En tant que windsurfer, vous savez combien il est important d’avoir le bon équipement pour une session réussie. Au cœur de cet équipement, un élément crucial, souvent sous-estimé, est la dérive de windsurf. Avec la multiplicité de discussions sur les caractéristiques et performances des ailerons ainsi que tous les postulats associés tachant d’appréhender et de comprendre 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, cet article tachera d’éclaircir de nombreuses questions et problématiques. La dérive est bien plus qu'une simple extension sous votre planche ; elle est fondamentale pour la vitesse, le contrôle et la capacité à manœuvrer.
Le Rôle Essentiel de la Dérive : Contrôler la Trajectoire et Maximiser les Forces
Le fonctionnement d'une planche à voile repose intrinsèquement sur l'interaction complexe entre le vent, la voile, la planche et, de manière déterminante, la dérive. La force motrice du dériveur est le vent qui crée une portance aérodynamique sur la voile. Cette portance résulte de l'écoulement de l'air sur la courbure de la voile, engendrant une différence de pression entre les deux faces de la voile. La portance est normale à la direction moyenne de la voile. Cependant, cette force générée par la voile a une composante latérale significative qui, sans correction, entraînerait la planche à dériver sous le vent, c'est-à-dire à "marcher en crabe" par rapport à la direction souhaitée.
Pour créer une force anti-dérive efficace, on utilise une dérive. C'est une surface plane enfoncée dans l'eau et dans l'axe du bateau. Cette dérive induit également une portance normale à l'axe du bateau, mais cette fois-ci, dans le milieu aquatique. Cette portance hydrodynamique s'oppose à la force latérale générée par la voile, permettant à la planche de se déplacer principalement vers l'avant. La dérive introduit aussi une traînée, qui est une résistance à l'avancement dans l'eau. L'équilibre entre la portance latérale générée par la dérive et la traînée qu'elle occasionne est primordial pour l'efficacité globale du système. Pour avancer face au vent, il faut accepter de marcher en crabe par rapport à la direction désirée, un compromis que la dérive aide à minimiser.
Principes Aérodynamiques et Hydrodynamiques : L'Aileron, une Aile Verticale
Afin de décrire le mouvement d’une planche à voile, nous pouvons utiliser une approche simple en utilisant le principe d’équilibre où les vecteurs résultants de toutes les forces en action doivent être équilibrées, ou - en parlant mathématique - 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.
Partant du principe que l’aileron n’est rien d’autre qu’une petite aile, nous pouvons utiliser les mêmes concepts qu’en aérodynamique pour comprendre son fonctionnement. Les forces créées par l'aileron 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’horizontal 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 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. Ce phénomène est identique à celui de la voile : dans la partie haute du foil (le profil de la dérive), le flux d’eau 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 portée, qui, dans le cas de la dérive, est une force latérale s'opposant à la dérive.
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Les seules différences significatives entre le fonctionnement d'une aile dans l'air et une dérive dans l'eau résident dans les propriétés du fluide : la densité de l’eau, qui est 850 fois plus dense, ainsi que la viscosité, 14 fois plus grande que l’air. Ces propriétés confèrent à l'eau une capacité bien plus grande à générer des forces avec des surfaces plus petites, mais imposent également des contraintes spécifiques en termes de traînée et de résistance. Pour naviguer dans la même direction à une vitesse constante, toutes les forces et moments en jeux doivent être équilibrés. Une petite partie de la force latérale peut être soutenue par la planche elle-même, mais globalement, l’aileron est obligé de supporter cette charge majeure. Autrement, le planchiste serait éjecté de la planche. En considérant les dimensions du corps et de la voile, il s’en suit que la force maximale qui peut être équilibrée par le corps est à peu près 37,5 % du poids du corps du planchiste. Plus de puissance d’aileron est nécessaire dans le cas d’une planche avec un arrière plus large du 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.
Optimisation et Performance des Dérives : Géométrie et Dynamique des Fluides
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, influençant la manière dont l'eau s'écoule autour du profil de la dérive. 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.
De la même manière que pour une voile, le plus important est la surface de l’aileron. Une grosse surface produit plus de portance mais également plus de traînée. 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 dans l'air. Les caractéristiques d’un foil windsurf sont représentées dans un graphique portance vs angle d’attaque, permettant une comparaison immédiate des performances entre différents profils. Par exemple, si deux foils ont la même courbe de portance linéaire en fonction de l’angle d’attaque, mais que le foil B voit son flux se séparer à seulement 9 degrés, on peut en déduire que le foil A offre bien plus de portance en général et également suffisamment de portance à basse vitesse. De nos jours, en utilisant un GPS, on peut facilement mesurer sa vitesse à n’importe quelle allure et mesurer la performance de remontée au vent. Mais il est bien plus difficile d’établir un jugement objectif sur les caractéristiques de navigation tels que le contrôle, l’agilité dans les vagues ou dans les figures. Les ailerons peuvent être testés de la même manière que les planches en utilisant un barème de note pour évaluer ces qualités subjectives.
