TIPE : Les foils sur les bateaux du vendée globe

[LucasK]

Bonjour, le thème principal de mon TIPE est les foils présent sur les bateaux du vendée globes leur permettant de gagner en vitesse, stabilité,...

J'ai fais quelque recherche sur internet mais le mode de fonctionnement reste un peu flou.
Comment les foils permettent t'ils de gagner de la vitesse ?
J'aimerais quelque détails simples avant de me lancer dans les calculs plus poussés (en mécanique surtout je pense)

Est ce que c'est grâce a la réduction des frottements du bateau sur l'eau ? Est ce que cela permet "d'alléger" le bateau comme j'ai pu le lire ?
Toutes vos réponses sont les bienvenues et permettront de m'éclairer un peu.

Merci d'avance a tous ceux qui me répondront
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[Wistaro]

Salut, j'ai lu un truc dessus il y a quelques temps.
Sous réserve de me tromper, il me semble que c'était le foils qui permettait au bâteau de "glisser" sur l'eau en le sur-élevant, diminuant fortement le frottement coque/eau.

Concernant son fonctionnement, le principe est similaire à celui qui permet aux avions de voler.
Je m'explique.
En aéronautique, l'avions se maintient en l'air grâce à la pression atmosphérique différente sous et sur l'aile.
Le profil bombé de l'aile implique que le flux d'air sur l'aile va circuler plus rapidement que sous l'aile, car il a plus de distance à parcourir dans le même temps. Le flux d'air sous l'aile va lui circuler moins vite.
Evidemment je vulgarise, le phénomène derrière est complexe. Mais ça donne une idée du fonctionnement.
Du coup, ces 2 flux créent une dépression local qui permet à l'aile de se "reposer sur un coussin d'air", grâce à la 3e loi de Netwon. En effet, la masse d'air totale va être déviée vers le bas, donc l'air va être repousée vers le haut, c'est à dire à hauteur constante.
Je pense que tu vois le truc.

Pour les foils, le principe est exactement le même, ça permet au bateau d'être "relevé" un peu.
Sauf que ce n'est pas de l'air, mais de l'eau.
Basé sur Archimède, ça reste assez similaire.

Je pense que tu en sais suffisamment pour initier tes recherches

[LucasK]

Super, je devrais m'en sortir merci pour tes explications !

[albanxiii]

Bonjour,

Comme indiqué dans les http://forums.futura-sciences.com/tp...-tpe-tipe.html les questions de physique sont à poser en physique. Je déplace le fil.

Pour la modération.

[A voir en vidéo sur Futura]

[jacknicklaus]

Sauf que ce n'est pas de l'air, mais de l'eau.
Basé sur Archimède, ça reste assez similaire.

J'ai bien peur que cette explication ne soit largement fausse :
- l'air est compressible, l'eau ne l'est pas, l’analogie s'arrête assez vite...
- je ne vois pas ce que vient faire le principe d'Archimède dans le fonctionnement des foils.

[Dynamix]

Est ce que c'est grâce a la réduction des frottements du bateau sur l'eau ?

Non
C' est principalement une question de pression et non de frottement .
La coque du bateau doit déplacer une grande masse d' eau pour avancer .
Quand le bateau déjauge , les foils déplacent une quantité d' eau nettement inférieure .

Le profil bombé de l'aile implique que le flux d'air sur l'aile va circuler plus rapidement que sous l'aile, car il a plus de distance à parcourir dans le même temps.

Explication aussi fausse que très répandue .

En effet, la masse d'air totale va être déviée vers le bas, donc l'air va être repousée vers le haut, c'est à dire à hauteur constante.

Nawack .

[RomVi]

Bonjour

L'utilité des foils est principalement de réduire le maitre couple, donc la force de trainée. Il s'agit bien d'un frottement.
Le plus simple serait encore de lire la page wiki plutôt que de se fier aux interprétations personnelles de chacun sur ce forum.

[antek]

Sur les IMOCA ça m'a l'air plus compliqué que sur les bateaux où les foils déjaugent complètement la coque.

