Tout ce qu’il faut savoir pour comprendre le fonctionnement d’un voilier

Publié le : 22 février 20236 mins de lecture

Si vous lisez cet article, vous aussi vous vous demandez probablement : « Comment fonctionne un voilier ? Quels sont les principes selon lesquels je peux naviguer parmi les vagues de la mer poussées par la force du vent ? ».

La réponse à ces questions peut sembler très intuitive mais il n’en est rien du tout.

En effet, il y a beaucoup de débats sur certaines des principales définitions de la voile . Par exemple, la simple définition de « portance » génère de nombreuses discussions car certains pensent que le vent « pousse » une voile alors que beaucoup d’autres pensent que le vent provoque une sorte de « succion » de la voile générant ainsi un mouvement.

Les principes physiques de fonctionnement d’un voilier

Avant même de réaliser des opérations basiques sur votre bateau, comme centrer un bateau , nous souhaitons lister les principes de base qui régissent la navigation, tout comme nous le ferions lors d’un stage de voile .

En effet, vous trouverez ci-dessous les principes qui servent à expliquer le fonctionnement d’un voilier :

  • « … un corps sur lequel agissent deux forces opposées se déplace dans le sens de la force qui a le moins d’intensité, si les forces sont égales le corps reste immobile » . ( extension du deuxième principe de la dynamique ) ;
  • ” …. la pression est une poussée appliquée de manière égale et uniforme sur la surface d’un objet, comme plusieurs petits poids égaux sur plusieurs petites parties égales de la surface de l’objet, qui forment dans leur somme une force appliquée sur elle ». ( définition élémentaire de la pression ) ;
  • « … le long de son parcours, un fluide en mouvement, là où il est contraint d’accélérer, diminue sa pression, là où il est contraint de ralentir, elle augmente » . ( simplification du principe de Bernoulli ) ;
  • « … Pour chaque force qu’un corps A exerce sur un autre corps B, il y a instantanément une autre force égale en amplitude et en direction, mais de sens opposé, causée par le corps B agissant sur le corps A » . ( troisième loi de la dynamique, aussi appelée principe d’action et de réaction ).

La portance d’une voile : un concept très controversé

Comme exemple de la façon dont certains concepts concernant le fonctionnement d’un voilier sont encore débattus aujourd’hui, je voudrais prendre le cas de la portance .

Prenons le profil d’une voile de bateau et laissons-la frapper par un flux d’air.

Pour expliquer la notion de portance , certaines théories imaginent l’ air comme s’il était composé de 2 particules , jumelles et indissociables, qui se déplacent en ligne droite le long de la voile. Lorsque les particules rencontrent la voile, elles se séparent pour passer une au-dessus et une en dessous. Alors que dans le côté concave de la voile une particule se déplace encore de manière « assez » droite et dégagée, dans le côté convexe, l’autre particule doit nécessairement aller plus loin. Elle est donc obligée d’accélérer sa vitesse pour se retrouver avec sa sœur en bout de voile.

La théorie est plausible mais que les molécules d’air soient indissociables et doivent nécessairement se retrouver en bout de voile n’est nullement démontré par aucune théorie scientifique. 

De plus, pour un marin (sceptique par nature) il suffit de voir une voile pour comprendre que cette théorie est un peu superficielle ; étant la voile symétrique, elle n’a pas de profil plus long et plus court .

Mais alors, pourquoi une voile porte-t-elle ?

Comment fonctionne le voilier ? La vérité derrière le concept d’ascenseur

Les détails réels de la façon dont un objet génère de la portance sont très complexes mais essayons de comprendre comment cela fonctionne sans nous perdre dans des démonstrations improbables.

Les molécules d’air ne sont pas jumelles et inséparables, mais sont libres de se déplacer à différentes vitesses autour d’un profil aérodynamique qui le traverse . Ainsi, leur vitesse peut potentiellement avoir des valeurs différentes à différents endroits de notre profil.

A ce stade, le troisième principe énoncé ci-dessus (simplification de Bernoulli) est utile , qui relie la pression d’un gaz à sa vitesse : lorsque la vitesse d’un fluide augmente, sa pression diminue et inversement .

Les variations de vitesse et donc de pression déterminent une force appelée aérodynamique qui se décompose en portance et en résistance.

Le levage en un coup d’œil

Lorsque l’air allant en ligne droite rencontre la courbe du profil, il commence à se déplacer selon un schéma circulaire . Tout fluide qui passe d’un mouvement rectiligne à un mouvement circulaire développe  une accélération centripète , dirigée vers le centre (si elle n’existe pas, cela signifie que l’objet va en ligne droite). 

L’accélération centripète représente une variation de vitesse  (qui dans ce cas consiste en un changement de direction de l’air et non d’intensité) qui indique qu’une force agit sur notre profil qui peut être supposée dirigée vers le centre de notre courbe .

À ce stade, la troisième loi de la dynamique nous dit que pour chaque action il y a une réaction égale et opposée ; donc l’ action forcée de courbure du flux d’air produit une réaction égale et opposée sur la voile. En imposant une déviation au flux d’air, la voile reçoit une contre-poussée qui lui permet d’avancer.

L’ utilité du concept de portance en régate ne se comprend qu’à travers un bon réglage des voiles.

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