TPE : Les Foils

      Dans cette partie, nous nous intéresserons aux performances que le foil peut apporter aux bateaux, et nous vérifions le véritable gain de vitesse amené par les foils grâce à une expérience.

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     Tout d'abord, nous remarquons que le record de vitesse sur 500 m en voilier, tout confondu, n'est pas détenu par un bateau équipé d'un foil. Il a été enregistré par le Vestas sailrocket 2 (photo ci-dessous) avec une vitesse  de 125.9 km/h. Il est équipé de trois boudins qui permettent de réduire la surface en contact avec l’eau. Ceci nous permet d'en déduire que le foil n'est pas le système apportant le plus grand gain de vitesse pour les bateaux.

Le bateau détenant le record de vitesse équipé d’un foil, est un hydroptère capable d’atteindre 95.12 km/h.

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      Mais alors quelle est l'utilité du foil ?

 

      Tout d’abord, le foil permet de réduire considérablement la traînée hydrodynamique des bateaux (environ 90% ). Ce qui permet un gain de vitesse considérable sur une longue durée . Par exemple, pour un bateau équipé de foils et pesant 300kg, la puissance nécessaire pour atteindre 30 nœuds ( 55, 56 km/h ) ne sera que de 5 Kw, alors que sans foil il faudrait 16Kw. Les avantages du foil sur un bateau à moteur sont donc une économie d'énergie, de plus de 2 tiers de la consommation. On note également une réduction du niveau sonore du moteur puisqu'il fonctionne à plus faible régime.

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       Mais quels sont les avantages pour les bateaux à voiles ?

D'une part, le travail du gréement (matériel nécessaire à la manœuvre des voiliers) des voiles en vitesse élevée est moins important puisqu'il faut moins d'énergie pour le faire fonctionner. D'autre part, le foil permet d’aller plus vite que le vent, c’est-à-dire que l'on peut aller à une vitesse de 30 nœuds (soit 55,56 km/h) avec un vent de 20 nœuds (37,04 km/h) étant donné que sa traînée aérodynamique est réduite. Cependant, cette vitesse a une limite, comme pour tous les navires, la résistance de l'eau induit de très fortes contraintes, qui peuvent endommager la structure. Depuis quelques années, on connaît mieux les limites structurelles des navires équipés de foils, ce qui permet de les optimiser pour résister à des vitesses de plus en plus élevées (un peu plus de 50 noeuds pour l'hydroptère).

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     Par ailleurs, la course du Vendée Globe organisée en 2016-2017 était composée de 29 participants dont 6 ont embarqué avec des bateaux équipés de foils. A l'arrivée, les 4 premiers en étaient équipés. Les 2 autres ne sont jamais arrivés, leurs foils se sont cassés en mer, percutant des OFNI (objet flottant non identifié).

On remarque alors que le foil est un équipement très avantageux, notamment lors de courses de longue durée, cela permet un gain de vitesse considérable pendant la totalité de la course. Des surprises sont attendues pour les prochaines éditions puisque chaque écurie semble vouloir le bateau le plus performant.

   

       De plus, dans le contexte actuel de la transition énergétique, le foil est également un principe d'avenir puisqu'il permet une réduction de l'utilisation de carburant qui n'est pas négligeable, et pour cela de nombreuses villes ont pour projet de  mettre en place des bateaux navettes équipés de foil (photo ci-dessous), notamment dans les pays de l'Europe du Nord telle que la Norvège qui possède de nombreux fjords.

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Expérience:

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Pour cette expérience, nous avons produit deux maquettes, une avec foils, l'autre sans. Nous avons filmé et produit une vidéo afin de vous la présenter:

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Schéma de l'organisation de l'expérience:

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      La maquette avec Foils:                                                                                                             La maquette sans Foils:

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