Bateau à voile solaire - Travail de Bachelor Technologies Industrielles (TIN) - Auteur : Gaël Frochaux - HEIG-VD
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Bateau à voile solaire
Travail de Bachelor
Technologies Industrielles (TIN)
Auteur : Superviseur :
Gaël Frochaux Jean-François Affolter
Référent externe :
Mark Wuest
26 mars 2021
Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
Résumé
Ce travail de Bachelor a été proposé par le chantier naval Mark Wuest. Dans le cadre de son projet
"Multitalent Experiment". Il s’agit de concevoir un bateau à voile solaire. Cette voile doit pouvoir
servir tout aussi bien de propulsion, de générateur solaire, que de plan d’ombre. Sa forme s’inspire
de la forme ancestrale des voiles polynésiennes. Dans son travail de Bachelor, l’étudiant est amené à
concevoir le système d’articulation de la voile solaire. Ce travail développe les thèmes suivants :
— Études bibliographiques relatives au sujet (navigation à voile, systèmes photovoltaïques, éco-
conception...)
— Conception de l’articulation et la partie mécanique du positionnement de la voile, ainsi que de
son intégration sur le bateau existant (le catamaran "Observer" est mis à disposition du projet)
— Fabrication et test d’un prototype de catamaran avec la voile et l’articulation développée.
— Étude et conception d’un système d’automatisation de la voile pour l’amener dans une position
souhaitée
— Analyse de la production énergétique des panneaux photovoltaïques
1 26 mars 2021
Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
Clause de confidentialité
2 26 mars 2021
Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
Cahier des charges officiel
Cahier des charges sous son format original extrait de GAPS
3 26 mars 2021
Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
Préambule
Ce travail de Bachelor (ci-après TB) est réalisé en fin de cursus d’études, en vue de l’obtention du
titre de Bachelor of Science HES-SO en Ingénierie.
En tant que travail académique, son contenu, sans préjuger de sa valeur, n’engage ni la responsabilité
de l’auteur, ni celles du jury du travail de Bachelor et de l’École.
toute utilisation, même partielle, de ce TB doit être faite dans le respect du droit d’auteur.
HEIG-VD :
Le Chef du Département
4 26 mars 2021
Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
Authentification
Le soussigné, Gaël Frochaux, atteste par la présente signature avoir réalisé seul ce travail et n’avoir
utilisé aucune autre source que celle expressément mentionnées
Yverdon-les bains, le 26 mars 2021 Gaël Frochaux
5 26 mars 2021
Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
Remerciements
Avant toute chose, je tiens particulièrement à remercier sincèrement toutes les personnes qui m’ont
aidé et accompagné tout au long de ce travail de Bachelor.
M. Jean François Affolter, professeur responsable de ce travail pour son accompagnement et ses conseils
bien venu tout au long de ce travail. M.Mark Wuest, Initiateur du projet, qui a mis à ma disposition
sa maquette de voilier et qui s’est montré disponible à répondre à toute mes questions. concernant le