[Dynamix]

Le plus simple serait encore de lire la page wiki plutôt que de se fier aux interprétations personnelles de chacun sur ce forum.

Plus simple , mais pas la meilleur source .
La traînée est liée aux frottements , mais surtout aux pressions .

[harmoniciste]

Bonjour
Pour assurer la flottaison, la poussée hydrostatique nécessite un grand volume immergé, donc un grande surface de coque frotte contre l'eau quand le navire avance. En substituant la poussée hydrostatique par la portance d'un foil, le bilan de trainée dans l'eau peut fortement être amélioré, malgré la trainée du foil lui-même.

[Wistaro]

Je rappelle que j'ai fait juste des suppositions sur un article que j'avais vu y'a lomptemps, ce que j'ai dit n'était pas à prendre pour sciences exacte.

D'ailleurs le but est de lui donner des axes de recherche, pas de lui faire des explications détaillées de Wikipedia.

Merci à ceux qui m'ont corrigé

[Carcharodon]

tout ça
+
Le fait que ça améliore le maitre couple (je crois que c'est lui, si ce n'est lui c'est donc son frère ^^), cad que ça redresse plus le mat pour la même force de vent, améliorant le rendement donc la vitesse.

Donc en gros, a la fois ça allège le bateau qui a donc moins de surface immergée donc moins de frottements, et en plus ça le redresse un peu et donne donc un meilleur rendement à sa voilure.
Au final ça fait gagner moins d'un nœud sur un IMOCA, et seulement a certaines allures (du bon plein au largue) mais c'est déjà énorme.

et ça fonctionne : les 4 premiers ont été sous foil cette année, et les 3 premiers (il me semble) ont battu le record de l'épreuve.

[Wistaro]

Je crois que vous l'avez perdu avec vos explications incompréhensibles

[jacknicklaus]

Je crois que vous l'avez perdu avec vos explications incompréhensibles

ce ne serait pas plutôt toi qu'on a perdu ?
Attendons ce qu'en dit l'initiateur du fil.

[Gwinver]

Bonsoir.
Je vous suggère de lire ce document http://www.courseaularge.com/foils-l...-au-large.html
Malheureusement, on n'a pas accès au document complet.
Celui-ci est plus complet:https://www.bateaux.com/article/2004...s-sur-un-IMOCA
Et encore ici:https://www.imoca.org/fr/news/569-li...ux-bateaux.htm
En deux mots:
Le foil agit comme une aile dans l'eau et donne une poussée destinée à redresser le bateau.
Pour améliorer le couple redresseur, la partie portante est aussi déportée que possible de la coque pour améliorer le bras de levier.
La force verticale est de l'ordre de 2.5t. Ajouté aux ballasts et au lest de la quille (2 à 3t), cela permet de contrer la gîte causée par la portance des voiles et la portance du voile de quille (la partie plane à laquelle est attachée le lest).

[LPFR]

Bonjour.
Il n’y a pas que les frottements.
Un bateau crée la « vague d’étrave ». Et quand il avance, il doit monter le pente de cette « vague d’étrave ». Classiquement, ceci impose une vitesse limite égale à
V(en nœuds) = 2,4 sqrt(longueur à la flottaison en mètres).
Voici une illustration tirée du « Nouveau cours de voile des Glénans » édition 1972.

Le foils permettent de faire « déjauger » le bateau et s’affranchir de cette vitesse limite Comme dans les hydroglisseurs ou les planches à voile.
Au revoir.

[antek]

Le foils permettent de faire « déjauger » le bateau et s’affranchir de cette vitesse limite Comme dans les hydroglisseurs ou les planches à voile.

Ceci ne concerne pas les IMOCA qui ont une coque planante et ne déjaugent pas comme un hydroptère.

[Bluedeep]

Bonjour.
Il n’y a pas que les frottements.
Un bateau crée la « vague d’étrave ». Et quand il avance, il doit monter le pente de cette « vague d’étrave ». Classiquement, ceci impose une vitesse limite égale à
V(en nœuds) = 2,4 sqrt(longueur à la flottaison en mètres).

quelques points à ajouter concernant cette formule empirique :

- comme souligné par Antek elle ne concerne ni les coques planantes ni les coques équipés de dispositifs sustentateurs (foils ou autre).

