Facteurs environnementaux

Les ALLURES:

Pour un voilier qui, va donc progresser à l'aide de ses voiles, ce dernier a besoin d’une allure. 

Donc, qu’est-ce qu’une allure :

Lorsque l’on parle de l’allure d’un voilier d’une manière générale, la plupart des personnes pensent à sa vitesse, en réalité, elle désigne la direction d'où provient le vent. Elle détermine la manière dont les voiles doivent être réglées.         

 

Par exemple:

-à 0° du vent, le bateau est « face au vent », il est donc plus lent

-à 180° du vent, le bateau est « vent arrière », il n’est pourtant pas très rapide

L’allure a une influence sur l’ensemble du fonctionnement du voilier, en particulier sur sa vitesse.

On peut le voir, il est impossible de remonter au vent. Au mieux on navigue à 45° du vent, le vent apparent est alors élevé et par conséquent le voilier a une vitesse élevée.

     

 

L’énergie du vent va servir à la voile car celle-ci va être récupérée pour être transmise au navire et donc pour le faire avancer.

Il faut donc, pour naviguer savoir qu’il existe plusieurs allures.

 

• Le vent debout
  
  

Comme vu précédemment, lorsque le voilier est face au vent, il ne peut pas avancer dû au force inverse qui oppose le sens vent au sens du navire ; on dit alors que le voilier est vent debout. Il doit s'écarter d'environ 45° de l'axe du vent pour pouvoir progresser à l'aide de ses voiles,  (L'inclinaison transversale d'un navire est dénommée gîte correspondant à la tangue).

 

• Vent Le près
  

Allure de près : les voiles sont presque dans l'axe, on dit que le voilier gîte

gîte est l'inclinaison au bâteau  sous l'effet du vent ou d'un mauvais équilibrage des masses embarquées.

Lorsque le voilier est au plus près du vent (à 45°) tout en pouvant naviguer contrairement au vent debout, l'allure correspondante est le près. Dans ce cas le voilier, l'équipage doit “se mettre au rappel” pour empêcher que le bateau ne chavire.

Le bateau dérive sous l'action du vent ce qui peut lui coûter quelques degrés de cap, (allure utilisée)

De plus , le voilier, à cette allure dite “près”, se heurte aux vagues généralement orientées dans l'axe du vent  ce qui réduit sa vitesse et peuvent, lorsque la mer est forte, passer par-dessus le pont du navire et faire donc chavirer le navire.

 

• Le bon plein
  

Lorsque le voilier s'écarte suffisamment de l'axe du vent (vers 60°), son comportement change de manière importante : la vitesse augmente notablement, la gîte diminue, le choc avec les vagues se fait moins violent.

 

• Le vent arrière
   

Au vent arrière, le vent provient du secteur arrière du voilier. L'écoulement de l'air sur les voiles est très perturbé et la vitesse du voilier est nettement diminuée par rapport à l'allure du grand largue.

 

 

II. LES VAGUES

 

Une autre force est présente pour l’action de la quille sur l’eau. Il s’agit de la force hydrodynamique. Cette force est l’addition de la traînée ( résistance de l’eau qui freine le bateau) et de la portance (force anti- dérive). L’addition de ces deux forces est donc la force hydrodynamique.

Cela nous permet donc de comprendre comment notre bateau avance sans dériver. Lorsqu'un mobile se déplace dans un fluide, (ici la mer), sa vitesse est limitée par ses caractéristiques de "résistance à l'avancement". Sa forme la plus générale s'écrit :

F = (1/2)*ρ *C*S*V2

 

ρ est la masse volumique du fluide (1025 kg.m-3 pour l'eau de mer)

C est le coefficient de traînée

S est la surface mouillée ou surface immergée

V est la vitesse de déplacement relative de l'objet par rapport au fluide

 

Les forces résistantes: 
Celles-ci constituent la traînée et sont des forces dont les origines sont multiples. Dans le cas du voilier, il faut tenir compte des forces de pression dues à la forme de la carène et à l'écoulement de l'eau sur la coque du bateau. Du fait de la présence d'une surface libre entre l'air et l'eau, toute élévation de la pression se traduit par une élévation du niveau de l'eau : c'est pour cette raison que le bateau crée des vagues en avançant. La dissipation d'énergie inhérente au système de vagues ainsi généré induit une résistance à l'avancement, plus précisément appelée "résistance de vagues" et difficile à déterminer.

Les parties entièrement immergées du voilier engendrent une résistance de pression, qui reste faible tant que l'angle de dérive est nul. Cependant la force antidérive s'accompagne obligatoirement d'une traînée : la résistance à l'avancement n'est plus négligeable et on l'appelle alors "résistance induite". On distingue donc la résistance de vagues de la résistance induite.

La résistance à l’avancement totale Rt peut donc être considérée comme la somme de trois composantes :                     RT=RF+RW+RAA

 

- RF est la résistance des forces de frottement, dite résistance visqueuse

- RW est la résistance de pression, composée de la résistance induite et de la résistance de vague

- RAA est la résistance aérodynamique, souvent négligeable

 

 Au total, l’ordre de grandeur de la résistance à l'avancement peut atteindre 15 à 20% du poids du bateau à très forte vitesse et peut descendre à moins de 1% par tout petit temps. Grand nombre de facteurs sont donc à l’origine de la prise ou perte de vitesse.

 

           Voici quelques exemples de ces facteurs:

• Résistance des forces de frottement :
  

La résistance de frottement augmente avec la vitesse, mais sa part relative diminue au fur et à mesure que la vitesse augmente pour ne plus représenter qu’une faible part de la résistance totale.

Il est ainsi possible d'évaluer l’importance de la rugosité de la coque, qui dépend essentiellement de la peinture utilisée et du soin avec laquelle elle a été appliquée.

 

• Résistance de vagues:
  

Lorsque le navire fait route, il entraîne à la même vitesse que lui un système de vagues (vagues d’accompagnement), dont la vitesse de ces dernières correspond à la vitesse d’avancement du navire.

La résistance de vagues est très petite quand le navire n’est pas rapide, mais représente jusqu’à 60% de la résistance totale lorsqu’on navigue à une vitesse proche de la vitesse limite/maximum.

 

• Résistance induite:
  

La résistance induite, lorsqu’elle existe, représente environ 10% de la résistance totale.La résistance induite dépend du rapport de forme longueur sur largeur du navire, noté :

- ε = L / l.

 

• Facteurs d'influence sur la stabilité:
  

On peut citer deux facteurs ayant une influence néfaste sur la stabilité de route :

- centre de gravité trop en avant du navire au lieu d’un centre de gravité qui devrait se situer au milieu du bateau.

- ligne de quille en pente vers l'avant créant alors une mauvaise répartition du poids du navire.