La Mécanique du Vol sur l'Eau : Comprendre le Fonctionnement du Foil en Planche à Voile et Plus

Le phénomène du foil a envahi la pratique des sports nautiques et des sports de glisse, transformant radicalement l'expérience des riders sur l'eau. Que ce soit en surf, en SUP, en wake, en kite, en wind ou en wing, toutes les planches sont désormais "foil compatibles", et la pratique s’adapte à l’ensemble des disciplines nautiques. L'hydrofoil, également appelé surf foil, est une technologie qui était déjà présente sous nos yeux, mais il a fallu la démocratiser pour en apprécier pleinement le potentiel. Cette innovation s'impose comme une avancée technologique majeure dans le monde de la glisse et du nautisme, offrant des sensations de glisse inédites et la possibilité de voler littéralement au-dessus de la surface de l'eau. Pour exemple, sur les 33 bateaux au départ du Vendée Globe en 2020, 19 étaient équipés d’un foil, soulignant un gain de vitesse pour les skippers et un gain de sensations pour les riders l'ajoutant sous leur planche.

Les Racines Historiques du Vol sur l'Eau

L'idée d'utiliser des foils pour améliorer la performance des embarcations remonte bien avant son apparition dans les sports de glisse modernes. 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. Dans les années 90, c'est Laird Hamilton qui fait connaître le foil dans le contexte des sports de glisse. Dans les années 2000, de nombreux riders se prennent au jeu, dont le Français Bruno Sroka qui deviendra un des pionniers du kite foil. Le Surf-Foil est apparu dans les années 2000, avec des précurseurs comme Laird Hamilton, Dave Kalama ou encore Paolo Rista, où ce n’était qu’une manière de voler au-dessus de l’eau en surf-tracté, dans de grandes ondes de houle. En 2016, c’est Kai Lenny qui fait exploser le nombre de pratiquants, et la discipline conquiert immédiatement les surfeurs hawaïens, australiens, californiens et brésiliens, faisant grimper le niveau en flèche. Progressivement, le surf foil arrive en Europe, et en France. Aujourd'hui, il ne s'agit plus de savoir si l'on va s'en passer, mais plutôt de comprendre cette technologie qui continue de révolutionner le monde de la glisse.

Le Principe Fondamental du Vol Hydrodynamique

Pour comprendre la mécanique d'un foil dans l'eau, il suffit de regarder… dans les airs. Car le foil reprend le même principe physique que celui des ailes d'un avion. Le fonctionnement du foil repose sur les principes de la mécanique des fluides, similaires à ceux qui permettent aux avions de voler. L'aile sous-marine divise le flux d'eau, et les molécules d’eau qui passent sur l’extrados de l’aile avant accélèrent pour rattraper les molécules d’eau passées sur l’intrados, qui est plus courte car plate. L'aile du foil est courbée de manière à ce que l'eau circule plus rapidement sur le dessus (extrados) que sur le dessous (intrados). Cette différence de vitesse crée une différence de pression : une zone de dépression se crée sur le dessus de l’aile, tandis qu’en dessous se joue une zone de surpression. C'est cette mécanique des fluides qui va permettre à l'ensemble de s'élever, générant une force ascendante appelée portance. Plus la vitesse augmente, plus la portance générée est importante, permettant à la planche de s'élever au-dessus de l'eau.

Ce principe est illustré par le principe de Bernoulli, qui stipule qu'une augmentation de la vitesse d'un fluide s'accompagne d'une diminution de la pression. L’accélération des molécules sur la partie supérieure de l’aile crée une dépression et le ralentissement de celles sur la partie inférieure crée de la surpression, aboutissant à un effet d’aspiration vers le haut. Le foil fonctionne donc sur le principe de la portance, similaire à celui d'une aile d'avion. La vitesse de déplacement croît une portance et permet de décoller. Plus la vitesse sera grande, plus la planche va s’élever, c’est ce qu’on appelle le phénomène de portance. L'hydrofoil permet de diminuer notablement les frottements entre la planche et le plan d'eau et permet donc de gagner en vitesse. En soulevant le support, le foil réduit le contact avec l'eau, ce qui diminue la traînée hydrodynamique. Cela permet d'atteindre des vitesses plus élevées avec moins d'effort. Le foil réagit à la pression exercée sur la planche. Si plus de poids est mis sur le pied avant, le nez de la planche s'abaisse et le foil plonge légèrement. La répartition du poids entre les pieds avant et arrière contrôle l'angle d'attaque du foil, c'est-à-dire la manière dont le foil fend l'eau. Voler sur le foil signifie aucun contact entre la planche et l'eau, ce qui réduit considérablement la traînée. Cela permet d'atteindre des vitesses élevées avec moins de puissance de l'aile ou du kite, ou moins de puissance de la houle en surf ou en SUP foiling.

