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Août
01

Tirés par le vent


Paru dans :  »Tirés par le vent » , J.M. Courty et E. Kierlik, Pour la Science N°370, (aout 2008)

En utilisant le vent créé par leur mouvement, les bateaux et les chars à voile avancent plus vite que le vent !

Extrait

Quelle est la vitesse maximale d’un char à voile propulsé par un vent soufflant à 50 kilomètres par heure ? La réponse du Breton Tadeg Normand est… trois fois la vitesse du vent, soit 151,9 kilomètres par heure : son record du monde datant de l’an 2000 et établi sur la plage de Leucate, en Méditerranée. Pour réaliser cet exploit, il faut tout d’abord maîtriser la voile qui, telle une aile d’avion verticale, tire le véhicule vers l’avant plus qu’elle ne le pousse. Et, en profitant de la vitesse acquise, on peut parvenir à aller plus vite que le vent. Cela ne se fait pas sans une grande habileté où l’expérience du marin rencontre… l’analyse du physicien.

Forces aérodynamiques

Intuitivement, on pense que le vent pousse un navire ou un char à voile. Comment le vent peut-il tirer un navire ? Grâce à la force hydrodynamique que subit tout obstacle qui modifie la vitesse d’un écoulement, et que l’usage décompose en une force parallèle à l’écoulement, la traînée, qui entraîne l’obstacle dans le flux, et une force perpendiculaire, la portance. Ces forces, présentes dès qu’un fluide et un objet sont en mouvement relatif, croissent avec leur vitesse relative. Lorsqu’un navire est vent arrière (soufflant dans l’axe du bateau) et gonfle son spinnaker (la « voile parachute » que l’on hisse à cette allure), la voile stoppe l’écoulement et c’est la force de traînée qui pousse le navire dans le sens du vent. En revanche, lorsque le navire est vent de travers ou s’il « remonte » le vent (en ayant de plus en plus le vent de face), la voile ne stoppe pas le flux d’air, mais le dévie. L’écoulement de l’air qui arrive de biais sur le voilier est redirigé par la voile vers l’arrière. Il en résulte – selon le principe classique de l’action et de la réaction – une force propulsive vers l’avant. …

Références

  • P.J. Richards, A. Johnson et A. Stanton, America’s Cup downwind sails : vertical wings or horizontal parachutes ?, in Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol. 89, pp. 1565-1577, 2001.
  • P.J. Richards, The effect of wind profile and twist on downwind sail performance, in J. of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, vol. 67&68, pp. 313-321, 1997.

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