Les foils, ces appendices hydrodynamiques révolutionnaires, ont transformé le monde de la course au large, offrant aux voiliers de vitesse inédites et une portance considérable. Cependant, leur complexité et les contraintes extrêmes auxquelles ils sont soumis les rendent vulnérables aux avaries, des incidents qui peuvent bouleverser le cours d'une compétition et mettre à l'épreuve la résilience des marins. Les avaries de foils sont une réalité fréquente dans les courses exigeantes telles que le Vendée Globe, où la moindre défaillance peut avoir des répercussions majeures sur les performances et la stratégie de course.
Des Incidents Dramatiques en Course : Les Expériences des Skieurs
Le monde de la course au large a été le théâtre de plusieurs avaries de foils significatives, illustrant la fragilité de ces technologies face aux éléments et les défis qu'elles posent aux skippers. Ces incidents soulignent l'importance cruciale de ces éléments pour la performance des bateaux modernes.
L'Avarie du Foil Bâbord de Thomas Ruyant sur LinkedOut
Thomas Ruyant a subi une nuit une avarie importante sur son foil bâbord, un événement qui l’a obligé à s’arrêter momentanément et qui allait le priver pour le reste de son tour du monde de cet important appendice sur le côté gauche du bateau. Il était environ 3 heures du matin cette nuit quand Thomas Ruyant, alors qu’il se reposait à l’intérieur de son LinkedOut, a été alerté par un grand bruit à l’extérieur du bateau. Sans avoir ressenti le moindre choc, ce qui est une caractéristique notable de certaines avaries de foils, Thomas s’est cependant précipité à l’extérieur pour évaluer la situation. À l’aide de sa lampe frontale, il a immédiatement constaté d’importantes fissures sur le « shaft » de son foil bâbord. Un foil, rappelons-le, est constitué de deux parties, un « shaft » et un « tip ». C’est le tip, à l’extrémité du foil, qui génère une portance verticale permettant au voilier de sortir de l’eau.
Face à cette découverte, Thomas a immédiatement arrêté le bateau et s'est mis au vent arrière pour inspecter les dégâts. "J'étais à environ 120° du vent, je marchais à 20 nœuds quand j'ai entendu ce grand bruit", raconte Thomas. Il ajoute : "Je n'ai pas vraiment d'explication. J'ai rentré le foil à fond afin qu'il ne traîne pas dans l'eau. Avec le jour, j'ai pu inspecter le foil et son puits de fond en comble, en relation avec mon équipe et les architectes à terre." La bonne nouvelle est qu'il n'y a pas de voie d'eau et que le puits de foil est sain. Mais le foil est vraiment fissuré à de nombreux endroits. La structure même du foil est touchée. Dans de telles circonstances, l'analyse des architectes est essentielle pour savoir s'il faut le couper.
Malgré l'ampleur de l'incident, la déception est immense, mais le skipper de LinkedOut ne baisse pas les bras et, bien que sous le choc, parvient à positiver. "Je suis deuxième du Vendée Globe. J'ai accumulé depuis dimanche les petits soucis, que je parvenais à gérer, mais qui sont couronnés ce matin par une avarie", explique-t-il. Sa détermination reste intacte : "Je continue naturellement la course, handicapé, avec une seule aile, mais je me réconforte en me disant qu'il me reste mon foil tribord, qui est peut-être statistiquement le plus important pour un tour du monde. La route est longue. Je continue, je m'accroche !" À 8h30 ce matin (heure française), il était toujours deuxième (à 70 milles de Charlie Dalin sur Apivia), mais Thomas Ruyant va devoir poursuivre la course avec un handicap non négligeable. Le skipper n’a pas ressenti de choc, il ne s’agirait donc pas forcément d’un Ofni. C'est le foil bâbord qui a été touché. Cela signifie que sur bâbord amure il va perdre aux alentours de 30% de vitesse, ce qui n’est pas rien, mais le tribord est préservé.
