L'art de manoeuvrer un bateau ne tient pas de que la passion et de la pratique.

Il faut en effet prendre en compte de nombreuses forces influentes pour obtenir les directions et accélérations escomptées en toute sécurité.

Poussée d’Archimède et voile

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

C’est la force subie par un voilier qui vient équilibrer son poids.

Efforts sur les appendices

Un bateau est en contact avec l’air et l’eau. Du point de vue de la physique, les facteurs prépondérants sont les forces hydrodynamiques et aérodynamiques qui s’exercent sur la coque, les voiles et les appendices (dérive, quille, gouvernail).

On parle alors de portance et de traînée dans le cas d’un profil adapté.

Les forces de portance et traînée sont perpendiculaire et parallèle à l’écoulement du fluide (air ou eau).

Système des forces sur la voile et le bateau (aéro et hydrodynamiques)

Les forces aérodynamiques :

Pour expliquer le fonctionnement d’un voilier, il est utile de décomposer la force vélique par rapport à l’axe du voilier. La force vélique se décompose en :

  • Force propulsive, dans le sens de la marche du voilier,
  • Force de dérive, perpendiculaire à l’axe du voilier.

Les forces hydrodynamiques :

  • Force anti-dérive : générée par l’écoulement de l’eau sur la dérive du bateau, elle s’exerce perpendiculaire- ment à l’axe du bateau (en s’opposant à la force de dérive)
  • Force de résistance à l’avancement : résultante de l’ensemble des résistances hydrodynamiques, elle s’exerce dans l’axe du voilier (en s’opposant à la force propulsive).
  • La Force hydrodynamique est la résultante de ces deux forces.

Lorsque la Force vélique est supérieure à la Force hydrodynamique, le bateau ACCELERE.
Lorsque la Force vélique est inférieure à la Force hydrodynamique, le bateau RALENTIT.
Lorsque la Force vélique est égale à la Force hydrodynamique, le bateau conserve (théoriquement) une VITESSE CONSTANTE.

 

De quoi tenir compte pour manoeuvrer un voilier ? Pressions s'exerçant sur le bateau...

 

Force vélique et force hydrodynamique aux différentes allures

Au près

Au près, la fermeture très importante de l’angle voile-bateau (nécessaire pour serrer le vent) a pour conséquence une orientation très latérale de la force vélique, ce qui génère :

  • Une force de dérive très importante (et en réaction une force anti-dérive très importante) ;
  • Une force propulsive peu importante.

Conséquences pratiques :

  • Dérive basse (exercer la plus grande force anti-dérive) ;
  • Angle voile-bateau très faible (sans qu’il soit nul, afin de permettre une orientation minimale de la force vélique vers l’avant).

 

Quelle direction pour le bateau ? Dérive basse et angle faible

 

Au vent de travers

Au vent de travers, l’ouverture de l’angle voile-bateau permet ainsi conjointement :

  • Une augmentation de la force propulsive ;
  • Une diminution de la force de dérive.

Conséquences pratiques :
Pour une force vélique de même intensité, le bateau va plus vite au vent de travers qu’au près.

 

une plus grande vitesse du voilier ? Le bateau va plus vite ainsi

 

Aux allures portantes

Aux allures portantes, dès que l’ouverture de l’angle voile-bateau atteint 90° (voile perpendiculaire à l’axe du bateau) :

  • la Force vélique est exactement orientée dans l’axe du bateau, elle se confond donc avec la force propulsive ;
  • la Force hydrodynamique est seulement constituée des forces de résistances à l’avancement.

Conséquences pratiques :

Dans cette situation, la dérive ne joue aucun rôle anti-dérive (seulement un rôle de stabilisation du bateau).

 

Une solution de maintien du bateau ? Aucun rôle anti-dérive.

 

Angles d’incidence, écoulements sur la voile et production de la force vélique

 

Vent : quelle conséquence sur le bateau ? Angle d'incidence nulle.

 

un impact plus fort sur le bateau ? Angle d'incidence 10°

 

une dérive optimale ? Angle d'incidence de 25°

 

Une rotation presque accomplie ? Angle d'incidence de 60°

 

Un changement de cap total ? Angle d'incidence à 90°

 

Facteurs déterminant l’intensité de la Force vélique

L’intensité de la Force vélique dépend de 4 facteurs essentiels :

  1. La vitesse du vent : la Force aérodynamique générée est proportionnelle au carré de la vitesse d’écoulement du vent sur la voile.
  2. L'angle d'incidence entre la voile et le vent : l’angle d’incidence générant la Force vélique la plus importante est voisin de 20-22°. Il correspond aux repères d’alignement des penons (ou de la limite de faseyement) traduisant un écoulement laminaire autour de la voile.
  3. Le profil de la voile déterminé par les différents réglages : bordure, cunningham et hâle-bas. Une voile ayant un profil « creux » (volume important) génère une Force vélique plus importante qu’une voile « plate » (volume peu important du à l’étarquage maximal des différents réglages).
  4. La surface et l'allongement de la voile : La Force vélique est d’autant plus importante, toute autre variable égale par ailleurs, que la surface de voile est importante (c’est la raison pour laquelle on « réduit » la voilure sur les quillards, ou l’on grée des voiles de plus ou moins grandes surfaces en fonction de la force du vent en planche à voile). Elle dépend aussi de l’allongement de la voile (rapport entre hauteur et surface de la voile : plus l’allongement est important, plus la voile est puissante).

Principes techniques généraux de la navigation au près

La navigation au près fait partie des allures indirectes. Elle s’impose lorsque l’on cherche à « remonter au vent » le plus vite possible, c’est à dire à obtenir la plus grande vitesse possible de gain au vent.

Naviguer au près impose donc de « caler » sa trajectoire sur la direction du vent, ce qui amène le pratiquant à adopter les principes techniques suivants :

> Adopter un angle voile-bateau fermé : cet angle voile-bateau détermine de fait les possibilités de « remonter au vent », lorsque le barreur cherche à conserver un angle voile-vent optimal :

  • plus l’angle voile bateau-est ouvert, et moins le bateau peut « serrer le vent » (faire du cap). En contrepartie, cela lui permet d’atteindre une vitesse plus élevée.
  • plus l’angle voile-bateau est fermé, et plus le bateau peut « serrer le vent ». en contre partie, cela entraîne une réduction de sa vitesse.

> Maintenir un angle d’incidence voile-vent optimal grâce à la barre : « suivre le vent ». Pour un angle voile-bateau donné, il n’existe qu’une trajectoire par rapport au vent (ou une fourchette limitée de trajectoires) permettant d’obtenir la Force vélique la plus importante (écoulement laminaire) : celle qui correspond à l’angle d’incidence optimal (penons horizontaux, limite du faseyement). Le barreur adapte donc en permanence sa trajectoire en fonction des fluctuations du vent. On dit que cette trajectoire est « calée » sur le vent, ou que le barreur « suit le vent » à la barre.

> Gérer un« Compromis  cap/vitesse » : la navigation au près consiste donc en une gestion permanente d’un compromis cap-vitesse, permettant d’obtenir le gain au vent maximal dans des conditions données (cf. section 10).

 

quelle direction pour l'accélération ? Courbe de performance des bateaux

 

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Sophie

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