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 CarèneCarènePartie sous l’eau de la coque. (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 dériveDérivePièce remplaçant la quille. Donne la possibilité de la remonter pour faire une coque plate et se poser sur le sable. Un bateau avec une dériveur est un dériveur.. Elle est perpendiculaire à l’axe du voilier. Elle provoque la dériveDérivePièce remplaçant la quille. Donne la possibilité de la remonter pour faire une coque plate et se poser sur le sable. Un bateau avec une dériveur est un dériveur..
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 coqueCoqueCe qui permet de flotter. et sur la quilleQuilleEnsemble sous le bateau composé du lest (ou bulbe) permettant l’équilibre du bateau lors de la gite. Un bateau avec une quille est un quillard..
La force hydrodynamique est décomposée en 2 forces :

1. La force anti-dérive. La dériveDérivePièce remplaçant la quille. Donne la possibilité de la remonter pour faire une coque plate et se poser sur le sable. Un bateau avec une dériveur est un dériveur. ou la quilleQuilleEnsemble sous le bateau composé du lest (ou bulbe) permettant l’équilibre du bateau lors de la gite. Un bateau avec une quille est un quillard. et la coqueCoqueCe qui permet de flotter. 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 coqueCoqueCe qui permet de flotter., 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 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 :

1. Le poids (centre de gravité)
2. La poussée d’Archimède (centre de carèneCarènePartie sous l’eau de la coque.)

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 dériveDérivePièce remplaçant la quille. Donne la possibilité de la remonter pour faire une coque plate et se poser sur le sable. Un bateau avec une dériveur est un dériveur. (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 dériveDérivePièce remplaçant la quille. Donne la possibilité de la remonter pour faire une coque plate et se poser sur le sable. Un bateau avec une dériveur est un dériveur. 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.