L'innovation technologique a transformé le monde de la voile, et au cœur de cette révolution se trouve l'émergence des foils. Ces appendices porteurs, initialement perçus avec scepticisme, sont désormais devenus des éléments déterminants de la performance, tant en course au large que dans les applications maritimes plus larges. Leur développement incessant repousse les limites de la vitesse, de la stabilité et désormais, de la durabilité, remodelant l'architecture navale et l'expérience de la navigation transatlantique.
Les Fondements Technologiques des Foils : Le Système DSS et au-delà
L'architecte Hugh Welbourn développe depuis plus de 10 ans le fameux système breveté Dynamic Stabilty Systems (DSS). C'est un hydrofoil rétractable qui déployé sous le vent génère une poussée verticale augmentant le couple de redressement du bateau. Cela donne l'effet d'un équipage complet supplémentaire au rappel, dans les filières, au vent ou à une quille plus lourde, mais sans augmenter le poids de l'ensemble, ce qui augmente les performances de manière exponentielle. Désormais, le foil DSS permet également une poussée verticale, qui combinée avec un foil en T sur le safran du Quant23, lui permet de voler complètement au-dessus de l'eau. Le Quant23 est le premier voilier sur lequel ce nouveau foil est testé et le dernier-né des sportsboats équipé du DSS et dessiné par Hugh Welbourn pour QuantBoats, chantier suisse qui construit déjà les Quant28 et Quant30. Michael Aeppli de QuantBoats explique qu'aujourd'hui l'équipe de QuantBoats est la plus expérimentée dans la production de voiliers équipés en DSS. Ayant passé beaucoup de temps à naviguer sur ces voiliers DSS, nous savions qu'il y avait beaucoup d'autres aspects positifs apportés par le DSS, ce qui nous a amenés à rêver de voler par exemple. Ceux qui ont navigué sur le Quant28 ont pu sentir qu'on n'en était pas loin, même si le bateau n'était pas conçu pour ça.
Le concept de "vol" en navigation implique de quitter le régime archimédien, donc de soulever et d'extraire la carène de l'eau. Pour voler, il faut quitter le régime archimédien, donc soulever et extraire la carène de l'eau. Cela signifie que la force verticale est d’environ 60 daN par foil en « T ». Le deux foils en « T » sont régulés mécaniquement (orientation d’un volet sur le bord de fuite), sans aucune énergie électrique. Le Moth Foiler est le seul monocoque qui vole réellement et qui peut régater, c’est à dire évoluer librement sur un parcours entre deux ou trois bouées. Le MOTH parvient à « voler » malgré sa largeur assez réduite. C’est un bateau extrêmement léger équipé de plates-formes latérales sur lesquelles le barreur est installé. Le rapport de masse entre barreur et bateau est pratiquement de 3.5 à 1. Le barreur peut donc facilement faire gîter le bateau au vent. Pourtant, le Quant 23 qui n’est pas exactement un monocoque, bien qu’il y ressemble, vole aussi, même si un monocoque doit posséder une carène dont le creux ne diminue pas lorsque l’on se rapproche du plan de symétrie de la carène.
Plusieurs forces sont en jeu dans la dynamique d'un voilier. Une composante de la portance « anti-dérive Rt » est générée par le voile de quille et aussi le safran. Une composante de la « force vélique Ft » fait gîter le bateau. Lorsque le bateau est en équilibre à un angle de gîte, la composante anti-dérive Rt et la composante de la force vélique Ft sont égales et parallèles. Dans ce cas les couples Ft * z et P *y sont égaux. La force verticale P (dirigée vers le bas) correspond à la masse du bateau, du mât, de l’équipage, de la quille inclinable, des ballasts liquides, etc. Cette force correspond au déplacement en navigation du bateau et s’applique au centre de gravité général qui est légèrement excentré par rapport au plan de symétrie du bateau. La force verticale Fa (dirigée vers le haut) est produite par la poussée d’Archimède. Cette force s’applique au centre de carène (centre de gravité du volume immergé). Lorsque la densité de l’eau est 1, ce volume est égal au déplacement du bateau en navigation. Le parallélogramme dessiné à droite montre le polygone vectoriel des forces en présence.
