L’INGÉNIERIE DES COMPOSITES POUR UNE PERFORMANCE AÉRIENNE
Un avion à l’envers ?
Les hydrofoils fonctionnent de la même manière que les aérofoils. Imaginez un avion à l’envers, avec une grande aile de chaque côté (les ailes), un plus petit aileron à l’arrière pour la stabilité et un gouvernail pour la direction. Les ailes, l’aileron et le gouvernail sont tous des foils. Il en va de même pour les dérives, les gouvernails et les quilles d’un bateau, qui ont évolué avec l’apparition des quilles pivotantes et du système de stabilité dynamique.
Mais ce qui a suscité le plus d’intérêt récemment dans le monde marin, ce sont les foils de levage.
La puissance des hydroptères
Un hydroptère de sustentation est généralement une fine section reliée à la coque principale, ce qui permet de créer une différence de pression entre les surfaces supérieure et inférieure, créant ainsi une force de sustentation (et une force de traînée) qui peut être exploitée pour améliorer les performances. La coque principale semble alors « voler » au-dessus de la surface de l’eau. Les foils sont de conception, de forme et de taille diverses, en fonction du résultat recherché. Toutefois, il existe en général deux types de foils de sustentation :
- Perçage de surface – qui est autorégulé et conçu pour s’auto-centrer afin d’obtenir la performance souhaitée. Ils sont généralement en forme de U
- Entièrement immergés – ce qui nécessite l’intervention d’un opérateur. Ils ont généralement la forme d’un T ou d’un V.
- Ou une combinaison des deux (comme l’International Moth).
Leur but est de réduire le déplacement du bateau (et donc la résistance).
Quel type de bateau peut bénéficier d’un foil de levage ?
Les bateaux ayant un certain niveau de vitesse sont les mieux adaptés aux foils, car ils ont besoin d’un flux pour fonctionner. Les AC72 qui ont régaté en 2013 sont les coques à foils les plus connues de notre époque, mais les avantages ne se limitent pas aux voiliers de course de type F1. Les International Moths utilisaient des foils bien avant cette date et ont contribué à faire connaître le foiling au grand public.
Les catamarans de croisière peuvent se tourner vers les foils pour arriver plus rapidement à destination, notamment en cas de mauvais temps.
Les nouveaux ferries électriques sont conçus pour être assistés par des foils. Cela leur permet d’atteindre la même vitesse et la même autonomie avec moins de batteries, qui sont lourdes et prennent de la place.
Et bien sûr, les foils sont désormais présents sur toute une gamme d’équipements de sports nautiques tels que les paddleboards, les jetskis et les wingfoils.
Défis à relever
Il y a cependant des considérations à prendre en compte lors de la conception d’un navire à foils.
- Le coût, le poids et l’espace intérieur requis pour le système de film peuvent être prohibitifs pour le projet.
- Frapper un objet immergé avec un fleuret aura un impact plus important et un résultat plus significatif qu’en l’absence de fleuret.
- Lorsque la coque d’un bateau à moteur se soulève, les hélices se soulèvent également, ce qui produit l’effet inverse et ralentit le bateau.
- Le tirant d’eau et les opérations dans les ports, ainsi que le transport sur des remorques, peuvent être affectés.
- Plus la section de la feuille est fine, plus l’efficacité est grande, mais plus les contraintes sur la feuille sont élevées.
« Nous avons constaté une augmentation de la demande de navires à foils au cours des deux dernières années. Non seulement pour les voiliers de performance, mais aussi pour les bateaux à moteur et les navires commerciaux. Ces types de bateaux ne recherchent pas nécessairement la vitesse, mais souvent une réduction des coûts de diesel ou une réduction du nombre de batteries qu’ils transportent ».
Tony Stanton, directeur de l’ingénierie – Gurit Asia Pacific
L’avantage du composite
La beauté des matériaux composites réside dans leur polyvalence et dans la possibilité de concevoir une pièce qui réponde aux critères exacts. Les ingénieurs de Gurit peuvent aider les maîtres d’ouvrage et les chefs de projet à surmonter ce qui se présente initialement comme des limitations et à obtenir l’avantage en termes de performances des feuilles qu’ils recherchent.
Qu’il s’agisse d’un voilier performant souhaitant aller aussi vite que possible avec une source d’énergie très limitée (le vent) ou d’un ferry électrique voulant atteindre une certaine vitesse de transit avec une quantité minimale d’énergie installée, il est essentiel de maintenir le poids total de la plate-forme à un niveau bas.
Le poids, la résistance et la formabilité jouent un rôle important dans le succès d’un hydroptère, et c’est pourquoi la fibre de carbone est souvent la solution. Moins de poids signifie moins de force verticale et moins de traînée. Les matériaux modernes permettent de réaliser ces avancées en matière de conception.
Dans les travaux récents de Gurit sur la dernière génération de projets IMOCA*, cette technologie passe au niveau supérieur et ces bateaux repoussent les limites en termes de géométrie et de performance des foils. Les leçons apprises sur les circuits de course sont appliquées aux bateaux à moteur commerciaux et de plaisance, y compris plusieurs navires passionnants actuellement en cours de conception, dotés de foils de levage en carbone pour améliorer l’efficacité.
Des navires tels que le Chase Zero d’ETNZ, pour lequel Gurit a fourni des matériaux et des services d’ingénierie structurelle, ouvrent les portes d’un nouveau monde passionnant pour les bateaux commerciaux et de plaisance, un monde dans lequel le bateau fonctionne avec une demande de puissance minimale tout en volant calmement et sans à-coups au-dessus des vagues de l’océan.
Crédit : Emirates Team New Zealand, Antoine Auriol,
Gurit archives