L'Anatomie Détaillée d'un Hydrofoil

Un foil, ou hydrofoil, est composé de plusieurs éléments clés qui travaillent ensemble pour générer cette capacité de vol sur l'eau. L’ensemble est généralement soit en carbone soit en aluminium.

Le 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). Installé sous et perpendiculaire à la planche, il relie l'aile à la planche et détermine la hauteur de vol. Les mâts peuvent être en aluminium ou en carbone, ce dernier étant plus léger et maniable. Un mât court facilite l’apprentissage, car il limite la hauteur de vol et donc les chutes, tandis qu'un mât plus long offre plus de performance et de vitesse pour les riders expérimentés.
Le 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 il est court, plus le foil est maniable et agile.
L'Aile Avant (Main Wing) : L'aile avant est la composante du foil qui génère la portance lorsque le foil est en mouvement dans l'eau. C'est le cœur du système. Sa taille, son épaisseur et sa courbure déterminent la portance et la maniabilité. Les ailes sont parallèles à la planche et vont dans le sens de la glisse. L’ailette avant a une partie supérieure bombée (extrados) et une partie inférieure plus plate (intrados). L’aile avant a un bord d’attaque arrondi qui prend rapidement de l’épaisseur, puis s’affine vers un bord de fuite plus fin. 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. Une grande aile offre plus de stabilité et une portance accrue, idéale pour les débutants ou les petites vagues.
L'Aile Arrière ou Stabilisateur : Une aile arrière, également appelée stabilisateur, est une partie essentielle du foil. Plus petite que l'aile avant, elle se situe à l'arrière du fuselage 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. Le stabilisateur contrôle l’assiette de la planche et évite les décrochages. Sa forme est assez similaire à celle de l’aile avant, avec des propriétés équivalentes.

Des Sensations Inédites et un Gain de Performance

Le foil transforme la glisse dès que la planche quitte la surface de l’eau. Une fois sur sa planche de foil, il s'agit de prendre de la vitesse, par le biais de la houle en surf ou en SUP, ou par traction (le vent pour le kite, le wind et le wing ou un bateau ou un câble pour le wake). Le bruit disparaît, la résistance s’efface, et la sensation de liberté devient totale. Le surfeur découvre une accélération soudaine et un contrôle inédit sur la vague. La planche n’est plus en contact direct avec le plan d’eau et le rider se retrouve perché à quelques dizaines de centimètres au-dessus de l’eau, offrant une sensation de voler. C'est tout un jeu d’appuis et d’équilibre qui se met en branle.

En plus de la découverte de nouvelles sensations de glisse et de vitesse, le surf foil, plus particulièrement quand il est intégré à une planche de surf, permet de garder de la vitesse même une fois la vague terminée. Il suffit au pratiquant de « pomper », c’est-à-dire jouer sur ses appuis avant et arrière en poussant sur les jambes, pour permettre au phénomène de portance de continuer à faire son œuvre. C’est sûrement cet aspect qui est le plus technique. Pour être le plus efficace possible dans son « pumping », il faut combiner deux types de mouvements. D’abord une alternance entre pression et relâchement de la force exercée par les jambes sur la planche. Il faut ajouter à cela un mouvement avant/arrière afin de jouer sur l’angle d’incidence de la planche et des ailes dans l’eau et créer de l’inertie à la surface de l’eau. Le déséquilibre avant va permettre de créer de la vitesse. Ce travail d’appuis, assez physique, ressemble à l’exercice du pumptrack en skate, ce qui peut d'ailleurs faire une très bonne base d’entraînement. À la fin de votre session de surf foil, il se peut que vous ayez les jambes qui tirent un peu, à l’inverse des bras pour une séance de surf classique. Un coup de main, et de pieds, à prendre en somme, mais une fois le mouvement acquis, presque plus rien ne vous arrêtera. Il n’est donc pas rare de voir des foils-surfeurs terminer leur vague et repartir au pic, toujours debout sur leur board, sans même à avoir à ramer, voire même enchaîner les vagues.

