a) Comment avance un voilier ?
Pour faire tourner son moteur une voiture a besoin de carburant. De la même manière un voilier a besoin de vent pour pouvoir gonfler ses voiles.
Le vent exerce (comme tout fluide qui rencontre un plan) une force perpendiculaire à la voile appelée poussée vélique, ceci quel que soit l’angle avec lequel le vent arrive sur la voile.
b) D’où vient cette force ?
L’air arrive sur la voile et se sépare en deux :
- une partie s’engouffre à l’intérieur de la voile (sur l’intrados), cet air ralentit et exerce une surpression.
- l’autre partie passe de l’autre côté (sur l’extrados), au passage cet air accélère et créée une dépression (phénomène de la feuille de papier sur laquelle on souffle).
On a une dépression d’un côté et une poussée de l’autre, ce qui génère une force perpendiculaire à la voile et fait avancer le bateau.
Si maintenant on décompose la poussée vélique, on constate qu’elle résulte de deux autres forces, l’une dirigée dans l’axe du bateau appelée la force propulsive et l’autre perpendiculaire à ce même axe appelée force de dérive.
Afin d’éviter que le bateau avance en crabe, on immerge au niveau de la coque (centrale pour l'hydroptere et les trimarans en général) une sorte d’aile appelée dérive. Elle agit comme une voile mais cette fois l’eau remplace l’air. Quand le bateau avance, l’eau vient buter contre la dérive exerçant une surpression. Et, comme l’air, l’eau passe de l’autre côté et accélère créant une dépression. Pression d’un côté, dépression de l’autre, la présence de cet obstacle engendre une force dite d’antidérive.
Si on fait le compte, on voit que cette force perpendiculaire et la force d’antidérive se compensent. Du coup, il ne reste que la force propulsive dans l’axe du bateau qui le fait avancer. Grâce à la dérive le bateau ne dérape plus.
Selon son cap, le bateau (les voiles) peut se trouver dans différentes positions par rapport au vent c’est ce que l’on appelle les allures.
Plus le bateau s’éloigne de l’axe du vent, plus il abat et lorsqu'il s’en rapproche on dit qu’il lofe. Cependant il ne peut lofer éternellement et pour remonter au vent, il doit louvoyer (tirer des bords).
Le barreur dispose de différentes informations situées sur son tableau de bord qui lui permettent de régler son cap :
- la direction du vent (mesurée par la girouette),
- la force du vent (mesurée par l'anémomètre),
- son angle au vent.
En navigation, on peut distinguer différents types de vent. D’abord il y a le vent qui souffle sur la mer, c’est le vent réel. Lorsqu’il se déplace, le bateau créé son propre vent (comme celui que l’on peut sentir sur nos joues en vélo), c’est le vent vitesse. d'autre part, le vent qui fait avancer le bateau est composée du vent vitesse et du vent réel, c‘est le vent apparent.
Ainsi lorsque le bateau est vent arrière, on comprend facilement qu'il ne puisse atteindre sa vitesse maximale. A cette allure, le vent réel et le vent vitesse s’opposent, le vent apparent est donc plus faible que le vent réel.
On pourrat croire pour aller plus vite, il siffirait de remonter le plus possible au vent et de naviguer au près. Quand le bateau lofe, le vent vitesse et le vent réel ne s’opposent plus, par conséquent le vent apparent augmente. En fait, c’est quand le bateau est au près que le vent apparent atteint sa vitesse maximum.
Néanmoins, une grande partie de cette force fait dériver le bateau. Certes, la dérive engendre une force antidérive mais il ne reste plus grand-chose pour faire avancer le bateau (sur le schéma la composante dans l’axe du bateau est beaucoup plus petite que la composante perpendiculaire à l’axe du bateau). Un fort vent apparent n'est pas toujours synonyme de vitesse. Les allures les plus efficaces se trouvent entre le largue et le travers.
Aux faibles angles d’incidence, l’écoulement de l’air est laminaire ; l’air s’écoule régulièrement le long des deux faces de la voile. Si l’on borde trop les voiles, l’écoulement devient turbulent ; le bateau avance moins vite. Au vent arrière, où l’angle d’incidence est très défavorable, l’écoulement est extrêmement turbulent.
En fonction de son angle au vent, et de la force du vent, il existe une configuration de voile optimale. Ces informations sont réunies sur des graphiques spécifiques appelés polaires de navigation.
La polaire se lit de la façon suivante : l'axe du bateau est vertical, les rayons expriment les différentes directions possibles du vent réel. Sur ce rapporteur, mesurées de 5° en 5°. Les cercles concentriques donnent les vitesses (surface) en nœuds. Ici 1 cercle = 3 nœuds. Sur ce diagramme on a deux courbes correspondant à deux jeux de voiles (génois ou spi) et une vitesse de vent (13Kn). Par exemple, on lit à l'endroit désigné par la flèche verte : pour un vent de 13 noeuds, sous génois (courbe rouge), en remontant à 40° du vent (échelle des degrés du rapporteur), le voilier a une vitesse de 18 noeuds (6ème cercle à partir du centre), mais si l’on se rapproche de 10° du vent, alors la vitesse tombe à 13,5 Kn. On peut aussi dire: dans ces conditions un génois réglé entre 60° et 115° par rapport au vent obtient les meilleures performances et dépasse 18Kn. A 110° du vent, le bateau atteint sa vitesse maximale sous spi. L’hydroptère nécessite un vent réel de 12 nœuds (soit 20 km/h environ) minimum pour « décoller ».