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Les Multiples Problèmes d'Isabelle Joschke, Incluant une Avarie de Foil Tribord
Depuis jeudi dernier, Isabelle Joschke enchaîne les problèmes sur l’IMOCA MACSF. Après des soucis sur son moteur, Isabelle a eu fort à faire ce week-end avec un problème de capteur de vérin de quille, une déchirure de sa grand-voile, la casse d’une partie de son rail d’écoute de grand-voile mais surtout la casse de son foil tribord. Malgré l’ensemble de ces problèmes, Isabelle Joschke garde le moral et s’est attelée, dans des conditions de mer et de vent difficiles, à réparer et fixer les problèmes. « Hier (samedi) a été une longue et difficile journée. Avant l’arrivée du jour, je constatais des chiffres d’angle de quille incohérents et j’ai bien pensé qu’elle ne se laissait plus penduler correctement. Le bateau a pris un gros coup de gîte, et j’ai cru revivre la casse de mon vérin de quille (avarie survenue lors de son Vendée Globe en 2020). Mais en fait (chance ou malchance…?) il s’agissait de mon foil tribord qui venait de se briser. »
Elle a profité de quelques heures de conditions clémentes pour réparer la grand-voile. La réparation a tenu apparemment et c’est une très bonne nouvelle. Ensuite elle a remplacé le capteur d’angle de quille qui s’avérait être la cause de son problème. Naviguer en bâbord amure est devenu délicat, car la stabilité apportée par la quille, sans celle apportée par le foil, est nettement insuffisante pour naviguer sereinement. Les vitesses ont chuté drastiquement. « Aujourd’hui je suis rattrapée par un fort coup de vent, heureusement je suis sur le bon bord (tribord amure) mais vu l’état de fatigue de mon bateau, je choisis de naviguer avec la plus grande prudence quitte à laisser partir mes concurrents devant moi. « Le bateau souffre c’est évident. Isabelle a été épargnée mais c’est vrai que ça fait beaucoup d’un coup. L’histoire a commencé avec le moteur jeudi dernier. Isabelle sentait qu’il ne fonctionnait pas correctement et que, lorsqu’il était sur la position pour recharger les batteries, il s’éteignait. Après une analyse par les mécanos et grâce à l’aide de Maître Coq qui a connu le même problème en début de saison, il s’est avéré que le problème venait d’un régulateur de puissance à l’intérieur du moteur qui était complètement corrodé. Il a fallu qu’Isabelle démonte la partie haute du moteur afin d’avoir accès à cette pièce pour la nettoyer et la lubrifier. Grâce à un travail en collaboration avec l’équipe technique, le moteur a pu retrouver un fonctionnement correct mais qui nécessite quelques ajustements afin d’éviter de soulager le moteur. »
Il y a ensuite eu des problèmes sur le capteur de vérin de quille et, alors qu’elle était en train de travailler dessus, elle a senti qu’il se passait quelque chose avec le foil. Ce foil, qui date de 2019, a cassé net au niveau du coude. Il n’y a pas eu de choc ni de dégâts périphériques sur la coque. Les conditions étaient difficiles et cela faisait longtemps que le bateau naviguait sur ce bord. Pour le moment, nous ne savons pas pourquoi cela a cassé. Sans ce foil, le bateau a été déstabilisé. L’important pour Isabelle a été de sécuriser l’ensemble de ces problèmes. Elle fait désormais route vers le Cap Horn en toute sécurité.
La Rupture du Foil Tribord de Sébastien Simon sur Groupe Dubreuil
À 17h TU ce samedi 7 décembre, alors qu’il naviguait dans le sud de l’océan Indien en deuxième position du Vendée Globe, Sébastien Simon, a informé son équipe à terre que son foil tribord venait de se rompre. Le skipper de Groupe Dubreuil évoluait par 49°S entre les Kerguelen et le sud de l’Australie, de nuit, dans des conditions musclées mais maniables (25 nœuds de nord-ouest et 5 mètres de houle d’ouest), quand « le bateau est parti au tas d’un coup ». Sorti de son sommeil, il s’est d’abord affairé à choquer ses voiles pour redresser son bateau et a senti que ce dernier ne répondait plus de la même manière. « Très vite j’ai compris qu’il s’agissait du foil. Je suis allé vérifier sur le pont et le foil tribord était cassé au niveau du coude, la partie la plus courbée. »
L’IMOCA Groupe Dubreuil est toujours en bon état et Sébastien poursuit sa course avec la détermination dont il fait preuve depuis le départ. Ces derniers jours, le Vendéen s’est illustré en s’échappant en tête de course grâce à une option particulièrement audacieuse dans l’océan Indien. Un choix qui s’est avéré payant puisqu’il a fortement creusé l’écart avec le reste de la flotte aux côtés du leader, Charlie Dalin. Depuis qu’il doit composer avec son avarie de foil tribord, le skipper Groupe Dubreuil ne lâche rien, même s’il reconnaît que « c’est vraiment très dur à encaisser ». Il se réjouit de pouvoir « contenir son avance » sur le reste de la flotte et sait que ce tour du monde « réserve encore de très belles surprises. Ça fait partie du jeu, c’est un sport mécanique. Maintenant il s’agit de rester concentré et de se faire plaisir ». Ses dernières heures de navigation sans foil tribord démontrent que sa motivation est intacte : il progresse actuellement avec de belles vitesses moyennes (16-18 nœuds) dans 20-25 nœuds vent et 4 mètres de houle d’ouest.
