Le Trimaran à Planche à Voile : Fonctionnement, Innovations et Synergies Techniques

Les foils ont radicalement transformé le monde des bateaux, permettant à divers types d'embarcations de naviguer à des vitesses incroyables. En réduisant la traînée et en augmentant l'efficacité, les foils 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, les bateaux à moteur, ou des adaptations pour des sports comme la planche à voile, les foils ont redéfini les standards de vitesse et d'efficacité dans le monde nautique. L'intégration de ces technologies sur des engins combinant les principes du trimaran et de la planche à voile marque une étape fascinante dans l'évolution de la navigation.

1. Le Trimaran à Planche à Voile : Une Synthèse Innovante

Le concept de "trimaran à planche à voile" représente une fusion ingénieuse, cherchant à combiner la légèreté et la simplicité de la planche à voile avec la stabilité et la portance d'un multicoque. Cette approche permet d'explorer de nouvelles possibilités en termes de performances et d'accessibilité.

Le Concept du TriakSport : Un Exemple Concret

Un exemple illustrant cette fusion est le TriakSport. Il s'agit d'un engin facilement transportable qui allie la voile et le kayak, permettant d'accéder partout. Le bateau offre une coque en sandwich, un bras de liaison, des flotteurs, un mât et une voile, ainsi qu'un compas et des trappes étanches. Cette configuration le distingue des embarcations plus traditionnelles.

Les performances sous voile du TriakSport sont cependant limitées par rapport à un "vrai" trimaran. Étant assis dans le cockpit en position centrale, il est impossible de faire un rappel efficace, et on atteint assez vite les limites des petits flotteurs. À la pagaie, le bateau combine une bonne glisse avec une grande stabilité, ce qui le rend très agréable et sécurisant pour les non-spécialistes du KMer. Bien que plus cher qu'un kayak de bonne facture, il offre une panoplie d'équipements qui justifie son coût. Comparer le TriakSport à un dériveur n'est pas pertinent, car il s'inscrit dans une catégorie à part entière.

L'Impact des Foils sur cette Fusion

Le développement de ces accessoires a également stimulé des innovations dans des disciplines comme le wingfoil, l’efoil et le kitefoil, et plus généralement dans des adaptations du foil pour des sports comme la planche à voile. L’ajout du foil sur ces planches a grandement augmenté leur vitesse de déplacement sur l’eau. Depuis la création des bateaux, la recherche de meilleures performances a toujours été l’une des premières motivations derrière l’innovation. Le foil ne fait pas exception, puisque le but est d’abord d’aller plus vite. Bien que le principe technique soit connu depuis les années 1930, les technologies liées au foil sont redevenues innovantes et performantes grâce aux progrès réalisés en science des matériaux et mécanique des fluides, ouvrant la voie à des applications comme le trimaran à planche à voile.

2. Le Fonctionnement Révolutionnaire des Foils

Au cœur des performances accrues des embarcations modernes, y compris les trimarans et les planches à voile, se trouvent les foils. Ces appendices hydrodynamiques permettent une navigation qui semble défier la gravité, en élevant le bateau au-dessus de la surface de l'eau.

Définition et Principe Hydrodynamique

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. Cela réduit la surface de contact avec l’eau et, par conséquent, la traînée, augmentant ainsi 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 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.

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 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.

Parcours Historique des Foils

L'idée d'utiliser des surfaces portantes sous l’eau pour soulever un bateau est développée par l'Anglais Thomas W. Moyet en 1861, puis en 1869, relayée par l'ingénieur mécanicien français Emmanuel D. Farcot. Ce dernier dépose des brevets où il ajoute à un bateau des plans porteurs latéraux dont on peut régler l’inclinaison en fonction de la vitesse, validant ainsi le principe de l’hydrofoil. Le principe sera amélioré en 1878 par John Stanfield et Josiah Clark, basés à Londres, tandis qu’en 1881, Horatio F. Phillips, un pionnier de l’aviation, invente le système des foils transversaux pour les navires rapides.