Défis Hydrodynamiques : Ventilation, Spin-out et Cavitation
Malgré leur rôle essentiel, les dérives peuvent rencontrer des phénomènes qui altèrent leur performance. 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. Cette entrée d'air désorganise l'écoulement de l'eau le long de la dérive, réduisant drastiquement sa capacité à générer de la portance latérale.
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 pour rétablir un flux laminaire et retrouver l'accroche de la dérive. Les avions utilisent des appareils électroniques pour contrôler la vitesse, l’angle d’attaque et la portance, mais en windsurf, le planchiste doit maîtriser ces paramètres par son positionnement et l'inclinaison de la planche.
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Très souvent, le spin out est lié à la cavitation. Cependant, la cavitation est un phénomène physique complètement différent que 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. Ces bulles de vapeur résultent en une perte de portance et une augmentation de la traînée, affectant ainsi l'efficacité de la dérive.
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, entraînant cette déformation. 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, car elle modifie l'angle d'attaque de manière non optimale sur toute la longueur de la dérive.
Choisir la Dérive Adaptée à Votre Style et aux Conditions
Le choix de la bonne dérive est essentiel pour une vitesse, un contrôle et un planing optimaux. Il existe de nombreuses dérives de windsurf, comme les dérives de slalom & race, les dérives de vagues & freestyle et les dérives freeride, chacune conçue pour des performances spécifiques. La bonne longueur de dérive dépend principalement de la taille de la voile, de la largeur de la planche et de votre poids.
- 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. Pour déterminer la largeur exacte, regardez sur votre planche ou recherchez en ligne.
- Taille de la voile : Plus votre voile est grande, plus la dérive doit l’être également. Une voile plus grande demande plus de portance pour contrer la force latérale accrue qu'elle génère. Déterminez avec quelle taille de voile vous naviguez le plus souvent. Si vous avez plusieurs voiles, le choix de la dérive pourra être adapté en fonction de celle utilisée.
- Poids du planchiste : Un planchiste plus lourd générera naturellement plus de force sur la planche et la dérive, nécessitant une dérive plus robuste ou plus grande pour maintenir l'équilibre et le contrôle.
- 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, car votre technique active compense le besoin d'une grande surface de portance.
- Conditions de navigation : Si vous naviguez en eau peu profonde ou dans des zones riches en algues, des dérives plus courtes ou spécifiques aux algues (anti-algues) peuvent être nécessaires pour éviter d'accrocher le fond ou de ramasser les herbes, même si cela peut légèrement compromettre la performance de remontée au vent.
Presque chaque dérive est accompagnée d’un tableau de longueurs recommandées. Vérifiez toujours le tableau correspondant au type de dérive que vous choisissez (par exemple freeride, slalom ou wave) pour vous assurer d'une compatibilité optimale et d'une performance adaptée à vos besoins.
Systèmes de Boîtiers de Dérive et Installation Précise
Toutes les dérives ne s'adaptent pas à toutes les planches. Il est donc impératif, avant d'en acheter une, de regarder attentivement quel est le système de boîtier de votre planche. Vous pouvez le trouver sur chaque planche grâce aux symboles spécifiques. Il existe plusieurs systèmes de boîtiers, chacun avec ses particularités :
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- US box : Cette boîte à ailerons est le plus souvent utilisée sur les planches à voile (free)wave et freestyle, car elles appartiennent à la classe la plus légère, offrant une flexibilité de positionnement de l'aileron.
- Power box : Ce type d'aileron est souvent utilisé sous les planches de freestyle et parfois de freeride, connu pour sa robustesse.
- Boîte Tuttle et Deep Tuttle box : Les ailerons de la boîte Tuttle sont fixés à l'aide de deux boulons à travers le pont de la planche, assurant une fixation très solide. La forme de la tête du Deep Tuttle est similaire à celle du Tuttle standard, mais elle est plus haute pour plus de solidité, particulièrement adaptée aux grandes planches et aux dérives de grande taille.
- Slot box : Le slot box est un box léger de style surf, c'est un système populaire sur les planches de vagues et de freestyle qui naviguent avec des ailerons plus courts, privilégiant la légèreté et la maniabilité.
- Trim box : Ce type d'aileron n'est plus produit et vous ne le rencontrerez plus guère sur les planches modernes.
- Boîte multi conique et conic box : Il s'agit d'un système universel qui s'adapte à plusieurs types de boîtes, offrant une certaine polyvalence.
L'installation correcte de la dérive est aussi cruciale que son choix.Vous pouvez reconnaître les ailerons FCS1 grâce aux deux parties qui sortent de la partie inférieure de l’aileron et qui le maintiennent dans votre planche. Vous pouvez simplement les insérer dans les trous prévus à cet effet. Vous remarquerez également que les ailerons de votre set ont une forme différente. Il y aura deux ailerons qui sont plats d’un côté et incurvés à l’extérieur. Les deux dérives avec un seul côté incurvé doivent être placés dans les boîtiers gauche et droite. Et toujours de manière à ce que le côté plat soit orienté vers l’intérieur, assurant ainsi une meilleure efficacité hydrodynamique. Astuce secrète : il arrive que les dérives soient difficiles à insérer dans les fentes. Veillez à ne pas trop serrer les vis, car un serrage excessif peut endommager le boîtier ou l'aileron.