voilier
M. Philippe Bonhôte, pour son aide bienvenu concernant l’hyperstatisme de la structure mobile.
M.Peter Gallineli Pour ses précieux conseils sur la navigation à la voile. Et finalament Sophie Ruch
pour la relecture de ce travail
6 26 mars 2021
Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
Table des matières
1 Introduction 10
2 Cahier des charges fonctionnelles 11
3 Analyse des fonctions 12
3.1 Localisation des panneaux photovoltaïques (PV) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.2 Structure de la voile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.3 Type de bateau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4 État de l’art 13
4.1 Voilier solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.2 Bateaux polynésiens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.3 Les ailes rigides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
4.4 Modèle réduit avec profil d’aile d’avion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
4.5 Voilier autonome à aile rigide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
4.6 Mât pliable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
5 Lexique maritime 16
6 Éco-conception 17
6.1 Les matériaux composites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
6.2 Panneaux photovoltaïques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
7 Catalogue de solutions 22
7.1 Structure rotative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
7.2 Mât pliable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
7.3 Voile sur cardan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
7.4 Pondération des solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
8 Solution choisie 25
8.1 Variante 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
8.2 Variante 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
8.3 Tests et observations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
8.4 Motorisation de la voile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
8.5 Amortisseur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
9 Calculs spécifiques à la solution choisie 29
9.1 Conventions d’écriture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
9.2 Aérodynamique voile pince de crabe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
9.3 Surface et forme de la voile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
9.4 Résultante des forces aérodynamiques (RFA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
9.5 Centre de poussée (point vélique) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
9.6 Moment de retournement du voilier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
9.7 Puissance solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
10 Point clé de la maquette 36
10.1 Actuateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
10.2 Structure mobile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
10.3 Rattrapage du jeu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
10.4 Butée arrière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
7 26 mars 2021
Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
11 Rapport de test 38
11.1 Première mise à l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
11.2 Test de navigation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
11.3 Maniabilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
11.4 conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
12 Description du Catamaran Observer 40
12.1 Actuateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
12.2 Système de verrouillage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
13 Calculs spécifiques au voilier Observer 43
13.1 Poussée d’Archimède . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
13.2 Résistance à l’avancement et propulsion du catamaran . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
13.3 Surface de voile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
13.4 Centre de poussée vélique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
13.5 Puissance vélique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
13.6 Équilibre du voilier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
13.7 Équilibre par vent arrière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
13.8 Équilibre des forces par vent de face . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
13.9 Équilibre des forces par vent latéral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
13.10Contrainte de Cisaillement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
13.11Flambage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
13.12Pression de contact . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
13.13Masse de la voile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
13.14Tension dans la drisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
13.15Tension dans les écoutes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
14 Puissance et énergie générées par l’installation photovoltaïque 62
14.1 Facteurs externes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
14.2 Voile statique à l’horizontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
14.3 Panneaux mobiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
14.4 Voilier dans l’axe Nord-Sud . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
14.5 Voilier dans l’axe Est-Ouest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
14.6 Impact du suivi du soleil sur la production d’électricité . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
15 Estimation de la vitesse en fonction de différentes allures 71
15.1 100 % solaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
15.2 Allures à la voile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
15.3 Navigation hybride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
16 Estimation des coûts matériel 75
17 Amélioration potentielle 77
17.1 Orientation de la voile selon deux axes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
17.2 Implémentation d’un système de suivi du soleil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
17.3 Récupération d’énergie par l’hélice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
17.4 Aide à la prise de décision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
18 Conclusion 79
18.1 Réalisations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
18.2 Améliorations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
18.3 Observations personnelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
8 26 mars 2021Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
19 Annexes 82
9 26 mars 2021Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
1 Introduction
"L’avion dans l’air ou le sous-marin dans l’eau tirent du fluide dans lequel ils se meuvent à la fois leur
propulsion et leur sustentation. Le voilier quant à lui, ne peut utiliser la puissance qui lui est fourni
par l’air en mouvement, que dans la mesure où il peut s’appuyer sur l’eau"[6]. Lorsque l’air vient à
manquer, pourquoi ne pas s’appuyer sur le soleil pour continuer son chemin. Une idée qui, certes ne
date pas d’hier, mais qui mérite d’être remis au goût du jour.
Le chantier naval Mark Wuest a comme idée de créer un voilier solaire constitué d’une voile rigide, sur
laquelle sont placés des panneaux photovoltaïques. Pour pouvoir tirer au maximum partie de ceux-ci,
la voile dois être à la fois orientable et mobile de manière à capter les rayons lorsque le vent faibli
ou tombe. La réalisation de l’articulation de la voile s’avère complexe. Elle doit pouvoir supporter les
contraintes générées par le vent tout en conservant sa mobilité. Dans le cadre de son projet "Expé-
rience Multitalent" M.Wuest s’est tourné vers la HEIG-VD, afin de proposer son idée comme travail
de Bachelor.
