Voile de bateau

L'EFFORT SUR UNE VOILE DE BATEAU

problématiques :

-En quoi la voile joue-t-elle un rôle majeur dans le déplacement du bateau ?

-Comment peut-on ajuster la voile pour optimiser le comportement du bateau ?

INTRODUCTION

La navigation à voile est apparue il y a des milliers d'années, lorsqu'un homme ingénieux s'est aperçu qu'en tendant une peau au vent au-dessus des embarcations, on pouvait avancer sur l'eau sans avoir besoin de ramer. Au fil des siècles, les bateaux à voile se sont diversifiés pour devenir des bateaux de pêche, de commerce ou des navires de guerre.

De nos jours, les voiliers modernes sont capables de naviguer contre le vent et sont parfois même plus rapides que sa vitesse. Depuis l’apparition des moteurs, la navigation à voile est progressivement devenue un loisir et même un sport.

Conscients que la réalisation d'un voilier performant fait appel à des connaissances et des techniques très pointues, notre objectif à été d'utiliser le numérique et une expérimentation pour comprendre les phénomènes qui se produisent autour d'une voile et ainsi d'aboutir à un réglage parfait de la voile de bateau.

DEFINITION ET FONCTIONNEMENT

1/définition

Un bateau remonte au vent grâce aux forces générées de part et d'autre de la voile. L'ensemble de la force générée provient d'une force positive (qui pousse) sur le côté au vent et d'une force négative (qui tire) sur le côté sous le vent, ces deux forces agissant dans la même direction. Contrairement à ce que l'on pourrait penser, c'est la force négative qui domine.

2/fonctionnement

En 1738, le physicien Daniel Bernoulli a découvert que lorsque on augmentait la vitesse de l'air dans un flux d'air libre, il se créait une zone de basse pression et une zone de haute pression où s'écoulait un courant d'air plus rapide. C'est exactement ce qui se passe sur les côtés de la voile.

Fig.1 – intrados/extrados

Mais pourquoi l'air accélère-t-il ? Tout comme l'eau, l'air est un fluide. Entre l'écoulement d'air libre et l'extrados se crée alors un passage étroit par lequel doit s'engouffrer une masse d'air . Cette masse d'air, qui ne peut se compresser, est donc obligée d'accélérer pour rentrer dans ce passage étroit. C'est pour cette raison que la vitesse de l'air accélère sur l'extrados de la voile. Au même moment, il se produit exactement le phénomène inverse sur l'intrados. Plus l'air afflue, moins il y a d'air pour s'engouffrer dans le passage élargi entre l'intrados et le courant d'air libre. En s'écoulant, cet air ralentit et finit par se déplacer moins rapidement que l'air ambiant, augmentant de ce fait la pression.

Fig.2 - Voici une image de flow simulation représentant les différentes pressions autour d'une voile, les zones claires correspondent aux pressions les plus fortes.

Une fois ce phénomène amorcé, la théorie de

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