La recherche sur le planing au groupe Finot-Conq
Peu de recherches théoriques ont été
menées sur la marche du voilier à grande vitesse, au planing.
En bateau à moteur, différents problèmes
ont été abordés :
- rendement
- stabilité
- passage dans les vagues
- comment atteindre la vitesse voulue
Le plus souvent un bateau à moteur atteint une vitesse optimum et une vitesse de manœuvre (pas toujours économe en énergie).
Pour le voilier traditionnel de régate qui
marche près de sa vitesse limite, la recherche ou les essais ont
été faits dans ce cadre.
Dans le cadre de l’organisation de régates, il est plus motivant
pour les coureurs et pour les spectateurs que les bateaux soient les plus
proches possibles (vitesses peu différentes), donc de tester dans
cette vitesse limite.
Pour la course au large, le sujet devient différent, les bateaux
se voient rarement : plus les écarts sont importants, plus les
premiers semblent aller vite et plus cela semble spectaculaire.
Nous essayons donc de mettre en place une recherche
pour:
- avoir une vision globale du phénomène
du planing
- avoir les éléments pour faire
des choix car la vitesse d'un voilier planant est lente dans le
petit temps, moyenne au près, rapide au largue.
Le but est d’augmenter le plus possible le temps où le voilier plane vite.
Un bateau arrêté est un problème simple.
Il déplace son poids d'eau une fois pour toutes.
Cela permet d'ailleurs de faire un devis de poids
et une prévision de sa façon de flotter.
Cela a été le travail d'Archimède et, pourtant, on
a construit des bateaux et navigué 80 000 ans avant l'arrivée
d'Archimède !
Pour le planing, il en est de même. On construit des bateaux qui planent depuis longtemps mais il faut aller plus loin pour être plus optimum.
A) Lorsque le voilier se déplace lentement,
l'eau qui est devant le bateau passe derrière
Elle s'écarte, s'accélère, passe sous le bateau,
remonte, ralentit, repousse le bateau vers l'avant.
Un certain optimum de récupération d'énergie nait lorsque l'eau qui remonte fait une vague à l'arrière du bateau.
La vague totale a une longueur de crête semblable à la longueur du bateau et a une vitesse proportionnelle au carré de sa longueur :
V = 2,4 vL
Nœuds mètres
Si le bateau est assez lourd et profond, l'eau accélère beaucoup en faisant le tour du bateau, descend beaucoup et donc, porte moins le bateau. Le bateau s'enfonce et l'eau déplacée est plus importante que le poids du bateau.
B) Si le bateau va plus
vite, la vague arrière le quitte, et il se crée un
creux dans la mer : un tube.
Ce tube finit par se remplir progressivement, ce qui dépense une
certaine énergie
Plus le bateau est étroit, plus sa maîtresse section est faible (pour un poids donné, plus le bateau est long et plus le prismatique important), plus le volume de tube est faible et donc moins il y a d'eau déplacée et moins elle se déplace vite latéralement.
C'est l'approche d'une coque en survitesse, une coque de multicoque.
Si l'eau est beaucoup accélérée
verticalement et descend, la pression apparente diminue, donc le déplacement
augmente.
Inversement, si le bateau est cabré et pousse de l'eau en avant,
le bateau va être en partie sustenté (cas du bateau planant
partiellement).
C) Au lieu d'écarter
l'eau, il peut aussi la repousser en avant avec la création
d'une vague d'étrave ; une partie du poids du bateau peut être
portée par cette vague d'étrave.
Il faut ainsi un maximum de pression pour minimiser la surface d’eau
qui porte le bateau et déplacer vers l'avant le minimum de volume
d'eau.
Dans tous les cas, l'énergie est dépensée en
- formation de vague donc de déplacement d'eau
- en frottement.
Si on allonge le bateau, on diminue l'incidence, la traînée
de pression incidente diminue mais le frottement augmente et inversement.
Un équilibre est à trouver entre la force de pression et
le frottement.
Le fond de la coque se comporte comme l'intrados d'un foil.
Pour répondre aux différentes vitesses d'exploitation, on
va chercher les éléments de coque les plus adaptés
en surface, en courbure, en longueur.
