Escale 5 : Pourquoi le bateau a tendance à lofer ou à abattre ?
| Les contenus des modules "Aérodynamique" et "Hydrodynamique" sont similaires pour l'escale 5. |
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La décomposition des FA et FH au près (X)
Le schéma ci-dessous représente la totalité des forces aérodynamique (FA) et hydrodynamique (Fad ou FH) et leurs composantes s’appliquant sur un bateau à une allure de prés bon plein.
Les forces aérodynamique et hydrodynamique sont sur le même axe, le bateau est équilibré, la direction est relativement linéaire (droite).
Au prés, le bateau dérive énormément car la force aérodynamique FA est orientée sur le côté du bateau. La force hydrodynamique Fad (ou FH) est opposée à la force aérodynamique mais pas assez pour contrer totalement la dérive du bateau.
La décomposition des FA et FH et équilibre au vent arrière (X)
Au vent arrière, les forces aérodynamique (FA) et hydrodynamique (Fad ou FH) sont parallèles mais dans des directions opposées.
La force aérodynamique étant orientée dans le sens du déplacement, la force hydrodynamique diminue.
Le bateau ne dérive pas et l’équipage a la possibilité de relever la dérive. Il faut conserver un minimum de dérive, car elle joue un rôle de stabilisateur et permet de redresser le bateau s’il chavire.
Les deux forces n’étant pas sur le même axe, il se créé un déséquilibre et le bateau à tendance à lofer.
Pour contrecarrer cet effet l’équipage doit faire contre-gîter le bateau ou amener le mât de la planche au vent. Ceci permet d’amener les forces aérodynamique et hydrodynamique sur le même axe.
Il est important de ne pas trop contre-gîter avec le bateau ou trop amener le mât de la planche au vent car il se passe le phénomène inverse, le bateau abat au lieu de conserver sa neutralité.
Le décalage des FA et FH au vent de travers (X)
L’action « essuie-glace » d’un gréement de planche à voile ou un mât trop sur l’avant ou sur l’arrière d’un bateau (quête) entraîne un déplacement du point d’application de la force aérodynamique.
Les deux forces n’étant plus sur le même axe, le bateau (ou la planche à voile) va avoir tendance à lofer ou abattre.
- Bateau 1 : les forces aérodynamique FA et hydrodynamique Fad (ou FH) sont sur le même axe.
Le bateau va droit, il est neutre. - Bateau 2 : les forces sont décalées. La force aérodynamique FA est en arrière de la force hydrodynamique Fad (ou FH). Le bateau lofe, on dit qu’il est ardent.
- Bateau 3 : les forces sont aussi désaxées ; la force aérodynamique FA est en avant de la force hydrodynamique Fad (ou FH).
Le bateau abat, on dit qu’il est mou.
Les couples
L’équilibre latéral concerne la gîte avec le couple de chavirage et la contre-gîte avec le couple de redressement.
Le couple de chavirage Cc est provoqué par la pression du fluide vent (force aérodynamique FA) sur le plan de voilure et par la pression du fluide eau (force hydrodynamique Fad ou FH) sur le plan dérive.
Lorsque l’angle de gîte du bateau augmente, à cause d’une rafale par exemple, la distance de chavirage Dc entre la force aérodynamique FA et la force hydrodynamique Fad (ou FH) augmente.
Le couple de chavirage Cc est plus grand que le couple de redressement Cr, le bateau est déséquilibré, il gîte.
Le couple de redressement Cr ou couple de rappel est provoqué par l’équipage P (trapèze-harnais, rappel) et par la poussée d’Archimède Parch sur le bateau ou la planche.
Si le bateau gîte légèrement et que l’équipage sort violemment au rappel ou que le vent diminue brusquement, la distance de redressement Dr entre le poids P de l’équipage et la poussée d’Archimède Parch augmente.
Le couple de redressement Cr est plus grand que le couple de chavirage Cc, le bateau est déséquilibré, il contre-gîte.
Quand le couple de chavirage Cc est égal au couple de redressement Cr, le bateau est équilibré.
Le bateau conserve un angle de gîte à peu prés constant sauf si un élément extérieur vient le perturber (rafales, déplacement violent de l’équipage…).
Les variations du couple de redressement (X)
Le dessin montre trois couples de redressement différents selon l’importance de la sortie au rappel ou trapèze.
- Le personnage 1 est assis dans le bateau, le couple de redressement est Cr1.
Le couple Cr1 est le plus petit des trois couples. - Le personnage 2 effectue un rappel moyen.
Le couple de redressement Cr2 est plus grand que le couple de redressement Cr1. - Le personnage numéro 3 est au rappel maximum.
Le couple de redressement Cr3 est plus grand que Cr2 et Cr1.
Le dessin montre un équipage dans une position de rappel identique. Le couple de redressement varie avec la gîte du bateau. Pour remettre le bateau à plat, l’équipage doit augmenter le couple de redressement. Il peut soit :
- Augmenter la distance de rappel ;
- Diminuer le couple de chavirage (notamment diminuer la force aérodynamique en choquant la voile).