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. Un prototype de foiler sera réalisé en 1985 (sic) par le comte Charles de Lambert, un aventurier et pilote d’avion français. Il s’agit d’un catamaran dont les deux flotteurs sont réunis par des plaques en dessous. Tracté par un cheval sur la berge, le multicoque s’élève rapidement au-dessus de l’eau. L’inventeur continuera à améliorer son invention, allant jusqu’à concevoir un catamaran avec cinq foils latéraux et un moteur pour atteindre la vitesse de 40 km/h en frôlant la surface de l’eau. En 1887, l’inventeur américain William M. Meacham reprendra la même idée à Chicago.

En 1906, l’ingénieur-inventeur italien Enrico Forlanini fait les premiers essais de l’Idroplano, un catamaran de 10 m de long et de seulement 1,62 t doté de foils. Le tout est propulsé par un moteur de 70 ch et atteint 27 nœuds. Il récidive en 1911 avec un catamaran de 10 m de long propulsé cette fois par un moteur Fiat de 100 ch ; l’engin parvient à parcourir 34 km à une vitesse moyenne de 40,5 nœuds. L’Anglo-Américano-Canadien Alexander Graham Bell (l’inventeur du téléphone) achète le brevet de Forlanini et, avec son assistant Frederick W. Baldwin, améliore le système, construisant plusieurs prototypes d’hydroptères, et s’offre même un record du monde avec une vitesse de 131 km/h (71 nœuds).

Jusqu’alors orienté vers les bateaux à moteur, le système des foils va faire son apparition sur les voiliers avec, en 1938, le Catafoil, réalisé par les Anglais Robert Rowe Gilruth et Bill Carl, au départ des pionniers de l’aviation. En 1950, c’est au tour de Towboat II du scientifique américain J. Gordon Baker de prendre son envol. Il s’agit d’un cat-boat que beaucoup considèrent comme le premier vrai voilier à foils. En 1969, le marin inventeur anglais James Grogono modifie un Tornado pour lui ajouter des foils. Une innovation qui lui permettra de battre six fois le record du monde de vitesse sur l’eau (sur 500 m) en classe B, avec une vitesse maximum de 28,4 nœuds.

Au cours des années 1960 et 1970, de nombreux prototypes utilisant les foils seront développés, dont l’ingénieux Hydrofolie, un trimaran équipé de foils réglables conçu par l’architecte français Xavier Joubert. Les multicoques à foils vont cependant réellement apparaître sous les feux de la rampe avec le marin français Éric Tabarly et son trimaran Paul Ricard qui, en 1980, bat le record de la traversée de l’Atlantique. Poursuivant les travaux de Tabarly, le français Alain Thébault met au point l’Hydroptère, qui sera, en 2009, le premier multicoque à dépasser 50 nœuds.

Dès les années 2000, les foils font leur apparition sur (ou plutôt sous) les voiliers de course - et plus particulièrement les multicoques. Ces derniers, de plus en plus fiables et performants, battent tous les records de la course au large, de la traversée de l’Atlantique au tour du monde. En 2013, l’America’s Cup passe elle aussi aux catamarans avec les fameux AC72 à foils. Les courses et compétitions ont joué un rôle clé dans cette évolution.

Typologie et Applications Générales des Foils

Les foils se déclinent dans de nombreuses formes et configurations, chacune ayant des performances et des usages spécifiques en fonction des supports. La conception des plans porteurs intègre un compromis entre portance, stabilité et maniabilité.