Les avantages du foil sont multiples : il permet de multiplier le nombre de sessions possibles, d'élargir les spots praticables, et bien sûr, d'offrir de nouvelles sensations. Il prolonge les sessions, ouvre de nouveaux terrains de jeu et propose une expérience de glisse silencieuse et intense.

Diversité des Pratiques : Le Foil dans Tous ses États

L'engouement pour le foil a donné naissance à une multitude de disciplines, chacune exploitant le principe de portance hydrodynamique avec ses spécificités.

Le Windfoil : Dérivé de la planche à voile, le Windfoil consiste à ajouter un foil sous une planche de windsurf. Il offre de nouvelles perspectives et des sensations inégalées aux passionnés de sports de glisse. L'apprentissage du Wind Foil est très rapide et il est facile à maîtriser, surtout pour ceux qui viennent déjà du windsurf. La voile est fixée à la planche via un mât. Le windfoil sera une des nouvelles disciplines présentes lors des Jeux olympiques de Paris, ce qui devrait contribuer à sa popularité.
Le Wingfoil : Nouvelle discipline qui mélange à la fois le windsurf, le kitesurf, le surf, le surf foil et le sup foil. Contrairement au windfoil, en wingfoil l'aile de wing n'est pas fixée à la planche, mais tenue à la main. C'est une pratique plus accessible, plus légère et pratique, et qui coûte globalement moins cher que le Wind Foil. Le wing foil est un sport accessible à tous les niveaux, des débutants en sports nautiques aux experts. Un bon équilibre et une forme physique correcte sont néanmoins recommandés. La vitesse de vent idéale varie en fonction des préférences et du niveau d'expérience. Pour les débutants, un minimum de 15 nœuds est recommandé, mais avec l'expérience, il est possible de naviguer dans des vents plus légers. Le wing foil est excellent pour le downwind.
Le Surf-Foil : Permet de pratiquer le surf lorsque les vagues sont plus petites, optimisant ainsi les faibles conditions de vagues et sauvant un grand nombre de sessions. Une fois la prise en main faite, il est possible de jouer sur les différentes tailles et profils d’ailes et de mâts afin de gagner en vitesse, maniabilité ou équilibre.
Le Kitefoil : Le kitefoil permet de pratiquer le kitesurf au-dessus de la surface de l’eau. Le kite devient plus rapide, car le foil coupe l’eau avec un minimum de traînée. Les passionnés apprécient l’expérience tranquille de naviguer au-dessus de l’eau. Bien que le kite foiling existe depuis longtemps, il gagne en popularité grâce à son utilisation par les professionnels.
Le Supfoil : La pratique du supfoil est de plus en plus orientée vers le downwind foil, qui consiste à naviguer à la rame sur une planche équipée d'un foil en suivant la direction du vent et des vagues.
L'Efoil (foil électrique) : L'efoil, ou electric foil, est un surf électrique équipé d'un foil qui permet de voler au-dessus de l'eau sans dépendre des vagues ou du vent. Il s'agit d'une planche de surf électrique, ressemblant à un stand-up paddle (SUP), avec une batterie intégrée alimentant le moteur électrique du foil. Le moteur est fixé sur le mât et fait tourner une hélice sous l'eau, propulsant l'efoil. Une télécommande sans fil permet au surfeur de contrôler la vitesse. L'efoil est écologique, silencieux et facile à utiliser, ce qui le rend accessible aux débutants.

Les Paramètres de Conception des Foils

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. 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.

