Aujourd’hui je ne pouvais manquer la conférence de presse d’ ”Hydros“, la nouvelle identité de la branche suisse de l’aventure “Hydroptère”.  Thierry Lombard l’a dit clairement : après l’arrivée de DCNS comme sponsor principal de l’Hydroptère océanique, il ne se sentait plus en phase avec les valeurs “militaires et nucléaires” portées par le projet. Mais en tant que propriétaire du bateau Hydroptère.ch qui sert de plateforme technologique à la collaboration avec l’EPFL  et actionnaire de la société qui exploite ses résultats, il souhaite poursuivre l’aventure avec une équipe motivée par les défis sportifs, mais aussi par le transfert du savoir accumulé vers des domaines comme les énergies renouvelables et l’efficience énergétique.

Concrètement, sous la direction de Jérémie Lagarrigue, Hydros va poursuivre 3 projets:

1. Après des transformations hivernales et un curieux “incident”, l’Hydroptère.ch est prêt à s’attaquer au “ruban bleu” , le dernier des records lémaniques qui lui manque encore. Selon son skipper Daniel Schmäh, l’Hydroptère.ch est le seul voilier capable de naviguer efficacement en archimédien, en hydroplanage et en vol sur foils, donc il ne lui manque que de bonnes conditions météo pour battre ce record. Et pourquoi pas remporter le Bol d’Or, le rêve de tout banquier genevois (et le mien)…
   

   L’Hydroptère.ch

   A la fin de l’année l’Hydroptère.ch ira s’exhiber de par le monde, en Asie nous a-t-on dit, pour satisfaire des sponsors qui n’ont pas été nommés.

2. Participer à la “Petite Coupe de l’America” avec un catamaran de classe C en 2013 à Falmouth. 2 bateaux sont en cours de conception en collaboration avec VPLP. On ne nous en a montré que ça:

   En fait sur l’image montrée à la conférence, les dérives/foils étaient plus fortement courbées et il y avait de petits foils en T au bout de chaque safran. On nous a dit que l’objectif n’était  que de délester en grande partie les flotteurs, mais qu’après tout, s’il s’avérait possible de voler, pourquoi pas… Les engins et seront construits par le chantier Décision, qui a réalisé les Alinghi et les Planet Solar entre nombreuses autres constructions en matériaux composites. Pour les “Classe C”, Décision utilisera une technologie développée à l’EPFL consistant à tisser de la fibre de carbone directement sur la géométrie du bateau (et de l’aile) en suivant les contraintes mécaniques calculées plutôt qu’en raccommodant des “tissus” de carbone préparés à l’avance. Comme j’ai oublié le nom de cette technologie (ETCT ? EPTC ? un truc comme ça…) je n’ai rien retrouvé à ce sujet. Si vous connaissez, un commentaire serait apprécié, Merci !

   

   première vue du Classe C Hydros

3. L’Hydro Contest a été le moins bien décrit lors de la conférence, mais il s’agit d’un prix destiné à encourager les étudiants des grandes écoles à étudier les moyens d’augmenter l’efficacité énergétique des bateaux de tous types, moteur compris. je n’ai notamment pas bien saisi la relation avec l’ “Hydro Speed Tour” mentionné sur le site et dans la plaquette, un “concours mondial de vitesse ouvert à tous et gratuit, destiné à tous types de supports, aquatiques, aériens ou terrestres” et illustré par ce graphique:
   
   En le voyant, je me suis dit “tiens, bonne idée : un record de vitesse relative au vent, ou même de VMG face au vent plutôt que de vitesse absolue”, mais ce n’est pas ça. Du moins pas encore parce que comme le concours n’a pas l’air très clair, je viens d’envoyer l’idée au responsable de comm…

Le slogan et l’objectif d’Hydros, c’est de “multiplier l’énergie”. L’idée est que les projets sportifs ci-dessus et la collaboration scientifique permettent de développer des compétences utiles dans les énergies renouvelables et l’efficience énergétique. On a par exemple mentionné que la maîtrise de la  cavitation et de la ventilation permettrait de concevoir de meilleures hydroliennes, ou que les voiles-ailes pourraient faire progresser les pales d’éoliennes. Et sous-entendu que le chantier Décision pourrait être intéressé à produire des pales d’éoliennes en carbone. Des “éoliennes à kite” comme KiteGen ont aussi été citées comme exemple d’innovations qui pourraient résulter des projets d’Hydros.

De bonnes nouvelles donc : la poursuite de projets en cours, de nouveaux projets dont on reparlera sur Foilers, des marins bretons prêts à en découdre sur LE Lac, une startup prometteuse… Merci M. Lombard, et bon vent à Hydros !

Voila, l’Hydroptère version Pacifique a été remis à l’eau (liens ici et là et là aussi). Alain Thébault a mis sur pied un programme ambitieux : record cet été de la traversée du Pacifique entre Los Angeles et Honolulu détenu par Geronimo, ensuite en 2013 ceux du tour des îles britanniques et des 24heures; enfin, en 2014, l’Atlantique nord en moins de trois jours.

Transmis par les lecteurs

- Par GG, l’Hydraplaneur est à vendre

- Par GG toujours en commentaire de l’article sur les engins de Didier Costes. “Les nouveaux winglets de Boeing. Chers amis, Vous pouvez préparer vos scies, tissus de carbone et résines diverses. Vos winglets sont obsolètes (comme on dit aujourd’hui). Les vrais “ailettes marginales” sont là !”

- Philippe Guglielmetti, qui est plus qu’un lecteur puisque c’est un des auteurs et surtout le créateur de « Foilers ! », m’a envoyé ce très intéressant lien vers un sujet qui n’est pas « foilesque » mais très intéressant pour ceux qui sont intrigués par la nature, la technologie : La danse des gouttes !

- Daniel Charles m’a signalé cet article de Sail-Word présentant un gréement gonflé de 5 m² sur Mirabaud…

- Via Poséidius, très belles photos de Moth à Quiberon par T Martinez

- Via David dans “Historique des systèmes mécaniques de régulation 2/3“. Une intéressante voix pour le développement d’un système de régulation mécanique de l’incidence. Voix assez proche de celle que m’avait soumis « le GG » il y a de nombreuses années (voir si besoin les liens placés par GG dans sa réponse sous

Libellule

Voici de belles photos, de mon « agent » à St Malo, de ce très beau bateau présenté sur Foilers dans l’article “Le projet Voilavion du neuf du beau“. J’ai donc contacté Patrice Magnard qui m’a appris que de nouveaux foils étaient en cours de réalisation ainsi qu’un nouveau gréemment 50% plus puissant que le précédent…

Libellule à St Malo – photo Jean François Daron 04/2012

Gréement Libellule – photo Jean François Daron 04/2012

Piaggio Pegna PC7

Daniel Charles m’a ramené des photos du Musée national des sciences de Milan (Museo national de la scienza de Milan). Photos où j’ai reconnu une jolie maquette en bois du Piaggio Pegna PC7. Superbe petit hydravion à hydrofoils dont l’histoire et celle de la réalisation de sa maquette volante est très bien présenté sur cette page réalisée par Alain Vassel.

Maquette Piaggio Pegna PC7 – photo Daniel Charles 04/2012

Seacart 26

Photos prises à Lorient au Salon des Multicoques, beaux foils pour ce très beau trimaran signé Marc Lombard. J’ai hâte de lire l’article de mon ami Philippe Echelle qui a essayé la bête dont les foils développeraient 450 kg de possé à 14 noeuds.

Seacart 26 salon des multicoques de Lorient – Photo F Monsonnec 03-2012

Foil Seacart 26 salon des multicoques de Lorient – Photo F Monsonnec 03-2012

Birdkite, aile de traction pour kiteboat

Des nouvelles d’Armand Torre, grand pro. de l’aile de kite. J’ai déjà eu l’occasion de parler d’Armand dans la Ptites News 19 quand il avait réalisé une aile pour Don Montague. Essais dont Don parle dans un de ses documents.

Armand, a mis au point une aile de kiteboat aux caractéristiques très intéressante. C’est un nouveau concept, qui n’a aucune similitude avec la traction des ailes plates à boudins, ou des ailes à caissons, c’est une aile dont la caractéristique principale est la capacité de garder l’auto-zénith en mono ligne. Une gestion de la puissance permet soit de neutraliser l’aile soit de l’augmenter. Il reste encore du travail sur cette aile pour exploiter au maximum son potentiel, mais les premiers tests sur l’eau grâce à son ami Germain Belz sont très prometteurs. Et Armand travaille sur d’autres projets…

Vidéo à voir ICI…

AFS1

Très intéressante vidéo de cette planche dont j’ai déjà parlé sur Foilers !

Vous n’avez rien contre la couleur jaune

Et voici une nouvelle fois l’occasion de vous envoyer en l’air… à bord d’un Windrider Rave à vendre sur “Le bon coin,” bien sur.

Disco volante

Est-ce que j’en ai déjà parlé ? C’est bien possible mon pauv’monsieur, avec l’âge. Voici une page sur le fameux hydrofoil utilisé par mister Bond, James Bond…

Quiquiconnait ?

Voici des photos d’un bien étrange engin que j’ai trouvé lors de mes errances nocturnes sur le web. Voiliers, bateau à moteur ? Je penche pour le voilier « foiler » (filières et barre d’écoute visible sur d’autres photos) qui souhaite donc utiliser les hydrofoils pour lutter contre la gite (safran sans plan porteur). Ce type de configuration, où l’objectif n’est pas de voler et que les flotteurs sont plus que réduits, a beaucoup été étudié au milieu du siècle dernier, entre autre par les adhérents de l’AYRS. Ces photos prisent à Plymouth, date de 2008, qu’est devenu cet engin ?

Etrange foiler – photo Boatshed 2008

Etrange foiler – photo Boatshed 2008

Si vraiment vous ne savez pas quoi faire de votre argent

Autre engin à foils assez particulier visible sur le même site…

Prao à foils

Pour revenir à l’utilisation des hydrofoils comme outil pour limiter le volume des flotteurs, je suis aussi un passionnés de prao (en + de ma passion pour… et puis…). J’ai eu le plaisir de découvrir, pas très loin de chez moi, un prao à foils que je ne connaissais pas. Il utilise le principe étudié pendant de nombreuses années par Edmond Bruce. J’ai fait fonctionner mon « réseau » pour en savoir plus. Le premier à avoir trouvé la réponse, c’est Michael Schacht rédacteur de l’excellent blog Proafiles (le prao en français devenant proa en anglais !) et qui avait déjà présenté un papier sur ce bateau. J’ai ensuite obtenu plus d’info par Philippe Gaillard, le pro. du prao, concepteur, constructeur de « Des jours meilleurs ».

L’Aven – photo F Monsonnec 03/2012

Prao Epicemar – photo F Monsonnec 03/2012

Lisa Airplanes

Pour les amoureux des avions et des foils, voici des nouvelles de ce très très bel avion. Pour télécharger le dossier de presse et des photographies, rendez-vous sur http://www.lisa-airplanes.com/fr/espace-presse.html

HyRaii

Nouvelle vidéo de ce cata à foils Suisse développé par le Swiss Federal Institute of Technology de Zurich, mais aussi un lien vers un rapport réalisé sur ce bateau aux foils contrôlés « électroniquement ».

Comment ne pas reconnaitre dans les réalisations de monsieur Costes ou de Bernard Smith, l’architecture des Sailrocket 1 et surtout celle de la version 2 ?

De plus, je pense que le « Chien de mer », principe déjà évoqué sur « Foilers » (Aile d’eau, travaux de Luc Armand, article L’Aile d’eau foil immergé ou traversant ?), représente un vaste champ de recherche pour la vitesse et les loisirs, donc le futur… !