Foils en C : Comme leur nom le suggère, les foils en C ont une forme courbée plus ou moins prononcée. Ils ne permettent pas au bateau de voler hors de l’eau, mais offrent un effet de portance qui soulève le multicoque, améliorant la vitesse et le confort par une semi-sustentation. Faciles à contrôler, ils sont moins extrêmes que d'autres types. Le Rapido 40, un trimaran, est un ambassadeur de ces appendices courbés.
Foils en L : Reconnaissables à leur forme en L avec une partie horizontale qui génère la portance, ces foils sont utilisés sur les monocoques de course au large et les nouveaux supports de la Coupe de l'America. Ils offrent une meilleure stabilité et sustentation, constituant un bon compromis entre performance et contrôle. Leur inconvénient est qu'ils prennent de la place, même repliés, et offrent une stabilité moindre que les foils en T.
Foils en T : Constitué d’une partie verticale et d’une aile perpendiculaire horizontale en bout de foil, ce type est utilisé depuis très longtemps sur les safrans de bateaux, les dérives, et les planches de surf à foil. Les foils en T offrent une grande stabilité en vol et évitent le tangage. Cependant, ils ont une traînée hydrodynamique plus importante au démarrage et sont moins réactifs lors des manœuvres.
Foils en V : Très utilisé, notamment sur les multicoques de course, ce foil se compose d’une lame inclinée à plus ou moins 45° vers le centre du multicoque. Son principal avantage est sa simplicité. Le foil en V est pratiquement autorégulateur, permettant au bateau de retrouver son assiette et son équilibre de manière presque automatique, même par mer formée. Il offre également une très faible surface mouillée, et donc peu de traînée.
Foils en U : Ces foils sont des foils fermés en forme de U ou de O allongé. Ce système est apparu dans les années 50, mais il n’est pas très populaire.
Foils transversaux : Sur les catamarans à moteur et les powercats, les foils transversaux sont de plus en plus populaires. Il s'agit d'une lame qui relie les deux coques, agissant comme une aile marine qui permet au bateau de sortir (un peu) de l’eau en prenant de la vitesse. Ce système n'est pas un "vol" à proprement parler, mais il allège le catamaran, ce qui diminue sa surface mouillée. Cette lame est souvent complétée par des mini plans porteurs greffés sur les safrans. Les avantages sont une augmentation de la vitesse, une diminution de la consommation de carburant, et une amélioration sensible du confort, notamment dans le clapot, car les coques passent au-dessus des crêtes des vagues et la lame bloque roulis et tangage. L’Ifly 15 est un exemple d'application réussie de ce principe.

Au-delà des trimarans et planches à voile, les foils sont adaptés à divers types de bateaux, des voiliers de compétition (Vendée Globe) aux hydoptères qui se soulèvent entièrement hors de l'eau, atteignant des vitesses de plus de 50 nœuds. Ils améliorent l'efficacité et la vitesse des bateaux à moteur, et sont essentiels pour les catamarans de course. Les applications du foil ne se limitent pas au trimaran. Elles sont utilisées aussi sur des voiliers monocoques et des vaisseaux moto propulsés. Des projets militaires, comme ceux de la marine états-unienne par Boeing dans les années 1960, ont été lancés, bien qu'abandonnés par la suite en raison de coûts financiers importants et d'une technologie insuffisamment avancée à l'époque. Il existe aussi une technologie semblable pour des bateaux de tourisme aujourd’hui avec des exemples en Sicile ou en Grèce. Une dernière innovation datant de 2023 est un vélo à foil se déplaçant sur l’eau.

3. Le Trimaran : Architecture, Stabilité et Performance

Le trimaran, avec sa configuration distinctive à trois coques, offre des avantages uniques en termes de stabilité, de vitesse et d'adaptabilité, en faisant une plateforme idéale pour l'intégration de technologies avancées comme les foils.

Définition et Histoire

Un trimaran est un type de voilier, un multicoque composé de trois coques individuelles. On rapporte que les premiers trimarans ont été construits par des cultures en Asie et aux Philippines. Au 16e siècle, les premiers prototypes de trimaran (et de catamaran) étaient des « Proa » - de minuscules bateaux à deux coques parallèles. Les trimarans modernes, bien sûr, diffèrent des multicoques populaires de l’époque en termes de conception, de vitesse et de « rembourrage ». Au cours des 30 dernières années, des trimarans d’une longueur de 19 à 36 pieds ont été conçus et construits. Le trimaran est rapidement devenu un mode de transport populaire. Benchijgua Express, un trimaran de 127 mètres, a été livré en Espagne en 2005. Il y avait 1280 personnes et 340 automobiles à bord, illustrant l'évolution et la capacité de ces navires.

Avantages du Trimaran

Les trimarans sont plus rapides que les monocoques ou les catamarans de croisière de la même taille. Ils sont les maîtres de la compétition et des records. Grâce à sa coque centrale et à deux coques plus petites en outrigger, ses trois coques lui confèrent une très grande stabilité. Pendant la navigation, le trimaran remonte mieux le vent qu’un catamaran, qui est plus sujet à des phénomènes de dérive. Les trois coques du trimaran de plaisance assurent une excellente stabilité, à l’image des petites roues ajoutées à un vélo.