Surface et Épaisseur de l'Aile Avant : Plus la surface d’une aile est grande avec de l’épaisseur, et plus elle génère de portance, rendant 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. À surfaces, angles, épaisseurs égaux, deux profils différents entraîneront des portances et vitesses différentes. Les spécificités du profil de l’aile avant vont jouer sur la portance générale du foil.
Angle d'Incidence : 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. Pour changer les angles d’incidence du foil, le rider peut par pression alternée sur le pied avant ou arrière faire monter ou descendre le foil ou le stabiliser.
Vitesse : 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.
Aspect Ratio (Allongement) : L'aspect ratio d'un foil décrit la relation entre la longueur de l'aile et sa largeur. Un aspect ratio élevé signifie que l'aile est longue et étroite. Il est souvent associé à une meilleure performance en termes de portance et d'efficacité, car il réduit la traînée, permettant au foil de glisser plus facilement à travers l'eau, ce qui est avantageux pour les vitesses élevées. En revanche, un aspect ratio plus bas indique une aile plus courte et plus large, offrant une meilleure maniabilité et une plus grande stabilité, souhaitable dans certaines conditions ou pour des styles de navigation spécifiques comme le surf foil. 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, idéaux pour débuter. Les foils à allongement moyen offrent un bon équilibre entre portance, vitesse et manœuvrabilité, étant 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, adaptés pour maximiser l'efficacité et les performances, notamment dans les vents légers, les petites vagues et pour le pumping, destinés aux pratiquants d’un niveau intermédiaire ou expert.
Maniabilité : 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. 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.
Facteurs Externes : 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'Importance de la Planche

La planche sur laquelle le foil est monté joue également un rôle crucial dans l'expérience de la pratique. 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 du foil. Plus la planche est lourde, plus la portance du foil sera contrée (force qui s’oppose). 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 sont essentiels pour ne pas toucher l’eau une fois en vol.

Certaines planches sont conçues pour des performances spécifiques. Par exemple, la planche de surf foil Fast Flyer de SROKA est conçue pour permettre une pratique facile et performante. Elle adopte des dimensions confortables de 4’6 (140cm) de long par 21” (55cm) de large. Pour faciliter la rame, le pont est légèrement creusé pour plus de confort avec un rocker progressif sur le nose. La carène est travaillée 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. D'autres gammes, comme la SW de SROKA Company, se positionnent comme référence en surf foil haute performance, pensée pour tous les niveaux. Sa construction full sandwich carbone garantit une rigidité et une solidité exceptionnelles, offrant une réactivité et une nervosité maximales, essentielles pour le pumping et les courbes dynamiques. Les rails US renforcés assurent une rigidité optimale et un réglage précis du foil, tandis que le pad intégral offre un confort et une adhérence supérieurs. La gamme DW, qui propose des planches comme les DW 7’2, est développée pour allier performance et polyvalence, permettant de pratiquer le Wing Foil, le Sup foil et le Downwind. Une planche longue et étroite aura plus de glisse et partira très tôt sur la moindre petite houle. Plus la planche sera longue et fine, plus elle glissera, mais elle perdra un peu en maniabilité.

Choisir Son Équipement de Foil : Une Question de Niveau et d'Objectifs

Le choix de son foil quelque soit sa pratique de sport nautique peut être complexe, car il doit être adapté à votre niveau et à vos objectifs.

Pour les Débutants : 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. Pour le kitefoil, les débutants (entre 70 et 80 kg) devront déjà maîtriser la pratique du kitesurf et choisiront un set d’ailes d’environ 1400 cm² pour plus de portance, un fuselage entre 65 à 75 cm et un mât d’une longueur de 80 à 85 cm. Pour le windfoil, ils devront avoir une bonne technique du windsurf et opteront pour un set d’ailes d’environ 1500 cm² pour plus de portance, un fuselage entre 85 à 90 cm et un mât de 80 à 85 cm. En wingfoil, un set d’ailes d’environ 1700 cm² est nécessaire pour un décollage rapide, avec un fuselage entre 70 à 75 cm et un mât de 80 à 85 cm. Pour débuter en surf foil, un foil d’une surface de 1000 à 1300 cm² est conseillé pour maximiser le contrôle.
Pour les Riders Confirmés : À mesure que vous progressez, vous pouvez opter pour des ailes plus petites qui permettent des vitesses plus élevées et des manœuvres plus agiles. 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 mât plus long (entre 95 et 120 cm) est privilégié pour plus de performances et de vitesse en kitefoil. En windfoil, les riders confirmés feront également le choix d’un set d’aile et d’un fuselage plus petit et d’un mât plus long. En surf foil, avec la pratique, il est conseillé de se diriger 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.
Longueur du Mât : 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.
Conditions de Vent et d'Eau : Pour le supfoil en downwind, 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. Il est important de noter qu’un set d’ailes avec une grande surface reste incontrôlable dans des conditions de vents soutenues, car le foil va toujours monter jusqu'à sortir de l’eau et provoquer une chute.

La Mécanique du Vol sur l'Eau : Comment Fonctionne le Foil en Planche à Voile et au-delà