Mais les réalisations de Didier Costes sont si particulières que j’avais peur de réaliser un « papier » entaché d’erreurs. C’est alors que je me suis souvenu d’un article lu dans le « Catalist de juillet 2005 » (revue de l’AYRS, The Amateur Yacht Research Society). J’ai donc demandé à Didier Costes s’il pouvait me transmettre la version française de cet article (j’ai rajouté les photos et les liens). C’est  maintenant avec grand plaisir que je vous propose de plonger dans l’univers de Didier Costes…

I – Didier Costes

par lui-même avril 2012

Ingénieur de Pont et Chaussées d’abord en poste en Afrique, j’y ai acquis un « Patin a Vela » que j’ai tenté d’améliorer. Revenu en France et détaché au CEA, j’ai longuement travaillé sur la sûreté ou l’architecture des réacteurs. J’ai aussi voulu accroître la vitesse des bateaux à voile en utilisant des ailes marines ou « foils » s‘accrochant à la surface de l’eau, leur forme courbe procurant une émersion stable. La première aile a été celle du « Chien-de-mer », tiré à la surface de l’eau par un câble oblique attaché à la mâture d’un bateau ou à un engin volant L’aile courbe était d’abord symétrique en hauteur, tirée par deux câbles attachés aux extrémités et se rejoignant au dessus de l’eau, le plus court au dessus, un empennage assurant la stabilité en lacet. L’inversion du sens de marche était obtenue par réglage des longueurs de câbles. Attaché à la mâture d’un dériveur, l’appareil permettait une navigation en contre-gîte avec effet porteur de la voile, mais le câble immergé se mettant à vibrer limitait la vitesse. Je suis ensuite arrivé à un Chien-de-Mer restant dans la même position enfoncée en crochet dans l’eau, à deux bords symétriques, le sommet hors d’eau étant lié à un timon portant une traverse en extrémité, recevant deux câbles plus ou moins tendus. Sans traînée de câble dans l’eau, la finesse hydrodynamique est de l’ordre de 8 à 10, bien supérieure à celle d’une coque avec dérive. La stabilité en tangage est procurée par une poutre longitudinale avec palpeurs.

Entre temps, je travaillais aux voiliers « Exoplane », praos portant à chaque extrémité une aile marine courbe orientable, celle à l’arrière plus en crochet, la voile oblique porteuse déportée sous le vent, la coque ainsi soulevée et la stabilité en roulis assurée par un flotteur hydroplanant sous la voile. L’Exoplane-1 a convenablement volé en 1969 en France, puis en 1972 à Weymouth mais sa coque en mousse prenait du poids en absorbant l’eau. J’ai certainement atteint 25 nœuds à Weymouth, dans un vol interrompu par la rupture d’une aile en plastique. J’ai ensuite construit Exoplane-2 en alu et réussi de beaux vols mais sans être chronométré car les trajets étaient chronométrés sur les trajets abattus demandés par les autres concurrents. Témoignage à partie d’un bateau à moteur : plus de 25 nœuds, avec agréable « Design Award » en 1976. Le jour du chronométrage, très peu de vent et seulement 13 nœuds.

Autres tentatives à Brest, puis avec Hervé Le Goff Exoplane-3 malheureusement trop lourd et peu voilé, bon seulement par vent fort. Ensuite Exoplane-4 tripode à coques et ailes marines orientables, avec essais interrompus à la suite du vol de diverses pièces. Petit  Exoplane-5 essayé à Weymouth sans grand succès. Tous ces bateaux étaient transportables sur ma voiture.

A l’heure actuelle, poursuite de réflexions et essais avec Sylvain Claudel sur le Chien-de-Mer associé à un parapente ou Skysurf.

En 1972, le CEA me charge d’étudier la faisabilité d’un dirigeable capable de transporter des charges industrielles. Je poursuis mes recherches dans ce domaine, A partir de 1988 collaboration avec Jean-Marc Geiser, architecte et créateur d’ULMs, dont le fils Luc avait créé le dirigeable Zeppy monoplace à propulsion musculaire. En 1992, tentative de vol transatlantique par Gérard Feldzer et Nicolas Hulot sur Zeppy-2 à propulsion musculaire et Chien-de-Mer, tentative arrêtée sur dommage à l’enveloppe.

En 2000 je crée la SARL Liftium pour tester mes idées, avec Liftium-1, dirigeable souple de 250 m3 avec moteur 10 kW arrière orientable en lacet et tangage par le pilote. Ce dirigeable montre en 2002 une remarquable maniabilité et une stabilité de vol mais, n’ayant pas trouvé de point d’amarrage pour une nuit, je dois l’amarrer à ma voiture et une bourrasque le détériore, montrant la déchirabilité du tissu utilisé. Ceci me conduit à ne plus envoyer de pilote sur cet appareil. Je construis alors le Liftium-2,trilobé à arrière élargi en delta pour lui conférer une forte portance aérodynamique mais ne puis arriver aux essais en vol, après défaillances de certaines personnes. J’ai l’espoir de voir ma forme trilobée delta adoptée pour d’autres appareils destinés à l’observation.

II - Remarques sur les voiliers à hydrofoils

article Catalist de juillet 2005

 A – En matière de coque ou flotteur, ces voiliers peuvent être :

• “classiques” (monocoque, catamaran ou trimaran à géométrie fixe en symétrie bilatérale avec un avant et un arrière), les plus nombreux, du Monitor de 1954 (34 nœuds, non officiel, après démarrage tracté) jusqu’à Longshot (42 nœuds en 1992), en passant par Icarus, Mayfly, etc
• encore avec un avant et un arrière, mais dissymétriques, pour une marche préférentielle sur un bord, par exemple avec deux coques décalées (l’impressionnant Clifton Flasher en 1972, Crossbow 1 et 2),
• praos, en symétrie avant-arrière, amphidromiques, prenant le vent toujours du même côté, comme mes Exoplanes à partir de 1968, et les praos de Bernard Smith,
• en tétraèdre ou pyramidaux, à plusieurs flotteurs plus ou moins orientables, selon les propositions de Bernard SMITH en 1964, jusqu’au Yellow Pages dissymétrique (45,5 nds),
• monocoques orientés par les pieds du pilote (planches à voile, 44 nds).

B – En matière de voile :

• mât droit sur la coque, avec une ou plusieurs voiles ne participant pas à la sustentation ou enfonçant le bateau du fait de la gîte (voiliers “classiques”),
• voile oblique pour sustenter, largement décalée sous le vent pour que la force produite n’ait plus d’effet de gîte, comme pour les cerfs-volants (Bernard SMITH, mes Exoplanes, Yellow Pages),
• voile oblique pour sustenter, constamment équilibrée par le pilote (planches à voile),
• en cerf-volant ou « kite » (Jacob’s Ladder, Stewkie…).

C – Les hydrofoils, assurant la sustentation de la coque émergée et la fonction anti-dérive, sont :

• des lames simples perçant en oblique la surface (souvent pourvues de « fences » contre la ventilation d’extrados et d’une partie basse verticale),
• des grilles (Monitor),
• des lames courbes (Exoplane), pour améliorer la stabilité verticale,
• des profils de sustentation immergés avec réglage d’incidence par palpeurs en surface, la fonction anti-dérive étant fournie par des lames verticales (Longshot).

Le Chien-de-Mer, tiré vers le haut par un câble oblique,l peut être associé à un bateau ordinaire dont il assure la stabilité à la gîte, ou à un planeur tel qu’un  parapente, ou à un ballon dont la forme procure une bonne finesse aérodynamique. d’où la possibilité d’un vol sur l’eau à plus grande vitesse qu’un voilier.

Mon choix de sustenter à peu près autant par les foils que par la voile m’avait permis d’atteindre 25 nœuds, peut-être déjà en 1968 et en tout cas en 1976. A cette époque les records, aussi bien les bateaux que les planches, étaient de l’ordre de 25 nœuds pour les diverses catégories, alors que maintenant des bateaux variés, et des planches par vents très forts, atteignent 40-45 nœuds, grâce à la voile oblique sustentatrice et malgré le non-profilage du pilote. La qualité de l’athlète paraît  déterminante. Ma formule Exoplane, le pilote allongé sur une coque prao à deux aile marines en extrémités, avec voile déportée sustentatrice, me semble encore compétitive. Des amateurs ?

Pour les bateaux, les foils et les voiles sont de grande qualité et pour les records on choisit des plans d’eau peu agités malgré la force du vent. La vitesse tend à atteindre deux fois celle du vent réel, ce qui justifie une réduction de la surface des foils par rapport à la voile. Leur orientation correcte peut être procurée par une mécanique adéquate, alors qu’une voile oblique porteuse reste difficile à orienter lorsqu’on veut, comme il me paraît indispensable, pouvoir naviguer aussi bien sur les deux bords. La voile porteuse permet de réduire la force d’enfoncement sur les foils sous le vent et la ventilation sur l’extrados qui en est la conséquence. On peut donc s’attendre à de nouveaux progrès, par rapport au Longshot à voiles droites. La solution “ultime” pourrait être celle de la voile cerf-volant à très grande finesse, ressemblant à un planeur, couplée à un Chien-de-Mer avec pilote suspendu en position intermédiaire ou restant, en position profilée, sur un bateau fonctionnant comme un Chien-de-Mer, à faible surface de foils. Je continue à étudier la solution du dirigeable fonctionnant en voile allégée, avec une forme adaptée.

 III - Mes bateaux à voilure sustentatrice

 A – Essais préliminaires

Ayant pratiqué dans les années 50 les dériveurs et, en Afrique, un catamaran du type «  Patin a vela », j’ai trouvé peu rationnel que la voile enfonce le bateau prenant de la gîte, le pilote consacrant de grands efforts à limiter celle-ci. J’ai commencé une série de tentatives, en construisant moi-même mes bateaux, grâce d’abord à mes parents qui ont bien voulu que j’utilise leur salon, puis à des amis qui me permettaient de travailler dans leur jardin en région parisienne, ou d’autres qui m’ont hébergé… Mon épouse a été compréhensive. Mes bateaux étaient transportés en éléments démontés sur le toit de la voiture. Ils sont schématisés sur la feuille jointe.

Tony Blanco Casañas sur son patin Catalan – photo via Tony Blanco Casañas

Au début des années 60, j’ai équipé un Moth d’une voilure triangulaire de “Piccolo” orientable de 6 m² articulée au sommet d’un mât avec l’ambition de l’orienter comme un cerf volant, la force produite, avec une composante sustentatrice, devant passer sous le vent par rapport à la coque et la dérive (center-board) s’inclinant du fait de la gîte. Je n’ai pas pu maîtriser cette voile ainsi orientée, et je l’ai finalement utilisée en montage ordinaire houari, pivotant autour du mât et sans grand intérêt.

Pour obtenir plus de la stabilité de la plate-forme et maîtriser une voile sustentatrice, j’ai construit “Psi”, un catamaran à flotteurs pneumatiques, qui devait être doté d’une voile sustentatrice en contre-gîte et d’une dérive inclinée également sustentatrice, prévue sous le flotteur sous le vent. Le pilotage n’a pas été possible, par instabilité en cap, sauf en plaçant la dérive, toujours sustentatrice, au vent du bateau, avec un effet à la gîte qui enfonçait le flotteur sous le vent. Le bateau restait assez lent.

J’ai lu ensuite le livre de B. SMITH « The forty-knots sailboat », relatant des expériences sur un système tétraédrique à trois ailes marines épaisses sustentatrices formant flotteurs, et une voile-aile épaisse oblique sous le vent, attaquée dans un sens ou dans l’autre. Les expériences sur maquettes avaient été concluantes mais non les essais grandeur. J’en ai tiré les conclusions suivantes :

•  pour que l’engin soit transportable et que la voilure puisse être effacée dans le vent, il faut une voile en tissu,
• les ailes-flotteurs donnent trop de résistance à basse vitesse. Il faut utiliser une coque profilée, permettant la prise de vitesse, munie d’ailes marines minces (foils) orientables,
• d’après mes essais sur les Chiens-de-Mer, la stabilité en semi-émersion nécessite de courber les ailes marines, seule la partie basse quasi verticale restant immergée à grande vitesse.

 B- Exoplane 1

 J’ai construit Exoplane-1, prao à coque symétrique avant-arrière en mousse de polystyrène et revêtement composite à fibre de verre, renforcé par une latte en bois et portant un bras latéral fixe sous le vent. Sur ce bras appuyait un mât avec une voile de 10 m² tendue vers l’extrémité du bras. Cette voile formait deux panneaux symétriques articulés par rapport à l’axe de tension et pouvant se refermer (comme un livre) sous le vent, ou s’ouvrir par action sur deux écoutes. Une barre de flèche et des haubans empêchaient la fermeture vers le vent. En extrémités de coque, deux ailes marines étaient contrôlées en lacet, tangage (angle d’attaque) et roulis (“crochet”) dans l’eau. En bout de bras, un flotteur en forme d’aile prenait aussi une orientation porteuse. L’ensemble du bateau pesait environ 70 kg. A chaque changement de sens de marche, le pilote réglait les ailes (faible “crochet” à l’avant) et l’écoute avant de voile et, assis à la pointe qui devenait arrière, pilotait en cap sur l’aile arrière et l’écoute arrière.