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« Cette nuit, j’ai perdu le foil tribord, j’étais en train de dormir quand le bateau est parti au tas d’un coup. Je suis allé dans le cockpit redresser le bateau et choquer les écoutes. Et j’ai très vite perçu aux sensations que quelque chose clochait, le bateau ne répondait plus de la même manière. Très vite j’ai compris qu’il s’agissait du foil. C’est d’autant plus frustrant que ça faisait plusieurs jours que j’étais au ralenti vues les conditions de mer. J’essayais de préserver le bateau au maximum en gardant en tête l’objectif d’aller au bout du Vendée Globe. Comme à mon habitude j’avais mes bouchons d’oreilles parce que c’est toujours très bruyant à bord mais je n’ai rien entendu de significatif. Heureusement on a fait la plus grande partie du tour du monde en bâbord amure et la remontée de l’Atlantique est en tribord. Il me reste bien l’autre foil qui est intact. Ça veut dire que sur bâbord amure je vais perdre aux alentours de 30% de vitesse, ce qui n’est pas rien, mais le tribord est préservé. C’est très frustrant, c’est dommage, en plus je voyais Charlie s’éloigner et pour autant j’ai voulu rester raisonnable jusqu’au bout. C’est vraiment très dur à encaisser. C’est dur pour tout le monde, heureusement j’ai le soutien de mon partenaire, le groupe Dubreuil, de ma famille et de mon équipe. C’est assez raide… En tout cas, la course n’est pas finie, je vais aller au bout. J’arrive à contenir l’avance que j’ai sur le reste de la flotte pour le moment et je suis sûr que le tour du monde nous réserve encore de très belles surprises. Ça fait partie du jeu, c’est un sport mécanique. Maintenant il s’agit de rester concentré et de se faire plaisir. »
La Science des Foils : Principes Fondamentaux et Performances
Pour comprendre la nature des avaries de foils, il est essentiel d'appréhender les principes qui régissent leur fonctionnement et leurs performances. Les foils sont des surfaces portantes immergées qui, grâce à leur forme profilée, génèrent une portance lorsque le bateau avance, permettant de soulever une partie ou la totalité de la coque hors de l'eau.
Anatomie et Fonctionnement du Foil
Le foil est constitué de deux parties principales : un « shaft » et un « tip ». Le shaft est la partie verticale ou inclinée qui relie le foil à la coque, tandis que le tip est la partie horizontale ou légèrement inclinée qui est le principal générateur de portance. Cette portance est d'autant plus importante que la vitesse est élevée. La portance et la réduction de la traînée sont les objectifs premiers des foils. Les lois de l'hydrodynamique sont connues depuis plus d'un siècle et sont appliquées ici pour optimiser la performance maritime.
La maniabilité et une aisance déconcertante sont des avantages clés des foils. Un foil mince est plus « pointu », offrant des performances à faible incidence mais sur une plage d'incidence très réduite. La cambrure est aussi ramenée à la longueur de la corde, et le nombre de Reynolds augmente avec la vitesse et la taille. Les références des sections d'ailes utilisées sont des travaux fondamentaux comme ceux de R. of wing sections by IRA H. ABBOTT et E. de Robert W.