Sensible aux problématiques actuelles, le projet se veut responsable envers l’environnement. L’utili-
sation de matériaux biosourcés vient tout naturellement s’ajouter aux énergies vertes propulsant ce
voilier.
La pluridisciplinarité de ce travail demande de bonne capacité d’adaptation et demande des compé-
tences dans divers domaines tels que la mécanique, l’énergie solaire photovoltaïque, l’efficience éner-
gétique (aéro et hydrodynamisme) et la navigation à voile. La diversité des connaissances nécessaires
à la réalisation d’un tel projet reflète les compétences attendues d’un ingénieur en microtechnique.
10 26 mars 2021Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
2 Cahier des charges fonctionnelles
Fonctions principales
FP1 - Générateur d’électricité
FP2- Système de propulsion vélique
FP3 - Plan d’ombre
Fonctions spécifiques
FS1 - Pilotage Le pilote commande manuellement l’orientation de la voile
La voile est orientée de manière à faire avancer le bateau grâce au
FS2 - Navigation vélique
vent
FS3 - Navigation solaire La voile est placée à plat au-dessus du pont
FS4 - Position de sécurité La voile est descendue à l’horizontal sur le pont et verrouillée
FS6 - Propulsion électrique Deux moteurs de 3kW servent à la propulsion du voilier
Deux groupes de batteries au plomb de 55Ah/48V équipent le
FS7 - Stockage de l’énergie
voilier
L’énergie éclectique est générée par des panneaux flexibles mono-
FS8 - Source solaire
cristallins de 120W avec un rendement de 25%
FS9 - Surface solaire Les huit PVs présentent une surface totale d’environ 4m2
La surface doit être suffisante pour accueillir les panneaux sans
FS10 - Surface vélique
toutefois dépasser de la surface au sol du voilier.
FS11 - Structure de la voile Une voile rigide en fibre naturelle est imposée
FS11 - Monter et descendre
La voile doit pouvoir être hissée manuellement ou électriquement
la voile
FS12 - Orientation de la voile La voile est positionnée manuellement ou automatiquement face
face au soleil au soleil
FS13 - Type de voilier L’installation est prévue pour un catamaran
11 26 mars 2021Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
3 Analyse des fonctions
Ce projet sert d’étude pour un futur voilier solaire à but touristique. En vue de son secteur d’activité,
une attention particulière au confort, à l’ergonomie et à la sécurité doit être portée. De manière
à respecter le cahier des charges (section 2), il est alors nécessaire d’en détailler certaines de ses
fonctionnalités et caractéristiques, notamment dans le but de réaliser un catalogue de solutions.
3.1 Localisation des panneaux photovoltaïques (PV)
L’idée initiale est d’utiliser la surface de voile comme surface solaire. Par conséquent, les panneaux
sont disposés sur une face de la voile. Les PVs étant relativement fragiles, la voile se doit d’être rigide
afin de conserver l’intégrité des PVs.
3.2 Structure de la voile
Comme expliqué au point précédent, il est question d’une voile rigide. Dans une idée d’éco-conception,
cette voile doit être réalisée en fibre naturelle. Une étude approfondie est nécessaire à la définition du
meilleur matériau.
3.3 Type de bateau
Pour les besoins du projet, un ancien voilier de régate a été recyclé comme "plateforme expérimentale".
Mesurant 8.5m de long pour 3.9m de large, l’Observer permet l’expérimentation de concepts novateurs
sans pour autant nécessiter un budget excessif. Il est déjà muni d’un système de propulsion électrique
comprenant deux batteries au plomb de 55Ah, chacune générant une tension de 48V. Ces batteries
servent à alimenter deux moteurs de 3kW, chacun situé à l’arrière des flotteurs.
Figure 3.1 – Le catamaran Observer dédié au projet (photo :M.Wuest
12 26 mars 2021Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
4 État de l’art
Beaucoup de voiliers sont pourvus de panneaux solaires, ce qui leur garanti une certaine autonomie
énergétique. Ces panneaux servent majoritairement à produire l’énergie nécessaire au bon fonction-
nement des installations électriques du voilier telles que les instruments de navigation, l’éclairage et
le pilote automatique. Les embarcations, animées à la fois par le soleil et par le vent, se font quant à
elles plus rares. De ce fait l’état de l’art se concentre sur différents points clés du projet.