Exoplane 1 - Yachting World novembre 1974

Les essais ont montré que le flotteur sous le vent devait seulement glisser sur l’eau (hydroplaner). Ce flotteur a d’abord été tournant sur un axe vertical, puis non tournant, orienté par filins pour être porteur dans les deux sens. Les attaches d’ailes, moulées en verre-résine, ont été plusieurs fois modifiées. En 1967 ou 68, au cours de quelques sorties en mer, le bateau allait réellement bien en remontant un peu le vent, ce qui permettait des « vols » aller et retour sans dériver, probablement au delà de 20 nœuds. En “vol” sur les ailes, la coque tournait un peu vers le vent, permettant une avancée du bras fixe. Trop « loffeur » ou ardent, le bateau ne pouvait guère abattre sans ralentir et alors “enfourner” de l’aile avant. Pour revenir vent arrière au bord de plage, il fallait se laisser dériver coque en travers. J’ai constaté ensuite que le bateau s’alourdissait par entrée d’eau dans la coque en polystyrène.

J’ai décrit ces dispositions dans mon brevet en 1968 et crois l’avoir communiqué à Bernard SMITH avec mes observations. Curieusement, son brevet sur les mêmes domaines date de 1972 et mes antériorités n’ont pas été citées par l’Institut américain.

J’avais inventé (brevet de 1966), le « Chien-de-Mer », une aile marine tirée par un câble oblique attaché à un bateau à voile ou un engin aérien (je citais les cerf-volant, planeur, dirigeable), et lui procurant l’appui latéral pour une navigation au vent. La stabilité en semi-immersion et la direction du Chien-de-Mer étaient procurées par la forme courbe de l’aile et son attache au câble par une patte d’oie. Un empennage axial sous l’eau procurait la stabilité en tangage. Les essais sur un 5O5 ont donné un fonctionnement excellent à basse vitesse mais à 10 nœuds environ les câbles immergés vibraient en donnant une grande résistance et limitant l’allure. Il aurait fallu maintenir l’aile sans câble dans l’eau, par encastrement sur un bras émergé, ce qui nécessitait plus de résistance et de rigidité, à une époque où l’on ne connaissait pas le carbone. On pouvait penser aussi à profiler les câbles par des gaines orientables, mais je n’ai pas mené bien loin les essais. Les développements sur le Chien-de-Mer sont indiqués dans un paragraphe spécifique.

En 1974, j’ai connu l’existence de la Semaine de Vitesse de Weymouth. J’ai alors asséché partiellement la mousse de mon Exoplane-1, par percement de canaux, ventilation, chauffage. A Weymouth, le chronométrage n’était normalement assuré que pour la direction assez abattue choisie par l’ensemble des coureurs, et pour laquelle mon bateau enfournait. Mes essais en travers du vent étaient prometteurs. Enfin, j’ai pu bénéficier d’un chronométrage spécial en travers du vent. Le bateau s’est élancé probablement à plus de 25 nœuds, mais à mi-parcours l’aile arrière a cassé. Il fallait changer de bateau, vraiment trop ardent et dont la coque continuait à s’alourdir.

C – Exoplane 2 & 3 

Exoplane-2 était plus grand, avec une voile de 13 m². La coque, en tôle d’aluminium rivée, était partiellement garnie de remplissages en mousse de polyuréthanne. Les deux ailes marines étaient en tôle d’aluminium de 7 mm formée en double courbure à froid. Le bras latéral, portant le mât, le flotteur sous le vent et la voile, orientable autour d’un axe vertical, permettait d’avancer la voile pour réduire la tendance au lof. Son flotteur, monté en parallélogramme articulé, prenait l’angle d’hydroplanage lors de la rotation du bras. Au lieu de la voile “livre”, une voile pentagonale était tendue avec bord d’attaque formant un angle, appuyé par deux lattes convergentes à courbures limitées par barres de flèche et haubanage. La partie avant de la voile devait permettre d’avancer la force de traction et de limiter la force sur l’écoute. Pour virer, on tirait sur l’angle avant de la voile par des écoutes “de nez”, tandis que la boucle d’écoute, qui formait une boucle passant autour du mât, était reprise par le pilote se replaçant sur l’arrière. On réajustait alors le “crochet” des ailes marines.

La voile pentagonale déformée par le vent donnait une force de traction trop en arrière, d’où une tendance majorée au lof, ce qui imposait une rotation importante du bras latéral vers l’avant et finalement une perte d’angulation de voile.

Exoplane 2 - Guy Gurney

Les essais ont été satisfaisants, sous réserve que le bateau restait trop ardent et que le rivetage prenait l’eau. Après plusieurs avaries à Weymouth 1975, il collectionnait en 1976 des trajets aller et retour rapides en légère remontée au vent, et l’équipe Crossbow, me suivant sur un bateau à moteur, m’a indiqué que je dépassais 25 nœuds, par un vent idéal de 17-18 nds. Ceci m’aurait donné le record de catégorie si j’avais été chronométré. L’approche et l’attente du départ sur le trajet au largue préféré par les autres concurrents était problématiques avec un bateau peu manœuvrant et la nécessité d’évoluer entre les concurrents en attente (un seul run à la fois, pour le chronométrage de l’époque..). Quelques enfournements à grande vitesse, quand j’essayais de rester dans les limites de trajet, m’ont finalement dissuadé. Le jour où j’ai obtenu le bon trajet, il y avait peu de vent, résultat dans les 13 nœuds… J’ai obtenu un “Design Award” et des appréciations agréables. Le meilleur chrono obtenu avec Exoplane-2 a été de l’ordre de 17 nœuds.

En 1977, j’ai aidé Hervé Le Goff à construire un bateau analogue, l’Exoplane-3, venu aussi à Weymouth. Pour éviter le lof, nous utilisions une aile porteuse centrale et des abattants aux deux pointes pour hydroplaner et diriger par la pointe arrière. L’aile centrale était probablement trop développée vis-à-vis de la vitesse escomptée, d’où un freinage, et elle prenait trop peu d’incidence. Cela ne décollait pas bien. Le bateau, solide mais lourd, avec une voile relativement petite, pouvait sortir par gros temps mais n’était pas rapide.

Exoplane 2 - Voiles et voiliers décembre 1984

Exoplane-2 a évolué avec un voile plus grande, portée en 1980 par un mât-aile bien profilé pour avancer le vecteur de traction, malgré la suppression du triangle avant. J’ai tenté d’ajouter une plate-forme au vent, formée d’échelles, pour que l’aile sous le vent puisse soulever son flotteur, mais au prix d’un bateau encore plus ardent. Les essais lors des semaines de vitesse à Brest jusqu’à 1983 n’ont pas été concluants. En 1984, à Port-Camargue, par fort vent, des vagues et beaucoup d’eau dans la coque, je n’ai pu virer pour revenir à la plage et fus sauvé par des pêcheurs. Le bateau laissé en mer à l’ancre a été récupéré par la police maritime qui l’a largement détérioré. J’ai gardé les pièces principales sur ma propriété de campagne.

Exoplane 2 - Bateaux décembre 82

Le principe de l’aile marine plus aile aérienne porteuses avait fait ses preuves, mais il fallait que le bateau soit plus manœuvrant et puisse courir en direction abattue. Peut-être aurait-il fallu, surtout, que j’habite au bord de la mer pour pouvoir mener plus facilement toutes les modifications et les essais, sans me limiter aux participations dans les semaines de vitesse…

En 1981-82, j’avais réfléchi sur un « Tic-Tac », monocoque symétrique à voilure en T portant des flotteurs aux deux extrémités.

J’ai alors estimé que, puisque je ne pouvais pas compter sur les chronométrages officiels, il me fallait constituer mon propre système. En 1983, j’ai acquis un ordinateur BBC à 5 MHz, mémoire vive de 32 Ko, cassette, et j’ai écrit un logiciel de gestion de course avec réaffectation de touches en langage machine pour les tops départ et arrivée (runs simultanés) et sortie imprimée des tableaux des meilleurs résultats pour chaque coureur. Nicolas Hurel et moi avons monté un ensemble avec caméras vidéo et avons pu gérer en 1984 et 85 une semaine de vitesse au Grau-du-Roi. Nicolas et sa société Southwind ont continué quelque temps à chronométrer des courses en France et ailleurs, avec le même programme et un matériel plus évolué. Je n’avais pas fait courir de bateau…

D – Exoplane 4

Puis j’ai construit l’Exoplane-4, un tétraèdre de quatre tubes en étoile reliés par haubans, trois flotteurs sur l’eau, une voile inclinée lattée de 21 m², total 130 kg. Le flotteur sous voile était hydroplanant auto-orientable, les deux autres, couplés en orientation, portant d’abord sur l’arrière des dérives inclinables favorisant l’émersion de ces dérives. Le bateau a été essayé en 1987 sur le site du Wirral près de Liverpool, par vent quasi nul. Les dérives, donnant une instabilité par manque de courbure, furent remplacées par des ailes courbes doubles (en “ailes de mouette”) basculées pour présenter dans l’eau la courbure convenable. Le pontage entre ces deux flotteurs formait un angle débordant pour que le pilote se place en lest au vent. Il a donné lieu à trois version: échelles en aluminium, puis poutres en bois à section carrée, puis poutres mieux profilées en composite, pour éviter les grands chocs des vagues. J’ai mené d’autres essais en Méditerranée et en Bretagne et lors d’une Semaine à Brest. Des montées sur les ailes ont été constatées mais les chocs sur les vagues et un manque de rigidité empêchaient des maintiens en vitesse. J’ai continué mes essais aux environs de Paris mais la voile et du matériel ont été emportés par des inconnus… Le reste est allé rejoindre l’Exoplane-2 et pourrait resservir. J’ai alors été assez pris par ma participation au dirigeable Zeppy-2.

Exoplane 4 - Bateaux juin 1990

E – Exoplane 5

Il ne fallait pas continuer sur des bateaux importants, lourds (rupture musculaire lors d’un déplacement du bateau sur la plage), difficiles à garer, prenant trop de temps pour un homme seul. En 1995-96 j’ai construit Exoplane-5, un prao léger (coque principale de 18 kg pour 5 m, coque balancier et pontage de 15 kg) avec une voile de planche de 7,5 m². Les essais à Weymouth en 1996 n’ont pas été bons, par manque de puissance. J’ai fait d’autres essais à Calvi en Corse avec peu de vent et je voulais continuer sur un lac des Alpes mais des éléments utiles et la voile ont été à nouveau volés…Un amateur en 1998 a tenté d’utiliser le prao avec un cerf-volant, mais une discussion portant sur les modifications à apporter a stoppé l’entreprise. Exoplane-5 reste disponible.

Exoplane 5 - Fiona St Clair AYRS Speedweek octobre 1996

Exoplane 5 - The Dorset Echo 2001

F – Chien de Mer

En 1997, j’ai préparé un Chien-de-Mer pour le Parapente de Pierre Falk et nous sommes restés une semaine sur le bord du Lac de Nantua dans les Alpes à attendre le vent pour navigation à voile après décollage derrière bateau à moteur… En 1998 j’ai équipé l’aile delta de François Fourment sur le Lac de Serre-Ponçon, de trois flotteurs profilés pour essayer, après décollage hydroplané par câble de 100 m derrière un bateau à moteur, de substituer au bateau un Chien-de-Mer. L’aile delta à flotteurs se comportait bien, avec un plané convenable, mais le vent restait faible. Après substitution et prises d’incidences, le Delta descendait trop vite. Tout cela pourrait être repris.

Schéma Chien de Mer et Parapente – Didier Costes 2001

G – Conclusions

Je réfléchis sur mes tentatives, avec 7 bateaux en 40 ans, des essais de maquettes, des essais de variantes sur chacun, de multiples réparations, sans jamais pouvoir rester longtemps au bord de la mer pour modifier et attendre les bonnes conditions de vent… Je n’ai pas tiré le meilleur du concept de la sustentation combinée par les foils et par la voile. Je désire approfondir encore, sans prétendre maintenant battre un record au niveau de 45 nœuds, ce qui nécessiterait un effort démesuré en étude et en perfection de réalisation, mais pour faire partager des impressions extraordinaires, si possible à 25 ou 30 noeuds avec un bateau pratique, autonome et bon marché.