Le chavirage peut également se produire à la contre-gîte.
Les variations du couple de chavirage (X)
Le dessin représente un bateau à plat (en rouge) et un bateau à la gîte (en vert).
Le bateau rouge est à plat, le couple de chavirage Cc est petit. Le bateau vert gîte, la force aérodynamique FA’ est beaucoup plus grande que la FA initiale. Le couple de chavirage Cc’ est également plus important.
Pour revenir à la position initiale (bateau rouge, FA et Cc), l’équipage doit diminuer la force aérodynamique en choquant les voiles. Le couple de chavirage Cc varie en fonction :
- De la gîte ;
- De l’intensité de la force aérodynamique.
Les photos montrent quatre supports différents où les couples de redressement et les couples de chavirage sont en équilibre.
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Le catamaran est en équilibre sur une coque. Le couple de redressement Cr est égal au couple de chavirage Cc.
La force hydrodynamique FH ne s’applique que sur la coque dans l’eau.
Sur ce dériveur, l’équipière a un couple de redressement maximal avec le bras derrière la tête pour conserver le bateau à plat.
Le couple de redressement Cr est égal au couple de chavirage Cc.
Le véliplanchiste est penché en arrière, il est en suspension (position parachute). Cette position est maintenue par la pression du vent dans la voile.
Le couple de redressement Cr est égal au couple de chavirage Cc.
En quillard, le lest a un rôle primordial dans le couple de redressement. L’équipage au rappel renforce l’effet de la quille.
Si le quillard gîte, le couple de chavirage augmente. Alors, le couple de redressement augmente également car la quille s’éloigne du centre du bateau vers l’extérieur.
Le resalage
L’équipage utilise la technique classique de resalage d’un catamaran.
La force qui s’oppose au couple de redressement (poids de l’équipage et poussée d’Archimède) est due au poids total des voiles, du gréement et éventuellement de l’eau dans les voiles.
On ne peut plus parler de couple de chavirage car les forces aérodynamique et hydrodynamique n’existent plus (le bateau n’avançant plus).
Pour que l’équipage puisse redresser le bateau, le poids de l’équipage doit être supérieur à la force exercée par le poids des voiles, du gréement et éventuellement de l’eau dans les voiles.
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Le catamaran est redressé, le couple de redressement Cr a été plus important que le poids total des voiles, du gréement…
Plusieurs conditions peuvent causer un échec au resalage :
- Le poids de l’équipage est inférieur au poids des voiles, du gréement et de l’eau dans les voiles ;
- L’équipage ne se penche pas suffisamment en arrière pour augmenter le couple de redressement ;
- Une position de l’équipage trop basse au départ et finissant dans l’eau. Le poids de l’équipage est alors annulé par la poussée d’Archimède ;
- Les voiles non choquées.
L'équilibre longitudinal
L’équilibre longitudinal, tout comme l’équilibre latéral, influe sur la direction et la vitesse du bateau. Il dépend de la position de l’équipage.
L’équilibre longitudinal agit sur la direction. Effectivement, un bateau ne naviguant pas dans ses lignes à tendance à abattre ou à lofer.
Les dessins ont été volontairement exagérés afin de bien comprendre les phénomènes.
- Sur le dessin de gauche, l’équipage est groupé et centré.
Le bateau est neutre. - Sur le dessin du milieu, l’équipage est assis à l’arrière du bateau, il cabre. La force aérodynamique FA est décalée sur l’arrière par rapport à la force hydrodynamique FH.
Le bateau a tendance à lofer. - Sur le dessin de droite, l’équipage est assis trop sur l’avant et le bateau enfourne. La force aérodynamique FA est décalée sur l’avant par rapport à la force hydrodynamique FH.
Le bateau a tendance à abattre.
L’arrêt à la cape
La technique de l’arrêt à la cape est utilisée pour stopper le bateau.
Elle présente l’avantage d’avoir la voile d’avant qui ne faseye pas donc qui ne s’abîme pas. En contre partie, le bateau dérive plus rapidement que dans le cas d’un arrêt classique (voiles choquées).
- Sur le dessin de gauche, la GV est complètement choquée. La voile d’avant est à contre. Les gouvernails sont poussés vers la grand-voile.
Le foc est à contre, il fait abattre le bateau (flèche en pointillés rouge). - Sur le dessin de droite, les voiles sont toujours dans la même position ainsi que le gouvernail.
Les safrans font lofer le bateau (flèche en pointillés bleu).
Le bateau abat avec le génois à contre, donc il prend un peu de vitesse. Le gouvernail renvoie le bateau face au vent puis à nouveau le bateau abat avec le foc à contre et ainsi de suite. Attention, la vitesse de dérive peut atteindre une vitesse de plusieurs nœuds.
