La recherche sur le planing au groupe Finot-Conq


Peu de recherches théoriques ont été menées sur la marche du voilier à grande vitesse, au planing.

En bateau à moteur, différents problèmes ont été abordés :
- rendement
- stabilité
- passage dans les vagues
- comment atteindre la vitesse voulue

Le plus souvent un bateau à moteur atteint une vitesse optimum et une vitesse de manœuvre (pas toujours économe en énergie).

Pour le voilier traditionnel de régate qui marche près de sa vitesse limite, la recherche ou les essais ont été faits dans ce cadre.
Dans le cadre de l’organisation de régates, il est plus motivant pour les coureurs et pour les spectateurs que les bateaux soient les plus proches possibles (vitesses peu différentes), donc de tester dans cette vitesse limite.
Pour la course au large, le sujet devient différent, les bateaux se voient rarement : plus les écarts sont importants, plus les premiers semblent aller vite et plus cela semble spectaculaire.

Nous essayons donc de mettre en place une recherche pour:
- avoir une vision globale du phénomène du planing
- avoir les éléments pour faire des choix car la vitesse d'un voilier planant est lente dans le petit temps, moyenne au près, rapide au largue.

Le but est d’augmenter le plus possible le temps où le voilier plane vite.


Un bateau arrêté est un problème simple.


Image agrandie

Il déplace son poids d'eau une fois pour toutes.

Cela permet d'ailleurs de faire un devis de poids et une prévision de sa façon de flotter.
Cela a été le travail d'Archimède et, pourtant, on a construit des bateaux et navigué 80 000 ans avant l'arrivée d'Archimède !

Pour le planing, il en est de même. On construit des bateaux qui planent depuis longtemps mais il faut aller plus loin pour être plus optimum.


A) Lorsque le voilier se déplace lentement, l'eau qui est devant le bateau passe derrière
Elle s'écarte, s'accélère, passe sous le bateau, remonte, ralentit, repousse le bateau vers l'avant.

Un certain optimum de récupération d'énergie nait lorsque l'eau qui remonte fait une vague à l'arrière du bateau.

La vague totale a une longueur de crête semblable à la longueur du bateau et a une vitesse proportionnelle au carré de sa longueur :

V = 2,4 vL
Nœuds mètres


Image agrandie

Si le bateau est assez lourd et profond, l'eau accélère beaucoup en faisant le tour du bateau, descend beaucoup et donc, porte moins le bateau. Le bateau s'enfonce et l'eau déplacée est plus importante que le poids du bateau.

B) Si le bateau va plus vite, la vague arrière le quitte, et il se crée un creux dans la mer : un tube.
Ce tube finit par se remplir progressivement, ce qui dépense une certaine énergie

Plus le bateau est étroit, plus sa maîtresse section est faible (pour un poids donné, plus le bateau est long et plus le prismatique important), plus le volume de tube est faible et donc moins il y a d'eau déplacée et moins elle se déplace vite latéralement.


Image agrandie

C'est l'approche d'une coque en survitesse, une coque de multicoque.

Si l'eau est beaucoup accélérée verticalement et descend, la pression apparente diminue, donc le déplacement augmente.
Inversement, si le bateau est cabré et pousse de l'eau en avant, le bateau va être en partie sustenté (cas du bateau planant partiellement).

C) Au lieu d'écarter l'eau, il peut aussi la repousser en avant avec la création d'une vague d'étrave ; une partie du poids du bateau peut être portée par cette vague d'étrave.
Il faut ainsi un maximum de pression pour minimiser la surface d’eau qui porte le bateau et déplacer vers l'avant le minimum de volume d'eau.

Dans tous les cas, l'énergie est dépensée en


Image agrandie


- formation de vague donc de déplacement d'eau
- en frottement.
Si on allonge le bateau, on diminue l'incidence, la traînée de pression incidente diminue mais le frottement augmente et inversement.
Un équilibre est à trouver entre la force de pression et le frottement.
Le fond de la coque se comporte comme l'intrados d'un foil.
Pour répondre aux différentes vitesses d'exploitation, on va chercher les éléments de coque les plus adaptés en surface, en courbure, en longueur.