Historique du développement du « Chien de Mer » - Didier Costes 2001

 Aux vitesses obtenues dans les années 70, une part importante des réactions de l’eau doit être consacrée à la sustentation, vis-à-vis de la traînée, d’où des obliquités importantes de l’aile marine et de la voile. Naviguer sur des plans d’eau agités impliquait aussi des ailes marines relativement longues, pour soulever le bateau à une certaine hauteur, et donc de surface appréciable avec les matériaux anciens, ce qui ajoute de la traînée de frottement. Sur des plans d’eau sans vagues (canal des Saintes Maries par exemple) permettant une grande vitesse donc une faible traînée induite, on peut adapter la surface et l’élancement de l’aile marine, en diminuant la traînée de frottement, et la sustentation par la voile devient moins nécessaire, la grande largeur de l’ensemble ne servant plus qu’à la stabilité en roulis. Ce sont les options de Longshot.

Je compte rééquiper l’Exoplane-5 en gardant le concept de sustentation mixte, qui doit permettre une navigation malgré les vagues, avec un effet limité de ventilation sur les extrados d’ailes. J’ai commencé des essais de maquettes tirées sur l’eau par un fil simulant l’action de la voile.

Très pris par mon activité sur les dirigeables, j’aimerais m’associer avec des personnes intéressées. Je suis ouvert à tous échanges. J’espère que cette synthèse pourra aider d’autres constructeurs…

Didier COSTES 2001

IV Et aujourd’hui ?

Didier Costes continue à travailler sur le développement de dirigeable mais a aussi repris ses travaux sur le « chien de mer ». Il a entre autre collaboré avec Stéphane Rousson et Sylvain Claudel…

Vous désirez en savoir plus sur ce sujet ?

Voici quelques liens qui traitent des réalisations de Didier Costes. N’hésitez pas à compléter cette liste de liens :

• Didier Costes
• Mr Smith’s Amazing Sailboats
• DCSS
• Liftium SARL

Liens inclus dans l’article mais à ne pas louper :

• Aile d’eau
• L’aile d’eau : Foil immergé ou traversant ?
• Bernard Smith
• Zeppy
• Liftium
• Liftium L1000

Pour les autres :

- quel est le nom de ce bateau ?

- qui est son géniteur ?

Réponses !

Bravo Gérard, c’était bien Philfly par Philip Hansford bateau réalisé en 1985.

Réglage de l’incidence des foils en T par le système “Hook Hydrofin”.

Sensors inversés par rapport à des bateaux comme Force 8 ou Long Shot.

Modification du profil par “cambrage” d’un flap à l’arrière du foil (idem Windrider Rave et Moth à foils).

J’ai déjà eu l’occasion de parler de ce bateau que j’aime beaucoup lors de mon historique des systèmes de régulation de l’incidence. Comme l’a souligné GG, j’en ai aussi parlé dans mon article dans Voiles et voiliers. Ce bateau semble être un des premiers à avoir été équipé de foils à palpeurs traînés !

J’ai eu le plaisir de découvrir cette photo, que je ne connaissais pas, sur un site Russe.

Vous connaissiez peut être les photos ci-dessous qui viennent du livre de James Grogono « Icarus The boat that Flies ».

Avant Philfly, sur lequel je ne dispose malheureusement de pas assez d’informations, Philip Hansford avait aussi donné le jour au fameux Mayfly qui a fait les beaux jours de la semaine de vitesse de Weymouth.

Philfly par Philip Hansford – photo Roger Lean Vercoe

Philfly par Philip Hansford – photo Roger Lean Vercoe

Et « pour finir le costume », une photo en couleur éditée dans Seahorse en novembre 2011.

Philfly par Philip Hansford – photo Seahorse november 2011

Classé dans:1, Divers, Histoire, Jeu, Trimaran ]]> http://foils.wordpress.com/2012/03/30/jeu-foilers-16/feed/ 6 Fred Monsonnec J16 Foilers Philfly from Icarus the boat that Flies p 59 photo R L Vercoe.jpg Philfly from Icarus the boat that Flies p 61 photo R L Vercoe Philfly via Seahorse november 2011 http://foils.wordpress.com/2012/03/14/on-a-marche-sur-la-mer-bis/ http://foils.wordpress.com/2012/03/14/on-a-marche-sur-la-mer-bis/#comments Wed, 14 Mar 2012 13:53:51 +0000 Fred Monsonnec http://foils.wordpress.com/?p=4450 ]]> Il y a un peu moins d’un an, je vous parlais d’un article paru dans Voiles et voiliers (N° 484 juin 2011) sur les pionniers des hydrofoils à Voiles : « On a marché sur la mer ». Article écrit par Christian Février et un certain FM. J’ai dernièrement eu l’occasion d’échangé avec Thomas Lesage, de l’équipe de l’Hydroptère, qui m’a demandé s’il était possible de mettre cet article en lien sur leur site pour compléter la partie historique. J’ai fait les démarches nécessaires auprès des auteurs et de Voiles et voiliers et cet article est maintenant disponible sur le site de l’Hydroptère. Peut être que certains d’entre vous n’on pas lu cet article, le voici disponible aussi sur « Foilers !» (en cliquant sur l’image ci-dessous).

Pour rester dans la catégorie ” articles déjà parus”

Philippe Guglielmetti, créateur de « Foilers ! » et auteur sur d’autres blogs tout aussi intéressants, a formidablement bien résumé la série d’articles sur la Portance parus sur Foilers. Alors que sur Foilers ce sujet avait été traité en 3 pavés, que dis-je, 3 blocs bien compacts et lourds, Philippe à su en tirer la quintessence. A ceux qui ont abandonnés la lecture de Portance 1, 2 et 3, je leur conseil la lecture de l’article de Philippe : Portance, pourquoi ça vol ?

Voici les informations transmises par la communauté des guetteurs de foils et présentes dans les commentaires des derniers articles. Merci !

• Poseidius nous a signaler un nouveau engin à foil l’Hydrofoiler F1 aussi en photo ici et là. C’est aussi lui qui le premier à signalé que l’Hydroptère s’associait avec DCNS en nous transmettant ce lien puis la vidéo.

• Popov lui, nous signalait l’arrivée d’Osprey un projet qui est le fruit du travail d’Hydrosail.
• Nicolas nous a signalé qu’après le Magnum de David Raison, la classe Mini continue de bouger avec un Mini en préparation par Dominique Pédron basé sur système DDS (Dynamic Stability System). Intéréssant comme concept pour soutenir les discussions des monocoques avec mono-apendice adaptatif. Plus d’informations ici et là.
• Optipag nous à dernièrement signalé la présence de foils sur les dérives de deux AC 45 d’Oracle racing bien visibles aussi là !…

 Hydroptère

• Vous revenez d’une mission sur Mars, vous n’avez pas su que l’Hydroptère vient de trouver un nouveau partenaire (DCNS), voici quelques news à partir de ce lien.
• Le site de l’Hydroptère a évolué, les photos sont toujours aussi belles. Une page reprend les dernières évolutions du bateau, dont celles en cours pour la configuration “Pacifique” (réglage plan porteur arrière, modification du gréement en avant du mat, gain de poids)…
• Qui a validé les images réalisées pour mettre en avant le partenariat l’Hydroptère/DCNS ? Pas un voileux en tout cas ! Depuis quand l’Hydroptère navigue contre gité comme un Moth ? Merci à Stéphane, un de mes amis de l’asso. Golden Oldies Multihulls pour avoir découvert cette photo et cette contre gite.

Via site l’Hydroptère DCNS

• Voici une sorte de réponse d’Alain Thébault à l’article ou B. Peyron disait qu’il ne croyait pas en l’option Hydroptère pour le Trophée Jules Verne.
• A force d’être modifié et de subir des fortunes de mer, il est possible de trouver des morceaux de l’hydroptère un peu partout ! Merci à Malric, le roi des vélos couchés pour la piste…

Anciens foils de l’Hydroptère – Photo F Monsonnec 01-2012

• Vous vous sentez au point pour piloter l’hydroptère ? Il suffit de postuler !

P28

Si vous n’avez pas lu le dossier de presse, il est disponible ici. Je ne suis pas très d’accord avec leur historique des engins à hydrofoils, mais on y découvre pas mal d’informations intéressantes, entre autres, que l’équipe à bien en projet de réaliser un engin pour « monsieur tout le monde »…

Du nouveau !

Voici un joli prototype qui pour le moment ne navigue qu’au moteur.

Daddy long legs

Nous en avons parlé dans de précédents « Ptites news », voici une nouvelle vidéo.

Bassin d’essai

Nous avons aussi eu l’occasion d’en parler lors d’un précédent « Ptites news », il existe d’autres méthodes moins onéreuses qu’un bassin de carène pour réaliser des tests : REI

Paper

Fan d’engins à hydrofoils ? En attendant de réaliser votre engin ou de racheter une vieillerie, vous pourriez peut être en faire un en papier. Ici un Kometa (il y en avait deux, en vrai, à vendre en décembre de l’année dernière).

Tri Martin Fischer

Un beau foiler signé Martin Fisher qui n’a pas pour but de voler même s’il est équipé de safran avec plan porteur !

Moth à foils

En ce début d’année 2012, Anthony Rezoug, secrétaire le l’IMCA France, m’a envoyé quelques informations sur l’association française des Moth à foils.
Le circuit Breizhskiff reste le circuit principal de régate pour les Moths en France et le fait le plus marquant est la création d’un National France. L’organisation de ce National sera greffé à celle de la Teignouse Cup du 29 avril au 1 mai en baie de Quiberon. Anthony et toute l’équipe espère que la ligne de départ sera bien garnie et que quelques coureurs étrangers feront le déplacement. Et pour les accros le mondial est prévu à Campione (Italie) du 18 au 26 aout.

Ci-dessous, le planning prévisionnel des rencontres de Moth. Si une compèt. à lieu pas loin de chez vous, je vous conseil le déplacement.

Si vous souhaitez plus d’informations, n’hésitez pas à contacter un des animateurs de la classe sur leur site ou écrire sur « Foilers ! », je transmettrai…

IMCA France Planning 2012

Avril

• 7 au 9 : Trophée Breizhskiff – Lac du Der
• 6 au 9 : franco suisse training – Port Camargue
• 28 au 1 mai :Teignouse cup / International Moth Open Championship

Mai

• 5 au 6   : Défi GUYADER – Douarnenez
• 17 au 20 : championnat de France de voile légère

Juin

• 29 au 30 : Trophée Breizhskiff  – Plérin
• Dates à venir :Trophée Breizhskiff – La Ganguise

Juillet

• Dates à venir  : National suisse

Aout

• 16 au 17 : National ITA
• 18 au 26 : Moth World Championship

Septembre

• 8 au 9 : Trophée Breizhskiff – Carnac
• 15 au 16 : Trophée Breizhskiff – Aix les bains
• 29 au 30 : Trophée Breizhskiff - La Rochelle.

Octobre

• 6 au 7 : Trophée Breizhskiff – Toulon

Novembre

• 1 au 4 : Trophée Breizhskiff – Hourtin ou autre

“Jeu” !

“Mab” de l’asso. Eric Tabarly vient de trouver un nom à ma cave : la clinique des hydrofoils ! Oui mais je ne suis pas certain que le médecin chef soit de qualité ! Les malades sortent rarement de leur lit ! Il ne faudrait pas que ce soit le mouroir des hydrofoils !

• Au premier plan, un flotteur du proto testé par Eric Tabarly en 1976
• Derrière, en vert/jaune (à droite), les 3 foils d’un proto de 1979 dessiné et construit par mon ami Daniel Charles.
• En blanc, dans les étagères (à gauche), 2 foils de mon canot commencé en 1992, le safran est sur les flotteurs sur une des étagères (ne cherchez pas mon site, je l’ai retiré : trop de pubs).

Il y en a un de plus, je vous laisse chercher : bateau, architecte ? Facile !

Une clinique des hydrofoils – Photo F Monsonnec 02-2012

Espagne

Pablo D. Espinosa est architecte en Espagne mais aussi surfer. Il a développé un surf à foil et nous a contacté pour nous transmettre le lien d’un de ses très belle video.

Japon

Suite aux articles sur la portance, même au Japon, c’est Bernouilli qui est mis en avant pour expliquer la portance (voir point « 1 » en milieu de page)

Aut’ chose sans foil

The big wave

Tout est dans le titre !

Loisirs

J’aime beaucoup de chose (!), dont les engins de loisirs.  Je trouve le concept proposé par Mike Pullicino assez intéressant, et vous ?