Par rapport à un catamaran, un trimaran est plus apte à naviguer au vent. Les couples de redressement varient considérablement entre un trimaran et un catamaran. Les trimarans ont un moment de redressement maximal de 27° de la gîte, mais les catamarans ont un moment de redressement maximal de 12°. Les trimarans offrent une véritable expérience de la voile au cœur du monde de la course au large. Les trimarans de course offrent des avantages significatifs en termes de vitesse et de sécurité dans les courses au large prolongées. Même par mer agitée, ils peuvent être poussés plus fort et sont plus tolérants que les autres catamarans de course. Le plus gros inconvénient des trimarans est leur espace de vie, la plupart des modèles sur le marché ayant un espace de vie centré uniquement au niveau de la coque centrale, et les autres espaces étant plutôt limités.

Dès les premières expérimentations, le multicoque a représenté un support idéal pour les foils grâce à sa légèreté (pas de lest) et à la possibilité de stabiliser facilement la plateforme rectangulaire. L'objectif du foil n’est plus forcément de voler, mais plutôt d’assurer une portance et un amortissement. Il est ainsi possible d’optimiser performances, consommation (pour les multipowers) et confort. Les multipowers - et plus particulièrement les powercats - tirent eux aussi avantage du principe. Alors que certains pontoon boats (catamarans ou trimarans) se contentent d’ajouter des ailettes fixes sous les tubes pour décoller un peu le bateau de l’eau, la grande tendance, c’est plutôt l’utilisation de foils transversaux fixés entre les coques.

Trimarans de Course et Leurs Performances

L'innovation récemment remise au goût du jour a permis de faire des progrès considérables sur la vitesse des voiliers. La preuve par l’exemple avec l’ARKEA ULTIM CHALLENGE, l’une des plus récentes courses autour du monde en date ayant vu s’affronter la dernière génération de trimarans Ultim. Ces voiliers gigantesques sont équipés de foils qui leur permettent à pleine vitesse de faire émerger au-dessus de l’eau l’intégralité de leur coque. Le principe est assez semblable à celui d’une aile d’avion. Il s'agit d'imaginer que l’on place sous la coque du bateau au bout d’un mat une aile asymétrique à l’image d’une aile d’avion : courbe au-dessus et plate en dessous. Cette asymétrie crée la portance permettant au bateau de s’envoler. Cette portance est exponentielle avec la vitesse : plus on va vite, plus ça pousse et plus on vole !

Le foil permet donc au bateau d’aller plus vite en réduisant la traînée hydrodynamique. La traînée est une force qui s’oppose au déplacement du bateau sur l’eau ; plus elle est faible, plus le bateau pourra aller vite. La réduction de la traînée permet aussi une plus grande maniabilité du navire. Le foil offre aussi une plus grande stabilité au bateau en diminuant le tangage (stabilité longitudinale) et le roulis (stabilité latérale).

Aujourd’hui, les trimarans Ultim les plus récents décollent de l’eau à partir d’une vitesse de 22 nœuds, soit 40 km/h, contre 28 nœuds pour la génération précédente. Ces vaisseaux accélèrent ensuite jusqu’à des vitesses de pointe autour de 40 nœuds et peuvent atteindre les 45 nœuds, soit 83 km/h. Les deux foils permettant ces prouesses mesurent environ 6 mètres de long pour un poids autour de 400 kg chacun. Ces géants des mers (32 mètres de long pour 23 de large) sont des bijoux de technologies, résultats d’une innovation continue. Entre 2016 et 2024, pas moins de 26 profils de foils ont été testés sur le Maxi Edmond de Rothschild, bateau vainqueur de l’ARKEA ULTIM CHALLENGE en 50 jours et 19 heures. L’amélioration principale de la dernière génération est sa vitesse par vent faible. La limite principale du foil est la mer elle-même. Lorsque les vagues dépassent les 3 mètres d’envergure, mère nature reprend ses droits et perturbe alors le vol des vaisseaux.

