Dans le monde exigeant du windsurf, l'aileron est un composant crucial, souvent sous-estimé, dont les caractéristiques et les performances sont au cœur de nombreuses discussions parmi les pratiquants. Cet article vise à éclaircir les nombreuses questions et problématiques liées aux ailerons, notamment leur poids, leur conception et leur impact sur la navigation, en s'appuyant sur des postulats cherchant à appréhender la manière dont la puissance d’un aileron est créée, ce qui induit le spin out et quelle est la réelle utilité d’un aileron de windsurf.
Les Principes Fondamentaux de l'Hydrodynamique de l'Aileron
Pour décrire le mouvement d’une planche à voile, une approche simple utilisant le principe d’équilibre est pertinente, où les vecteurs résultants de toutes les forces en action doivent être équilibrés, ou - en parlant mathématiques - la somme de toutes les forces et moments doit être égale à zéro. Selon le principe d’équilibre, le mouvement d’un corps est défini par les forces et moments qui agissent sur celui-ci. Pour tous les corps en position stable ou en mouvement stable, la somme de toutes les forces et moments doit être égale à zéro. Toutes les forces peuvent être déterminées à partir du poids du corps, car les forces que le poids crée doivent être équilibrées avec les forces aéro et hydrodynamiques créées par la voile et l’aileron.
Au planning, la portance de la planche est dynamiquement créée par l’eau qui défile sous la planche. Le flux d’eau est rejeté en arrière et une force avant est créée par action et réaction. La force totale de la voile peut être divisée en deux éléments. Pour naviguer dans la même direction à une vitesse constante, toutes les forces et moments en jeu doivent être équilibrés. La force latérale de l’aileron est créée de la même manière que la force de la voile en inclinant l’aileron contre le flux d’eau, ce qui représente son angle d’attaque. Dans le cas de l’aileron, l’angle de dérapage de la planche est l’angle d’attaque qui est nécessaire pour produire une force latérale. Les seules différences sont la densité de l’eau, qui est 850 fois plus dense, ainsi que sa viscosité, 14 fois plus grande que l’air. Autrement, le planchiste serait éjecté de la planche.
En considérant les dimensions du corps et de la voile, il s’ensuit que la force maximale qui peut être équilibrée par le corps est à peu près 37,5 % du poids du corps du planchiste. Une petite partie de la force peut être soutenue par la planche, mais globalement, l’aileron est obligé de supporter cette charge. Plus de puissance d’aileron est nécessaire dans le cas d’une planche avec un arrière plus large, dû au moment additionnel, qui est produit par le planchiste et qui doit être compensé par l’aileron. Ces facteurs ont un effet sur la performance de l’aileron.
Partant du principe que l’aileron n’est rien d’autre qu’une petite aile, nous pouvons utiliser les mêmes concepts qu’en aérodynamique. Les forces créées sont la portance et la traînée, ce qui définit également la performance de l’aileron. Étant donné que l’aileron est placé à la verticale et non à l’horizontale comme une aile, la portance devient une force latérale. La portance d’une aile est créée en inclinant l’aile contre le flux d’air avec un angle d’attaque précis. Dans la partie haute du foil, le flux doit accomplir un plus long trajet qu’en partie basse. Au final, le flux doit être plus rapide dans la partie haute du foil comparée à la partie basse. La différence de pression produit alors la force de portance. Les foils laminaires, par exemple, produisent une traînée très faible pour une région d’angle d’attaque restreinte grâce au flux d’eau qui passe sans turbulence près de la surface de l’aileron.
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La performance d’un aileron dépend énormément des nombres de Reynolds (Re). Re donne une mesure du ratio inertie sur viscosité dans un flux. Les nombres de Reynolds dépendent beaucoup de la vitesse du flux. Les caractéristiques d’un foil windsurf sont représentées dans un graphique portance vs angle d’attaque. Une comparaison entre différents foils montre immédiatement leurs performances. Deux foils peuvent avoir la même courbe de portance linéaire en fonction de l’angle d’attaque. Cependant, avec un foil B, le flux peut se séparer à seulement 9 degrés, tandis qu'un foil A peut offrir bien plus de portance en général et également suffisamment de portance à basse vitesse.