…

Je vous conseille donc de découvrir les deux précédents volets avant de lire cet article.

Rappel, du sommaire

Partie 1/3
I – Introduction
Sommaire
Un monde ailé
Théories et théoriciens….
Air & eau ?
II – Théorie basée sur l’effet ricochet
III – L’explication populaire
IV – Théorie basée sur l’effet Venturi

Partie 2/3
V – Théorie basée sur l’effet Coanda
VI – Théorie de la circulation ou de Kutta & Jukowski
VII – Théorie de l’écope ou de Newton

Partie 3/3 (vous êtes ici !)
VIII – La théorie de Hoffman & Johnson
IX – Kutta Jukowski  VS  Johnson & Hoffman
X – Théories non développées
XI – Pour essayer d’y voir plus clair !
XII – Portance « sur l’eau »
XIII – Conclusions
Remerciements

VIII – La théorie de Hoffman & Johnson

Cette théorie, développée par Johan Hoffman & Claes Johnson (deux suédois), présente une nouvelle explication mathématique et physique de la création de la portance et de la traînée ainsi qu’une nouvelle résolution du paradoxe d’Alembert. Elle est basée sur de nouvelles découvertes de la dynamique des fluides turbulents (études réalisées à partir de solides évoluant dans l’air). Découvertes obtenues grâce au traitement informatique d’un modèle mathématique : les équations de Navier-Stokes & d’Euler. Ce travail tend à prouver que les précédentes théories sont incorrectes. D’après J.H. & C.J., la théorie la plus avancée, et qui pour certains est l’état de l’art – théorie de Kutta-Zhulovsky – est une théorie « simpliste » qui permet d’expliquer la portance seulement dans une fourchette de conditions restreinte. Cette théorie ne donnerait pas d’explication pour la portance et la traînée pour des profils en 3 dimensions, dans un flux turbulent et dans un fluide légèrement visqueux. Par exemple, ce qui se passe autour de l’aile d’un jumbo-jet en phase de décollage avec un angle d’incidence important. Enfin et surtout, le flux circulant autour de l’aile ne serait que purement fictif. J.H. & C.J. avancent que cette étude du flux dans la théorie de Kutta-Zhulovsky est faite da manière bidimensionnelle alors qu’en réalité, le flux est tridimensionnel et turbulent. Cette théorie se base sur l’importance des tourbillons disposés le long du bord de fuite du profil (mais qui n’ont rien à voir avec le vortex présent à l’extrémité d’une aile). Ces tourbillons ont une forme similaire à ceux que l’on peut découvrir lors de la vidange d’une baignoire. On peut observer la dépression de la surface libre qui se forme au-dessus de l’orifice de vidange. Cette dépression reflète une chute de pression au sein du liquide. Les tourbillons se développent quand le flux de l’extrados et de l’intrados de rejoignent sur le dessus de l’aile un peu avant le bord de fuite. Là où la théorie de Kutta-Zhulovsky donnait naissance à un tourbillon dont les génératrices étaient parallèles au bord au bord de fuite, cette théorie se base sur le développement de tourbillons, partant de la même zone, mais perpendiculairement au bord de fuite. Ces tourbillons sont d’abord retardés, ensuite accélérés et étirés dans la direction du flux. A l’intérieur des tourbillons, la pression est basse. Cette basse pression neutraliserait la haute pression présente sur le dessus du plan et modifierait la distribution de la pression du flux sur le bord de fuite. Ces tourbillons permettraient donc de plaquer le fluide sur l’extrados. Cet effet, qui d’après JH et CJ n’est pas lié à l’effet Coanda, permettrait au flux de quitter l’aile en suivant la direction donnée par la partie terminale de l’extrados (et non plus depuis la ligne d’arrêt théorique). Ce mécanisme génèrerait donc la portance mais aussi la traînée (tourbillons) et le déplacement d’une certaine quantité de fluide vers le bas (effet d’écope).

Johan Hoffman & Claes Johnson ont réalisés des simulations numériques à partir d’un profil 3D type Naca 0012 (symétrique). Ces tests démontrent d’après eux 2 régimes : un pour les angles d’incidence entre 0 à 16°, le second de 16° à 20°. Le premier régime de 0 à 16°, peut être scindé en 2 zones : 0 à 4/6 et 4/6 à 16. Pour la zone 0 à 4/6 la portance augmente de façon presque linéaire en fonction de l’incidence avec un rapport portance / traînée qui monte progressivement jusqu’à 13 (plus ce rapport est grand, plus l’efficacité est grande). Pour la seconde, 4/6 à 16°, la progression est elle aussi presque linéaire mais plus rapide, par contre, le rapport portance trainée chute rapidement jusqu’à 7. Ce rapport s’effondre à 3 à 20°.

Que se passe t’il physiquement d’après eux ?

• Phase 1  – 0 à 4/6°

Faible trainée en raison de la présence des vortex longitudinaux (basse pression) liés au bord de fuite. Les tourbillons longitudinaux attachés au bord de fuite restent constants en force, mais remontent graduellement sur la surface supérieure. La trainée n’augmente que lentement.

• Phase 2 – 4/6 à 16°

La basse pression située au dessus du bord d’attaque augmente ce qui évite la séparation et augmente la portance dans cette zone.
La haute pression sur le bord d’attaque de l’intrados se déplace vers l’arrière et la pression augmente lentement, ce qui contribue à la portance.
La trainée sur l’extrados est proche de zéro en raison de la succion sur le bord de fuite.
Par contre la trainée augmente sur l’intrados

• Phase 3 – 16 à 20°

Cette phase est celle qui génère le plus de portance juste avant le décrochage de l’aile avec de fortes perturbations sur l’extrados et dans son sillage, ce qui génère aussi une forte trainée.

Comment résumer cela ?
De part sa forme (bord de fuite tranchant), un profil disposé avec une certaine incidence « oblige » le fluide à se positionner de manière à ce que la ligne de séparation des flux venant de l’intrados et de l’extrados se place au niveau du bord de fuite. Ce déplacement est lié au développement de multiples tourbillons (perpendiculaires au profil) engendrés par l’instabilité du flux lorsqu’il contourne le bord de fuite. Ces tourbillons de basse pression engendrent aussi la traînée. Le flux, une fois stabilisé, il existe une différence de vitesse et de pression entre l’intrados (basse pression) et l’extrados (haute pression) d’où la création de la portance. Le mécanisme d’instabilité est fondamental, il modifie le flux sur l’arrière de l’extrados mais ne modifie pas celui du bord d’attaque qui développe déjà une portance positive. Ainsi la portance est liée à la traînée, pas de portance sans traînée.

Remarques

• Léonard Euler a rédigé plus de 900 mémoires ! Au cours de sa vie, il perd un œil, puis le second à force de travailler sur ses équations, il dicte alors ses travaux à ses assistants !
• L’avis de Johan Hoffman & Claes Johnson sur la théorie de Kutta-Zhulovsky est un peu sévère ! Il ne faut pas oublier que cette théorie a été développée au début du 20ème siècle sans les outils de calcul et de simulation dont nous disposons aujourd’hui. La théorie de WK et NJ est le fruit d’observations faites en 2 dimensions comme celles qui peuvent être réalisées lors de l’expérience de la baignoire (voir « Théorie de la circulation ou Kutta-Jukowski »). Les outils d’alors ne permettaient pas d’avoir une vue d’ensemble du problème. Si JH et CJ sont très critiques envers la théorie de la circulation c’est peut être par ce que cette théorie est très prisée dans certains milieux scientifiques.
• Claes Johnson à interrogé de très nombreux spécialistes sur l’origine de la portance (La Nasa, Le Glenn Research Center, Bryon D. Anderson, Arvel Gentry, John D. Anderson, Eberhardt et Anderson …), malgré des relances certains ne répondent pas, d’autres répondent qu’ils ne veulent pas répondre, certains s’en tiennent à la théorie de Kutta Jukowski.
• Johan Hoffman & Claes Johnson, ont publié de nombreux livres et études dont certains sont disponibles sur internet. Par exemple : Computational Turbulent Incompressible Flow. (http://www.csc.kth.se/~jhoffman/pub/v4.pdf).

Computability and Adaptivity in CFD - The secret of Flight - Dream of Calculus – différents livres de Johan Hoffman & Claes Johnson

Oui mais
Les défenseurs de la théorie de Kutta & Jukowski pensent que le travail d’Hoffman & Johnson n’apporte rien de nouveau, et que la circulation est une réalité physique. Ils s’appuient, entre autre, sur le fait que pour mettre en œuvre les solutions numériques, il faut indirectement accepter la notion de circulation puisqu’il serait nécessaire de préciser que le système accepte la condition de Kutta, en précisant dès le départ que le flux quitte au bord de fuite. Pour eux, les calculs numériques sont trop souvent utilisés sans vérification expérimentale. L’utilisation de ce type d’outil nécessite une bonne compréhension de ce qu’ils peuvent ou ne peuvent pas faire, ce qui demande une grande expérience. De plus, un comparatif de différents programmes de simulation a montré que ces outils peuvent donner des résultats opposés en raison des différentes hypothèses choisies. Pour certains défenseurs de la théorie de la circulation, les écrits d’Hoffman & Johnson auraient surtout pour but de réfuter la théorie de circulation au moyen d’observations erronées. Hoffman & Johnson répondent que cette nouvelle théorie remplace la circulation par d’autres phénomènes physiques réels. Nous allons le voir dans les chapitres suivants, d’autres remarques peuvent être faites à propos de cette théorie.

Exemples de site qui développent cette explication
Knol
The Mathematical Secret of Flight – Johan Hoffman and Claes Johnson

IX – Kutta Jukowski  VS  Johnson & Hoffman

La théorie de Johnson & Hoffman ne laisse pas indifférents ceux qui « militent » pour la théorie de la Circulation. Sur certains blog, les discussions ne sont pas tendres… J’ai souhaité avoir l’avis de Claes Johnson et Johan Hoffman sur ces critiques. Voici donc leurs réponses…

• Critique sur la théorie de la portance développée par Claes Johnson et Johan Hoffman :
  Quant à la critique de notre théorie de la portance, j’ai lu sur le blog dont vous m’avez envoyé l’adresse, des discussions intéressantes. Elles l’illustrent que le problème n’est pas bien compris. Malheureusement, il y aussi une incompréhension de ce que nous essayons d’expliquer. Par exemple, il est dit que nous confondons la « vorticité longitudinale » avec la circulation….
• Critique sur le manque de vérifications entre les résultats obtenus par le traitement informatique d’un modèle mathématique et des tests plus classiques :
  Quant à notre méthode informatique, elle a bien été évaluée et comparée avec d’autre méthodes et résultats expérimentaux. Vous trouverez plus de documents universitaires grâce au lien ci-joint
  http://www.csc.kth.se/~jhoffman/Johan_Hoffman_KTH/Publications.html

Remarques

• En l’an 2000, le Clay Mathematical Institute, a listé 7 problèmes dont la résolution sera récompensée d’un prix de un million de dollars chacun ! La résolution des équations de Navier Stokes et un des 7 problèmes listés ! Ces équations sont censées décrire le comportement des fluides et sont utilisés dans de nombreux domaines : simulations du comportement de grandes structures, ponts, bâtiments… écoulements autour de véhicules, trains, auto…, mais ces simulations sont basées sur une stratégie de résolution approchée de ces équations ! Le Clay Mathematical Institute se demande si 4 points particuliers relatifs à ces équations, peuvent être prouvés…
• Alors que je peaufinais ce « papier », notre bon Dr Goulu, m’a signalé la présence d’un article dans « Pour la Science » du mois de mai 2011. Article qui remettait en question les équations de Navier Stokes ! Afin d’essayer de savoir si la position de son auteur, Thomas Sonar, remettait en question la théorie Johnson & Hoffman, j’ai l’ai contacté ainsi que Claes Johnson et Johan Hoffman. Thomas Sonar ne connaissant pas les travaux de Claes Johnson et Johan Hoffman, il a préféré ne pas se prononcer sur leur théorie et sur le fait que ses écris puissent la remettre en question. Johan Hoffman pense que la critique faite aux équations de Navier-Stokes, est liée à l’incapacité à prouver l’existence de l’unicité de la solution. Pour lui, l’existence de la « solution faible » (prouvée par Jean Leray 1934) est suffisante pour calculer des valeurs moyennes. Ce qui, toujours d’après Johan Hoffman, est dans le cas général de l’écoulement turbulent, la seule chose que l’on peut espérer obtenir de toute façon ! En fait, comme noté dans la première remarque, la critique des équations de Navier Stokes concerne des points particuliers qui ne remettent pas en cause le fait que c’est, le meilleur outil pour simuler des écoulements.