4.1 Voilier solaire
Bien que rare, certains voiliers hybrides sont équipés d’unités photovoltaïques utiles à la propulsion.
La société "La Bella Verde", par exemple, a développé une flotte de voiliers hybrides se propulsant à
l’aide d’un moteur électrique rechargé par des panneaux solaires situés à l’arrière du bateau
Figure 4.1 – Voilier à propulsion solaire de la société "La Bella Verde" source: ibiza spotlight
4.2 Bateaux polynésiens
La forme de la voile s’inspire directement des bateaux traditionnels polynésiens. Le «Proa» est un
canoë à balancier équipé d’une voile en forme de "pince de crabe". Les Proas ont des caractéristiques
de navigation étonnantes : par exemple, leur rapidité malgré une surface de voilure réduite. Leur voile,
de forme triangulaire, s’élargissant vers le haut, captent le vent bien au-dessus du pont, là où il souffle
avec plus de force et de manière moins turbulente. Ces bateaux sont également stables et faciles à
manoeuvrer.
Figure 4.2 – Canoë Proa avec voile pince de crabe. source: outrigger sailing canoes
13 26 mars 2021Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
4.3 Les ailes rigides
Depuis une dizaine d’années, les ailes rigides ont remplacé les voiles traditionnelles sur des bateaux de
course. Elles permettent d’atteindre des performances en termes de vitesse et d’angle au vent inéga-
lable. Elle possède une prise au vent moins importante et une meilleure portance. Elles se composent
de deux parties : une partie avant dans laquelle se trouve le mât, et un volet arrière permettant le
pilotage de l’incidence de l’aile. Contrairement à une voile, il est impossible d’affaler une aile rigide. Il
faut par conséquent la démonter après chaque utilisation. Ce qui rend leur utilisation peu pratique.
Figure 4.3 – Un AC45 de BMW Oracle, équipé d’une aile rigide source: Les ailes rigides de voilier
4.4 Modèle réduit avec profil d’aile d’avion
Un passionné de modélisme a conçu un voilier avec un profil d’aile d’avion comme voile. Cette aile est
placée sur un petit mât et pivote autour d’une rotule. Cette solution à l’avantage de pouvoir mettre
facilement l’aile à l’horizontal et peut s’orienter face au soleil dans toutes les directions.
Figure 4.4 – Modèle réduit avec profil d’aile d’avion photo: "Power Wing Sail System"
14 26 mars 2021Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
4.5 Voilier autonome à aile rigide
La firme "saildrone" a développé un voilier équipé d’une aile rigide entièrement autonome. Ce bateau
a été développé à des fins scientifiques pour permettre de récupérer des données dans des endroits
reculés, loin des terres. Il avance au moyen d’une aile symétrique pilotée par un volet placé à l’arrière.
Des panneaux photovoltaïques placés sur le pont et sur l’aile permettent d’alimenter le système de
mesure et de pilotage.
Figure 4.5 – voilier autonome photo: "p-plus"
4.6 Mât pliable
Balphamast s’est spécialisé dans la fabrication de mâts de voiliers pliables. Au moyen d’une drisse située
en pied de mât, la base du mât coulisse dans un rail pour changer de configuration. Le constructeur
annonce qu’il est possible de plier un mât en cinq minutes.
Figure 4.6 – mât pliable de la marque balphamast photo: balphamast.com
15 26 mars 2021Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
5 Lexique maritime
— Allure : "L’allure détermine la manière dont les voiles doivent être réglées : en fonction de
l’angle entre l’axe du bateau et le vent".
