Les foils ont radicalement transformé le monde des bateaux en permettant à divers types de bateaux 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 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. Voilà un peu plus de 10 ans que les foils se sont imposés sur la plupart des voiliers de course, monocoques comme multicoques. Dans le domaine de la plaisance, ces appendices s’avèrent aussi peu pratiques à intégrer sur une seule coque qu’ils le sont sur deux ou trois flotteurs. De fait, 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. Contrairement à ce que nombre de personnes pensent, les foils ne sont pas une invention récente. Toutefois, leur adoption sur les voiliers et multicoques a été (très) progressive, et s’est tout récemment popularisée.
Définition et fonctionnement technique
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. 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.
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 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. 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). Le fuselage est la partie centrale qui relie les ailes au mât, assurant la stabilité et la rigidité de l’ensemble. L'aile avant génère la portance, tandis que l'aile arrière, ou stabilisateur, joue un rôle crucial dans la stabilité et le contrôle de l’assiette (tangage).
Évolution historique des plans porteurs
L’idée d’utiliser des surfaces portantes sous l’eau pour soulever un bateau est développée par l’Anglais Thomas W. Moy 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. Cela a pour effet de faire légèrement décoller le bateau, 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 lui aussi anglais, invente le système des foils transversaux pour les navires rapides. Un prototype de foiler sera réalisé en 1885 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.
En 1906, l’ingénieur-inventeur italien Enrico Forlanini fait les premiers essais de l’Idroplano, un catamaran de 10 m de long doté de foils. Il récidive en 1911 avec un catamaran propulsé 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 achète le brevet de Forlanini et, avec son assistant Frederick W. Baldwin, améliore le système, construisant plusieurs prototypes d’hydroptères, dont le célèbre HD-4. 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. 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 en classe B. Les multicoques à foils vont 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 ces travaux, Alain Thébault met au point l’Hydroptère, qui sera, en 2009, le premier multicoque à dépasser 50 nœuds.
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Typologie et architecture des foils
La conception des plans porteurs intègre un compromis entre portance, stabilité et maniabilité. Les foils en C, utilisés notamment sur le Rapido 40, offrent un effet de portance qui soulève le multicoque sans toutefois permettre un vol complet. Ils sont très faciles à contrôler. Les foils en L, que l’on peut voir sur les monocoques de course au large ou sur les supports de la Coupe de l’America, proposent un bon compromis entre performance et contrôle grâce à leur partie horizontale qui génère la portance. Les foils en T sont constitués d’une partie verticale et d’une aile perpendiculaire horizontale en bout de foil ; ils offrent une grande stabilité en vol et évitent le tangage. Le foil en V est très utilisé sur les multicoques de course pour sa simplicité et son caractère pratiquement autorégulateur, permettant au bateau de retrouver son assiette de manière automatique. Enfin, le foil transversal, lame reliant deux coques, est de plus en plus populaire sur les powercats pour augmenter la vitesse et diminuer la consommation de carburant en allégeant la structure.
Il convient également de mentionner le Dynamic Stability Systems (DSS), développé par l'architecte Hugh Welbourn. C'est un hydrofoil rétractable qui, déployé sous le vent, génère une poussée verticale augmentant le couple de redressement du bateau, donnant l'effet d'un équipage supplémentaire au rappel sans augmenter le poids global.
Paramètres de design et performance
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. L'aspect ratio décrit la relation entre la longueur de l'aile et sa largeur. Un aspect ratio élevé signifie que l'aile est longue et étroite, ce qui réduit la traînée et augmente l'efficacité, idéal pour les vitesses élevées. En revanche, un aspect ratio plus bas offre une meilleure maniabilité et une plus grande stabilité. Plus la surface des ailes d’un foil est importante, plus elle procure de la portance, ce qui rend le foil plus facile d'accès pour les débutants. À l'inverse, moins de surface induit moins de portance, rendant le foil plus performant en vitesse mais plus technique, destiné à des riders expérimentés. La longueur du fuselage influence également le comportement : plus il est long, plus le foil est stable ; plus il est court, plus il est agile.
Application dans les sports de glisse modernes
La pratique du foil ne se cantonne pas à la compétition de haut niveau ; elle a révolutionné les sports nautiques grand public. Le kitefoil, le windfoil, le wingfoil, le supfoil et le surf-foil sont désormais des disciplines populaires. Pour le débutant, le choix du matériel est crucial. En général, les foils avec une aile avant plus grande (1700 à 2000 cm²) procurent plus de portance et de stabilité. Un mât plus court (75 cm) facilite le contrôle pour les novices, tandis que les mâts plus longs permettent de naviguer dans une houle plus forte. Dans le cas du wingfoil, un rider avec un gabarit de 70-80 kg nécessitera un set d’ailes d’environ 1700 cm² pour un décollage rapide. Un set d’ailes avec une trop grande surface devient cependant incontrôlable dans des conditions de vents soutenus, car le foil risque de monter jusqu'à sortir de l’eau et provoquer une chute.
Dans le surf foil, il est conseillé de choisir un foil d’une surface de 1000 à 1300 cm² pour maximiser le contrôle. Avec la progression, le pratiquant pourra s'orienter vers des ailes plus petites à profil fin et un aspect ratio élevé pour gagner en accélération et en dynamisme. Le supfoil est de plus en plus orienté vers le downwind foil, nécessitant un foil qui offre à la fois portance et stabilité pour gérer les conditions de mer et de vent variables.
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