Une nouvelle force, la portance du foil (PF), apparaît et possède une composante verticale. Une force PF qui « allégerait » le bateau de 10 à 15% devrait normalement améliorer les performances et cela malgré le traînée induite du foil. Le décalage du foil sous le vent, et donc de la portance, paraît dans un premier temps être le bénéfice immédiat apporté par le foil. Il est incontestable que le couple de redressement augmente sous l’effet du foil et plus on va vite plus il augmente. La vitesse augmente de 31% et le couple de redressement de 71%. Certes c’est une démonstration relativement théorique, mais l’ordre de grandeur de l’effet physique est réaliste. On voit donc, en première approche, que la puissance disponible, c’est à dire la capacité du bateau à porter de la surface de voilure augmente significativement car le foil excentré augmente le couple de redressement. Les deux phénomènes sont très imbriqués. Il est acquis que le foil améliore le couple de redressement. Si la vitesse du bateau augmente, la portance vélique augmente (avec, ne l’oublions pas, le carré de cette vitesse), la composante transversale (Ft) de la portance augmente donc de fait, et corolairement le couple de chavirage. On comprend ainsi que les deux couples s’équilibrent (je pousse…tu t’opposes) et que le phénomène prépondérant qui va permettre d’augmenter significativement la vitesse est la sustentation du bateau et son extraction de l’eau.
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Cependant, cette transition entre le régime archimédien et le régime « vol intégral », dans lequel toute la carène est subitement hors de l’eau, est très violente. Elle se traduit quasi instantanément par une vitesse multipliée par trois ou quatre, sans aucune progressivité. On perçoit facilement qu’un déplacement lourd, qui ne peut en aucun cas planer, ne pourra pas atteindre une vitesse stabilisée suffisante (elle doit l’être afin de déclencher la phase décollage) qui permettra d’obtenir un « allègement » significatif du bateau. Sur ce type de bateau on peut augmenter l’angle d’incidence afin d’augmenter la portance (force verticale), mais corolairement la traînée s’amplifiera (vecteur dirigé vers l’arrière, donc frein). L’architecte recherchera le meilleur compromis Portance / Trainée en calant le foil sur le bateau (il fixe l’angle d’incidence). On pourrait imaginer que le calage puisse être réglable comme c’est le cas sur les AC 72, AC45 et sur le MOTH, mais c’est compliqué techniquement (la méthode appliquée sur le MOTH n’est pas transposable). Ensuite le pilotage devrait être asservi, ce qui complexifie encore l’idée. En continuant avec un voilier de 53’ de déplacement 9000 kg et de LFLOT=16 m, on constate qu’avec l’action du foil le bateau tend de plus en plus vers un déplacement léger, donc potentiellement plus rapide. Pour s’en convaincre imaginons qu’au portant, il soit possible d’alléger le bateau d’une tonne !
La Jauge et les Foils : Mesurer et Taxer la Performance
L’intégration des foils dans la conception des voiliers de course soulève des questions complexes en matière de jauge et de taxation de la performance. Toute règle de jauge, possède une philosophie qu’elle applique dans ses orientations et ses choix. L’IRC, par exemple, n’interdit rien pour peu que le flotteur reste un monocoque et respecte certaines règles de sécurité. L’IRC ne pénalise jamais un équipement, comme elle ne tient pas compte de son utilisation aléatoire. L’IRC taxe le plus équitablement possible chaque équipement et/ou chaque paramètre qui sont reconnus comme étant des éléments qui favorisent un gain de vitesse. Mais elle peut « favoriser » le développement d’un élément ou d’un équipement comme cela a été le cas avec le spinnaker asymétrique.
Le calcul de chaque taxation ne prend pas en compte la performance de l’équipement et/ou du paramètre au sens du VPP (Velocity Prediction Program). On recherche un algorithme avec l’espoir qu’il simulera et évaluera le plus justement possible l’apport de performances qu’apportent les foils. En supposant qu’elle aboutisse, cette méthode permet de concevoir un produit (un foiler par exemple) et d’en connaître les performances afin de proposer ce produit à un éventuel client. Pour pouvoir être utilisé comme une Jauge, il faut que le potentiel de vitesse calculé pour chaque bateau en fonction de sa forme, de ses foils, de sa voilure soit converti en un coefficient qui traduira cette prédiction de vitesse.
