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8-Ecoulement laminaire de l'air sur les voiles
Ce chapitre étudie la manière dont les écoulements de l’air sur les voiles
provoquent une force propulsive. Il existe plusieurs théories expliquant
ce phénomène. Nous avons choisi ici de présenter la plus simple. La meilleure
preuve de l’équivalence de ces théories face aux phénomènes perceptibles
est qu’à ce jour, aucune d’entre elles n’est plus valable que l’autre du point de vue de la pratique.
Il est donc inutile de s’en embarrasser. Les détails n’ayant pas
d’incidence pratique n’ont pas été développés.
I- Approche du phénomène 
Immersion d’un profil dans un fluide en mouvement : l’air s’écoule de gauche
à droite, les lignes représentent le trajet de « particules ».
A gauche : le profil est trop abrupt, l’air tourbillonne autour. On
dit que l’écoulement est turbulent.
A droite : le profil est tel que l’air se laisse dévier, seules des
turbulences minimes apparaissent en traîne. L’écoulement est dit laminaire.
L’air se laisse dévier, du moment que la déviation n’est pas trop
importante.
L’air s’écoulant sur la voile subit une déviation :
- il est ralenti et applique donc une compression sur la face interne ou intrados
- il est accéléré et applique donc une dépression sur la face externe ou extrados
De ces deux variations de pression résulte une poussée vélique, constituée
à raison de 1/3 par la pression exercée sur l’intrados, et 2/3 par
l’aspiration exercée sur l’intrados. Cette force s’exerce au niveau du
premier tiers de la voile, en direction du rayon de courbure.
II- Ecoulement sur une voile en fonction de l’incidence
A- Le phénomène
- Voile bien réglée : l’écoulement est laminaire sur les deux faces
- Voile trop bordée : l’écoulement reste laminaire sur l’intrados, mais est turbulent sur l’extrados. L’essentiel de la propulsion est perdu.
- Voile trop choquée : l’écoulement est laminaire sur l’extrados mais
turbulent sur l’intrados (ce ne serait pas le cas sur une voile plate :
les turbulences sont liées au creux de la voile)
B- Un témoin : les penons
Les penons sont des bouts de laine fixés sur les deux faces de la voile au niveau
du premier tiers de la voile. Ils suivent l’écoulement de l’air.
- voile bien réglée : les penons sont bien horizontaux sur les deux
faces
- voile trop bordée : le penon de l’extrados faseille. Il faut
choquer la voile ou pousser la barre
- voile trop choquée : le penon de l’intrados faseille. Il faut
border la voile ou tirer la barre
En règle générale, il faut ramener la barre ou la voile du côté du
penon qui faseille.
III- Les rôles du foc et des voiles d’avant en général 
Sur une GV seule, des turbulences apparaissent inévitablement en traîne de
l’extrados (1). Le foc crée un étranglement du couloir d’air abordant
l’extrados, et génère ainsi une accélération tout en déviant l’air (2).
Ceci a trois effets :
- les turbulences sont reculées après la chute de la GV
- faisant suite à l’accélération, le vide et donc l’aspiration sont
supérieurs
- les voiles d’avant en général font refuser le vent que perçoivent
les voiles d’arrière. Avec un spi asymétrique par exemple, on peut prétendre
avoir une voile assez bordée au largue, avec un écoulement laminaire.
Cependant,
tout bon équipier doit avoir en mémoire les effets néfastes d’un foc trop
bordé (3). L’extrados est entièrement déventé et la GV perd toute sa
puissance. Mieux vaut ne pas avoir de foc qu’un foc trop bordé. C’est
pourtant une habitude fréquente chez les équipiers (moins fatigant).
IV- Vent arrière : l’écoulement laminaire est impossible
L’écoulement
laminaire n’est possible ni au vent arrière, ni au grand largue (ces allures
s’entendent en « vent apparent »). L’angle de déviation imposé
par la voile à l’air est trop important et engendre des turbulences.
Remarque purement théorique :
si les voiles pouvaient être positionnées en avant des haubans aux allures
portantes, on pourrait alors garder un écoulement laminaire. Les voiles
feraient alors contre-gîter le bateau.
V- Remarque : application aux coques asymétriques
Les schémas ci-dessus représentent des catamarans sur l’eau vus de dessous. Les
parties blanches sont émergées, les parties bleues sont immergées.
Certaines coques de catamaran sont symétriques (KL…).
Cependant, certaines présentent une asymétrie (HC…) : le versant interne est plus
bombé que le versant externe. Il résulte de cette asymétrie un portance
d’axe transversal orientée vers le milieu. Ainsi, lorsque les deux coques
sont également immergées, la coque bâbord génère une portance orientée
vers tribord, et inversement. Ces portances s’annulent. Sur un catamaran qui gîte,
la coque sous le vent est plus immergée que la coque au vent, il en résulte
une portance globalement orientée vers le côté au vent, le catamaran dérivera
donc moins.
Ce
phénomène prêche en faveur du maintient de la coque au vent à fleur d’eau
au près. Il ne faut cependant pas oublier qu’un bateau bien équilibré présente
une traînée moindre.
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