Exercice

Le Flyboard est un dispositif qui permet de maintenir un individu en sustentation grâce à deux jets d'eau verticaux puissants.

1 - Expliquer le principe physique de fonctionnement du Flyboard.

2 - Evaluer la vitesse d'éjection de l'eau.

3 - Le Flyboard est alimenté en eau par la turbine du jet- ski. Evaluer la puissance de cette turbine en chevaux (1 cheval = 736 watt).

4 - Le Flyboard Air est une version encore expérimentale qui fonctionne avec deux jets d'air.

En supposant que les jets ont même section, comparer les vitesses d'éjection des Flyboard à air et à eau.

Le Flyboard

Présentation

Le Flyboard est une marque française de jetpack nautique. Ce type d'appareil est raccordé à un jet ski, une motomarine qui sert à dispenser l'eau sous pression qui aide le jetpack à voler au dessus de l'eau.

Savez-vous piloter un flyboard ? Voici un flyboard en action. On y voit le tuyau (en blanc) qui relie la planche à la motomarine qui lui fournit l'énergie nécessaire ainsi que le flux d'eau. Le pilote dirige la planche à l'aide de ses pieds, comme on dirige un hoverboard. Pour finir, on voit également les deux jets d'eau qui permettent au flyboard de tenir en l'air.

Histoire du Flyboard

C'est en 2012 que Frank Zapata, un ancien pilote professionnel de jet ski marin, invente le Flyboard et le fait produire par sa société spécialisée dans les engins à sustentation hydropropulsée, Zapata Holding. Après de nombreux tests et développements de prototypes, le premier Flyboard est prêt.
Il sera pour la première fois présenté au public en 2012 aux Championnats du monde de Jet ski 2012.

Mais l’événement qui fera définitivement connaître de façon internationale le Flyboard sera l'arrivée en finale de Franky Zapata dans l'émission La France à un incroyable talent.

Lors de la coupe du monde de Flyboard en 2012 à Doha, se fut un français, Stéphane Prayas qui remporta l'or.

Fonctionnement

La personne qui pratique du Flyboard se tient debout, fixée dans des bottes, sur une blanche en dessous de laquelle se trouve deux propulseurs, qui projettent de l'eau grâce à un tuyau souple qui les relie au jet ski marin en fonctionnement.

C'est l'eau pompée puis éjectée par l'hydrojet de la motomarine qui fournit les jets nécessaires, souvent deux, à la planche. Ces jets très puissants peuvent permettre de voler à plusieurs dizaines de mètres, mais aussi de plonger sous l'eau et de faire des figures.

Le jet ski est contrôlé par un pilote ou directement par la personne sur la planche à l'aide d'une télécommande qui gère les gaz de la motomarine.

Les Flyboard fonctionnent habituellement dans l'eau de la mer qui permet une quantité suffisante d'eau disponible mais on peut très bien imaginer utiliser un flyboard sur un lac assez grand par exemple.

Avez-vous déjà fait du jet ski ? C'est grâce à ce type de jet ski des mers que le flyboard récupère l'énergie et le flux d'eau nécessaire à son fonctionnement. Au début, la présence d'un pilote de motomarine était obligatoire mais depuis les dernières versions du Flyboard, la personne sur la planche peut diriger le jet ski directement depuis une télécommande.

L'hydrojet

L'hydrojet est un propulseur maritime dont le principe est de propulser de l'eau à haute vitesse afin de déplacer un engin. On utilise habituellement l'hydrojet sur les bateaux de hors-bord ou les motos des mers comme les motomarines. Il arrive aussi qu'on retrouve l'hydrojet sur les ferys à grande vitesse.

On doit son invention à un ingénieur italien, Secondo Campini qui en 1931 mit au point le premier moteur hydrojet à Venise. Mais le projet ne succitera pas l'intérêt et sera oublié jusque dans les années 1954 où le néo-zélandais Bill Hamilton en construira une copie en 1954.

L'hydrojet à l'avantage de ne nécessité aucun objet extérieur. En effet, il n'y a pas d'hélice ou de gouvernail qui sont en proie à la détérioration. De plus, un renversement de l'hélice permet de faire marche arrière aussi vite que marche avant. Cependant, les hydrojets restent des moteurs chers et il faut en prendre soin car ils sont fragiles.

Le Flyboard Air, la suite

En 2016, Franky Zapata reprend les essais sur un nouvel engin, le Flyboard Air et crée une division, Zapata Racing afin d'en gérer le développement. Il s'agit cette fois d'une plateforme autonome, baptisée Unité autonome de propulsion qui dispose de quatre micros turbines à gaz qui permettent au Flyboard de voler jusqu'à 3000 mètres d'altitude et ce pendant une dizaine de minutes, tout en atteignant des vitesses de pointe pouvant aller jusqu'à 150 km/h !

Cependant, les essais de Franky Zapata seront compromis par l'Etat français qui lui interdit d'utiliser le Flyboard Air sur le sol français. On lui reproche notamment de ne pas avoir déposé de demande d'autorisation de vol ainsi que ne pas être titulaire d'une licence de vol.