Figure 5.1 – Les différentes allures d’un voilier source :millessabord.com
— Bâbord : Désigne le côté gauche d’un navire
— Carène Désigne la coque d’un navire
— Drisse : Désigne le cordage servant à hisser une voile
— Écoute : Désigne le cordage servant à régler une voile
— Étrave : Désigne la limite avant de la carène d’un navire
— Gîte : Désigne l’inclinaison latérale d’un navire par rapport à la verticale.
— Gréement : Synonyme de bateau ou ensemble des mâts, des voiles et des manœuvres nécessaires
à la propulsion d’un navire à voiles.
— Hauban : Désigne les câbles assurant le soutient latéral du mât d’un voilier.
— Tribord : Désigne le côté droit d’un navire
— Voilier classique : Raccourci de l’auteur désignant un gréement composé d’un mât avec une
grand voile à l’arrière et une voile triangulaire à l’avant
16 26 mars 2021Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
6 Éco-conception
6.1 Les matériaux composites
"Un matériau composite se définit généralement par l’assemblage de deux phases : le renfort (sous
forme de fibres le plus souvent) et la matrice. Cette dernière conserve la disposition géométrique des
fibres, et assure, par les interfaces, le transfert de charge entre elles. La matrice (le liant en d’autres
termes) peut appartenir à la famille des polymères, des métaux ou des céramiques" [2]. Dans une idée
d’éco-conception, la voile du catamaran sera réalisée en fibre naturelle, afin de minimiser son impact
écologique. La réalisation de structures avec ce type de fibre est encore peu commune de nos jours.
L’Observer étant un prototype, il fait le parfait candidat pour ce genre d’expérimentation.
6.1.1 Les fibres naturelles
"Sous les mots «fibres naturelles» se retrouvent des fibres organiques, d’origine végétale (cellulosique)
et animale (protéinique), et des fibres minérales telles que l’amiante" [2].
Le choix des fibres naturelles n’est pas simplement une opération de substitution de fibres de synthèses.
Celles-ci ont des spécificités qu’il est intéressant de valoriser, par exemple : une origine naturelle,
leur durabilité et biodégradabilité (ce qui peut être considéré comme un paradoxe), les performances
mécaniques spécifiques importantes de certaines fibres, la faible demande d’énergie nécessaire à leur
production (en comparaison avec les fibres de verre ou de carbone par exemple) et la possibilité de
les incinérer en fin de vie pour récupérer de l’énergie.[2]. Il est important de garder à l’esprit que la
fibre n’est rien sans matrice. Une utilisation de matrice chimique ne permet pas au produit fini d’être
"écologique". Une matrice en polymère biodégradable (biosourcé ou non) permet de réaliser des pièces
qui, "en fin de vie, peuvent être broyées puis incorporées dans un composte industriel"[2].
6.1.2 Énergie de production
En comparaison avec des fibres de synthèse couramment utilisées telles que la fibre de verre ou de
carbone, les fibres naturelles demandent peu d’énergie à leur production.
Figure 6.1 – Énergie nécessaire à la production de différent type de fibre (lin,basalte, fibre de verre, fibre de
carbone ) en kg de CO2 équivalent par kg source : bicomp.ch
La fibre de carbone constitue un désastre écologique en soi. Comme le présente la figure 6.1, la fibre
de carbone émet trente-quatre fois plus de CO2 qu’un composite à base de fibre de lin. Cependant,
17 26 mars 2021Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
cet impact écologique n’est pas uniquement dépendant du matériau, il faut aussi considérer différents
aspects pour rendre les valeurs de ce graphique cohérentes.
— La fibre est présente localement, aucun transport superflu n’est nécessaire à la fabrication du
renfort.