De la même manière que pour une voile, la surface de l’aileron est importante. Une grosse surface produit plus de portance mais également plus de traînée. De plus, la performance de l’aileron peut être optimisée par sa géométrie. Des ailerons longs et allongés, comme les ailerons de slalom, offrent un bon ratio portance/traînée ; ils sont très hydrodynamiques, un peu comme les planeurs.
Le Phénomène du Spin Out et de la Cavitation
Il y a également des situations où l’aileron n’est pas totalement dans l’eau. La dépression à la surface peut aspirer de l’air et une séparation des flux s’en suivra, phénomène appelé ventilation. Une séparation du flux, ou décrochage, est appelée un spin out dans la communauté du windsurf. Un décrochage en avion est généralement quelque chose de rare car une fois que l’on décroche, on perd la portance. Pour regagner de la portance, il est obligatoire de réduire l’angle d’attaque et d’avoir suffisamment de vitesse pour recréer de la portance à nouveau. C’est exactement la même chose en windsurf, à ceci près qu’il est bien plus facile de réduire l’angle d’attaque tout en gardant de la vitesse. Les avions utilisent des appareils électroniques pour contrôler la vitesse, l’angle d’attaque et la portance.
Très souvent, le spin out est lié à la cavitation. Cependant, la cavitation est un phénomène physique complètement différent de la séparation de flux. La cavitation peut apparaître lorsque la pression sur le foil tombe en dessous de la pression de la vapeur d’eau. Cela signifie que l’eau devient vaporisée et des petites bulles de vapeur (cavitation des bulles) sont créées sur la surface de l’aileron. Les bulles de vapeur résultent en une perte de portance et une augmentation de la traînée.
Rigidité, Flexibilité et Twist : Des Facteurs Clés
La rigidité est déterminée par les propriétés élastiques d’un matériau. La flexibilité résulte en une perte de portance, la performance est donc réduite. La courbure et la flexibilité ne peuvent pas être évitées avec de longs ailerons car il n’existe pas de matériaux avec une rigidité infinie. Le twist est une torsion sur l’axe longitudinal de l’aileron. Le twist est uniquement possible quand l’aileron est reculé et que la portance appuie sur l’élasticité de l’aileron. Un moment est alors créé. Dans le cas d’un aileron présentant du rake (angle sur l’arrière), le foil à la pointe de l’aileron se courbe dans le flux afin que l’angle d’attaque soit réduit. D’une manière générale, cette courbure (twist) réduit la performance de l’aileron.
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Le Rake de l'Aileron : Une Caractéristique Essentielle
L'inclinaison, ou "rake", est souvent mal comprise. Le rake ne se limite pas à une simple modification de l'assiette longitudinale de la planche, mais interagit avec d'autres caractéristiques de l'aileron pour déterminer la portance, la stabilité et le confort de navigation. Le rake est défini comme l'angle d'inclinaison de la lame de l'aileron par rapport à la base du talon. Une idée reçue fréquente suggère qu'un aileron plus droit plaque davantage la planche, tandis qu'un aileron plus incliné soulève le nez. Cependant, l'inclinaison de l'aileron est une caractéristique fixe déterminée lors de sa conception (par exemple, entre 95° et 98° chez ALF selon les tailles).
Par exemple, des modèles d'ailerons successifs, ayant le même rake, peuvent présenter des comportements très différents. C’était le cas notamment du modèle CM en 2022 qui donnait une planche vissée sur l'arrière avec un léger lift du nez, ou en 2023 avec un arrière du flotteur plus relevé, en raison des ajustements apportés à l'échantillonnage des tissus et au profil. Chez ALF, un aileron doit satisfaire à trois critères essentiels : performance, confort/facilité et sécurité. Le modèle HM, par exemple, excelle dans ces trois domaines, permettant une navigation rapide, sans cabrage ni décrochage, tout en maintenant une hauteur de planche optimale et stable.
