a) Qu’est-ce qu’un hydroptère ?
Avant tout, l'étymologie du mot hydroptère peut nous renseigner. En grec, hydros signifie « eau », et pteron, « aile ». C’est donc un bateau qui possède une aile dans l’eau. L’hydroptère (hydrofoil en anglais) est un bateau à voile possédant des ailes (foils) immergées dans l’eau qui lui permettent de "voler", ou plus exactement de soulever sa coque hors de l'eau. Ce projet aujourd’hui réalisé était au départ un rêve inaccessible.
L'Hydroptère, détenteur du record de vitesse à la voile
Hydroptère ferry entre Hong Kong et Macao
1) Quelle est l’histoire des hydroptères ?
Avant même que naquit l’idée de l’hydroptère, des inventeurs pensaient déjà à mettre au point des bateaux plus rapides en réduisant la résistance de l’eau. Ce sont les précurseurs de l’hydroptère. Le premier de ces précurseurs est Thomas Moy, qui en 1861 teste un modèle équipé de 3 surfaces portantes, et effectue un déjaugeage dynamique, c’est à une élévation de la coque afin qu'elle ne touche plus la surface de l’eau, réduisant ainsi la traînée. Ensuite, en 1869, Emmanuel Denis Farcot, a installé des ailes sur la coque d'un bateau pour la soulever et ainsi réduire la traînée. Ensuite, durant le XX ème siècle, de nombreux inventeurs comme Alexander Graham Bell ou M. Wright, ont réalisés des travaux sur ce nouveau type de bateau, qui prennent le nom d'hydroptères à moteur.
L’idée de l’Hydroptère tel qu’on le connaît aujourd’hui date de 1975 mais ce rêve était encore irréalisable à l’époque. C’est Eric Tabarly, un grand navigateur français, qui imagina un trimaran doté de foils (ailes), avec une équipe d’ingénieurs. Malheureusement, les matériaux de l’époque n’étaient pas assez légers et résistants à la fois, pour pouvoir être efficaces à de très fortes pressions. Le projet d’Eric Tabarly se voit bientôt concrétisé grâce à Alain Thébault, qui réalisa une maquette de l’hydroptère en 1987. Au fur et à mesure de ses navigations et des innovations technologiques de l’époque, le bateau est enfin réalisé. Le premier octobre 1994, on peut voir le premier hydroptère "voler" dans l’eau. Depuis lors, ce bateau à voile ne cesse de s’améliorer et bat des records de vitesse. D’autres modifications sont en projet pour battre de nouveaux records. Mais à l’heure actuelle, il reste le bateau à voile le plus rapide du monde.
2) Comment fonctionne un hydroptère ?
Le principe de l’hydroptère et de ses ailes est assez simple. Il faut que l’hydroptère subisse un minimum de traînée due à la résistance de l’eau. Pour cela, des ailes ont été immergées dans l’eau et sont rattachées sur les côtés et sur la coque. Du coup, à partir d’une certaine vitesse, la coque va se soulever et ne touchera plus la surface de l’eau. On dit alors que le bateau a "déjaugé". Seules les ailes restent sous l’eau. Une portance est donc exercée sur ces ailes immergées, qui fonctionnent exactement comme une aile d’avion, selon le même principe de portance dynamique que celui qui permet aux ailes d’un avion de le faire décoller. Lorsque la portance est supérieure au poids du bateau, ce dernier déjauge. Ces bateaux sont surélevés par rapport à la surface de l’eau, ce qui réduit très fortement la traînée et augmente donc la vitesse puisqu’il n’y a plus l’impact des vagues. Une portance est donc exercée dans un milieu autre que l’air, puisque les ailes sont dans l’eau.
Il existe plusieurs types de foils : Les deux plus importants et utilisés sont :
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Les foils en V, traversant la surface de l’eau :
Le foil est oblique et exerce une portance dans l’eau. Au démarrage, il est complètement immergé, puis, au fur et à mesure que le bateau prend de la vitesse, la portance augmente et le bateau déjauge. Le foil aura besoin de moins en moins de surface immergée pour assurer la portance.
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Et les foils en T, qui sert d’empennage arrière, de gouvernail :
Il permet à l’engin de décoller. En effet, le pilote peut en modifier l’angle d’incidence, pour monter ou descendre. Il sert aussi de stabilisateur : sans lui, le bateau sortirait de l’eau et se retournerait.
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Il existe aussi de nombreuses autres formes, mais elles ne sont plus utilisées, ou très peu : les foils en Y inversé, en U, en J, , en O, en L, etc... :
Exemple de trimaran utilisant des foils en Y inversé.
D’ordinaire, pour définir la flottabilité des bateaux, on utilise le principe de la poussée d’Archimède. Archimède, grand scientifique de l'antiquité grecque, a découvert que quand un corps est plongé dans un fluide, une force verticale due à la pression est exercée, le poussant vers le haut. Cette force est égale au poids du volume déplacé. On pouvait donc déterminer le poids du bateau pour qu’il puisse flotter. Mais dans le cas des hydroptères, on s’affranchit de cette règle en exerçant une poussée verticale vers le haut grâce aux foils (ailes). Mais, cette portance est-elle la même force que celle qui fait voler les avions ?