— La fibre est disponible dans une proportion suffisante. C’est-à-dire que "le volume de fibre présent
sur le marché est suffisant pour réaliser des pièces industrielles."[2]
— La production est effectuée de manière responsable (culture, engrais, rouissage, traitement mé-
canique, stockage, transport)
"Ces fibres sont souvent considérées comme neutres vis-à-vis des émissions de CO2 dans l’atmosphère
puisque leur combustion ou leur biodégradation ne produit qu’une quantité de dioxyde de carbone
égale à celle que la plante a absorbée pendant sa croissance. Ceci est une approche trop simplifiée, car
en réalité, il est aussi nécessaire de tenir compte des pratiques agricoles, des phases d’extraction, de
transport et de mise en forme des préformes et des composites."[2]. De plus, ce graphique ne prend pas
en compte la quantité de matière nécessaire à l’obtention de caractéristiques mécaniques similaires.
6.1.3 Propriétés mécaniques
Pour pouvoir considérer un composite bio-sourcé comme substitut à une fibre de synthèse, il faut que
ses propriétés soit concurrentielles. Elles peuvent aussi être complémentaires aux fibres synthétiques,
en valorisant par exemple : une origine renouvelable, leur durabilité ou encore leur biodégradabilité.
Module de Allongement Contrainte
Densité
Type de fibre Nom Young à la rupture en à la rupture en
[kg/m3 ]
[GP a] traction [%] traction [Gpa]
Verre E 72 1.7 - 2.1 1200 - 2000 2.54
Fibre de
Carbone 230 1.5 3530 1.7 - 1.9
synthèse
Aramide 124 2.9 3620 1.44
Chanvre 23.5 - 90 1 - 3.5 270-900 1.45
Fibre
Lin 38 - 75 1.7 - 3 600-1400 1.5
végétale
Ortie 87 2.11 1594 -
Fibre Verre à soie 5 12 0.6 1.3
animale Arraignée 8.8 20 0.878 1.3
Table 1 – Propriétés mécaniques moyennes en traction de différentes fibres végétales comparées à quelques
fibres de renfort de synthèse habituellement utilisées dans l’industrie des matériaux composites [2]
En terme de rigidité et de contrainte à la rupture le carbone reste inégalable. Cependant, lorsque la
masse n’est pas la principale contrainte, la fibre de verre est couramment utilisée. Des plantes euro-
péennes communes telles que le chanvre, le lin ou encore l’ortie permettent d’obtenir des performances
similaires voir supérieures à la fibre de verre. De nos jours, la fibre de lin est la plus communément
utilisée. "En Europe, elle est principalement cultivée en France (principalement en Normandie et dans
le Nord), en Belgique, aux Pays-Bas, en Russie et en Pologne" [2]. Une entreprise Suisse (bcomp) basée
à Fribourg s’est spécialisée dans la conception de pièces mécaniques en matériaux composites à base
de fibre de lin. Une alternative locale et plus durable qu’une fibre de verre est possible dans notre
région.
18 26 mars 2021Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
6.2 Panneaux photovoltaïques
Électriquement parlant, la cellule photovoltaïque n’est autre qu’un générateur de courant électrique
commandé par l’énergie solaire. L’assemblage des cellules entre elles permet, à travers un processus
de fabrication, la production de modules photovoltaïques (ou communément appelés panneaux pho-
tovoltaïques). Cela, afin de pouvoir augmenter la surface de production d’électricité. Le courant est
produit selon différentes technologies de cellule :
— Cellule en silicium polycristallin
— Cellule en silicium monocristallin
— Cellule multi-jonctions
— Cellule en silicium amorphe en couche mince
— Cellule en couche mince CIS (Cuivre Indium Sélénium)
— Cellule CZTS (Cuivre Zinc Étain Souffre)
Dans ce projet, des cellules en silicium monocristallin sont utilisées. Par conséquent,la suite de cette
réflexion se base sur cette technologie.
6.2.1 Énergie de production
Le silicium est le principal coupable de l’alourdissement du bilan énergétique des PVs. Les impacts
environnementaux liés à la production de composants électroniques à base de silicium débutent avec
l’exploitation des carrières d’où sont extraits les sables nécessaires à cette industrie. La poursuite du
processus nécessite des combustibles fossiles tels que le charbon de bois dont l’extraction et la produc-
tion ont également un impact environnemental. Enfin, les divers processus de purification nécessaires à
l’obtention de la qualité électronique du silicium auront également un poids considérable dans l’impact
environnemental global des puces électroniques.
