PréambuleCe chapitre va nous permettre d’expliquer et, souhaitons le,

de comprendre comment un bateau se déplace par la seule force du vent dans les voiles…

Les éléments physiques qui régissent ces principes sont identiques que cela soit pour une voile (aérodynamique) que pour une dérive ou un safran (Hydrodynamique).

Nous pouvons donc retenir que :ce qui est vrai dans l’air pour la voile l’est aussi dans

l’eau pour la dérive.

Nous parlerons de « fluides » que cela soit pour l’air ou pour l’eau.

AérodynamiqueEffet Venturi :Lors d’un rétrécissement de lasection où s’écoule un fluideincompressible, il s’en suit uneaugmentation de la vitesse etune diminution de pression.

Portance :Lorsque le vent percute unevoile il se déplace plusrapidement sur l’extrados quesur l’intrados. La différencede pression entre l’extrados(basse pression) et l’intrados(haute pression) crée laPortance.

Aérodynamique

Laminaire:Si les particules du fluide suivent unitinéraire dans le sens de l’écoulement etqu’en tout point de l’espace le liquide a lamême vitesse à tout instant, ondira que l’écoulement est laminaire .

Turbulent :Lorsque le fluide en mouvement, rencontre une discontinuité ou un obstacle, sa vitesse est perturbée et le courant est dit turbulent. C’est le cas de l’écoulement autour de voiles mal réglées ou lors du vent arrière. Attention, turbulent ne veut pas dire nécessairement apparition de tourbillons. Il peut y avoir turbulence dans un écoulement linéaire

Ecoulements :Lorsqu’un fluide est en mouvement,l’écoulement des particules peut êtrede différents types. La physique endistingue deux: l’écoulement laminaire etl’écoulement turbulent .

Aérodynamique

Profil :

Corde

Extrados

Intrados

Attaque

α

α : Angle d’incidence entre direction du fluide et la corde du profil.

AérodynamiqueCouche limite : Présentons maintenant une aile (voile, dérive…) à un fluide. Tout se passe comme si cette aile était confinée dans un cocon de molécules plus ou moins au repos. Les molécules au contact adhèrent à la surface de la paroi. C’est ce qui explique qu’on a l’occasion d’apercevoir des gouttes d’eau collées sur le pare-brise d’une voiture. Ces particules adhérant aux parois freinent aussi les particules voisines. Ce processus se répète jusqu’à ce que, arrivées à une certaine hauteur, les particules retrouvent leur vitesse originelle, autrement dit la vitesse du fluide ambiant. Plus nous nous éloignons de la surface du pare brise, plus les molécules d’air vont être entraînées par l’écoulement de l’air autour de la voiture. La vitesse du fluide augmente alors de zéro sur la paroi jusqu’à la vitesse d’écoulement libre au sein du fluide. La couche limite est cette enveloppe mince autour d’un corps plongé dans un fluide où les particules sont ralenties .C’est à l’intérieur de cette couche limite que vont se trouver les principales résistances à l’avancement telle que la traînée.

Aérodynamique

C’est donc la courbure de l’aile qui permet l’apparition de la portance. Plus la courbure est importante, plus la portance est grande… jusqu’à une certaine limite: le décollement.

Le décollement peut être assimilé à un dérapage sur le fluide. Lorsque l’inclinaison de l’aile par rapport à l’écoulement du fluide est trop importante, les particules de ce fluide ne parviennent plus à ‘lécher’ la surface du profil. Le flux décolle alors de la paroi pour rejoindre une direction proche de l’écoulement général.

Comme nous le voyons sur le dessin, l’écoulement devient plus turbulent, voire tourbillonnaire. La traînée est donc importante. La force aérodynamique en est considérablement réduite, puisqu’une partie de l’aile seulement est alors efficace. C’est notamment le cas lorsqu’une voile est sur-bordée. Nous verrons plus loin, le phénomène est identique pour un coup de barre exagéré.