X – Théories non développées

The ugly theory !
Je n’ai pas parlé d’une théorie assez intéressante que j’ai découverte dans le livre de Ray Vellinga, « Hydrofoils, design, Build, Fly ». Elle concerne les hélicoptères et est très sympathique ! « They are so ugly, the earth repels them » / Ils sont si moches, la terre les repousse » 

La théorie d’Aristote
Au 4ème siècle avant JC, Aristote pensait que le déplacement d’un corps dans l’air découlait du fait que ce corps était poussé par derrière par le flux d’air qu’il avait préalablement « ouvert ». Comme les contractions musculaires péristaltiques qui propulsent les aliments dans l’œsophage ou les intestins (voir une pompe péristaltique).

XI – Pour essayer d’y voir plus clair !

Me voilà bien avancé ! J’ai essayé de présenter les différentes théories que l’ont peut trouver sur le net et dans la littérature (peut être pas toutes, mais déjà un certain nombre). J’ai trouvé des critiques pour l’ensemble des théories avancées. J’ai essayé de démêler le « faux du vrai ». Pourtant je n’ai pas vraiment de certitude. Il fallait donc passer en incidence négative et plonger encore plus profondément dans le sujet ! Comment ? En faisant appel à des pro. (et qui ne sont pas liés à Claes Johnson & Johann Hoffman). Tout d’abord Daniel Charles, architecte, historien, écrivain, journaliste… mais aussi Damien Lafforgue architecte naval auteur d’une étude sur l’aérodynamique des voiles, Rémi Laval Jeantet, célèbre docteur ingénieur aéro-hydrodynamicien qui a travaillé sur de très nombreux projets prestigieux, Yann Roux, docteur en mécanique des fluides qui a créé en 2003 la société K-EPSILON (un des leaders en simulation numérique dans le domaine maritime). Ils m’ont tous très gentiment répondus, et souvent longuement. J’aurai pu retranscrire nos échanges et vous laisser vous faire votre opinion à partir des éléments collectés. J’aurai pu en effet. Au risque de mal interpréter leurs propos, j’ai préféré réaliser une synthèse ! Déjà par ce qu’il faut savoir ce mouiller (c’est la moindre des choses pour un accro. du foil). De plus, le but de ce blog n’a jamais été de réaliser des copier / coller.

Ces différents spécialistes, considèrent que la théorie de Kutta Jukowski n’est qu’un artifice de modélisation de la portance pour traduire en termes mathématiques une réalité physique : la contrainte de non-contournement du bord de fuite. Rémy Laval Jeantet a une approche très très intéressante des phénomènes associés à la portance. Lors de modifications de la vitesse ou de l’incidence, il existe bien un tourbillon longitudinal parallèle au bord de fuite qui s’échappe de celui-ci : c’est le fameux tourbillon d’initiation de portance. On peut considérer que ce qui alimente ce tourbillon parallèle à l’aile, ce sont bien de microscopiques tourbillons perpendiculaires, qui correspondent à l’enroulement des filets de couche limite (voir Claes Johnson et Johan Hoffman). Il n’y aurait donc pas d’incompatibilité entre les visions de Kutta Jukowski et Claes Johnson – Johan Hoffman mais une complémentarité ! Toutefois, la circulation, comme énoncé plus haut, ne serait qu’une traduction mathématique et non une réalité physique. Yann Roux pense qu’expliquer la portance à partir de « KJ » ou « JH », c’est déjà partir de conditions définies : imposer le fait que la ligne de décollement se situe sur le bord de fuite. Pour se faire, il faut rajouter un élément : circulation ou tourbillons perpendiculaires à l’aile. Pour appuyer le fait que ces théories sont « simplificatrices » (modélisation d’une plage réduite de conditions), il suffit de spécifier que dans le cas d’un profil se déplaçant dans un fluide très visqueux, à très bas nombre de Reynolds, il y a contournement du bord de fuite par le fluide ! Dans la majorité des cas, nous sommes rarement dans une situation parfaite, il y a un minimum de décollement du flux. Décollement dont l’amorce remonte, suivant les conditions (incidences, vitesse…), sur l’extrados. Après discussion avec Daniel Charles, il semble qu’il n’existe réellement que deux grandes théories basées sur les travaux de Bernoulli et celle de Newton ! Comme vu plus haut, les « théories » de la circulation (Kutta Jukowski) et celle d’Hoffman & Johnson ne seraient, que des solutions pour expliquer un point particulier : pourquoi la ligne de recollement des flux sur l’extrados recule sur le bord de fuite. Le vrai débat est en fin de compte le suivant : la portance est elle liée à la sous vitesse sur l’intrados ou la sur vitesse sur l’extrados (Bernoulli) ou au fait que le flux est dévié par le foil (3ème loi de Newton, action/réaction) !

Nous l’avons vu, les « Oui mais » de la théorie basée sur le théorème de Bernoulli (voir : II – L’explication populaire) sont suffisamment importants pour que cette théorie soit écartée. Il nous reste donc la « théorie de l’écope ». J’avais aussi placé des « Oui mais » pour cette dernière. Il reste donc quelques zones d’ombres que j’aurai bien voulu éclaircir, comme pourquoi le fluide va plus vite sur l’extrados… ?

XII – Portance « sur l’eau »

Les moteurs de nos engins sont pour la grande majorité des bouts de tissus qui prennent la forme de l’extrados d’une aile et génère de la portance alors que l’intrados a la même forme. Nous sommes bien souvent éloignés du profil « théorique » d’une aile et pourtant cela fonctionne ! Nous l’avons vu, une aile plate fonctionne aussi ! Le fait d’avoir une aile courbe, sans « définition spécifique » de la forme de l’intrados, permet déjà d’améliorer la force de portance. Sous la surface nos engins sont aussi équipés d’ailes qui génèrent des portances ô combien importantes alors qu’ils ont un profil le plus souvent symétrique avec un très petit angle d’attaque. Sans eux nous dériverions dans l’axe du vent ou presque.

Lors de cette « étude », j’ai surtout découvert des informations liées à la portance des ailes aériennes. Beaucoup moins sur les possibles théories de la portance appliquées aux voiles et appendices d’engins évoluant sur l’eau. C’est vrai qu’il y a déjà beaucoup à faire dans l’étude des interactions entre voiles ou de celles entre appendices et voiles. L’étude de la portance sur un engin nautique, mériterait un article ou plutôt des articles !

Petit état des lieux des théories avancées dans la littérature spécialisée « voile » :

• Je pensais en me replongeant dans le livre « Aérodynamique du voilier et l’art de gagner des régates » écrit en 1925 par Manfred Curry alors qu’il n’avait que 18 ans, que j’allais trouver une explication de la portance. Mais que nenni !
• Dans the « 40 knots Sailboat », en 1963, Bernard Smith élude la question !
• Il semble qu’il faille attendre les travaux d’Arvel Gentry de 1969 à 1971 pour que la théorie basée sur le temps de transit équivalent (explication populaire basée sur le théorème de Bernoulli) soit remise en question. Arvel Gentry, qui se basait sur les travaux de Kutta-Jukowski, est un spécialiste en aérodynamique qui a travaillé 40 ans à la NACA, chez Lockheed, McDonnell Douglas, Boeing, ainsi que pour plusieurs campagnes américaine de l’America’s cup. Même si la théorie de Kutta Jukowski sur laquelle se base les nombreux travaux et articles d’Arvel Gentry est remise en questions par Johnson et Hoffman, il est indubitable que ses recherches ont fait avancer la compréhension des phénomènes qui entoure les voiles et profils des appendices des voiliers.
• 1973, parait Design for Fast Sailing, de Edmond Bruce et Henry A. Morss, les auteurs étudies de façon très poussée les facteurs influents sur la vitesse mais sans aborder l’origine de la portance
• En 1979, le célèbre « Aero-Hydrodynamics of Sailing » de CA Marchaj utilisait, avec de superbes illustrations, la théorie de Kutta et Zoukowski. Les chapitres consacrés à la portance étaient, semble t’il, en lien avec les travaux réalisés par A Gentry
• En 1979, Pierre Gutelle dans son « Architecture du voilier tome 1 » (qui pour moi à un peu trop lu le livre de Marchaj), optait lui aussi pour la théorie de la circulation
• 1979 toujours, dans « High speed sailing », Joseph Norwood aborde de nombreux points très intéressants sur les paramètres influents sur la vitesse, mais rien sur l’origine de la portance !
• En 1998, Dominique Paulet et Dominique Presles ne s’étendent pas sur la question dans « Architecture navale – Connaissance et pratique » mais évoques des notions plus proches de la théorie de théorie du temps de transit équivalent ou théorie populaire que de la circulation ou d’une autre théorie…
• 2003, Bryon D. Anderson édite The Physics of Sailing, dans lequel il développe la théorie basée sur le 3ème loi de Newton (voir, entre autre, schéma via article « Physics Sailing » paragraphe VII)
• En 2008, Claes Johnson et Johan Hoffman publient « The secret of Flight » et vous avez vu ou lu ce qu’ils pensent de l’origine de la portance.
• Un an plus tard en 2009, CJ et JH écrivent « The secret of sailing »…
•  En 2010 Ray Vellinga opte pour la théorie de l’écope dans son livre « Hydrofoils, design, Build, Fly » et fait aussi référence à la théorie la « Ugly theory » !
• Toujours en 2010, dans le livre « Physics of sailing », John Kimball base toujours ses explications sur Kutta Jukowski
• Bref, que ce soit, sur ou sous l’eau, ce n’est pas plus clair que dans les airs !

Remarque
J’ai lu que la théorie de la circulation, qui met en évidence ce qui se passe sur le bord de fuite, permettrait d’expliquer le fait qu’il y ait un temps de réponse entre une modification de vitesse ou d’incidence et la création de la portance. Des tests réalisés en conditions instables (changement de l’angle d’attaque), ont montrés qu’il faut 6 fois la longueur de la corde d’un profil, avant que la portance maximale ne soit regagnée. Cela explique pourquoi un bateau avec un gouvernail à faible allongement (donc une forte corde) répond moins vite qu’un second de même surface avec un fort allongement. Idem pour les voiles avec plus ou moins d’allongement ! Mais cette remarque ne s’applique pas seulement à cette théorie. Celle de Claes Johnson et Johan Hoffman peut aussi expliquer pourquoi il faut un certain temps pour que l’équilibre se mette en place. D’ailleurs celle de l’écope ou de Newton, qui cherche plus à donner une explication globale plutôt qu’à définir ce qui se passe en un point particulier du plan, n’exclut pas ce fait, elle ne l’explique pas, c’est tout !

XIII – Conclusions

Je vous laisse faire votre propre choix dans cette collection de théories… Vous avez peut être deviné celle qui me satisfait le plus ?

Eteignez vos appareils électroniques et conservez votre ceinture attachée jusqu’à l’arrêt complet de l’appareil. Le commandant de bord et tout l’équipage de ce vol « Foilers Airline » ont été heureux de vous accueillir à bord de ce blog volant et espère vous revoir très bientôt.

Pour ceux qui ne connaîtraient pas bien « Foilers ! », ce blog est là pour échanger et si besoin compléter ou critiquer les articles, en tout cas les miens (je rappel que le mot critiquer peut aussi être utilisé pour exprimer des avis positifs !). Donc n’hésitez pas à intervenir…
L’hôtesse « Frédérica » vous attends aux pieds de la passerelle et essayera de répondre à toutes vos questions et remarques (j’ai bien dit, elle essayera !!)…

Remerciements

Philippe Guglielmetti
Xavier  Labaume
Claes Johnson
Johan Hoffman
Damien Lafforgue
Rémy Laval Jeantet
Yann Roux
Daniel Charles

Pour ceux qui arrivent ici par hasard (j’ai vu de la lumière…), bienvenu. Ce qui suit peut difficilement être lu sans passer par la partie 1/3 !

Pour les accro, les drogués du foil qui suivent les articles de « Foilers ! », je sais, il était temps ! Ce n’est pas de ma faute mais de celle d’une grande entreprise productrice de PC qui a utilisé un modèle de carte graphique frelaté !

Rappel, du sommaire

Partie 1/3

I – Introduction

Sommaire

Un monde ailé

Théories et théoriciens….

Air & eau ?