Cette approche est totalement différente et considère que le foil (sa partie active) est l’élément principal du calcul. Elle limite les mesures du foil à son envergure active (Ev) et à la largeur de sa corde (Co). Les paramètres généraux du bateau permettent aussi de calculer sa vitesse archimédienne potentielle, mais aussi son aptitude au planning (ratio déplacement/longueur, ratio surface/déplacement, etc). En combinant ces deux entités on peut déterminer une Vitesse potentielle de Planning (Vp). (S) corrélé par un calcul de l’élancement du foil (Ev² / S). (S) résulte du choix de l’architecte (Cz) 0.35 par exemple, la jauge fixe cette valeur de manière pragmatique. Ce potentiel de portance représente la valeur théorique de « l’allègement » du bateau à la vitesse d’étude (Vp). Tout ou partie de cette portance peut-être prise en compte dans le calcul de la taxation des foils. Avec cette méthode, c’est l’architecte qui est responsable des performances du dessin des foils et de leurs implantations sur le bateau. C’est lui qui connaît exactement le potentiel de vitesse de son projet à toutes les allures. L’architecte a évidement rapidement une idée de la taxation de son foil par la jauge. Enfin presque, car s’il sait que la surface et l’allongement sont pris en compte, il ne connaît pas exactement la vitesse potentielle de planning (Vp) utilisée par la jauge. En fait cette méthode de taxation des foils est identique à celles utilisées par les toutes les jauges pour taxer, par exemple, les voiles. À aucun moment une jauge, quelle qu’elle soit, ne prend en compte dans ses calculs les profils de la voile, le ronds de guindant, les angles d’attaque, etc. Même les jauges qui utilisent des VPP prennent le foc comme une forme triangulaire.
Les Foils en Course au Large : Gains de Vitesse et Exigences du Pilotage
Désormais éprouvés dans l’univers de la course au large, les foils offrent un excellent levier pour accélérer la décarbonation du transport maritime. Après un Vendée Globe 2020 qui n’avait pas permis aux foilers d’exprimer tout leur potentiel, notamment dans la mer formée, l’édition 2024 a validé leurs performances et leur fiabilité. Les sept premiers au classement s’étant alignés sur un Imoca à foils de dernière génération (mis à l’eau entre 2021 et 2023), tandis que le premier non-foiler, Monnoyeur-Duo For a Job (Benjamin Ferré), a pris la 16e place - Jean Le Cam avait terminé 4e quatre ans plus tôt. Ces appendices porteurs ont donné « 2 à 4% de gain de vitesse aux bateaux neufs du Vendée 2016 par rapport à 2012, + 6 à 9% pour la dernière génération par rapport à 2016 » résumait en septembre l’architecte Juan Kouyoumdjian, en marge du baptême bordelais de son œuvre, « Arkea-Paprec ». Les derniers nés des monocoques Imocas volent de plus en plus sur leurs appendices porteurs, délicats à régler et rudes pour les skippers.
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La complexité de ces machines est sans précédent. Juan Kouyoumdjian synthétisait qu’au Vendée précédent, on n’était pas certain de l’efficacité des foils et les architectes avaient construit des carènes classiques, au cas où il soit préférable de retirer les foils pour revenir aux dérives droites. À présent, on a construit le bateau autour de ses foils. Vincent Riou note que l'on n’a jamais conçu des bateaux aussi complexes que ceux-là. Sur les 5 mis à l’eau cet été, aucun n’a les mêmes foils. On découvre, on défriche, et le tout à haute vitesse, 35 nœuds en pointe, comme les trimarans Orma à leurs débuts. Le bateau porte des foils souvent plus grands, puissants, avec un nouveau réglage possible, celui de l’incidence (le rake), en plus de la possibilité de rentrer ou sortir plus ou moins l’appendice. Tout ceci se fait à la force des bras, le skipper produisant lui-même au « moulin à café » (la colonne de winch), l’énergie qui permet d’actionner les vérins hydrauliques de réglages du foil, précisait Sébastien Simon, skipper d’« Arkéa ».