Cependant, cette perspective n'est pas universellement partagée. Certains riders de haut niveau notamment, privilégient une performance accrue, quitte à compromettre le confort et la sécurité. Ces athlètes sollicitent des ailerons plus droits, fréquemment avec un rake de 94°, à l'instar du Carpenter. En modifiant le rake, la première conséquence directe est la modification du ratio de portance. Plus le rake est redressé, plus l'aileron génère de portance.
À titre personnel, avec des straps en position médium, un pied de mât à 135 cm et une hauteur de wishbone qualifiée de normale (mais variable selon la marque de voile utilisée, et la position du centre de poussée de cette dernière), des lames rakées à 94° ont été essayées avant leur livraison. Effectivement, lors de l'abattée, un soulagement de l'arrière de la planche et une nette accélération supplémentaire ont été ressentis. Cependant, il y avait un peu moins de contrôle, une légère instabilité, et cela nécessitait un engagement physique plus important. Il est néanmoins compréhensible que, dans le cadre d'un slalom PWA, pour des riders sur-volumés, sur-toilés et dotés d'une très bonne condition physique, ce type de comportement de l'aileron puisse être tout à fait adapté et recherché. Mais en dehors de cette élite, peu de pratiquants naviguent de cette manière. Il est important de rappeler que plus l'aileron est droit, plus il porte et soulage, mais moins il glisse. Donc sur les planches de medium et plus, cela est pertinent car on essaye de limiter la surface mouillée. Sur les planches de 62 cm de large et moins, avec un vent plus fort et plus de clapot, il est peut-être plus opportun de privilégier le contrôle.
Vous avez désormais une meilleure compréhension de l'influence du rake.
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L'Importance de la Taille de l'Aileron
La taille des ailerons est une question vaste, mais il est essentiel de connaître les bases pour le freeride. Il est clair que si l’aileron est trop petit, il ne peut pas remplir sa fonction anti-dérive. Donc on peut difficilement faire du près et la planche ne peut pas prendre beaucoup de vitesse ; on avance en crabe. En utilisant un aileron trop petit, la planche va avoir tendance à coller à l’eau au démarrage au planning. En navigation, l’aileron aura tendance à décrocher lorsque vous appuierez sur la jambe arrière, tandis que l’appel de saut sera moins franc et fuyant si vous essayez de décoller sur les vagues se présentant à vous. Au surf, vos courbes seront moins radicales, moins vives.
Inversement, un aileron trop grand pose également problème. Plus l'aileron est profond, plus son "bras de levier" est grand et fait ainsi office de "foil". En "survitesse", la planche risque donc de s'envoler et de chuter. Il devient difficile de garder une bonne assiette latérale du flotteur (qui part à la gîte) et généralement, étant à ce moment surtoilé, la traction sur la main arrière est plus forte et par conséquent l'appui sur le pied arrière aussi, ce qui amène la planche à se cabrer et si la vitesse est à ce moment élevée, la planche risque de s'envoler. Bref, mettre un aileron plus petit devient dès lors un bon plan pour le jour lointain où l'on serait en survitesse. Pour l'effet de "foil", cela signifie que la planche gîte, que l'aileron n'est donc plus tout à fait vertical et subit une poussée vers le haut.
Par vent faible, il est communément observé que mettre un aileron plus grand facilitait le départ au planning. Dans un premier temps, pour le départ au planning, c'est la profondeur (et la surface) de l'aileron qui joue son rôle de plan anti-dérive. Plus ce plan anti-dérive est efficace, plus il est aisé de faire démarrer sa planche. Une fois une certaine vitesse acquise, on peut jouer sur l'assiette latérale du flotteur (le degré de gîte éventuel est à trouver car spécifique à chaque flotteur) pour effectivement profiter de cet "effet de foil" qui va permettre de "faire monter" la planche sur l'aileron et augmenter sa vitesse grâce à une diminution de la surface mouillée du flotteur.
Pourquoi la Longueur et non la Surface ?
Pour les ailerons, on parle toujours de longueur. Cette pratique, bien qu'elle puisse sembler moins logique a priori que de parler de surface comme pour les voiles, s'explique par les usages et les corrélations établies par les fabricants et les riders. La longueur est une mesure simple et directe, souvent plus facile à appréhender pour le windsurfeur, même si la surface est intrinsèquement liée à la portance et à la traînée générées par l'aileron.
