La solution V.C.V. avec foils de soulèvement

Notre expérience sur la traction des bateaux par aile de kite surf.

Rappelons que nous avons acquis une bonne maîtrise du lancement direct depuis le pont d’un bateau ou le rappel d’une voile cerf-volant. Nous avons développé le matériel nécessaire qui comprend :

  • Une aile de kitesurf sélectionnée spécialement disponible sur le marché pour des tailles allant de 9 à 24 m2.
  • Un mât dont la hauteur est inferieure à 2m50, facilement démontable et permettant un lancement très aisé.
  • Un enrouleur indispensable stockant les cinq lignes de la voile.


Pour ce qui va suivre nous ajoutons qu’il est prévu une disposition particulière des lignes principales de I’aile pour supprimer pratiquement le couple de chavirage.

Définition du projet.

Nous envisageons de monter à titre d’essai une série de foils sur une coque existante à grande diffusion et de dimension modeste propulsée par une voile aérienne. Nous envisageons dans cette note un montage permettant de pousser la vitesse limitée par le théorème de Lamotte à 6-7 nœud, à 24 nœuds avec une surface de voilure inchangée quand le vent est suffisant ou avec un moteur de faible puissance.

La plupart des réalisations connues mettant en œuvre des foils utilisent une voilure classique. Pour contrer le couple de chavirage à chaque instant il est nécessaire soit de déplacer massivement l’équipage comme sur les voiliers de la dernière course de l’America cup, soit de disposer de foils latéraux télécommandés par un ordinateur comme pour l’Hydroptère. Ces deux solutions ne sont pas envisageables sur un voilier de plaisance.
C’est pourquoi nous préconisons pour la traction l’usage d’une aile donnant un couple de chavirage très faible qui permet d’obtenir une stabilité transversale indépendante de la force du vent et en particulier en cas de rafales.

L’intérêt des foils est évident. Une fois la coque hors de I’eau la traînée hydrodynamique devient très faible. Mais il faut tenir compte d’un ensemble de problèmes qui doivent être résolus. En effet

  • Les foils doivent pouvoir fonctionner entre la vitesse de déjaugeage et la vitesse maximale envisageable alors que la surface utile de ces foils peut varier dans un rapport supérieur à 10. Il est impossible de les optimiser pour toute la zone de vitesses. On cherchera surtout un résultat optimum au déjaugeage et à la vitesse de croisière.
  • La vitesse de déjaugeage a été fixée à 8 nœuds pour une coque standard de voilier mais elle peut être plus élevée avec une coque planante ou un catamaran conduisant à une simplification des foils et une diminution de leur surface.
  • Les stabilités longitudinale et transversale doivent être assurées sans intervention permanente de l’équipage à toutes les vitesses.
  • Il est essentiel que le fonctionnement soit acceptable avec des conditions de mer très différentes et pas seulement par mer plate. Cette condition est la plus importante et justifie des essais à elle seule.

Les essais.

Parmi les très nombreuses solutions possibles qui donnent souvent des résultats similaires nous avons fait un choix tenant compte des différents impératifs que nous venons de définir et pour être très concret nous avons effectué le calcul des foils envisagés à partir du logiciel simplifié MECAFLUX en utilisant les profils NACA 4312 et 4316 qui semblent les plus intéressants. Les hypothèses sont les suivantes :

  • poids total en ordre de marche 1000 kg
  • vitesse au déjaugeage 8 næuds
  • régime de navigation à partir de 16 noeuds - vitesse nominale 24 noeuds

La traînée hydrodynamique calculée en fonction de la vitesse est comprise entre 20 et 28 kgF. La puissance calculée pour vaincre la seule traînée hydrodynamique à la vitesse nominale est inférieure à 5 chevaux !!!
La traînée hydrodynamique avant d’obtenir le déjaugeage ne peut être calculée sans la connaissance de la coque et en tenant compte d’une immersion plus ou moins importante. Il est essentiel que la puissance du moteur permette de vaincre cette traînée pour atteindre le déjaugeage même quand la voile ne le permet pas.
Il faudra tenir compte également des traînées dues aux dérives et au safran.
Nous avons fait une première estimation de la traînée aérodynamique qui sera à confirmer en fonction de la coque retenue. Ce qui nous conduit à la puissance nécessaire à la propulsion à 24 noeuds qui devrait se situer aux environs de 9 chevaux par vent nul.

Dans la marche au moteur comme la traînée aérodynamique peut devenir importante la vitesse obtenue dépendra en grande partie de la direction et de la force du vent qui devient un facteur très sensible : la vitesse obtenue sera très différente par un vent de face ou un vent arrière. Aussi nous préconisons plutôt un moteur de 15 chevaux pour faire face à un vent important.

Dans la marche à la voile la vitesse du vent devient un facteur très sensible. On peut en effet remarquer que la traînée hydrodynamique reste approximativement constante dans la zone normale de navigation alors que la traction de la voile varie comme le carré de la vitesse du vent apparent. Il faut également tenir compte de la traînée aérodynamique qui devient importante à 24 noeuds et qui est elle aussi varie comme le carré de la vitesse apparente du vent. La vitesse de 24 noeuds ne peut être atteinte en tout état de cause lorsque le vent est inférieur à 16 noeuds. Nous pensons que l’aile de 24m2 devrait convenir.
Lorsque le vent diminue la vitesse maximale diminuera très vite et si nous souhaitons naviguer à 16 nceuds pour un vent de 10 noeuds il faudra augmenter la surface de la voilure.

Les différents problèmes qui ont été soulevés au départ ont tous trouvés une solution satisfaisante. Nous sommes prêts à en débattre si nécessaire et même envisager des variantes qui pourraient être proposées. Mais le principal est la tenue à la mer qui ne peut être calculée.

Le comportement par mer agitée est le but essentiel des essais avec differents types de mer : clapot, houle de différentes amplitudes, déferlantes etc. Il faudra selon les cas écraser la vague ou au contraire la surmonter. Nous avons prévu différents dispositifs pour tester la meilleure solution. L’expérience nous dira si par mer agitée nous avons une solution qui tient la route.

Brevet français n° 01 04293 accordé le 14 mai 2004 - Brevet américain n°6918346 accordé le 19/07/2005 - Brevet européen n° 1373065 B1 accordé le 26/07/2006.

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