Optimiser la vitesse d'un bateau en fonction
de sa coque,de sa quille et de son mat.
1 L'étrave:
Limite avant de la coque du bateau
2 La dérive ou la quille:
Elément vertical permettant au navire de ne pas dériver. La quille est fixe, la dérive peut pivoter ou être remontée
3 Le safran, gouvernail:
Pièce plate située à l'arrière du bateau servant à le diriger
4 La ligne de flottaison:
Ligne symbolisant la hauteur de l'eau le long de la coque
5 La carène:
Partie immergée de la coque, sur les bateaux restant à flot toute l'année on y applique une peinture antifouling (en jaune sur le schéma)
6 Le balcon avant:
Pièce de métal servant à accrocher les filières, situé à la proue du bateau
7 Le balcon arrière:
Pièce de métal servant à accrocher les filières, situé à la poupe du bateau
8 Les chandeliers:
Barre métallique servant à maintenir les filières.
9 Les filières:
Câble tendu le long de la coque comme appui, garde-corps. Un peu comme une barrière de protection
10 La barre:
Elle permet de manoeuvrer le gouvernail/safran


I)La coque.
La coque,sur un voilier,est un élément trés important! Au fil du temps,depuis l'apparition des voiliers,l'homme a chercher a amélioré la coque de son bateau pour de la vitesse.Pour cela il a joué sur deux grands facteurs:
-La géométrie.
-La matiére.
a)Sa géométrie.

Aujourd'hui les architectes ne peuvent plus dessiner un voilier performant en taillant simplement les formes de carène dans un bout de bois comme au siècle dernier. Les premiers architectes à concevoir des voiliers sur une feuille de papier ont rapidement dessiné des bateaux à l'échelle 1/1 et par tableaux de cotes. La grande difficulté restait toutefois de prévoir le déplacement du bateau afin qu'il navigue dans ses lignes (niveau de flottaison, équilibre de la coque, poids final du bateau, etc.). Les architectes d'alors savaient déjà que le poids dans les hauts était un facteur pénalisant. A l'ère de l'industrialisation, les constructeurs n'hésitent pas à tester de nouveaux matériaux pour alléger les structures et augmenter le poids du lest, donc les performances. Imaginez une coque de 25m de long, pesant moins de trois tonnes et pouvant supporter un lest de plus de 15 tonnes à quatre mètres de profondeur ! Le but des architectes n'est pas de concevoir une carène offrant le moins de traînée hydrodynamique, mais d'obtenir une structure quasi indéformable pour que les mouvements de tangage, de gîte et les efforts encaissés par le gréement ne se répercutent pas sur la coque et que l'énorme poids du bulbe n'entraîne pas de torsion du voile de quille. Maintenant avec l'aide de l'informatique, il est possible de simuler les efforts subis dans la coque, et ainsi déduire le nombre de couches ainsi que les orientations des fibres nécessaires à supporter les tensions dans la carène.



Tous les bateaux modernes de notre époque sont maintenant dessiner par ordinateur .Plusieurs fabricants de logiciels se partagent le marché,mais les plus performant sont déstinés au voiliers de compétitions.Ceux ci sont la plus part du temps dans des centres de recherches.Par exemple le CNRS de nante qui a de puissants logiciels de calcul de la résistance à l'avancement dans l'eau (icare). Cependant,pour la compétition ou les record,les logiciels sont incapable de calculé la mécanique des fluides pour des conditions réels, il y a encore beaucoup trop de facteurs! C'est là que les bassins d'éssais intérviennent. En effet il existe en france plusieurs bassins à vagues pour faire des tests d'hydrodynamisme. Avec de nombreux capteurs ils peuvent voir réelement les performaces de la caréne!
Pour évaluer la tenue de la maquette tractée dans le bassin, ses mouvements de roulis et de tangage sont relevés grâce à des capteurs.
Néamoins si on veut ateindre des vitesses plus élevées il faut diminuer la surface de contact de la coque avec l'eau et lui donner une forme aérodynamique,c'est pour cela que les multicoques ont été créer.Grâce à deux ou trois coques assemblées la surface immérgée du voilier diminue fortement et le voiliers fend l'air plus facilement, ce qui provoque un gain de vitesse considérable! Cette augmentation de vitesse a fait que les multicoques se sont de plus en plus répandue dans la navigation de plaisance ou encore dans le transport de voyageurs.


b)Sa matière.

