L’essor des foils sur les IMOCA : Révolution de vitesse en course au large

Toutes celles et ceux qui ont suivi la croissance de la Classe IMOCA savent que les bateaux vont aujourd'hui plus vite que jamais et que l'avènement des foils a entraîné un bond impressionnant des performances. Si les skippers sont bien conscients de la capacité des bateaux à convertir efficacement le moindre nœud de vent en vitesse, peu de travaux ont été publiés à ce sujet pour aider ceux qui suivent l’IMOCA à comprendre exactement ce qu’il s'est passé.

L’étude de la progression des performances sur deux décennies

Le navigateur français et expert en performance Olivier Douillard, dont la société AIM45 est spécialisée dans l'analyse et la gestion des données, notamment des équipes IMOCA, a réalisé une étude qui montre clairement les changements époustouflants survenus au cours des 20 dernières années. En utilisant les données de performance des meilleurs IMOCA de chaque édition du Vendée Globe depuis 2002, Olivier Douillard a pu comparer la progression des 60 pieds d’hier à aujourd’hui.

Sur cette période, les bateaux sont notamment passés à la quille basculante, puis aux foils en 2016, qui, comme la forme des coques, n'ont cessé d’évoluer depuis. Son analyse révèle que les performances globales ont augmenté de 48% en moyenne sur 20 ans, ce qui constitue un bond remarquable. Les recherches montrent aussi que jusqu'en 2008, les IMOCA avaient besoin de 30 nœuds de vent réel pour atteindre une vitesse de 20 nœuds. Ce chiffre tombe à 18 nœuds en 2016 avec l'introduction des foils. Depuis, la vitesse du vent requise n'a cessé de diminuer au fur et à mesure que les foils sont devenus plus efficaces et plus optimisés, le chiffre actuel du vent réel pour atteindre une vitesse de 20 nœuds se situe à un niveau improbable de 14 nœuds ! Il s'agit d'une transformation profonde de ce qu'un voilier de huit tonnes est capable de faire.

L'étude de Olivier Douillard montre également qu'au près (face au vent), les meilleurs IMOCA naviguent aujourd'hui 49 % plus vite qu'en 2002, passant de 9 à 14 nœuds de vitesse au VMG - c’est à dire lorsqu’ils atteignent le meilleur compromis entre le cap et la vitesse. Au portant (vent arrière), l'augmentation est aussi de 49 %, passant de 15 à 24 nœuds de vitesse au VMG. Enfin, dans les vents légers (autour de 8 nœuds de vent), l'augmentation des performances est de l'ordre de 27 %, quelque soit l’allure.

Les chiffres les plus spectaculaires sont obtenus au reaching haut (autour de 80° du vent), quand le vent vient du côté du bateau. À cette allure, les derniers foilers atteignent des vitesses 73% plus élevées qu'il y a 20 ans, passant de 13 à 22 nœuds. Ensuite, au reaching bas (autour de 120° du vent), l'augmentation est de 44 % avec des vitesses pouvant dépasser les 27 nœuds, ce qui est clairement l’allure la plus rapide. "Je ne suis pas complètement surpris, mais c'est vrai que c'est bluffant", confie Olivier Douillard. "Vous regardez 20 ans en arrière et vous voyez que la marche franchie est énorme."

Perspectives sur l’évolution technologique et les limites

Globalement, le performeur estime que le taux d'augmentation des vitesses a probablement atteint un palier, à moins que des changements radicaux ne soient apportés aux règles de la Classe IMOCA, comme par exemple en autorisant les plans porteurs sur les safrans (rendant le bateau entièrement volant), ce qui n'est pas le cas à l'heure actuelle. "Cette forte augmentation des performances depuis 2002 est due à une modification majeure des bateaux : l'introduction des foils", explique-t-il. "Pour franchir une autre étape comme celle-ci, il faudrait donc une nouvelle configuration qui permettrait d'augmenter considérablement les performances. Néanmoins, même sans grand changement, les vitesses continueront d’augmenter progressivement parce que les marins apprennent et ajustent de nombreux réglages, de plus en plus précis, mais il ne s'agira pas d’une révolution."

