Les foils, ou comment un bateau vole

LoïcBonjour à tous. Aujourd'hui, une question simple. Comment un bateau de plusieurs tonnes finit-il par sortir de l'eau et voler ?

LoïcTout part d'une pièce qu'on appelle un foil. C'est un appendice immergé, profilé comme une aile d'avion, fixé sous la coque.

LoïcL'idée physique est la même que pour l'avion. Quand l'aile avance dans un fluide, l'eau qui passe dessus et celle qui passe dessous ne vont pas à la même vitesse. Il naît une différence de pression, et cette différence pousse l'aile vers le haut. C'est la portance.

LoïcLa différence avec un avion, c'est le fluide. L'eau est environ huit cents fois plus dense que l'air. Un foil minuscule suffit donc à soulever un bateau entier, à condition d'aller vite.

LoïcConcrètement, la coque reste dans l'eau au départ. Le bateau accélère, la portance monte, et à un moment la coque décolle. On dit que le bateau déjauge et se met à voler sur ses appendices.

LoïcLe gain est énorme, parce que ce qui freine un bateau, c'est surtout la coque qui pousse l'eau et fabrique des vagues. Une fois en vol, il ne reste dans l'eau que le foil et le safran, la partie immergée du gouvernail. La traînée s'effondre.

LoïcPrenons l'AC75, le monocoque de vingt-trois mètres utilisé lors des trente-septième et trente-huitième Coupes de l'America. Il a des voiles souples, des foils en forme d'ailes, et surtout pas de quille.

LoïcL'absence de quille, c'est le point clé. Sur un voilier classique, le lest sous la coque empêche le bateau de se coucher. Ici, ce sont les bras de foil, basculants sur les côtés, qui font à la fois le lest et l'aile.

LoïcCe concept n'est pas venu tout seul. Après la trente-sixième Coupe de l'America en 2017, le Royal New Zealand Yacht Squadron a accepté un défi prévoyant le retour aux monocoques pour l'édition 2021.

LoïcLes premiers concepts graphiques d'un monocoque à foils basculants ont été publiés le vingt et un novembre 2017. Un concepteur brésilien, Manoel Chaves, a ensuite affirmé détenir un brevet sur ce design. Team New Zealand a rejeté cette réclamation après plus de deux ans de correspondance.

LoïcVenons-en à la question que tout le monde pose. Pourquoi un bateau volant va-t-il plus vite que le vent qui le pousse ?

LoïcUn chiffre le montre bien. Te Rehutai a enregistré quarante-neuf virgule un nœuds le dix-sept décembre 2020, dans un vent de quinze à dix-neuf nœuds.

LoïcSoit environ trois fois la vitesse du vent réel. L'explication tient au vent apparent. C'est le vent que ressent le bateau, la combinaison du vent réel et du vent créé par son propre déplacement.

LoïcImaginez que vous sortiez la main par la fenêtre d'une voiture, un jour sans vent. Vous sentez quand même un souffle. Ce souffle, c'est votre vitesse.

LoïcSur un bateau à foils, le cercle se referme sur lui-même. Le bateau accélère, donc le vent apparent augmente, donc la voile produit plus de puissance, donc le bateau accélère encore. La voile ne se comporte plus comme un parachute, mais comme une aile verticale.

LoïcLes vitesses atteintes sont considérables. La vitesse maximale enregistrée en course est de cinquante-cinq virgule cinq nœuds, par INEOS Britannia, le premier octobre 2024, lors de la finale de la Louis Vuitton Cup.

LoïcLuna Rossa Prada Pirelli avait atteint cinquante-cinq virgule deux nœuds le vingt-neuf septembre 2024, dans la même finale. On est au-delà de cent kilomètres heure sur l'eau.

LoïcÀ ces vitesses apparaît un phénomène que les équipages redoutent : la cavitation. Retenez le mot, je l'explique.

LoïcQuand l'eau accélère sur le dessus du foil, sa pression chute. Si elle chute trop, l'eau se met à bouillir à froid et forme des bulles de vapeur. Ces bulles cassent la portance et abîment la surface du foil.

LoïcC'est pour cela que les profils sont si fins et si soignés. Un défaut de quelques dixièmes de millimètre peut déclencher le phénomène.

LoïcReste la conduite. Voler, c'est tenir une hauteur. Trop haut, le foil sort de l'eau, la portance disparaît et le bateau retombe. Trop bas, la coque touche et la traînée revient d'un coup.

LoïcD'où un travail permanent sur l'angle du foil, l'assiette du bateau et le réglage des voiles. Le barreur pilote autant en hauteur qu'en cap, et une erreur d'une fraction de seconde coûte des dizaines de mètres.

LoïcUn mot sur l'apprentissage de tout cela. Lors du cycle 2021, chaque équipe pouvait construire deux bateaux, mais les tests à deux bateaux étaient interdits, sauf pendant la PRADA Christmas Cup en décembre 2020 et la PRADA Cup de janvier à février 2021.

LoïcMon avis, et je le donne comme tel : c'est là que se joue la course. Le foil donne la vitesse, mais c'est la régularité du vol qui donne la victoire. Merci de votre écoute.