En fait, la plupart du temps, une partie de la sustentation est faite
par la pression dynamique et par la pression de hauteur (archimédienne).
Energie
Pour déplacer moins d'eau,
- il faut être plus léger, et de plus
- Soit faire un bateau plus étroit et long (cela augmente la surface
mouillée)
- Soit faire un bateau qui plane avec une incidence optimum
L'énergie nécessaire au déplacement
est fournie par le vent dans les voiles.
La force maximum dans les voiles est déterminée par la stabilité
du bateau.
Dans le cas du monocoque, plus il est large, plus
il est plat, plus il est stable lorsqu'il marche gîté
Dans le cas du multicoque où la distance entre le centre de gravité
et le centre de carène augmente avec la longueur, alors que la
coque immergée reste fine.
Les facteurs favorisants sont donc :
- allégement des bateaux (économie
de puissance)
- élargissment des bateaux (augmentation de puissance)
- descente du centre de gravité (augmentation de puissance)
- faible hauteur du centre de poussée (augmentation de puissance)
- finesse des voiles (angle d'attaque du vent) (économie de puissance)
- finesse du plan de dérive (économie de puissance)
- finesse de la coque c'est-à-dire rapport entre la traînée
de la coque et le poids de la coque. (économie de puissance)
Travail précédent du Groupe Finot-Conq
Depuis toujours le Groupe Finot-Conq s'est intéressé au voilier indépendant des jauges pour lequel on peut augmenter, sans réserve, la voilure et la stabilité, tout en gardant un écoulement optimum.
Pour les bateaux légers, marchant gîtés,
nous avons développés des calculs qui minimisent les mouvements
et l’accélération de l'eau autour de la coque;
Car moins d'énergie est communiqués à l'eau, moins
la coque a de traînée.
Pour cette raison, dès 1970, nous avons travaillé les lignes de carènes sur ordinateur et le Groupe Finot a eu, pour cette recherche, un des premiers mini-ordinateurs HP en France.
Ces programmes nous permettent de voir à quels
emplacements le bateau présente des défauts, de le modeler.
Ce travail nous a permis de dessiner les bateaux qui ont le minimum de
traînée gîtés avec puissance et vitesse soutenues.
Cela leur a souvent donné une supériorité, en 60',
en mini-transats ….
En 1976, avec les mini-toner, ensuite avec le wizz, nous avons mis au
point des carènes qui permettent de planer gîtées.
Nous avons continué cet effort avec les Open (5.00, 5.70, 6.50,
7.50).
Pour les bateaux du Vendée-Globe 2008, des
essais ont été effectué en bassin de carène
(bassin du Val de Reuil), et en bassin numérique avec Yann Roux
sur ICARE.
Nous avons continué cette recherche pour avoir une vision globale
du planing, des poussées nécessaires, en collaboration avec
l'Ecole Centrale de Nantes, le travail de Jean-Michel Kobus, la participation
de Jérémie Raymond, chercheur au sein de notre bureau.
Publication de Jérémy Raymond
Un film a été réalisé sur un Open 6.50 en baie de Quiberon avec une caméra en tête de mât : voir le film
Nous cherchons à connaître tous les éléments théoriques afin de bien cerner le problème du planing sur les voiliers pour dessiner les carènes. Ainsi, ces carènes, quelles que soient les allures, la force du vent, utilisent l'assiette et la gîte pour avoir la forme locale la plus adaptée aux différents cas.
Cette vision globale et locale des efforts et des
écoulements doit nous permettre de modeler au mieux les carènes
adaptées aux vitesses élevées avec un compromis optimum
entre toutes les allures.
Avec des campagnes successives effectuées sur des maquettes, ce
travail se fait essentiellement en bassin numérique avec des logiciels
comme Reva, ISIS et ICARE.
Autres travaux
La bonne marche du voilier est associée aussi à la marche des autres éléments pour lesquels nous avons établis des collaborations :
- voiles
- appendices
- VPP et systèmes de disposition
- Recherche de l'économie de poids : aménagement, structure