Pour l’expert, l'une des clés de la progression continue est la capacité des skippers à naviguer de manière rapide et surtout stable. "La courbe d'apprentissage de la stabilité permettra aux performances d'augmenter, mais de façon moins spectaculaire. Cela se fera lentement et dépendra du skipper et de la façon dont il règle son bateau efficacement pendant de longues périodes."

Définition et fonctionnement technique des foils

Les foils sont des appendices latéraux élevant la coque au-dessus de l’eau, qui permettent d’atteindre des pointes de vitesse de 38 nœuds, soit 70 km/h. 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.

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. Plus le vent est fort, plus les appendices (quille et foils) portent et plus le bateau s’allège et gagne en vitesse. Par exemple, si le vent souffle à 18 nœuds (33 km/h) à droite du bateau, donc tribord amures, le bateau va gîter vers le côté bâbord. La première étape consiste à faire basculer la quille à tribord ; son poids va en partie redresser le bateau de 5°. 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.

Histoire et développement des appendices porteurs

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. Les premiers hydoptères (également appelés hydrofoils), utilisant des foils, ont démontré leur capacité à augmenter considérablement la vitesse des bateaux. La popularisation des foils dans le nautisme moderne s'est accélérée dans les années 1980, notamment grâce à des compétitions de voile et des records de vitesse.

En 1964, l'ingénieur américain Alexander Graham Bell et son assistant Frederick W. Baldwin ont développé le HD-4, un hydroptère capable d'atteindre des vitesses impressionnantes grâce à l'utilisation de foils. Cet hydroptère a établi un record de vitesse sur l'eau qui est resté inégalé pendant de nombreuses années. Au fil des années, de nombreuses innovations ont été apportées aux foils. Le projet Hydroptère, initié par Alain Thébault, a démontré les capacités des foils en atteignant des vitesses supérieures à 50 nœuds. De même, les voiliers de la Coupe de l'America utilisent des foils pour améliorer leur performance en course, établissant de nouveaux standards de vitesse et de maniabilité. Les avancées technologiques ont également permis la création de foils plus efficaces et plus durables, incluant des développements dans les foils électriques et les efoils.

Applications et diversité technologique

Les foils sont utilisés dans une grande variété de bateaux :

Voilier : Les compétitions de voile, comme le Vendée Globe, utilisent des foils pour atteindre des vitesses élevées et améliorer la performance.
Hydoptères : Ces bateaux utilisent des foils pour se soulever entièrement hors de l'eau, atteignant des vitesses de plus de 50 nœuds.
Bateaux à moteur : Les foils améliorent l'efficacité et la vitesse des bateaux à moteur, leur permettant de naviguer plus rapidement et plus efficacement.
Catamaran : Les compétitions de catamarans ont montré l'efficacité des foils pour augmenter la vitesse et la maniabilité.
Sports nautiques : Des disciplines comme le wingfoil et le windsurf intègrent des foils pour offrir des performances optimales et des sensations de glisse incomparables.

Défis, limites et enjeux économiques

L'utilisation des foils présente également des défis. Le coût est un facteur majeur : comptez par exemple de l’ordre de 200 000 euros pour l’ajout d'un appendice volant sur un Imoca, soit 400 000 euros la paire, ce qui représente un peu moins de 10 % du budget total nécessaire à la construction d’un IMOCA, estimé à 5 à 6 millions d’euros. La complexité technique est un autre obstacle, car la conception et l'installation des foils nécessitent une ingénierie précise et une compréhension approfondie de l'hydrodynamique. Enfin, des phénomènes hydrodynamiques comme la ventilation et la cavitation peuvent affecter la performance des foils, nécessitant des régulations actives pour maintenir une portance optimale.

Il faut également noter la fragilité de ces pièces, qui sont à la merci des OFNI (Objets Flottants Non Identifiés) ou d’une mer très agitée. Les foils ont fait leur apparition au tournant des années 2000 et leur adoption a été progressive mais massive : six foilers au Vendée Globe 2016, 19 foilers en 2020 et 30 foilers en 2024. La jauge laisse une grande liberté aux équipes dans la conception de la forme des foils, ce qui en fait un terrain d'innovation permanente.

L’essor des foils sur les IMOCA : Analyse d’une révolution de vitesse en course au large