II – Théorie basée sur l’effet ricochet

III – L’explication populaire

IV – Théorie basée sur l’effet Venturi

Partie 2/3 (vous êtes ici !)

V – Théorie basée sur l’effet Coanda

VI – Théorie de la circulation ou de Kutta & Jukowski

VII – Théorie de l’écope ou de Newton

Partie 3/3

VIII – La théorie de Hoffman & Johnson

IX – Kutta Jukowski  VS  Johnson & Hoffman

X – Théories non développées

XI – Pour essayer d’y voir plus clair !

XII – Portance « sur l’eau »

XIII – Conclusions

Remerciements

V – Théorie basée sur l’effet Coanda

Cette théorie suggère que la portance, est liée à l’effet Coanda. Effet mis en évidence et décrit par l’Ingénieur Roumain Henri Coanda, que certains surnomment le père de l’aviation à réaction. Dans certaines conditions, un flux d’air ou d’eau qui se déplace à proximité d’une surface courbe adhérera à cette surface et la suivra. L’argument principal de cette théorie, est que si le fluide change de direction, alors il doit exister une force extérieure qui explique ce déplacement. Il nous ait ensuite expliqué que cette force est liée à la combinaison de la différence de pression et à la viscosité du fluide.

Pour en revenir à l’effet Coanda, lorsque l’on cherche à déterminer l’origine de ce phénomène, on découvre beaucoup d’expériences qui permettent de le visualiser, mais pas ou peu d’explications ! L’effet Coanda semble être une combinaison de deux facteurs : les efforts de frottement à la surface et la viscosité du fluide. La tension superficielle, ou les forces de Van Der Walls, ralentissent le fluide à son interface avec l’aile et conserve la couche limite en contact avec la surface. La viscosité du fluide permet la cohésion entre la couche limite et le reste du fluide. Bien entendu, ceci n’est valable que dans une certaine plage de conditions : viscosité, vitesse, courbure…

Expériences

Il suffit de disposer un verre ou une petite cuillère sous un robinet, de façon a ce qu’un filet d’eau touche la partie bombée de l’objet, pour voir le liquide suivre la surface de l’ustensile. Il existe aussi une autre expérience, très facile à réaliser, celle de la feuille de papier légèrement courbée, tenue entre 2 doigts, et au dessus de laquelle on souffle. Si on souffle fort, le papier s’élève.

Représentation effet Coanda – photo F Monsonnec 01/2011

Oui mais

Nous savons que pour qu’il y ait effet Coanda, il faut que la forme soit convexe, pourtant une plaque plane est capable de produire de la portance !

Bien que d’autres théories plus abouties intègrent l’effet Coanda dans l’explication de la portance, ce seul effet ne peut pas expliquer ce phénomène.

D’après cette théorie, si la viscosité est modifiée la portance est proportionnellement modifiée. Toutefois en réalité, le niveau de portance produit par une aile est indépendant de la viscosité (sur une importante plage).

Cette théorie, seulement basée sur l’effet Coanda, néglige le fait que l’aile augmente la vitesse du fluide à son voisinage et ne tient compte que de la vitesse relative du fluide donc à une certaine distance du profil. De ce fait, les partisans de cette solution obtiennent des résultats environs 10 fois plus faible que la réalité.

Remarques

• L’expérimentation par Henri Coanda du premier moteur à réaction ne manque pas de piquant (ou de chaleur !). 20 ans après cet essai, Henri Coanda compris ce qui s’était passé lors de son premier essai de moteur à réaction, et durant 35 ans, il étudia ce phénomène et déposa de nombreux brevets !

• Ahhh l’effet Coanda !!! C’est lui le responsable de votre énervement, le matin lorsque que vous donner à boire à votre table au lieu de remplir votre tasse de café ! J’ai dernièrement eu l’occasion de voir en action un petit dispositif anti effet Coanda. Un petit disque en plastique souple (diam75 mm, épaisseur 190µ) qui était vendu 1.5€ pièce. Ce qui pour la petite histoire fait 1390€ le kg soit le prix du Caviar Petrossian et 3 fois le prix de la Truffe !  Bon prix pour un vulgus assemblage par lamination d’un film Polyéthylène (une face imprimée « cello-émail », une face aluminisée). Ce prix m’a titillé ! Par curiosité, j’ai trouvé le prix de vente fabricant, 0.5€ pièce (pour 5000 commandées), soit 470€/kg. Prix de revient estimé, entre 5 et 10€ /kg (je travaille dans la fabrication de films). Bref, belle niche ! Dans le même style, il existe aussi un système anti effet coanda qui utilise l’effet venturi pour aérer le vin et donc limiter le temps de d’aération (Vinoair) !

Drop stop, dispositif anti effet Coanda - photo F Monsonnec 06/2011

Exemples de sites développant cette explication

Centre de planeur du Sénonais

Lamap

VI – Théorie de la circulation ou de Kutta & Jukowski

Les premières recherches effectuées dans le but de quantifier la portance ont été réalisées sur la base d’un fluide parfait. Nous allons le voir, cela a amené les chercheurs devant une incompréhension puisque leurs travaux ne rejoignaient pas les observations. Pour bien comprendre cette théorie, et ce que le fluide nous cache (!), il est judicieux de partir de cette même hypothèse. La simulation du flux d’un fluide parfait – incompréhensible et sans viscosité – autour d’une plaque de faible épaisseur montre que pour ces conditions, il existe deux lignes de séparation du flux (appelé aussi ligne de stagnation et point d’arrêt, lorsqu’il s’agit du point sur le plan). Une ligne sur l’intrados un peu en dessous du bord d’attaque, la seconde (qui pourrait être appelée ligne de jonction), sur l’extrados un peu au dessus du bord de fuite. Cette simulation montre surtout que les lignes d’écoulement sont symétriques par rapport au plan. Les forces de pression des deux côtés de la plaque sont identiques, sans portance et sans traînée ! Ce résultat, est bien entendu, totalement à l’opposé de la réalité. Là où « le bât blesse », c’est que nous sommes partis de l’hypothèse que la viscosité du fluide était nulle. Cet écart entre la théorie de l’époque (18ème siècle) et la réalité porte le nom de son découvreur, le paradoxe d’Alembert.

 Dans les écoulements réels, des perturbations apparaissent à l’arrière du solide (sillage). L’origine de ces perturbations est la viscosité des fluides réels. Sans viscosité, pas de traînée. C’est grâce aux travaux de W. Kutta et N. Jukowski au début du 20ème siècle, que le mystère s’est éclairci : il existerait un phénomène autour du profil nommé circulation. A noter que Kutta et Jukowski sont arrivés aux mêmes conclusions alors que leurs études ont été réalisées par des voies indépendantes. Quelques années plus tard, en 1918, le physicien allemand Prandtl (que certain appelle le père de la théorie moderne de la mécanique des fluides et à qui on doit la notion de couche limite), a donné une description plus complète de cette possible circulation (d’après les Anglais, c’est Frederick William Lanchester, qui a travaillé sur ce point avant Prandtl). La circulation apporterait l’élément manquant pour comprendre comment se développe la portance. A noter que cette théorie de la circulation avait déjà été évoquée par Robin puis par Magnus.

Que propose la théorie de Kutta-Jukowski ? Lorsqu’un corps symétrique à forme lisse, comme par exemple un plan de section ovale, se déplace dans un fluide avec une incidence positive, il y a deux points d’arrêt. Le premier près du bord d’attaque sur l’intrados, le second sur le bord de fuite de l’extrados (comme notre plaque dans un fluide parfait, voir ci-dessus). La circulation est nulle, la portance aussi. Maintenant, d’après WK et NJ, si un profil avec un bord de fuite aigu se déplace dans un fluide avec une incidence positive, les deux points d’arrêt se trouvent au départ dans les mêmes positions que précédemment. Quand le fluide qui passe sous l’intrados atteint le bord de fuite, il doit contourner celui-ci pour aller vers le point d’arrêt situé sur l’extrados. En raison du rayon de courbure nul du bord de fuite, la vitesse du flux devrait être localement infinie. Ce qui est bien entendu impossible.

Contournement du bord de fuite par le flux - livre CA Marchaj Aero-Hydro of sailing

Le bord de fuite aigu génère toutefois une vitesse élevée qui se transforme en un tourbillon initiateur. Telle la roue dentée d’un engrenage, le tourbillon entraînerait par viscosité le fluide avoisinant, générant une « circulation » autour du plan. La circulation du tourbillon initiateur serait équilibrée par celle du tourbillon attaché au plan (qui tourne en sens inverse). D’après la théorie de Kelvin, la circulation autour d’une courbe fermée doit rester nulle. Lorsque le premier tourbillon croît, le second croît dans les mêmes proportions, ce qui déplace le tourbillon initiateur vers le bord de fuite où il quitte le profil avant d’être dissipé : l’équilibre est atteint (l’influence du tourbillon initiateur devient négligeable). La circulation Γ autour du profil s’adapterait constamment de telle sorte que la condition de Kutta-Jukowski reste vérifiée.

Création puis déplacement du tourbillon initiateur - livre CA Marchaj Aero-Hydro of sailing

A chaque évolution de l’incidence ou de la vitesse qui modifie la circulation, un nouveau tourbillon initiateur se forme et se détache du profil. Ces tourbillons bien réels, permettraient d’obtenir un nouvel équilibre de la circulation. Cela reviendrait à ajuster la circulation de manière à permettre à la ligne de courant de s’échapper du profil en partant de sa pointe sans que celle-ci soit contournée.

Création d’un nouveau tourbillon variation soudaine d’incidence de 15° (German war report institute of Gôttingen)- livre CA Marchaj Aero-Hydro of sailing

Le déplacement du point d’arrêt jusqu’au bord de fuite stabilise l’écoulement. Sur l’extrados, la vitesse du plan et la circulation s’ajouteraient. Sur l’intrados la circulation serait opposée à la vitesse du profil. La circulation autour du profil se traduirait par des vitesses plus élevées sur l’extrados, que sur l’intrados, d’où des pressions plus faibles donc par la portance (voir théorème de Bernoulli).

Expérience

Remplir une baignoire de10 cm d’eau et saupoudrer la surface de talc ou de poivre (cela doit fonctionner avec d’autres poudres, mais éviter celle de Colombie sous peine d’effets secondaires !). Découper ensuite un rectangle de 10 x15 cm dans une matière rigide (carton…), que vous cambrez légèrement. Déplacer la plaque cambrée, le « plan », de la droite vers la gauche de la baignoire. Vous pourrez alors observer : la création du tourbillon initiateur, le détachement du tourbillon initiateur, le fait que l’eau en avant du profil s’incurve vers le haut pour passer au dessus du profil. A environ30 cmde l’extrémité de la baignoire vous pouvez retirer le plan de l’eau et la circulation apparait !!!!!!

Vous l’aurez remarqué, si vous avez ouvert cette vidéo, mes essais de visualisation de la circulation ne sont pas très nets. Mais une vidéo trouvée sur le net est plus explicite (mais ne montre pas de tourbillon initiateur !)

Comment résumer cela ?

De part sa forme (bord de fuite tranchant), un profil disposé avec une certaine incidence « oblige » le flux à se positionner de manière à ce que la ligne de séparation des flux venant de l’intrados et de l’extrados se place au niveau du bord de fuite. Ce déplacement est lié au développement d’un tourbillon généré, au démarrage, par le flux qui contourne le bord de fuite. Ce tourbillon fait naître un second tourbillon centré sur le plan. Ces deux tourbillons donnent naissance à un phénomène de circulation autour de l’aile qui permet d’obtenir un équilibre du système. Le flux, une fois stabilisé, il existe une différence de vitesse et de pression entre l’intrados (basse pression) et l’extrados (haute pression) et donc création d’une portance.

Remarques

• D’après cette théorie, la portance est donc intimement liée au caractère anguleux du bord de fuite. Mais cela fonctionne aussi avec des profils aux deux extrémités aigues comme ceux utilisés sur Mayfly, Icarus… (profils lenticulaires)
• Pourquoi, alors que les pionniers de l’aviation n’étaient pas au courant de l’existence de ces phénomènes et de l’importance de la forme du bord de fuite, les premiers profils ont été réalisés avec un bord de fuite en « pointe » ? Sûrement par ce que leurs travaux découlaient de l’observation de la forme des ailes d’oiseaux…comme ceux d’Otto Lilienthal ! Et les ailes étaient de simples parois comme nos voiles en tissus (enfin sauf pour ceux qui tournent déjà à la voile épaisse : kites…).

