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’u 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 :

  1. La force de dérive. Elle est perpendiculaire à l’axe du voilier. Elle provoque la dérive.
  2. La force propulsive. Elle est parallèle à la route du voilier. C’est la force qui propulse le bateau et le fait avancer.
  3. 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 :

  1. 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.
  2. 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,
  3. 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 :

  1. La force anti-dérive
  2. La force aérodynamique

Plus il y a de vent, plus la force aérodynamique augmente, plus le bateau gite et plus le couple de chavirage augmente.

Le couple de redressement

Le couple de redressement concerne également l’équilibre latéral mais de la contre gîte. Ce couple est dû à l’addition de deux forces :

  1. Le poids (centre de gravité)
  2. 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 le 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 commencer à giter excessivement. Plus tôt que 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 réduit le couple de redressement et le couple de chavirage augmente, risqué !
  • 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.

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carlo1962AurelpeterLuciencharlie Auteurs de commentaires récents
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pascal
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pascal

pour la force hydro il y a une erreur: , la decomposition est : composante propulsive , et composante de derive ( la force hydro ou poussée velique est toujours perpendiculaire a la corde de la voile )

Lucien
Invité
Lucien

Je vois pas d’erreur non plus. On prend pas en considération les voiles pour la force hydrodynamique.

peter
Invité
peter

bonjour je suis un peu perdu …
– normalement forces aerodynamique et hydrodynamique sont censées de s’équilibrer – de même que leur composants qui s’équilibrent deux à deux : composante de dérive de la force aerodynamique avec composante antidérive de la force hydrodynamique e trainée hydrodynamique avec la composante propulsive aerodynamique : donc sur le schéma de la force aerodynamique : est ce que la « portance » correspond à la derive et la trainée à la propulsion : mais dans ce cas la fleche devrait aller dans le sens opposé ???
(qs cours des glenans, dernière édition page 314)

Aurel
Invité
Aurel

La Force Aérodynamique (FA) est aussi appelée poussée vélique (PV). On peut la décomposer de 2 sortes: composante propulsive (parallèle à la route suivie) + composante dérive (perpendiculaire à la route suivie) Fprop + Fdér = FA=PV OU Composante de trainée (parallèle aux filets d’air) + composante de portance (perpendiculaire à la trainée) Ft + Fport = FA = PV La force hydrodynamique se crée de la même manière que l’aéro sauf que l’air se remplace en eau. Du coup la force hydro peut se décomposer en composante portance + composante de trainée La force aero et hydro ont le… Lire la suite »

carlo1962
Invité
carlo1962

Le couple de chavirage permet de comprendre pourquoi un bateau gite