Les forces et les couples
Ah ! Je savais bien que la voile c’était des rencontres, des histoires d’amour, de sexe, de COUPLES quoi ! Dis-moi tout !
Pour que le bateau conserve sa trajectoire, sa vitesse, qu’il ne coule pas et qu’il ne chavire pas il faut que les forces qui lui sont appliquées s’équilibrent.
Les forces
Le poids
En fonction de la répartition des masses (donc notamment où est stocké le vin dans les cales) s’exerce une force en un point : le Centre de Gravité (en 1 sur le schéma). C’est une force verticale, elle joue sur le fait que le bateau s’enfonce plus ou moins.
La poussée d’Archimède
C’est la force due à la pression de l’eau lorsqu’on plonge un objet dans l’eau. Cette force s’exerce en un point au centre de la partie immergée d’un navire : le Centre de Carène (en 2 sur le schéma). Cette position varie en fonction des mouvements du bateau (à cause des vagues, du vent…). C’est aussi une force verticale, elle empêche que le bateau s’enfonce et coule.
La force aérodynamique
Aussi appelée force aéro, ou force vélique.
Elle résulte de la surpression à l’intrados et de la dépression à l’extrados de la voile (ce que nous avons vu dans le cours sur les écoulements). Le centre vélique est le point d’application de cette force sur les voiles.
La force vélique se décompose en 2 forces, en se plaçant par rapport à la route du bateau :
- La force de dérive. Elle est perpendiculaire à l’axe du voilier. Elle provoque la dérive.
- La force propulsive. Elle est parallèle à la route du voilier. C’est la force qui propulse le bateau et le fait avancer.
- La force aérodynamique.
C’est une force horizontale.
La force hydrodynamique
Aussi appelée force hydro.
Elle résulte des frottements de l’eau sur la coque et sur la quille.
La force hydrodynamique est décomposée en 2 forces :
- La force anti-dérive. La dérive ou la quille et la coque sous le bateau, empêchent le bateau de dériver. Elle est perpendiculaire à la route du bateau.
- La force de traînée hydrodynamique. Plus le bateau est profilé et plus vous astiquez la coque, plus la traînée est faible. Elle est parallèle à la route du bateau,
- La force hydrodynamique.
C’est aussi une force horizontale.
Les couples
Le couple de chavirage
Le couple de chavirage, concerne l’équilibre latéral, la gîte. Ce couple est dû à l’addition de deux forces :
- La force anti-dérive
- La force aérodynamique
Plus il y a de vent, plus la force aérodynamique augmente, plus le bateau gite car plus le couple de chavirage augmente.
Le couple de redressement
Le couple de redressement concerne également l’équilibre latéral, la contre gîte. Ce couple est dû à l’addition de deux forces :
- Le poids (centre de gravité)
- La poussée d’Archimède (centre de carène)
Lorsque le bateau gîte, plus il a de poids à la contre-gite, plus cela réduit la gîte, plus le couple de redressement augmente.
En pratique
Super tout tes trucs d’intello, mais ça me sert à quoi toutes ces forces de Jedi ?
Hey bien jeune padawan, voici quelques conséquences.
- La force propulsive (dans l’air) est proportionnelle à la force du vent, c’est elle qui fait accélérer le bateau. Plus la vitesse augmente, plus la trainée (dans l’eau) augmente. Au moment ou ces deux forces opposées s’équilibrent, l’accélération cesse et le bateau continue à la vitesse atteinte.
- La force de dérive (dans l’air) pousse le bateau dans la direction du vent, sous le vent. La force anti-dérive (dans l’eau) résiste autant qu’elle le peut, mais pas complètement. C’est pourquoi le bateau dérive toujours un peu.
Imaginons maintenant que le voilier commence à giter excessivement. Plutôt que de crier, utilisons les forces !
Il faut chercher à réduire le couple de chavirage pour que le bateau redevienne stable et confortable.
- Nous pouvons difficilement augmenter le poids (à moins de remplir le bateau d’eau…), mais nous pouvons par contre déplacer le centre de gravité en déplaçant le poids des équipiers ! Si nous nous plaçons tous à la contre-gite (du côté au cela monte) le couple de redressement va augmenter, et le couple de chavirage se réduire !
En faisant l’inverse, c’est à dire en se plaçant (le poids des équipiers) du côté ou cela gite, on réduirait le couple de redressement et le couple de chavirage augmenterait, risqué ! - Si ce n’est pas suffisant, nous pouvons réduire les voiles, en prenant un ris (ou plusieurs). Voici les impacts :
- La surface de voile a diminuée, la force aéro diminue également, le couple de chavirage se réduit.
- Le centre vélique s’est abaissé, il se rapproche de l’axe du bateau, ce qui réduit le bras de levier du couple de chavirage.