Image agrandie


En fait, la plupart du temps, une partie de la sustentation est faite par la pression dynamique et par la pression de hauteur (archimédienne).


Energie

Pour déplacer moins d'eau,
- il faut être plus léger, et de plus
- Soit faire un bateau plus étroit et long (cela augmente la surface mouillée)
- Soit faire un bateau qui plane avec une incidence optimum

L'énergie nécessaire au déplacement est fournie par le vent dans les voiles.
La force maximum dans les voiles est déterminée par la stabilité du bateau.

Dans le cas du monocoque, plus il est large, plus il est plat, plus il est stable lorsqu'il marche gîté
Dans le cas du multicoque où la distance entre le centre de gravité et le centre de carène augmente avec la longueur, alors que la coque immergée reste fine.


Les facteurs favorisants sont donc :

- allégement des bateaux (économie de puissance)
- élargissment des bateaux (augmentation de puissance)
- descente du centre de gravité (augmentation de puissance)
- faible hauteur du centre de poussée (augmentation de puissance)
- finesse des voiles (angle d'attaque du vent) (économie de puissance)
- finesse du plan de dérive (économie de puissance)
- finesse de la coque c'est-à-dire rapport entre la traînée de la coque et le poids de la coque. (économie de puissance)


Travail précédent du Groupe Finot-Conq

Depuis toujours le Groupe Finot-Conq s'est intéressé au voilier indépendant des jauges pour lequel on peut augmenter, sans réserve, la voilure et la stabilité, tout en gardant un écoulement optimum.

Pour les bateaux légers, marchant gîtés, nous avons développés des calculs qui minimisent les mouvements et l’accélération de l'eau autour de la coque;
Car moins d'énergie est communiqués à l'eau, moins la coque a de traînée.

Pour cette raison, dès 1970, nous avons travaillé les lignes de carènes sur ordinateur et le Groupe Finot a eu, pour cette recherche, un des premiers mini-ordinateurs HP en France.

Ces programmes nous permettent de voir à quels emplacements le bateau présente des défauts, de le modeler.
Ce travail nous a permis de dessiner les bateaux qui ont le minimum de traînée gîtés avec puissance et vitesse soutenues.
Cela leur a souvent donné une supériorité, en 60', en mini-transats ….


En 1976, avec les mini-toner, ensuite avec le wizz, nous avons mis au point des carènes qui permettent de planer gîtées.
Nous avons continué cet effort avec les Open (5.00, 5.70, 6.50, 7.50).

Pour les bateaux du Vendée-Globe 2008, des essais ont été effectué en bassin de carène (bassin du Val de Reuil), et en bassin numérique avec Yann Roux sur ICARE.
Nous avons continué cette recherche pour avoir une vision globale du planing, des poussées nécessaires, en collaboration avec l'Ecole Centrale de Nantes, le travail de Jean-Michel Kobus, la participation de Jérémie Raymond, chercheur au sein de notre bureau.
Publication de Jérémy Raymond
Un film a été réalisé sur un Open 6.50 en baie de Quiberon avec une caméra en tête de mât : voir le film

Nous cherchons à connaître tous les éléments théoriques afin de bien cerner le problème du planing sur les voiliers pour dessiner les carènes. Ainsi, ces carènes, quelles que soient les allures, la force du vent, utilisent l'assiette et la gîte pour avoir la forme locale la plus adaptée aux différents cas.

Cette vision globale et locale des efforts et des écoulements doit nous permettre de modeler au mieux les carènes adaptées aux vitesses élevées avec un compromis optimum entre toutes les allures.
Avec des campagnes successives effectuées sur des maquettes, ce travail se fait essentiellement en bassin numérique avec des logiciels comme Reva, ISIS et ICARE.


Autres travaux

La bonne marche du voilier est associée aussi à la marche des autres éléments pour lesquels nous avons établis des collaborations :

- voiles
- appendices
- VPP et systèmes de disposition
- Recherche de l'économie de poids : aménagement, structure