Choisir la Taille Idéale de son Aileron : Une Question d'Équilibre
Le choix de la bonne longueur de dérive est essentielle pour une vitesse, un contrôle et un planing optimaux. Elle dépend principalement de la taille de la voile, de la largeur de la planche et de votre poids. Presque chaque dérive est accompagnée d’un tableau de longueurs recommandées. Il est important de toujours vérifier le tableau correspondant au type de dérive que vous choisissez (par exemple freeride, slalom ou wave).
Plus précisément, un gabarit de 80kg sera à l’aise sur une planche de 80l avec 22 cm d’aileron en 4.7.Un rider de 70-75 kg, qui à une époque se contentait d'un 27 cm, peut aujourd'hui spinout beaucoup plus avec cet aileron en 5.3 s'il navigue de manière plus "barbare". Pour une planche FSW, un aileron wave 23 cm peut être utilisé de 4,7 à 6,5, et si le vent est light, un 26 bump & jump (Drake) avec une 6,5 (et même une 7,4, bien que cela ne soit pas fait depuis des lustres).
Pour une board de 105L, un rider pesant à l'époque 112 kg et aujourd'hui autour de 87 kg, 30 cm d'aileron est considéré comme très grand pour une voile de 5,3 m². Un aileron de 25 cm serait plus approprié. La marque importe peu, tant que l'on n'utilise pas de la "méga bouse". Il est conseillé à la majorité des windsurfeurs de se tourner vers le modèle X-wave, un aileron rapide, radical avec des performances en surf étonnantes mais également en navigation classique. L'ancien aileron de 30 cm causait quelques spin-out avec une voile de 5,3 m² et une planche freewave de 90-95 L, mais surtout en plage haute. La planche est principalement utilisée de 4,7 m² à 5,7 m², mais surtout avec la 5,3 m², dans le chantier et pour sauter, avec des performances moyennes en surf. Le "No Spin de MUF" promet "satisfait ou remboursé". Le Select Bump'n Jump 29 sur une JP 79L donne également satisfaction.
Considérations Spécifiques pour le Choix d'Aileron :* Largeur de la planche : les planches de windsurf plus larges nécessitent des dérives plus grandes. Une dérive plus grande procure davantage de portance, ce qui vous permet de planer plus tôt par vent léger.
- Taille de la voile : plus votre voile est grande, plus la dérive doit l’être également. Une voile plus grande demande plus de portance.
- Style de navigation : vous naviguez de manière active et pompez beaucoup pour atteindre le planing ? Dans ce cas, vous pouvez utiliser une dérive plus petite pour réduire la résistance et améliorer le contrôle.
- Poids du rider : facteur déterminant pour l'adaptation de la taille de l'aileron aux autres paramètres.
J'ai consulté les tableaux de sélection proposés par Select et Maui Ultra Fins en utilisant mes données personnelles, et j'arrive pratiquement au même résultat : environ 34 cm.
Pour un gabarit léger de 53 kg avec une RRD Firestorm 101 de 2016 (65 cm de largeur maxi et ± 42 cm largeur OFO), les recommandations pour un gabarit médium de 75 kg sont les suivantes :
- Ailerons mini-maxi (cm) ; voiles mini-maxi (m²)
- 30 cm ; 4.7 m²
- 32 cm ; 5.2 m²
- 34 cm ; 5.7 m²
- 36 cm ; 6.2 m²
- 38 cm ; 7.0 m²
- 40 cm ; 7.8 m²
Pour un poids de 53 kg, les adaptations seraient :
- Un aileron de 34-35 cm devrait bien aller avec une voile de 6.5 m².
- Un aileron de 36 cm devrait bien aller avec une voile de 7.0 m².
- Un aileron de 38 cm devrait bien aller avec une voile de 7.3-7.5 m².
- Un aileron de 40 cm devrait bien aller avec une voile de 7.8 m².