• Jean Le Rond D’Alembert, découvreur du fameux paradoxe qui porte son nom, fut abandonné à sa naissance par sa mère (une marquise). Son père, commissaire d’artillerie, veilla sur lui à distance. Il tient son prénom au fait qu’il a été abandonné sur les marches de l’église parisienne de Saint Jean le Rond. En plus de ses travaux de mathématique et physique, il se lança avec Diderot dans la rédaction de « L’Encyclopédie ou Dictionnaire raisonné des sciences, des arts et des métiers ».

Oui mais

Et bien, il y a plusieurs « Oui mais », qui sont pour certains développés dans une des théories suivantes. Lorsque j’ai essayé de comprendre cette théorie, la partie la plus difficile à intégrer était la notion de circulation. Notion difficilement visualisable… Certaines sources, présente la circulation comme une sorte de courant circulaire autour du plan porteur. D’autres expliquent que la vitesse de chaque particule est proportionnelle à sa distance avec le centre de la circulation (située au niveau du plan porteur). La circulation pourrait donc être présentée comme le produit de V (la vitesse) par D (la distance) des molécules. Ce calcul tiendrait compte du sens de l’écoulement et la circulation pourrait être « visualisée » autrement que comme un courant circulaire dans lequel s’inscrit le plan porteur. Mais cette fameuse circulation reste tout de même assez abstraite… Pour certains, la notion de circulation ne serait qu’un artifice mathématique développé pour que la solution des équations soit correcte ! Ils avancent qu’il n’existerait pas de mécanisme physique qui expliquerait ce phénomène et d’observations pour prouver qu’il existe réellement un flux se déplaçant à contre-courant sur l’intrados !

Exemples de site qui développent cette explication

Nasa

Page Wikipédia

Galileo

Bugman

Très très belles animations, cette version du site de Paul Nylander a été transformée en version WordPress, qui est bien plus esthétique, par notre bon docteur Goulu !

MIT

Très belles animations

Densmore

Bonnet Allan

Onomètre

AV8N

Inter action

Très beaux dessins et animations

Liens spécifiques voile

Sailing Science

Les voiles : de l’expérimental au numérique

Arvel Gentry

Camaret plaisance

VII – Théorie de l’écope ou de Newton

Cette théorie plus récente, et mise en avant (entre autre) par David Anderson et Scott Eberhardt, fait appel à la notion « d’écopage » du fluide. Elle est aussi appelée théorie du flux descendant (traduction personnelle de Downwash) ou théorie basée sur la 3ème loi de Newton. Le fluide qui passe autour d’une aile, disposée dans le flux avec une incidence positive, est dévié vers le bas. Cette déviation du fluide est générée par l’intrados, mais aussi par l’extrados ! En contournant la partie supérieure du profil, et en raison de sa viscosité, l’air ou l’eau en contact avec le profil, entraîne avec lui les couches supérieures du fluide. Nous l’avons vu, ce phénomène s’appel l’effet Coanda. Dans le domaine du plus lourd que l’air, certains utilisent le terme « d’écope » ou de « pompe » pour décrire le phénomène généré par un plan porteur. Pour éviter la formation de vide derrière l’obstacle (dans certains cas, la nature a vraiment horreur du vide !), une certaine quantité de fluide est « tirée » et accélérée du haut (partie située au dessus du profil) vers le bas (derrière le profil). Le travail nécessaire pour faire descendre et accélérer les molécules (qui ont une masse) expliquerait donc la portance : le déplacement des molécules situées au dessus du plan occasionnant une dépression donc « l’aspiration » du plan porteur. D’ailleurs, ce déplacement d’une certaine quantité de fluide vers le bas est logique puisque la portance occasionne un déplacement du plan porteur vers le haut, il faut bien qu’une partie du fluide soit dirigée vers le bas (d’où l’appellation par certains de théorie de Newton : action / réaction).

Un bon moyen pour expliquer cette théorie, est peut être une explication par l’absurde (merci Xavier). Si l’air ne suivait pas le contour du profil, une poche de vide se créerait derrière celui-ci. D’ou la création d’une dépression qui attirerait les molécules présentes au dessus du plan pour combler la poche de vide ! La dépression sur la partie arrière du profil dévierait donc le flux. Mais nous l’avons vu, le fluide suit bien les contours du plan porteur, ce qui génère un déplacement des molécules et la portance. Certains pourraient me rétorquer : « d’accord pour la partie en arrière du point d’épaisseur maxi, mais que se passe t’il avant ? ». Le plan se déplace à une certaine vitesse dans l’air ou l’eau. Avant d’arriver sur l’aile, une portion du fluide est déviée vers le haut, en raison de la présence d’une zone de surpression sur l’intrados. Cette zone de dépression au dessus de l’aile, renforce ce phénomène, ainsi que le mouvement aval des molécules crée une dépression qui attire et accélère les molécules en amont.

Déflexion du flux derrière un avion – photo Paul Bowen (http://airtoair.net/gallery/gallery-vortices.htm)

Remarques

• Luc Armand, l’auteur de l’Aile d’eau, et qui est un adepte de cette théorie, utilise un terme le terme « déviateur », dont il peut sûrement revendiquer la paternité. C’est un terme imagé qui convient très bien à la compréhension du phénomène.
• Plus l’incidence est importante plus « l’obstacle » est grand, donc la déviation du fluide aussi (avec une certaine limite : le décrochage). L’incidence est un élément important dans la création d’une portance, mais elle n’est pas obligatoire ! Un profil asymétrique génère de la portance même à incidence nulle. Il faut d’ailleurs le caller en incidence négative pour que la portance soit nulle, c’est son angle d’incidence neutre.
• La portance d’une aile serait donc proportionnelle à la quantité de fluide déviée vers le bas. Les avions de voltige volent tête en bas avec une forte incidence et leurs ailes sont symétrique ou presque, ils n’ont donc même pas besoin de cabrer leurs volets de bord de fuite pour générer le d’incidence ou de la portance (sauf à faible vitesse).
• Newton à qui on doit de très nombreuses découvertes physiques, avait aussi son jardin secret, son grain de folie, puisqu’il a aussi « tâté » à l’alchimie (il appartenait à une société clandestine), et s’est essayé à la transmutation du mercure, à la divination en prédisant la fin du pouvoir des papes en 2060. Il alla même jusqu’à avaler du mercure pour réaliser des expérimentations chimiques… !
• J’ai trouvé un intéressant article de Bryon D. Anderson qui développe cette théorie et qui contient un schéma qui décrit cette explication de la portance, appliquée au fonctionnement d’un voilier. Je l’ai un peu modifié et surtout traduit en français.

Oui mais

Et bien il semble une nouvelle fois que l’explication soit incomplète car d’autres théories existent. Bien entendu, cette explication est satisfaisante même pour un avion qui vole sur le dos. Pourtant, mêmes s’il est indéniable que le fluide est dévié vers le bas, cette théorie ne serait, d’après ceux qui la critique, pas suffisante pour expliquer certains phénomènes (effet de sol…). Elle ne permettrait pas de quantifier la portance, juste d’expliquer ce qui se passe autour de l’aile. Elle n’expliquerait pas ce qui se passe, par exemple, sur le bord de fuite… Autre question, pourquoi le fluide va plus vite sur l’extrados… ?

Exemples de site qui développent cette explication

Figer

TPE avion

Meat School

Laus des himmels

Liens spécifiques voile

Science UNSW

Wikipedia

Answer.com

Physics of a Sailboat

Aero shape

Steadywinds

Physics Sailing

A suivre…

Je vous propose de découvrir la prochaine partie dans quelques semaines…

Mais vos premières remarques sont les bienvenues.

Voici un extrait :

Le Musée du louvre reçoit 8,5 millions de visiteurs chaque année. Ce blog a été visité environ 100 000 fois en 2011. Si c’était une expo au Louvre, il faudrait à peu près 4 années pour qu’autant de personnes la visitent !

En cliquant ici vous découvrirez l’intégralité de ce rapport…

Les auteurs “installés” ou occasionnels, se joignent à moi (enfin je l’espère !!!) pour remercier l’ensemble des lecteurs pour leurs visites.

J’espère que l’année 2012 sera intéressante “foilerement” parlant…

J’en profite pour rappeler que, vous lecteurs, vous êtes cordialement invités à participer à la vie de ce blogue. Que ce soit pour critiquer positivement ou négativement, mais aussi pour proposer des billets…

Bonne année 2012 à “Foilers !” et à ses lecteurs !

Fred pour “Foilers”

1 – Record du monde de vitesse

C’est bon, pas la peine de travailler à la mise au point de votre engin révolutionnaire, j’ai fait péter le record et pas qu’un peu. Bon dommage c’est un record non officiel, il n’y avait pas le WSSRC.

Mon record !

Bon OK, c’était en TGV, mais c’était pour aller au salon nautique, ça ne compte pas ? Oooh faut pas être tatillon !

2 – Foils

Mirabaud au Nautic 2011

Tel Tintin (avec moins de cheveux), je suis monté à la capital appareil photo en bandoulière, pour voir si je pouvais trouver du plan porteur à la « grand messe ». Sur Voile News, Thomas Jundt, fait un premier bilan du gréement aile.

Mirabaud Nautic 2011 - photos F Monsonnec

Proto au 1/3

Salon toujours, quelques images du proto au 1/3 remonté au sein de l’asso. Eric Tabarly par un des auteurs de ce blog.

Proto hydrofoil 1976 – photos F Monsonnec

Sans oublier la maquette au 1/20 qui à permis la réalisation de ce proto.

Proto 1/20 – photos F Monsonnec

Sodebo

Plutôt que d’avancer les foils, l’équipe va faire avancer les flotteurs donc les foils. Intéressant article sur le sujet, sur le site du sponsor.

Pour ne pas passer à côté des messages des lecteurs

• Daddy long leg’s ou C-Fly

J’en avais parlé dan la Ptites News 12+1, Doublemexpress a signalé cette vidéo dans la Ptites News 22. Voici le site.

• Olivier nous a signalé le lien vers la page de cet avion équipé de foils que nous avons sûrement déjà évoqué sur Foilers.

Voici l’AKOYA de LISA Airplane, dont le déjaugeage est assisté par de petits hydrofoils. Olivier faisait remarquer que l’on a déjà vu ce type de foils sur des prototypes anciens. En effet, on peut cité par exemple les travaux de Grunberg vers 1937, j’en avais parlé dans « Historique des systèmes mécaniques de régulation 1/3 » et que l’on peut visionner en action dans cette vidéo.

Laird

Sûrement les premières images de Laird Hamilton sur un « surf à foil ».

Gros délire…

Après le bateau, le surf, le…. le vélo…

Moteur

Superbe et très ancienne vidéo d’un Coast Guard américain Grumman monté sur foil en T.

Foils en T

J’avais il y a bien longtemps commencé à phosphorer sur les foils en T à volets, je ne suis pas le seul (non, sans blague !) voici une bonne idée !

L’Hydroptère CH

Voici une belle vidéo de la bête

DCNS et l’Hydroptère, suite

Luc Alphand privé de60 pieds, le bateau sera vendu, va poursuivre son apprentissage sur l’Hydroptère… Lu dans le Télégramme.

3 – Gréement aile

PAV

Si les plancheux se mettent au gréement épais, alors…

Voile épaisse

Très beau blog qui reprend les articles sur les voiles épaisses

4 – Pas de foil

Bouteille

Bon d’accord, vous allez me dire, hé ho, Foilers vire blog de mémère qui raconte sa vie et ses passions. On est plus dans le foil, il faut se ressaisir ! Bon OK, mais j’aime bien les bateaux en bouteille, peut être pour le liquide qu’elles contenaient avant ? Voici un site intéressant…

Vous savez ce qu’est un multicoptère ?

Ce n’est pas un trimaran sur lequel on aurait installé une turbine et des pales d’hélico. Ce n’est pas non plus un multi du Léman transporté par un Sikorski ! C’est c’est (voici aussi le site)…

Robot volant

Amoureux du vol et de la technique… il “faut” visionner cette vidéo (merci Claude Tisserand).

Le plus petit V12 du monde !?

C’est en fait un moteur à air comprimé car le flexible alimente un à un les cylindres. C’est toutefois de la très belle ouvrage !

A bientôt, bonnes fêtes, j’espère que le vieux barbu va être sympa avec vous, un foil, du carbone, le bateau à foils de Gi Joe…