- la longueur à la flottaison dépend elle même de la vitesse : la donnée ici n'est pas la longueur à la flottaison "statique", bateau à l'arrêt.

- dès l'instant où le bateau part "au surf" (typiquement aux allures portantes) elle n'est plus valable : cette formule donne une approximation qui n'est valide qu'aux allures de travers et de près.

- par ailleurs, elle n'est valable que si la profondeur de la mer est très supérieure à la longueur du bateau; dans le cas contraire la vague du bateau est en interaction avec le fond. Pour les faibles profondeurs, on considère qu'il est préférable d'utiliser l'approximation pour les lames de fond,et dans ce cas la vitesse limite du bateau ne dépend que de la profondeur.

[LPFR]

Re.
Si on utilise la formule des Glénans, et en prenant 60 pieds comme longueur à la flottaison (c’est un peu moins), on trouve une vitesse limite de 10 nœuds.
Or, Armel Le Cléac’h a fait une moyenne de 15,4 nœuds.
(http://www.vendeeglobe.org/fr/actual...lobe-2016-2017)
Pour ce qui est de déjauger, il suffit de voir cette vidéo :
https://www.youtube.com/watch?v=ufpGh_c-fOU
A+

[Carcharodon]

le couple redresseur

voilààà merci Gwinver, je savais bien que c'était de la famille

[Carcharodon]

Ceci ne concerne pas les IMOCA qui ont une coque planante et ne déjaugent pas comme un hydroptère.

vi le système a des effets très complexes sur les IMOCA car c'est pas des effets francs : ça soulage mais ça déjauge peu, par exemple effectivement.
C'est une somme de trucs comme la réduction de surface immergée, redressement de l'engin etc, plein de trucs en fait, mais tous de faible amplitude.
Ils sont d'ailleurs toujours en plein développement et la prochaine génération sera encore bien plus évoluée, parce que ça fonctionne et que le règlement l'autorise.
Le dernier Vendée Globe, c'était finalement les premiers protos de course (et non d'essai), dont certains étaient des adaptations d'anciennes coques.
Ils ont tout de suite démontré leur efficacité, on ne peut plus gagner sans ça.

[Carcharodon]

Pour ce qui est de déjauger, il suffit de voir cette vidéo :
https://www.youtube.com/watch?v=ufpGh_c-fOU
A+

attention, c'est une configuration très rare, quelques petits pourcents du trajet total de la course.
la bateau va ~30 kn là.

juste a la suite de ta vidéo, il y en a une qui présente de superbes explications :

[LucasK]

Vos explications sont effectivement un peu compliqué pour mon niveau mais néanmoins cela m'aide beaucoup a comprendre le principe de fonctionnement des foils.

J'ai du recherche beaucoup de vos termes sur le net mais après avoir lu les définitions cela m'a paru beaucoup plus clair.

Je vous remercie a tous d'avoir répondu !

[LucasK]

Une dernière petite question, j'aimerais maintenant faire des mesures de forces, mais ne disposant pas de bateau avec des foils je me demande si je ne pourrais pas faire un équivalent à échelle réduite me permettant de mesurer une force de poussée par exemple ou encore de comparer les frottements avec/sans, l'angle de gîte, ... Afin de montrer l'influence de ce dispositif sur la vitesse

[LPFR]

Une dernière petite question, j'aimerais maintenant faire des mesures de forces, mais ne disposant pas de bateau avec des foils je me demande si je ne pourrais pas faire un équivalent à échelle réduite me permettant de mesurer une force de poussée par exemple ou encore de comparer les frottements avec/sans, l'angle de gîte, ... Afin de montrer l'influence de ce dispositif sur la vitesse

Bonjour.
On ne peut pas improviser un bassin de carène dans son garage.
Au revoir.

[Platon95]

Bonjour LucasK,
au final, comment as tu réalisé ton expérience ? je réalise un TIPE sur les foils IMOCA aussi.
merci d'avance