C'est au début de l'année 2017 que Franky Zapata obtient les autorisations nécessaires, alors qu'il était en train d'envisager de quitter le sol français pour poursuivre ses travaux sur le Flyboard Air.

Il s'élancera avec son nouvel appareil de l'aéroport d'Avignon.

Avez-vous joué au célèbre jeu éponyme ? Le Flyboard Air sera peut-être l'un des premiers jetpacks accessible au grand public. Il s'agit de deux fusées accrochées au pilote par des lanières comme un sac à dos et qui par la force de la poussée lui permettent de s'élever dans les airs.

Eléments physiques mis en cause dans le fonctionnement du Flyboard

La poussée d'Archimède

La poussée d'Archimède est un phénomène physique qui décrit le comportement de tout corps plongé dans un fluide qu'il soit liquide ou gazeux soumis à un champ de gravité.

Elle est nommée ainsi en l'honneur d'Archimède de Syracuse, un très grand scientifique grec de 200 avant J.-C.

Elle est causée par l'augmentation de la pression du fluide avec la profondeur. Comme la pression exercée sur la partie basse du corps est supérieure à celle exercée sur la partie haute, le corps est poussé verticalement vers le haut.

Voici la formulation d'origine de cette loi physique :

Tout corps plongé dans un fluide au repos, entièrement mouillé par celui-ci ou traversant sa surface libre, subit une force verticale, dirigée de bas en haut et opposée au poids du volume de fluide déplacé ; cette force est appelée poussée d'Archimède.

Pour que le théorème s'applique il faut que le fluide immergeant et le corps immergé soient au repos. Il faut également qu'il soit possible de remplacer le corps immergé par du fluide immergeant sans rompre l'équilibre.

Voici l'équation qui en résulte :

ui r \overrightarrow { P } _ { A } = M _ { f } \overrightarrow { g } \]

Avec :

  • Mf< la masse du fluide contenu dans un volume V et déplacé ;
  • g la valeur du champ de pesanteur, de 9,81 N/kg à la surface de la Terre.

Quelques exemples

La poussée d'Archimède intervient dans de nombreux cas de notre vie de tous les jours.

Par exemple, c'est la poussée d'Archimède qui fait qu'on ne coule pas lorsque l'on fait la planche sur l'eau. C'est aussi grâce à elle qu'un glaçon flotte à la surface d'un verre même lorsqu'il fond.

La poussée d'Archimède est aussi très utile à de nombreux appareils flottant ou volant. C'est grâce à elle que les bateaux ne coulent et que les sous-marins peuvent gérer leur profondeur. Les ballons dirigeables et les montgolfières peuvent aussi voler dans le ciel grâce à la poussée d'Archimède et au gaz moins dense que l'air qu'ils contiennent.

Le concept de vitesse

La vitesse est une grandeur physique qui est définie par une évolution face au temps.

La vitesse ne définit pas qu'uniquement la vitesse de déplacement mais peut aussi correspondre à la vitesse de réaction chimique ou encore une vitesse de séchage par exemple.

En règle générale, une vitesse est égale à la division de la mesure d'une variation telle qu'une longueur, un volume ou encore un poids par la mesure du temps écoulé au cours de cette variation.

L'exemple le plus simple est celui de la vitesse de déplacement. Il s'agit d'une distance divisée par un temps comme les mètres par seconde ou les kilomètres par heure.

En règle générale, une vitesse se calcule avec la formule suivante :

    \[ \text { vitesse moyenne du parcours } = \frac {\text {distance parcourue}} {\text {temps de parcours } } \]

Dans le système international (SI), la vitesse cinématique est le mètre par seconde et se note m/s ou m.s-1.

Dans le système usuel, on préférera le kilomètre par heure qui se note km/h ou km.h-1.

Dans la marine, on préférera le nœud, qui représente 0,5144 m/s.

On trouvera même dans certains cas, dans l'aviation par exemple, le nombre de Mach. Mach 1 est égale à la vitesse du son. Attention, cette vitesse dépend de la température.

Connaissez-vous le Fort Boyard ? Si vous êtes amateur duc célèbre jeu télévisé Fort Boyard, vous avez peut-être remarqué que l'une des nouvelles épreuves consiste à piloter un Flyboard afin d'attraper une clé. L'animateur de cette épreuve est l'acteur Vincent Lagaff qui est un expert du pilotage de Flyboard.

La propulsion

La propulsion est un phénomène physique selon lequel une poussée vient déplacer un corps.

En règle général, le propulseur fait appel à une énergie extérieure telle que l'eau ou le vent pour transformer leur énergie en énergie motrice.

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Clément

Freelancer et pilote, j'espère atteindre la sagesse en partageant le savoir que j'ai acquis lors de mes voyages au volant de ma berline. Curieux scientifique, ma soif de découverte n'a d'égale que la durée de demie-vie du bismuth 209.

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