La matière joue aussi un rôle considérable.Les ingénieur cherchent constament de nouvelles matiéres pour fabriquer les coques des voiliers.Le rôle de la matiére sur la vitesse est du aux frottements de l'eau sur la coque,au poid,et a la résistance. La matiére idéale pour la fabrication d'une coque,devrait être la plus résistante tout en étant légére et en offrant des frottements minimum à l'eau! Au début tous les bateaux étaient en bois ou encore en peau!Au fil du temps on a utiliser différentes matiéres possible:le plastique,la fibre de verre, l'acier,le béton,l'aluminium,le contre plaqué,ect... L'innovation la plus récente est de fabriquer des coques en fibres de carbone! Cela permet de gagner du poid,de la résistance,et en plus le prix de fabrication n'est pas exécivement cher.

II)La quille.

Pour optimiser la vitesse en fonction de la quille,j'usqua présent on joué sur les mêmes paramétres que la coques,sa géométrie et sa matiéres. Mais dernièrement un grand pas a était fait en matiére de quille:pour augmenter la vitesse d'un bateau on peut aussi réduire la partie immergée,déjauger c'est à dire sortir la coque du bateau hors de l'eau et l'y maintenir . Cette solution peut être envisagée grâce à des surfaces portantes comparables à des ailes, les foils, qui, au delà d'une certaine vitesse, vont fournir une force verticale capable de contrer l'effet de la force de pesanteur. Ce système présente de plusl'avantage de réunir de très bonnes performances à la fois du point de vue de l'efficacité (avec une diminution très importante de la traînée totale par rapport à une embarcation classique) et, en navigation, de la stabilité et de la pilotabilité (ce qui permet au véhicules qui en sont équipés de tenir de nombreux records de vitesse). Toutefois, l'existence d'une vitesse minimale pour permettre le déjaugeage impliquera aussi la nécessité d'élaborer une coque présentant de faibles frottements.

Principe du foil
Description des caractéristiques d'un foil




Présentation des différentes forces mises en jeu

Les forces exercées par le fluide sur le foil peuvent être décomposées en deux catégories qui se distinguent par lanature du phénomène physique qui les provoque : - la première catégorie comprend les forces de pressionqui sont dues au mouvement même du foil par rapport au fluide. Ces forces, perpendiculaires au profil en tout point, peuventêtre modélisées par une résultante unique, perpendiculaire à la direction principale de l'écoulement et dirigée vers le haut: la portance. - la seconde catégorie comprend les forces de viscosité qui sont dues à la nature visqueuse du fluide. Ces forces,tangentes au profil en tout point, peuvent être modélisées par une résultante unique, parallèle à la direction principale del'écoulement et de sens contraire au mouvement du foil : la traînée.

Cette technique a permis d'atteindre des vitesses trés élevées sur l'eau,et d'ailleurs l'actuel record de vitesse au monde est détenue par un voilier a foils!



III)Le mât.
L'optimisation la plus récente au niveau du mât est l'ivention des mâts-ailes. En effet, on donne un profil au mât et il est généralement en carbone. En ce moment, le meilleur mât-aile est le mât-aile rotatif. Le grand avantage du mât aile rotatif est qu’il combine de façon plus efficace les qualités aérodynamiques du mât et de la grand-voile – le mât devient ainsi une partie efficace de la voile. Des calculs ont montré que la combinaison grand-voile et mât aile est 30% plus efficace qu’une grand-voile montée sur un mât classique. Les analyses VPP prouvent que l’aile donne un avantage de plus de 20 heures lors d’un Vendée Globe de 100 jours. - Le mât aile automatique :



Il s'agit d'un mât aile dont l'incidence se règle automatiquement par rapport à l'angle de bôme. Ce système ingénieux est basé sur des poulies à diamètres variables.
- lorsque la bôme est dans l'axe du bateau le mât est lui aussi dans l'axe.
- pour 10 ° d'incidence de bôme on obtient 30 ° env. d'incidence de mât.
- pour 20 ° d'incidence de bôme on obtient 45 ° env. d'incidence de mât.
- au delà de 20 ° d'incidence de bôme, la différence entre la bôme et le mât reste constante à environ 25 °.
On obtient ainsi un bord d'attaque optimal dans toutes les conditions.
Ce qui permet d'optimiser la vitesse du voilier.