Des bateaux allant plus vite que le vent

Les forces exercées sur un bateau pour le faire avancer
Un voilier, pour avancer se déplace grâce à la seule force du vent sur les voiles.
Le vent exerce alors sur la voile une force perpendiculaire qui est appelée poussée vélique.
L’air arrive sur la voile de la même manière que sur une aile d’avion et se sépare en deux :
Une partie s’engouffre à
l’intérieur de la voile appelé
l’intrados, et crée une
surpression.
L’autre partie glisse sur l’extrados,
et crée une dépression grâce à
une accélération de l’air.
On a une aspiration du côté de la dépression et une poussée du côté de la surpression ce qui
génère une force perpendiculaire à la voile et fait avancer le bateau. De plus, la poussée
vélique résulte de deux autres forces :
-
La première dirigée dans l’axe du bateau appelée la force propulsive.
La deuxième est perpendiculaire à ce même axe et est appelée force de dérive.
Celle-ci exerce alors une poussée sur le bateau qui le fait avancer en crabe si cette
force n’est pas contrée.
C’est pourquoi en dessous de la coque on rajoute une partie appelée dérive qui exerce
alors une force contraire, (cette dérive a la forme d’une voile et avec l’action de l’eau
arrivant dessus crée une surpression et une dépression annulant la force de dérive de la
voile) qui est appelée antidérive.
Si on annule maintenant ces deux forces il ne reste que la force dite propulsive du bateau,
qui lui permet d’avancer. Grâce à la dérive le bateau ne dérape plus.
Les différentes allures
Selon son angle au vent les voiles du bateau se trouvent dans différentes positions par
rapport au vent c’est ce que l’on appelle les allures. De plus on dit d’un bateau qui se
rapproche du vent qu’il lofe et d’un bateau qui s’en éloigne qu’il abat. Mais un bateau ne
peut pas naviguer contre le vent, et ne peut donc pas lofer top longtemps, car il se
retrouvera alors face au vent. Pour remonter au vent il doit alors louvoyer ou « tirer des
bords ».
Les différents types de vents
Il existe en voile trois types de vent :
LE VENT REEL
Le vent qui souffle sur la mer est
appelé vent réel.
LE VENT VITESSE
Lorsque le bateau avance il crée du
vent qui est appelé vent vitesse du
fait qu’il est créé grâce à la vitesse
du bateau.
LE VENT APPARENT
Il est composé du vent réel et du
vent vitesse à la fois et c’est celui qui
fait avancer le bateau.
Comment se régler pour aller le plus vite possible ?
Un bateau selon son angle au vent et la force de celui-ci doit opter pour avoir une
configuration de voile optimale. Toutes les informations nécessaires à cette optimisation
sont regroupées sur un graphique en cercle spécifiques qui est appelé polaire de navigation.
On va s’intéresser sur cet exemple de polaire de vitesse à celle optimale du genak (genaker :
voile intermédiaire entre le génois et le spi). Un cercle sur ce graphique représente 5 noeuds
marins soit l’équivalent de 9,26 km/h. Le bateau est symbolisé par la grosse flèche et un
rayon du cercle tous les 5° représente l’angle au vent réel.
Si on regarde maintenant le graphique, la flèche verte montre l’endroit où le genaker a un
plus grand rendement. La voile est donc optimale pour un angle de 105° au vent. En partant
de la gauche, on compte 4 cercles donc la voila a une vitesse de x noeuds pour a noeuds de
vents. En général, les vitesses les plus importantes sont atteintes entre 70° et 130°. Ce sont
donc le travers et le largue les allures les plus optimales.
Des bateaux allant plus vite que le vent ?
Lorsque le vent se met à souffler, le voilier commence à avancer, crée alors du vent
vitesse et du vent apparent et il accélère alors progressivement. Seulement à un moment le
bateau atteint sa vitesse maximale : il ne peut avancer plus vite. C’est la trainée, une force
de frottement, qui empêche le voilier d’accélérer éternellement. Elle augmente deux fois
plus vite que la vitesse. Donc à partir d’un moment les deux forces s’égalisent. Le voilier
n’accélère plus. Or plus la trainée est faible plus la capacité d’accélération d’un voilier est
grande. Donc si on réduit cette trainée le bateau avancera plus vite que le vent.
Pour réduire la trainée il faut diminuer au maximum la surface du bateau en contact
avec l’eau que l'on appelle aussi surface mouillée. L’hydroptère utilise des foils. Pour aller
plus vite il faut aussi réduire au maximum le poids. C’est donc dans cette optique que
l’hydroptère a utilisé des fibres de carbone de voiles en kevlar et des bras de liaisons en
titane pour allier solidité souplesse (résistance au chocs) et légèreté.
KEVLAR
CARBONNE
TITANE