Le réglage est physique et délicat. Le Rochelais Yannick Bestaven, skipper d’un foiler première génération, explique que le règlement interdit de régler les safrans porteurs pour ajuster l’assiette du bateau, ce qui rend la situation un peu comme un tabouret auquel il manquerait un pied. Donc sur le papier, c’est-à-dire sur mer plate, le bateau décolle mais impose ce réglage de l’assiette sur les foils, les voiles. Il faut encore prendre en compte dans la mise au point, « la traînée hydraulique à allure lente, aérodynamiques à très haute vitesse » détaillait M. Kouyoumdjian, sans oublier « la déformation des foils. Je l’avais un peu sous-estimée, on est en train de régler le problème. »
La Jacques-Vabre sert souvent de laboratoire pour ces réglages et aide à répondre à la grande question : les bateaux pourront-ils voler sur de longues périodes, sous pilote automatique, et surtout dans deux à trois mètres de vague ? Il faudra un an pour répondre à ces interrogations, estimait Vincent Riou. Yannick Bestaven commente que sur les vidéos où on les voit voler, les conditions sont parfaites. Sur une mer formée, avec de la houle, ils volent différemment, c’est sûr. Ils peuvent taper, subir des décélérations d’autant plus brutales qu’ils vont plus vite. Aujourd’hui, aucun skipper de foiler ne dort autrement que les pieds à l’avant, en cas de choc. Sébastien Simon explique que de tels bateaux ne sont pas évidents à vivre, et beaucoup de choses deviennent interdites, comme se balader sur le pont à haute vitesse.
Jusqu’où pourront aller les skippers dans l’engagement physique, au winch, voire à la barre, et quand ça tapera dans la houle ? Le Rochelais et Sébastien Simon, en toute franchise, s’interrogent sur les limites pour l’effort de 70 à 80 jours d’un tour du monde. Une part du succès résidera dans la capacité de l’homme à tenir le rythme, estime Simon. Yannick Bestaven a une idée de ce qui peut faire la différence, et elle n’est pas à écarter : au dernier Vendée, le vainqueur, Armel le Cléac’h, a moins utilisé ses foils que prévu en raison d’un problème technique, et Alex Thomson, 2e, en a perdu un. Alors feront-ils la différence, cette fois ? Sachant que si l’un casse, les carènes seront moins performantes. « Arkéa » en fournit le parfait et malheureux exemple : après une grosse intervention sur ses foils, afin d’en améliorer le réglage, il en a cassé un juste avant d’arriver au Havre. Décidément, pas sûr que les skippers se frisent avec ces moustaches.
La transat en double voit les monocoques Imocas tenir le haut du pavé, à un an du Vendée Globe, le Tour du monde en solitaire de ces monocoques de 18 mètres. Ils seront pas moins de 30 au départ, dont 5 nouveaux, « Charal » de Jérémie Beyou, vainqueur du Rolex Fastnet et Défi Azimut, les courses préparatoires, « Hugo Boss », d’Alex Thomson, « Apivia » de Charlie Dalin, « Arkéa -Paprec » de Sébastien Simon et « Advance for Cybersecurity » de Thomas Ruyant. Ces quatre derniers ont été mis à l’eau il y a moins de deux mois et demandent encore de la mise au point. Les premiers foilers, lancés pour le précédent Vendée, en 2016, pourront encore rivaliser, dont « Maître Coq », ex-Safran, avec le Rochelais Yannick Bestavent et Roland Jourdain à la barre, et « 11th Hour », le précédent Hugo Boss, avec le toujours rapide Basque Pascal Bidegorry en duo avec Charlie Enright.
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Pour la Transat Jacques Vabre 2023, le Maxi Banque Populaire s’est doté de nouveaux foils pour aborder cette saison en double. Ces appendices ont été développés principalement avec l’aide d’un simulateur, qu’Armel Le Cléac’h et Sébastien Josse ont pu utiliser également pour s’entraîner virtuellement. C’est avec une nouvelle version de foils que le Maxi Banque Populaire XI viendra défendre son titre sur la Transat Café L’Or. Le bateau a été remis à l’eau depuis plusieurs semaines déjà, lorsque nous montons à bord pour une navigation d’entraînement au large de la Bretagne Sud. Un vent d’Ouest assez instable souffle ce jour-là. L’équipage, composé d’Armel, Sébastien Josse et quatre autres membres de l’équipe technique, exécute en ce jour les tests de ces nouveaux foils, installés lors du dernier chantier d’hiver. C’est seulement la deuxième version d’appendices depuis sa première mise à l’eau en 2021. L’Arkéa Ultim Challenge a d’ailleurs permis d’orienter certains choix sur les foils. Clément Duraffourg, ingénieur au bureau d’études, en charge de la performance, affirme qu’ils ont pris la décision de lancer le dessin et la construction de nouveaux foils quelques jours après l’arrivée de la Transat Jacques Vabre 2023. Le tour du monde a été riche d’enseignements, en termes de fiabilité notamment.