L'Impact de la Vitesse et la Réduction de la Traînée
La performance d'un foil est fortement dépendante de la vitesse. La traînée générée par la coque diminue considérablement lorsque le bateau « foile », c'est-à-dire qu'il est en sustentation hydrodynamique. La traînée due à la vague, par exemple, est sensiblement indépendante de la vitesse lorsque le bateau est soulevé. Avec les foils, il est possible d'obtenir une traînée limitée à environ 10% du poids de l'embarcation, ce qui est une réduction considérable. Pour les bateaux à foils, la consommation d'énergie nécessaire pour maintenir des vitesses élevées est remarquablement faible ; elle n'est que de 5kw pour certains. Cela permet d'atteindre des vitesses élevées et la possibilité d'aller plus vite que le vent, avec des vitesses supérieures à 30 nœuds avec un vent limité à 20 nœuds lorsque le poids total en charge est limité à quelques tonnes.
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Cependant, il est crucial de noter que la traînée augmente de manière significative avec la vitesse. En effet, elle peut atteindre la puissance sixième de la vitesse (proportionnelle à V6). Cela signifie qu'une petite augmentation de la vitesse se traduit par une augmentation massive de la traînée, rendant la conception des foils à haute vitesse un défi d'ingénierie complexe.
Le Phénomène de Cavitation
Au-dessus de 30 nœuds, la traînée commence à augmenter de manière notable en raison de la cavitation sur l'extrados côté bord de fuite. La cavitation est un phénomène physique où la pression du fluide diminue localement jusqu'à atteindre la pression de vapeur, entraînant la formation de bulles de vapeur qui implosent ensuite. Ce phénomène génère du bruit, des vibrations et une augmentation drastique de la traînée, dégradant considérablement l'efficacité du foil. La vitesse imposée par cette cavitation des foils est mieux connue et est une limite fondamentale à la vitesse maximale atteignable.
Stabilité et Manœuvrabilité
Les foils contribuent également à une bonne stabilité du bateau. Un flotteur oscillant auto adaptatif est naturellement stable, ce qui est un avantage majeur pour la tenue en mer. La stabilité directionnelle s'améliore considérablement avec l'utilisation de foils, notamment lorsque le foil est monté à l'extrémité du safran. Ce dernier représente un important facteur de performance dont la signification est développée dans le livre de Yves LECOFFRE.
La surpression sur l’intrados, l’incidence et l’épaisseur relative du foil sont des paramètres fondamentaux dans la génération de portance. La capacité du foil à générer une force propulsive (traction) ou à réduire la traînée (drag), lorsque son incidence varie, est cruciale. C’est au point 2 que le foil a les meilleures performances en termes de rapport portance/traînée. À des incidences plus élevées, les foils sont moins immergés et ont un rendement allant en se dégradant.
L'Évolution et les Applications des Foils
L'histoire des foils est plus ancienne qu'on ne l'imagine, leurs principes étant connus depuis plus d'un siècle. Les premières applications sérieuses remontent aux années 50, marquant le début d'une ère nouvelle pour l'hydrodynamique.
Innovations et Transferts Technologiques
L'ingénierie des foils a grandement bénéficié des techniques utilisées dans la navigation de plaisance, notamment en ce qui concerne les foils dits de 1ère génération, ce qui facilite leur construction. Ce transfert technologique est réciproque, les innovations issues de la course au large trouvant leur chemin vers des applications plus larges. Par exemple, il existe des foils qui sont tirées ou treuillées sur la plage et assurent le transport des passagers.
Aujourd'hui, l'innovation continue. Des projets comme des navettes à foils prévues sur la Seine illustrent cette tendance, bien que ces services soient probablement réservés aux plus fortunés. Ces bateaux se distinguent par un niveau sonore réduit et une efficacité accrue, offrant une potentialité de vitesse plus importante en toute logique. La technologie se démocratise, avec des applications allant des bateaux de course à des usages plus récréatifs, comme les planches à foils qui offrent une maniabilité et une aisance déconcertante, même pour des utilisateurs moins expérimentés. Des événements comme la course transatlantique The Race, où les équipages sont restés en mer pendant plusieurs mois, ont permis de tester et de perfectionner ces technologies dans des conditions extrêmes.