et le gouvernail offrent une résistance à l’eau. Pourquoi les voiles se mettent à claquer (fasonnement) : lorsqu’on est trop près du vent, le flux d’air régulier est perturbé. La voile se met alors à trembler ou à claquer. Puisqu'il est impossible de naviguer en ligne droite, il faut naviguer en biais (généralement à environ 45°) par rapport au vent, puis virer de bord pour naviguer à 45° du côté opposé. L'introduction à la navigation au près implique qu'en alternant ces deux angles en zigzag, on peut finalement atteindre un point mathématiquement « au vent ». Pour maîtriser la navigation, il faut apprendre à se repérer en prenant le vent comme étoile polaire.

Les Différentes Allures

Dans cette visualisation, le vent souffle toujours de la position 12 heures (0°). En orientant le bateau davantage face au vent (de midi à six heures), la physique de la voile change. On passe de la portance (comme une aile d'avion) à la traînée (le vent poussant simplement la voile par l'arrière). Il est crucial de savoir reconnaître les caractéristiques propres à chaque angle :

Zone interdite : Les voiles perdent leur profil aérodynamique et se mettent à claquer violemment (flèchement). On passera forcément par cette zone à chaque virement de bord.
Au plus près : Il s’agit de la navigation technique, au plus près du vent tout en avançant (généralement à 45°). Exigeant mais gratifiant, le bateau gîtera le plus à cette allure et on sentira les embruns.
Au près serré : En s’éloignant légèrement du vent (environ 60°), on entre au près serré. Pour la plupart des voiliers, c'est l'allure la plus rapide.
Au travers (Portée du faisceau) : Souvent appelée « voie du soldat », la navigation au travers est la référence pour les débutants. Le vent soufflant directement de côté, le bateau maintient une gîte stable et prévisible. Les voiles doivent être déployées à peu près à mi-chemin. C'est l'allure la plus efficace et la plus rapide pour beaucoup de voiliers.
Grand largue (Large portée) : C'est l'allure la plus détendue. À 135° du vent, celui-ci souffle sur le quart arrière du bateau. Comme on navigue en partie avec le vent, la vitesse apparente de celui-ci diminue, ce qui rend le bateau calme et silencieux. Les voiles doivent être déployées au maximum.
Vent arrière direct (Exécution) : À 180° du vent, celui-ci pousse le bateau par l’arrière. Les voiles sont déployées au maximum jusqu'à être presque perpendiculaires au bateau. Les défis liés à la stabilité incluent le roulis rythmique, où le bateau peut osciller ou rouler d'un côté à l'autre.

Réglage des Voiles et Manœuvres

Définir son cap ne représente que la moitié du travail ; une fois le bateau sur la bonne voie, il faut ajuster les voiles en conséquence. Le principe le plus important à retenir pour tout débutant est simple : « En cas de doute, relâchez la voile. »

Au plus près : Les voiles doivent être bordées au maximum.
À portée de main : Relâchez légèrement les écoutes.
Portée du faisceau : Les voiles doivent être déployées à peu près à mi-chemin.
Large portée : Déployez les voiles au maximum.
Exécution : Les voiles sont déployées au maximum jusqu'à être presque perpendiculaires au bateau.

La portance (aérodynamique) est primordiale au près (du près au travers), où la voile fonctionne comme une aile d’avion. En revanche, au portant (du grand largue au vent arrière), la voile agit davantage comme un parachute, générant principalement de la poussée (traînée).

Remonter au vent est souvent décrit comme « lutter » ou « travailler » pour remonter le vent. C'est la partie la plus technique de la voile, car il s'agit de naviguer à contre-courant de la force naturelle qui propulse le bateau. La zone interdite empêche de viser directement la cible ; l'objectif est de naviguer au plus près du vent sans perdre de vitesse. Pour la plupart des voiliers modernes, ce « point d'équilibre » se situe approximativement entre 0 et 100 mètres. En tant que débutant, on apprendra à barrer le bateau face au vent jusqu'à ce que le guindant de la voile commence à flotter. À ce moment-là, on virera légèrement en arrière, à l'opposé du vent, jusqu'à ce que le flottement cesse. Le facteur « talonnage » indique qu'au près, le bateau gîte de manière significative (inclinaison du bateau). Pour atteindre une destination située directement face au vent, il faut effectuer une manœuvre appelée virement de bord.

La navigation au près est l'exact opposé de la navigation au portant. Au près, le vent apparent (le vent que l’on ressent) est plus fort, car la vitesse du bateau s’ajoute à celle du vent. Le mouvement et le confort sont souvent « turbulents », car l’étrave heurte les vagues de plein fouet et le bateau reste incliné. La précision de la barre est indispensable pour rester au ras du vent. Pour atteindre une destination située au près, le virement de bord est la manœuvre qui permet d'y parvenir. Un virement de bord réussi est un virage fluide et contrôlé qui préserve l'élan du bateau.

Le tour : Le timonier pousse la barre ou tourne le volant vers les voiles tout en appelant « Dur-a-lee ! » (ou « Virage de bord ! »). Le virement de bord est un travail d'équipe. Le timonier est responsable d'un virage fluide et régulier. Les monocoques virent généralement de bord rapidement. Les catamarans, du fait de leur légèreté et de leur grande surface au-dessus de l'eau, perdent rapidement de la vitesse face au vent, et virer de bord avec eux demande plus de finesse.

Identifier la Provenance du Vent

Avant de pouvoir régler les voiles ou choisir une allure, il faut identifier précisément la provenance du vent.

Girouette : Située tout en haut du mât, la girouette (souvent appelée Windex) fait office de girouette du vent.
Témoins : Ce sont de petits morceaux de fil ou de ruban fixés aux voiles, généralement sur le foc et la grand-voile. Les penons indiquent le sens de l'air sur le tissu.
Le vent sur le visage : Une des méthodes les plus simples consiste à tourner lentement la tête jusqu’à sentir le vent de façon égale sur les deux oreilles.
Surface de l'eau : Observer les ondulations. Le vent crée de petites vagues, ou « rides en pattes de chat », qui se déplacent dans le sens de la brise.
Pavillons et environnement : Observer les pavillons des bateaux voisins, la fumée des cheminées ou le mouvement des nuages.
L'astuce du « drapeau sur les haubans » : Attacher un petit morceau de ruban adhésif ou un ruban léger aux haubans métalliques de chaque côté du bateau, à hauteur des yeux.
Fermez les yeux : Passer quelques minutes à la barre, les yeux fermés, peut aider à développer une sensation du vent.
Vérifier la différence entre le vent apparent et le vent réel : Il ne faut pas oublier qu’une fois le bateau en mouvement, le vent ressenti est la combinaison du vent réel et du vent généré par le mouvement du bateau.

Naviguer au Portant avec des Foils : Maîtrise de la Brise et Vitesse Révolutionnaire