Décollement:

Force aérodynamique

FA : Une voile est une aile creuse pourvue d’un Intrados (coté concave ou l’on observe une surpression) et un extrados (coté convexe ou l’on observe une dépression). La Force Aérodynamique (ou portance) est la résultante des forces qui s’exercent en tout point de la voile. Le point d’application de cette force aérodynamique ‘totale’ est le centre vélique (C.V.) de la voile. La résultante s’exerce perpendiculairement à la corde du profil.

Si je dessine un voilier et que j’y place la voile je peux enfin discerner cette force aérodynamique qui est dirigée cette fois vers l’avant du bateau. On parlera de force aérodynamique et plus de portance.

Remarque : Plus la voile est plate, moins la dépression sur l’extrados sera forte et la force aérodynamique importante. Plus je creuse la voile, plus je gagnerai en puissance. Mais pas de trop, car je dois garder une forme aérodynamique suffisante pour éviter le décollement.

Poussée VéliqueLa grandeur de la poussée vélique est fonction de plusieursparamètres :- l’angle d’incidence(angle vent apparent/voile)- Le creux de la voile,- La vitesse du vent.

La Poussée Vélique se décompose ainsi :

FP FD

PV

VENT

Force Hydrodynamique

FH : Une dérive (ou un safran) fonctionne exactement comme une aile ou une voile. Le fluide sera maintenant de l’eau. La densité et donc la viscosité de l’eau fait que nous aurons, pour compenser la force aéro, besoin d’une superficie plus petite. Les forces et résistances qui s’exercent sous l’eau sont plus importante que dans l’air.

Si le bateau ne possède pas de dérive, le bateau se déplacera, non pas vers l’avant, mais dans le sens de la force aérodynamique.

Le déplacement latérale du bateau crée un écoulement autour de ses appendices. L’écoulement exercé sur la dérive crée une force hydrodynamique sur l’extrados. C’est cette force qui permet au bateau de moins dériver. Nous l’appellerons également « force antidérive ».

Force HydrodynamiqueCentre de gravité d’un bateau : Comme tout

objet entrant dans le champs d’attraction de la terre , un bateau possède un centre de gravité : point d’application de la force de Newton : la pesanteur.

Ce centre de gravité est invariable sauf au moment ou son équipage monte a bord et s’il se déplace

Centre de carène: Le centre de carène correspond au centre de gravité de la partie immergée du bateau. Elle est orientée vers le haut et varie de position en fonction de la gîte, de son assiette longitudinale et de son enfoncement dans l’eau.

Vent ApparentUn voilier qui se déplace subit à la fois le vent atmosphérique et le vent de vitesse.Ces deux composantes générèrent le vent apparent.

Vent apparent

Vent Vitesse

Vent réel

Adonnante - RefusanteAdonnante : Lorsque le vent adonne il favorise la remontée au vent (cas du près). Il

faudra soit choquer la voile soit poussée la barre (lofer).

Refusante : A l’inverse le vent refuse s’il nous empêche de remonter au vent. I faudra soit border la voile ou tirer la barre (abattre). Nous pourrons également virer de bord et profiter de l’adonnante sur l’autre bord.

Variations du ventRisée : Lorsque le vent réel (atmosphérique) augmente le vent apparent augmente et

adonne.

Variations du ventUne augmentation de la vitesse (départ au planning) aurait pour effet de créer unerefusante.

Equilibre à la barreUn bateau qui a tendance a toujours abattre est un bateau « mou ».Un bateau qui a tendance à toujours lofer est un bateau « ardent ».Un bateau qui va droit est un bateau « neutre ».Ce bateau neutre est dit équilibré à la barre. C’est ce type de réglage que nous

chercherons à obtenir en réglant le bateau. Cet équilibre sera trouvé lorsque le centre de poussée vélique et le centre de carène seront alignés.

Au vent arrière un bateau de type Laser à plat aura tendance à lofer, tandis que trop contre gité il aura tendance à abattre. Toutefois dans des conditions de vent qui le permettent nous utiliserons ces phénomènes pour diriger le bateau en utilisant le moins possible la barre.