En ce qui concerne la Mini Transat, un proto à fort potentiel, le plan Manuard n° 1067, aura connu une lente maturation. Seulement, au tournant de sa 4e saison, tout semble avoir changé pour le foiler désormais skippé par Benoît Marie. Malgré une première campagne en dents de scie, le proto Nicomatic - Petit bateau aborde sa deuxième Mini Transat en position de force. Au près dans une mer courte, la bête musarde à gauche et à droite, semble chercher son chemin dans les vagues. Ce ne sont pas encore les conditions idéales, mais l’engin fait déjà de belles envolées. Assis en avant de la cloison de mât, nous sommes aux premières loges pour observer et sentir. Pour ce qui est de la vision, c’est grisant autant que grandiose. Le ressenti est un peu plus mitigé, tant l’impact du carbone vous électrise l’ossature. Mais quand enfin le proto trouve son chemin et accélère, la carène s’élève rapidement à plus de deux mètres des vagues. Federico Waksman, vainqueur de la dernière Mini Transat et co-skipper de Benoît Marie sur la Mini Fastnet, était à la barre.
L'Expérience Humaine de la Transatlantique à Foils : Défis et Adaptations
Naviguer sur ces engins de haute performance, notamment lors de traversées transatlantiques, met à l'épreuve les limites physiques et mentales des skippers. Conrad et Mathieu, par exemple, partagent leur vécu d'une transat. Mathieu confie que c’était vraiment fou, et il doit avouer qu’il a beaucoup souffert. C’était une aventure de dingue, très difficile. Il tient à remercier Conrad, car s’il n’avait pas été là, le bateau aurait coulé au milieu de l’océan. Mathieu a adoré même si la première nuit l’a rendu K.O. Ça a commencé à être plus tranquille à partir des Canaries. Ils ont mis du temps à y arriver, une bonne semaine, la faute à une deuxième tempête qu’ils ont dû affronter au large du Portugal. Tout le début, ça a été difficile. Ensuite, Mathieu a pris ses marques. Et quand ils ont pu bénéficier du « ventilateur » des alizés, c’était plus agréable. Il y a eu des moments d’ennui qui sont très durs à vivre. En plus, Starlink les a lâchés, ce qui les a obligés à une sobriété numérique. Au début c’était dur et finalement, ça lui a fait un bien fou.
Conrad a trouvé que c’était vraiment sympa de vivre la course à travers les yeux de Mathieu. Il avait un peu perdu ce que c’était vraiment une transatlantique depuis sa première en 2005. Bien sûr, c’était parfois fatigant, et c’est dur de voir que tout est parfois remis en question. Mais il a revu la nécessité de savoir gérer le bateau, gérer la course, gérer nous-mêmes. Après avoir fait le Vendée Globe avec ce bateau, c’était la meilleure manière de revivre certaines sensations et d’avoir l’occasion de le partager. Mathieu ajoute qu'ils sont dans un espace restreint pendant quasiment trois semaines donc ils apprennent beaucoup l’un de l’autre. Il y a beaucoup de similitudes dans leur vision de la vie, du sport, de l’aventure. Mathieu pratique un sport qui demande des particularités mentales, d’aptitudes de gestion du sommeil, de nutrition qui sont très proches. Conrad confirme que mentalement et physiquement, leurs sports sont assez similaires. Ils ont bien vu qu’on pouvait distinguer les gens de terre et les gens de mer. Conrad conclut en disant qu'ils verront dans quel genre de difficultés il sera quand ils commenceront à courir ensemble. Le barreur d’un Moth Foiler est un funambule dont le comportement en navigation est plus proche de celui d’un surfeur que de celui d’un navigateur sur un bateau comme on l’entend communément.