La propulsion du voilier

 

Pour comprendre comment le voilier avance, il faut d'abord savoir pourquoi il flotte. Puis il faut aborder quelques notions de mécanique des fluides. L'ensemble des forces en jeu font que le bateau est statique ou dynamique sur l'eau, qu'il suit le vent ou qu'il le remonte. Le voilier est plongé dans deux fluides: l'air et l'eau (les fluides regroupent les gaz et les liquides pour leurs propriétés communes).

Le bateau flotte

Comme un glaçon, le bateau flotte. Ceci est dû à la poussée d'Archimède. Une force s'exerce sur un corps plongé dans un fluide verticalement vers le haut. Celle ci s'oppose au poids du corps (Loi de Newton) et est égale au poids du volume du fluide déplacé.

Il est évident pour tous que le bateau ne peut flotter dans l'air mais pourquoi? L'air est 800 fois plus léger que l'eau, la poussée d'Archimède (et toutes les forces qui s'y développeront) est diminuée d'autant et ne peut s'opposer au poids du voilier.

La ligne de flottaison du bateau dépendra donc de ce qu'on y mettra dedans.

Au final, nous avons un équilibre de forces qui concourent à la stabilité du voilier. L'ensemble des forces s'équilibrant représente la statique, les autres forces, la dynamique.

 

 

Les mouvements parasites

L'équilibre décrit précédemment est stable à condition que les fluides le soient aussi. Lorsque le clapot ou la houle apparaissent, des forces naissent et créent une dynamique. Ces forces s'exercent sur la carène du bateau. Dans l'air, c'est le fardage qui s'exerce sur les oeuvres mortes du voilier.

 

 

La traînée et la portance

Par l'exemple

A l'instar du vent qui naît d'une différence de pression dans l'atmosphère, les forces qui vont faire mouvoir le voilier sont dues à des différences de pression relatives et locales. C'est la loi de Bernouilli qui nous l'explique: la vitesse et la pression d'un fluide sont liées et évoluent inversement. Quand le fluide accélère, la pression chute, quand elle ralentie, la pression augmente.

Plaçons un obstacle dans un courant d'air, les lignes de courant, au départ parallèles, vont être déviées par l'obstacle. Les lignes compressées vont subir une survitesse donc une dépression. A l'inverse, les lignes de courant sur l'autre face vont subir un ralentissement donc une surpression. Une force va s'exercer des hautes vers les basses pressions, la portance. Ce sera le phénomène observé au niveau des voiles dans les allures de près et au niveau du voile de quille et de safran.

Quand à la traînée de forme, elle sera utilisée dans les allures portantes.

 

Ce qui se passe dans l'eau

Nous l'avons vu plus haut, la carène va jouer un rôle parasite à cause de la traînée (de forme et de friction) qu'exerce l'eau sur elle. Par contre, le safran et surtout la quille vont avoir une fonction capitale. Pour cela, il faut que le voile de quille soit légèrement braqué par rapport aux lignes de courant générées par le déplacement du voilier. Il va alors se créer une force de portance déplaçant latéralement le voilier. Cette force sera utilisée pour contrer la dérive du voilier. Le rôle du safran sera expliquer un peu plus tard.

 

Ce qui se passe dans l'air

Dans l'air, ce sont les voiles que l'on va placer avec une certaine incidence par rapport au vent. Celles-ci travailleront soit en finesse (portance) soit en poussée (traînée).

La traînée étant dirigée dans le sens du vent, ce sera pour les allures portantes: du largue au vent arrière. La portance sera utilisée dans les autres cas pour remonter le vent: du près serré au travers.

 

Toutes ces forces pour un même but

 

L'équilibre général va dépendre des couples et moments associés aux différentes forces.

Le rôle du safran

Si le voilier est bien réglé, il ne reste qu'une force de propulsion et éventuellement une légère dérive. Il suit donc un certain cap. Comment alors changer de cap?

Il permet également de corriger les mouvements parasites décrits plus haut et de contrôler les départs au lof du voilier. Si le bateau est gîté, il va vouloir partir au lof, il faut mettre la barre au vent, s'il l'est trop, la barre sera aux "taquets", c'est le moment de choquer si le vent tourne ou de réduire s'il se lève.

 

Le réglage pour chaque allure

Plus on s'écarte du vent, plus les voiles sont choquées et inversement, en se rapprochant du vent, les voiles sont bordées.

Au près

Nous avons vu que pour les allures de près, les voiles travaillent en finesse, la portance est prédominante par rapport à la traînée. La composante de propulsion va augmenter en s'écartant du vent pendant que la dérive va diminuer. Le voilier va gîter avec la force de dérive donc plus au près serré qu'au travers. La force anti-dérive ne sera pas suffisante lorsque le voiler se rapprochera du vent, une composante de dérive subsistera.

Si au travers, les voiles sont trop bordées, elles ne travaillent plus en finesse mais en poussée, la portance disparaît laissant une force de dérive faisant gîter le voilier.

 

Au portant

Il y aura deux situations possibles: avec ou sans voile légère (spinaker):

La force vélique est déplacée à l'avant du voilier générant un couple de piqué. Elle est également déplacée à l'extérieur du voilier faisant gîter le voilier du travers au grand largue et pouvant faire contre-gîter celui-ci en vent arrière. Dans le premier cas il y a risque de départ au lof et d'enfournement, dans le deuxième, le voilier peut partir à l'abatée et empanner.

 

Le vrillage des voiles

Nous avons vu que les voiles sont réglés par rapport au vent apparent:

Le réglage de cette incidence se fera grâce aux pennons.

 

Les pennons pour garder l'allure

Des pennons ont été fixés sur les voiles sur des lignes horizontales à différentes hauteurs. Ce sont de fines lamelles de tissu (genre de bouts de laine) fixées à l'aide d'oeillets. Ils permettent de matérialiser les lignes de courant d'air. Si l'écoulement est de type laminaire, les pennons sont horizontaux. Si au contraire, il est perturbé, les pennons montent et descendent en suivant les perturbations.

Lorsque la voile est trop bordée, il y a décrochage des lignes de courant sous le vent de la voile. Si elle est trop choquée, le creux de la voile est caché par la bordure et c'est au vent de celle-ci qu'il y a décrochage.