Certains chantiers comme Neel proposent des trimarans uniques grâce à l’expérience et au savoir-faire inégalé. Les trimarans Rapido, par exemple, sont nés de la conviction de leur créateur qu’il existait un segment manquant sur le marché de la voile : un trimaran de croisière en mer, piloté par son propriétaire, suffisamment puissant pour accélérer et éviter tout problème potentiel, et pouvant être navigué en toute sécurité par deux personnes.

4. La Planche à Voile : Maîtrise du Vent et Techniques de Navigation

La planche à voile est un sport nautique dynamique où la maîtrise du vent est essentielle. L'intégration de foils a révolutionné cette discipline, permettant d'atteindre des vitesses et des sensations de glisse inédites.

Principes de Base de la Propulsion Éolienne

Une planche à voile est composée d'une planche, d'une voile et d'un bonhomme. La planche à voile fonctionne avec le vent ; il est crucial de bien regarder d'où il vient. La planche à voile navigue perpendiculairement au vent pour avancer. Le foil permet aussi à la planche de se déplacer plus vite en réduisant la traînée hydrodynamique et d'offrir une plus grande stabilité en diminuant le tangage et le roulis.

Pour naviguer efficacement, il est important de comprendre quelques termes clés. Si on remonte vers le vent, on dit que l'on est au près. Si l'on est dans l'axe du vent, on n'avance plus du tout. Le vent a tendance naturellement à vous pousser dans le mauvais sens. Pour ne pas partir en galère, il est conseillé de ne pas naviguer quand le vent vous pousse au large, afin de pouvoir rejoindre la terre ferme. On utilise parfois les termes "au vent" et "sous le vent". Pour descendre au vent, on abat. Alors qu'ouvrir la voile pour libérer de la puissance, c'est choquer.

Le wishbone, c'est par là qu'on tient la voile. Le tire-veille, c'est le bout de corde qui permet de sortir la voile de l'eau ; vous allez vous en servir c'est sûr. Il facilite énormément la remontée au vent.

Les Manœuvres Essentielles

La navigation en planche à voile implique plusieurs étapes fondamentales, de la mise en mouvement aux virages.

Démarrage : Monter sur la Planche et Lever la Voile

Pour commencer, montez sur la planche. Levez la voile en la tenant avec une main sur la poignée et l'autre sur le tire-veille. Assurez-vous de ne pas être trop sur les talons ou sur la pointe de pieds. Une fois la voile levée, positionnez vos pieds et attrapez le wishbone à environ 15 cm du mât, avec une largeur d'épaule environ. Ramenez la voile vers vous pour la fermer et commencer à avancer.

Virages : Remonter et Descendre le Vent

Tourner est une compétence fondamentale.Pour tourner en remontant le vent (virement de bord) :

Remontez au vent le plus possible.
Placez-vous face au vent. La voile, dégonflée, faseille.
Placez un pied de chaque côté du mât, et faites alors tourner la planche avec les pieds, en poussant avec le pied avant et en tirant avec le pied arrière.Une méthode plus académique, décrite par BIC, consiste, après avoir remonté un maximum face au vent, à mettre un pied devant le mât, puis à saisir le wishbone de l'autre côté le plus vite possible car c'est une position instable. Il faut ensuite passer la main avant devant le mât et remettre la main avant sur le wishbone.

Pour tourner en descendant le vent (jibe) :

Commencez par ouvrir la voile pour qu'elle reste perpendiculaire au vent. C'est une phase délicate où il y a très peu d'appui dans la voile.
Pliez vos genoux pour garder l'équilibre.
Faites tourner la planche avec le mât.
Une fois la voile à l'envers, le bout du wishbone vers l'avant, attrapez la voile avec votre main libre.Il est important de ne pas partir trop loin car il faut revenir après.

Règles de Priorité et Sécurité

Il est essentiel de connaître les règles de priorité avant d'aller naviguer pour éviter les collisions. En général, si deux planches se croisent, celle qui est bâbord amure (si on a la main gauche qui est main avant, vous vous déplacez vers votre gauche) doit s'écarter. Lorsqu'une planche en dépasse une autre au planing, c'est celle qui est le plus au vent qui s'écarte. Il est aussi crucial de chuter. Chutez, vous êtes sur la bonne voie, la chute fait vraiment partie du jeu. Ce sport est fabuleux et les sensations qui vous attendent sont EXCEPTIONNELLES.