Histoire des appendices des bateaux – Partie 2

@Holcim PRB Sailing Team

Dans l’article précédent, nous avons suivi l’évolution des appendices immergés que l’on retrouvera sur les bateaux les plus lents partant dans les premiers groupes de la Global Solo Challenge. Ce deuxième article poursuit l’analyse des designs les plus rapides qui partiront dans les derniers groupes.

La nécessité croissante de produire des coques performantes et rapides tout en réduisant le poids global a poussé les architectes à pousser certains concepts à l’extrême. La révolution numérique a accéléré les processus de conception et de production grâce à l’utilisation de la CAO (conception assistée par ordinateur), de l’analyse structurelle FEM (méthode des éléments finis) et de l’analyse CFD (dynamique des fluides numérique). Ces outils ont permis l’utilisation généralisée de la fibre de carbone et d’alliages légers, optimisant ainsi le poids, la rigidité et l’efficacité hydrodynamique.

Les gouvernails ont évolué vers des lames fines et profondes à traînée réduite. Les quilles ont désormais de longs profils qui se terminent par des bulbes torpilles construits avec des métaux à haute densité, minimisant la surface mouillée et concentrant le lest plus bas, ce qui permet d’obtenir un bon moment de redressement et d’excellentes performances quelle que soit l’allure.

L’évolution naturelle de cette innovation est la quille inclinable, un concept à la fois simple et complexe à mettre en œuvre. La dérive n’est plus fixée à la coque mais est capable d’osciller vers la droite ou vers la gauche, changeant de position pour ajuster l’assiette du bateau. Les avantages de cette solution sont évidents : le moment de redressement de la coque augmente sans poids supplémentaire, la surface de la voile peut être augmentée. Les lignes de conception de la coque sont moins contraintes par la stabilité de la forme et sont optimisées pour l’efficacité hydrodynamique.

Les inconvénients sont les coûts de production élevés, la gestion des systèmes hydrauliques et la mise en place délicate. Les systèmes d’exploitation commandés par logiciel peuvent contrôler des angles de gîte allant jusqu’à 45 degrés.

Au fur et à mesure que l’angle d’inclinaison de la quille augmente, l’efficacité de la dérive diminue. Pour cette raison, les bateaux à quille inclinable ont introduit des « daggerboards » (des dérives sabres) : ces ailerons rétractables au profil asymétrique s’abaissent dans l’eau pour remplacer la fonction perdue de l’aileron vertical de la quille.

Dans certains cas, nous pouvons voir des appendices complémentaires supplémentaires appelés « canards ». Il s’agit d’ailerons fixes à incidence variable qui fonctionnent en combinaison avec le gouvernail principal pour compenser la dérive et diriger le bateau.

Le meilleur exemple de ce type de conception est la classe Imoca 60, avec des coques larges et plates qui nécessitent deux gouvernails. Lorsqu’ils gîtent, la ligne médiane est hors de l’eau, et un seul safran central ne fonctionnerait pas. Deux safrans plus petits, inclinés sur le plan vertical, fonctionnent de manière optimale. La lame sous le vent reste toujours immergée et est presque verticale. Le safran au vent reste hors de l’eau, ce qui réduit la résistance hydrodynamique.

La nouvelle génération de coureurs océaniques a adopté les “foils“, ces appendices ailés complexes immergés avec des profils d’épaisseur et de corde variables.

Il existe différentes formes (telles que la forme en “L”, la forme en “C”, la “triple inclinaison”, etc.) avec des caractéristiques et des éléments différents qui évoluent constamment, de part leur importance cruciale pour l’augmentation des performances des coques modernes.

Essentiellement, les foils augmentent le moment de redressement sans alourdir le bateau. La fibre de carbone à haut module et à haute résistance a permis aux concepteurs de les construire même pour des yachts de course au déplacement considérable. Il n’est pas rare que les vitesses atteignent 40 nœuds, ce qui génère des contraintes importantes.

Dans la classe Imoca, les bateaux qui adoptent des foils n’utilisent pas de dérives sabres ou de canards. Les foils remplissent une double fonction : la partie verticale qui sort de la coque s’oppose à la dérive. La section horizontale génère une portance verticale qui augmente le moment de redressement et “allège” le bateau, qui sort parfois presque entièrement de l’eau, ce qui réduit considérablement la résistance à l’avancement.

Une autre caractéristique consiste en l’augmentation des étraves plus arrondies et plus puissantes pour contrer la possibilité de sancir ou de plonger et ainsi offrir moins de résistance à l’impact avec l’eau. Ces étraves ont également une fonction de stabilisation aérodynamique. Les règles de l’Imoca n’autorisent pas foils en forme de T sur les gouvernails. Le mouvement du bateau peut être très violent et “rebondissant”, générant des charges énormes et des contraintes structurelles pendant la phase de chute.

Enfin, nous arrivons à l’extrême des AC75 de l’America’s Cup. La quille n’existe plus, du moins pas dans sa conception traditionnelle. L’objectif de ces bateaux est de naviguer en mode “full foiling”, constamment hors de l’eau.

Le bras de foil immergé en forme de Y est positionné sous le vent, à l’intérieur et à l’extérieur du bateau, et se termine par une double aile équipée de volets qui assurent la portance hydrodynamique et le moment de redressement pour maintenir le mât toujours vertical. L’autre bras du foil sous le vent reste hors de l’eau, le lest générant une force descendante.

Le gouvernail central en forme de T assure la manœuvrabilité et soulève l’arrière de la coque. Il contrôle également la gite du bateau avec l’aide des foils.

Il existe un “skeg” (bien qu’il n’ait pas grand-chose à voir avec skegs de gouvernails) communément appelé “petite quille” pour limiter la marge de manœuvre pendant la phase de déplacement au décollage et à l’accélération, ce qui rend les transitions plus douces.

Les AC75 sont conçus pour les courses côtières dans des eaux protégées et ne pourraient jamais prendre part à la Global Solo Challenge. Nous ne verrons probablement pas non plus d’IMOCA avec des foils au départ, du moins pas lors de la première édition. Toutefois, ce ne serait pas un problème si c’était le cas. Le format de l’évènement fait de tous les participants des gagnants potentiels, compte tenu du profil de performance de chaque bateau et du temps optimal de circumnavigation prévu.