Les ailerons FUTURES ont une encoche à l’avant et à l’arrière pour le montage dans le boîtier. Il faut donc commencer par insérer l’arrière de l’aileron, puis pousser l’avant jusqu’à ce que l’aileron soit complètement dans la boîte. Seulement ensuite, serrez les vis. Dans le système d’ailerons FUTURES, chaque aileron n’a qu’une seule vis, qui se trouve directement devant le boîtier. Veillez à ne pas trop serrer la vis, afin de ne pas endommager le système de fixation. Tout comme les ailerons FCS1, les FUTURES ont également une place fixe. Veillez donc à placer le côté plat des deux ailerons latéraux de manière à ce qu’ils soient tournés vers l’intérieur pour optimiser la performance. Seulement si vous installez vos ailerons correctement, ils feront ce qu’ils sont supposés faire : vous donner de la vitesse et rendre votre planche maniable quand vous le voulez. Aussi, gardez un œil sur les dérives pour vous assurer qu’ils soient bien serrés avant et pendant votre session.
L'Impact Pratique de la Dérive sur la Navigation et les Manœuvres
La planche à voile fonctionne avec le vent ! Regardez bien d’où il vient. Une planche à voile navigue perpendiculairement au vent pour remonter vers le vent (c'est-à-dire, on dit que l’on est au près) ou le prend par l’arrière pour descendre au vent. La dérive est l'outil indispensable qui permet de naviguer dans l'axe du vent et de remonter face à celui-ci, transformant la poussée latérale du vent en une propulsion avant. Sans dérive, la capacité à remonter au vent serait fortement compromise, car le vent a tendance naturellement à vous pousser dans le mauvais sens, et on avancerait plus du tout.
La dérive joue un rôle central dans les différentes positions de navigation et les manœuvres essentielles. Lorsque l'on remonte vers le vent, l'aileron fournit la résistance latérale nécessaire, agissant comme un pivot autour duquel la planche peut tourner pour ajuster son cap. En revanche, pour descendre au vent, on abat, ce qui implique de faire tourner la planche pour l'orienter plus favorablement.
Tourner en remontant le vent (le virement de bord) :Cette manœuvre permet de changer de direction en passant face au vent, avec la dérive offrant la stabilité nécessaire durant la rotation. Les étapes sont assez empiriques, mais la dérive est essentielle pour ancrer la planche durant la transition.
- Préparez-vous à remonter le plus au vent possible, votre dérive servant de point d'appui.
- Orientez la planche face au vent.
- Placez-vous au milieu de la voile, un pied de chaque côté du mât.
- Faites alors tourner la planche avec les pieds, en poussant avec le pied avant et tirant avec le pied arrière. La dérive, enfoncée dans l'eau, permet à la planche de pivoter de manière contrôlée.Une méthode plus académique partage les étapes 1 et 2. Ensuite, remontez un maximum face au vent. C’est-à-dire, mettez un pied devant le mât. Tournez le plus vite possible car c’est une position instable, la dérive aidant à maintenir la stabilité directionnelle. En même temps, il faut saisir le wishbone de l’autre côté. Lâchez alors le mât et remettez votre main avant sur le wishbone. C'est le virement décrit par Bic qui s'appuie sur la capacité de la planche à pivoter autour de la dérive. Lorsque vous êtes face au vent, la voile dégonflée. On dit alors qu’elle faseille, ce qui signifie que le vent ne la gonfle plus.
Tourner en descendant le vent (l'empannage) :Cette manœuvre permet de changer de direction en passant vent arrière, et la dérive est cruciale pour le contrôle dans cette phase délicate où l'on se retrouve vent arrière, ce qui est très instable. En plus, comme on descend le vent, on risque de dériver assez vite.
- Pour cette manœuvre, la dérive aide à maintenir une ligne stable.
- La voile doit s’ouvrir pour qu’elle reste perpendiculaire au vent.
- C’est la phase délicate : il y a très peu d’appui dans la voile. Utilisez vos genoux pour garder l’équilibre, la dérive assurant la portance latérale minimale pour éviter de glisser complètement.
- Poussez sur l’arrière de la planche avant de passer devant le mât. Continuez à tourner en tirant le mât.
- Positionnez la voile à l’envers, le bout du wishbone vers l’avant.
- Attrapez le wishbone avec votre main libre, la dérive guidant le virage.
- Quand la planche remonte vers le vent, elle va donc tourner autour de cet axe central que la dérive crée. La planche va descendre au vent. Faites attention à ne pas vous faire emporter par la voile. Il faut que ce soit la planche qui tourne, et la dérive en est l'axe. Pour bien retransmettre l’énergie à la voile, la dérive doit être parfaitement fonctionnelle.