Mettre un aileron de 38 cm avec la voile de 6.5 m² est bien trop grand pour un poids léger de 53 kg, avec un risque accru de monter sur la tranche en zone rouge. En passant de 6.5 m² à 7.3 m² (delta = 0.8 m²), le gain serait marginal, environ 1-2 nœuds dans le départ planing, ce qui n'en vaut pas le coup pour si peu de gain. En passant de 6.5 m² à 7.8 m² (delta = 1.3 m²), le gain serait significatif, environ 4 nœuds dans le départ au planing, ce qui est bien plus intéressant. Un autre avantage de la 7.8 m² est que la voile de 6.5 m² Gaastra GTX de 2008 demande un mât de 460 cm SDM IMCS 25*.
Un calcul pour un gabarit de 75 kg : un aileron de 36 cm est recommandé pour une voile de 6.2 m². Pour un gabarit léger de moins de 75 kg, on enlève 2 cm, ce qui donne un aileron de 34 cm pour une voile de 6.2 m². Comme la voile est de 6.5 m², l'estimation de la taille de l'aileron idéal est de 34-35 cm maxi. Une taille de 36 cm est trop grande, idem 38 cm. En règle générale, pour augmenter le planing en plage basse en slalom, on peut augmenter la taille de l'aileron de +2 cm. Pour un gabarit de 75 kg, un aileron de 38 cm serait pas mal pour une voile de 6.2 m². Pour un gabarit léger de moins de 75 kg, on enlève 2 cm à 38 cm, ce qui donne 36 cm. Mettre un aileron de 38 cm avec une voile de 6.5 m², c'est 2 cm trop grand. Cela pourrait encore jouer en plage basse, mais à la moindre survente, un rider de 53 kg aura du mal à garder la planche bien à plat pour appuyer sur le rail au vent, d'où un risque accru de montée sur la tranche dans les surventes.
Un combo utilisé par un rider de 63 kg de mars à octobre est Patrik 100 + Rhino 35 + Loft 7.3, et S1 33 + Loft 6.3 de 18 à 24 kts. Avec 10 kg de moins, une planche de 100 litres + 6.5 m² devrait convenir pour 80% des sessions. Éventuellement, il ne semblerait pas idiot de changer cette 6.5 m² de 2008 par une 6.8 m² ou une 7.0 m² (grand max) un peu plus récente pour obtenir plus de puissance. L'aileron d'origine de 26 cm tient jusqu'à 6.4 m² avec 2 cam sur un plan d'eau calme. Pour une Tarifa 85 litres wave, un 21 cm est suggéré, mais compte tenu du poids mis sur le pied arrière, remonter au vent serait difficile. Un Select 23 fonctionne pas trop mal de 4 à 5.7 m², bien qu'en 5.7 m² il pourrait peut-être être un peu plus grand.
Une planche de slalom de 100 L partira plus vite qu'une planche de freeride de 120 L, à cause de la forme de ses rails, de son cul plus large, de sa ligne de scoop-rocker bien plus tendue, bref avec un bien meilleur rendement pour la planche de slalom. C'est plus facile de faire décoller une petite bombinette légère et peu encombrante sous les pieds qu'une grosse barge lourde quand on est un gabarit super léger et dynamique.
L'Option de Changer d'Aileron Plutôt que de Voile
Parfois, quand on se retrouve surtoilé en fin de session, il est courant de mettre un aileron plus petit plutôt que de changer de voile, car c'est plus rapide. C'est une pratique courante et efficace. L'inverse, c'est-à-dire mettre un aileron plus grand pour une voile plus petite, n'est pas une pratique répandue dans les mêmes circonstances de surtoilage.
Les Différents Types d'Ailerons
Il existe de nombreuses dérives de windsurf, comme les dérives de slalom & race, les dérives de vagues & freestyle et les dérives freeride.
- Les ailerons de vague et Freewave : Ces ailerons sont toujours courbés pour offrir de la maniabilité. Les planches peuvent être équipées en quad (4 ailerons), trifins (3 ailerons) ou single (1 aileron).
