Le terme « allure », appliqué à un navire ou un voilier, définit l'orientation de sa route par rapport à la direction du vent. La vitesse d’un voilier est influencée par plusieurs éléments, qu'ils soient liés au vent, au bateau lui-même ou aux conditions de navigation. Comprendre ces facteurs est essentiel pour optimiser la performance et la sécurité en mer.
Stabilité du voilier
La stabilité d'un voilier peut être considérée comme sa force propulsive. Elle est mesurée par le moment du couple de redressement, qui est le produit du poids du navire par la distance entre le vecteur poids (appliqué au centre de gravité) et le vecteur poussée hydrostatique d'Archimède (appliqué au centre de carène). La courbe de redressement, représentant les moments de redressement en fonction des angles de gîte, est fondamentale pour évaluer la stabilité.
L'étude de la stabilité se fait du double point de vue des performances et de la sécurité, et la courbe de redressement est analogue à celle d'un navire quelconque. Divers paramètres décrivent cette courbe, notamment l'angle de chavirement statique, qui varie selon le type de voilier. Pour les voiliers de plaisance de série à quille lestée, cet angle est souvent de l'ordre de 120° à 140°. Pour les racers des séries internationales, le chavirement statique peut être impossible.
L'aire positive de la courbe des moments de redressement traduit la résistance à l'impact d'une vague ou d'une rafale de vent, tandis que l'aire négative caractérise la stabilité en position chavirée, qui doit être minimisée. Les multicoques, tels que les catamarans et les trimarans, tirent leur stabilité de leur grande largeur, avec des courbes de redressement présentant un maximum accentué et une annulation rapide. Les monocoques, en revanche, voient leur traînée augmenter avec la gîte.
Influence du vent
L'énergie propulsive d'un voilier provient de la transformation de l'énergie cinétique du vent par les voiles. La direction du vent par rapport au bateau joue un rôle crucial :
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- Le près : Le bateau navigue dans une direction proche du vent (30 à 45°), en biais par rapport à la direction du vent.
- Le vent arrière : Le vent souffle directement dans le dos du bateau, offrant une propulsion plus directe et efficace.
Au vent arrière, le bateau reçoit la force du vent directement dans ses voiles, maximisant la propulsion. Au près, la voile utilise la portance, créant une différence de pression pour avancer.
Résistance et Voiles
Le bateau rencontre des résistances dues à l’eau et à l’air. Au vent arrière, la résistance est plus faible car l’air est moins turbulent. Au près, la résistance est accrue. Les voiles doivent être ajustées en fonction de l’allure. Au vent arrière, elles sont ouvertes pour capter le maximum de force, tandis qu’au près, elles sont plus fermées. La quille compense la force latérale au près, mais engendre une friction qui ralentit le bateau.
Types de bateaux et leur vitesse
La vitesse d'un voilier dépend de son type de coque. Il existe deux types principaux :
- Coques planantes : Elles flottent à la surface de l'eau, permettant des vitesses plus élevées. Les catamarans et trimarans ont ce type de coque.
- Coques à déplacement : Elles sont immergées sous l'eau, offrant plus de stabilité mais limitant la vitesse. Les monocoques sont généralement des coques à déplacement.
La longueur du bateau est également un facteur déterminant : un bateau plus long est généralement plus rapide. La vitesse et la direction du vent, le poids de l'équipage et le réglage des voiles sont aussi importants.
Monocoques
Les monocoques ont une vitesse moyenne de 5 à 8 nœuds (9 à 15 km/h) pour les modèles mesurant entre 5 et 11 mètres. Ils sont conçus pour rester sous l'eau, facilitant la navigation.
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Multicoques
Les catamarans et trimarans, avec leurs coques planantes, atteignent des vitesses moyennes de 9 à 10 nœuds. Les multicoques de croisière dépassent rarement 15 nœuds.
Voiliers de course
Les voiliers de course sont conçus pour la vitesse. Ils sont plus légers et accélèrent plus rapidement, avec une vitesse moyenne de 30 à 50 nœuds (55 à 92 km/h). Grâce à leur coque planante, ils peuvent dépasser la vitesse du vent.
Facteurs influençant la force vélique
L'intensité de la force vélique dépend de quatre facteurs essentiels :
- La vitesse du vent : La force aérodynamique est proportionnelle au carré de la vitesse du vent sur la voile.
- L'angle d'incidence entre la voile et le vent : L'angle optimal est d'environ 20-22°, assurant un écoulement laminaire autour de la voile.
- Le profil de la voile : Un profil creux génère une force vélique plus importante qu'une voile plate.
- La surface et l'allongement de la voile : Plus la surface est importante, plus la force est grande. L'allongement (rapport entre la hauteur et la surface) influence également la puissance de la voile.
Navigation au près : Compromis entre cap et vitesse
La navigation au près consiste à gérer un compromis constant entre le cap et la vitesse pour maximiser le gain au vent. Il faut adopter un angle voile-bateau fermé et maintenir un angle d'incidence voile-vent optimal grâce à la barre.
Exemples concrets et statistiques
La vitesse des voiliers varie considérablement selon leur catégorie, allant de 4 à 7 nœuds pour les voiliers de croisière classiques, jusqu'à des moyennes impressionnantes de 30 nœuds pour les multicoques de course.
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Voiliers de croisière performants (12 à 16 mètres)
Ces voiliers allient confort et performances, avec une carène optimisée pour la vitesse.
Voiliers de course
Conçus pour maximiser la vitesse, souvent au détriment du confort.
- Class40 : Monocoques de course au large d'environ 12 mètres.
- IMOCA : Monocoques de 18 mètres utilisés dans des compétitions comme le Vendée Globe, extrêmement rapides grâce à leurs foils.
- Ultime : Trimarans géants d'environ 32 mètres, parmi les voiliers les plus rapides du monde.
Catamarans et trimarans de plaisance
De plus en plus populaires pour la croisière en raison de leur stabilité et de leur espace à bord.
Importance des unités de mesure
En mer, la vitesse est mesurée en nœuds. Un nœud équivaut à 1 mille marin par heure, soit 1,852 km/h. Cette unité de mesure, utilisée depuis le XVIe siècle, est essentielle pour la navigation maritime et aérienne.
Origine du nœud
L'origine du nœud remonte au XVIe siècle, lorsque les marins anglais utilisaient une corde à nœuds pour mesurer la vitesse de leur bateau. Ils lançaient une planche en bois lestée attachée à une corde à nœuds à intervalles réguliers et comptaient le nombre de nœuds qui apparaissaient à la surface pendant que le bateau avançait.