- Les ailerons de slalom : Ce sont des ailerons droits, semblables aux ailerons de freerace mais plus techniques. Ces ailerons nécessitent de bonnes connaissances techniques et un appui plus fin pour la remontée au vent et pour contrôler le flotteur dans des conditions difficiles.
Les Boîtiers d'Ailerons : Variétés et Spécificités
Il existe différents types de boîtiers d'aileron, chacun adapté à des usages spécifiques :
- Boîtier Power Box : C'est un boîtier que l'on retrouve généralement sur les planches de Freeride et souvent utilisé sous les planches de freestyle. Il y a une seule vis que l'on visse par le dessus de la planche.
- Boîtier Slot Box : C'est un boîtier pour planche de windsurf de vague montées en multi fin. Il est très léger et de style surf, un système populaire sur les planches de vagues et de freestyle qui naviguent avec des ailerons plus courts.
- Boîtier Us Box : Ce boîtier est généralement utilisé sur les planches de vagues et les planches à voile (free)wave et freestyle, car elles appartiennent à la classe la plus légère. Il permet de régler précisément la position de l'aileron. En général, on le met le plus à l'avant possible pour qu'il soit bien sous le pied.
- Boîtier Mini Tuttle : C'est aussi un boîtier d'aileron pour les planches de vagues multi fin. Il fonctionne comme un boîtier power box, avec une vis d'aileron par le haut de la planche.
- Boîtier Tuttle Box : Les ailerons de la boîte Tuttle sont fixés à l'aide de deux boulons à travers le pont de la planche. Ce boîtier est généralement utilisé sur les planches de slalom.
- Boîtier Deep Tuttle Box : Le même principe que le boîtier Tuttle box, mais il est utilisé sur les grosses planches de slalom. Il est plus profond et permet de fixer les grandes tailles d'aileron.
- Boîte Multi Conique : Il s'agit d'un système universel qui s'adapte à plusieurs types de boîtes.
- Trim Box : Ce type d'aileron n'est plus produit et vous ne le rencontrerez plus guère.
Matériaux et Poids des Ailerons
Le poids des ailerons varie selon les matériaux utilisés. On voit la différence de poids entre les G10 et les purs carbone. Le CR.. WIDE 25 cms pèse 320 grs, le boîtier est aussi lourd que la lame. Pour alléger un peu plus, certains "fabricants" rajoutent les chutes de carbone dans le mélange résine pour faire le boîtier.
Le G10 est plus solide que le moulé carbone/verre. Un aileron G10 pèse entre 150 et 250 grammes de plus que les ailerons en carbone. Cette différence de poids est négligeable pour la performance, comme le montrent les performances de certains riders de vitesse qui utilisent des ailerons G10 et les résultats de leurs tests comparatifs avec la plupart des autres ailerons de vitesse sur le marché. Ils choisissent de les utiliser parce qu'ils leur offrent les meilleures performances, même si certains riders peuvent être réticents à l'idée de ne pas avoir un équipement en carbone, pensant que le carbone est toujours meilleur. Cependant, s'il y a un endroit dans l'ensemble du matériel de windsurf où l'on peut tolérer, voire avoir un avantage, d'un matériau plus lourd et plus amortissant que le carbone, c'est bien là où se trouve l'aileron. Un ajout de 150 à 250 grammes pour l'aileron en G10 dans l'ensemble du système pour accélérer une fois sur le parcours représente environ 0,2% du total, rider inclus. Si le poids est si important, alors il faudrait couper les rallonges de mât en carbone, utiliser le minimum de footstraps qui ne retiennent pas l'eau, voire enlever ceux sous le vent et raser les pads. Pas de bottes non plus. Il faudrait décaper le grip du wishbone là où on ne le tient pas, etc., et ne même pas penser à laisser la voile tomber dans l'eau avant le run.
Pour retoucher un aileron carbone, un seul disque (disqueuse, grain de 80) suffit pour 5/6 ailerons, à l'inverse, il en faut un par face pour retoucher un vrai prépreg, le G10 étant entre les deux. La facilité de ponçage est donc différente selon le matériau, même si l'on peut penser que le carbone est le plus "dur".