"En 1990, la production mondiale de silicium de qualité métallique atteignait 800 000 tonnes. Seule-
ment 32 000 tonnes ont obtenu la qualité électronique. Après les dernières étapes de purification, seules
3 200 tonnes finirent dans des cellules photovoltaïques et 750 tonnes dans des composants électroniques
. Il aura fallu utiliser plus de 100 000 tonnes de chlore et 200 000 tonnes d’acides et solvant divers.
Le traitement industriel du silicium est donc excessivement propice au gaspillage de matière première,
gros consommateur de produits toxiques, d’eau et d’énergie" [4].
Les différentes étapes pour transformer la ressource naturelle (silice) en wafer sont très gourmandes en
énergie. L’énergie nécessaire à l’accomplissement de chaque étape de ce long processus a été évaluée
et on remarque que la chaîne de traitement du wafer est la phase la plus énergivore (cf. graphique
6.2) avec près de 73% de l’énergie totale nécessaire pour le processus global. Au total, 2933 kWh
d’électricité sont nécessaires pour produire 1 kg de wafer en silicium. Ramenée à la production d’1
cm2 de wafer, la dépense énergétique est de 0,34 kWh. 1 .
1. (Source : projet REMODECE 2008 cabinet ENERTECH)
19 26 mars 2021Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
Figure 6.2 – Caption
Ce calcul d’énergie par cm2 prend uniquement en compte l’énergie nécessaire à la production de wafer.
Cependant, les panneaux sont aussi constitués de composants tels que :
— Un cadre de soutient en aluminium
— Des joints d’étanchéités (plastique)
— Un verre trempé
— De la colle de type EVA
— Des feuilles de polyfluorure de vinyle
— Des cellules photovoltaïques
Il faut par conséquent aussi les considérer dans le bilan carbone. En France, le bilan carbone d’un PV
reste inférieur à la moyenne mondiale : 79gCO2-éq/kWh contre 430 gCO2-éq/kWh au niveau de la
planète. Il faut en moyenne un à trois ans pour qu’un panneau produise autant d’énergie qu’il en a
consommée au moment de la fabrication.
20 26 mars 2021Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
6.2.2 Recyclage des panneaux
La filière du recyclage des panneaux photovoltaïques se développe de plus en plus vite. En effet, le
nombre croissant d’installations solaires ces dernières décennies provoque une augmentation du nombre
de panneaux arrivant en fin de vie (25-30 ans de service environ). Par exemple, l’éco-organisme PV
CYCLE France a collecté plus de 5 000 tonnes de panneaux solaires photovoltaïques en 2019, soit
environ 280 000 panneaux. Il estime qu’il y aura plus de 50 000 tonnes à recycler en 2030, soit dix
fois le volume de 2019. La première étape du recyclage consiste à retirer mécaniquement le cadre en
aluminium, le boîtier de jonction et les câbles. Il reste ensuite le laminé photovoltaïque composé du
verre, de plastique et de cellules photovoltaïques collés ensemble. Pour faire le tri, les laminés sont
découpés en bandes puis broyés afin d’être séparés par un procédé mécanique. Le taux de valorisation
de PV CYCLE s’élève ainsi à près de 95%. Les différents constituants sont recyclés de la manière
suivante :
— Du verre : 65 à 75% > valorisé aux 2/3 en calcin propre auprès des industriels du verre (colla-
boration avec Saint-Gobain)
— Un cadre externe en aluminium : 10 à 15% > valorisé en raffinerie d’aluminium
— Du plastique : environ 10% > valorisé en CSR (cimenterie)
— Du silicium métal : 3 à 5% > valorisé en filière d’hydrométallurgie de métaux précieux, ou en
affinerie d’aluminium pour certains alliages
— Du câble de cuivre traité directement sur le site de Veolia / Triade-Electronique Castelnau-le-lez
(34) par broyage avec vente de la grenaille de cuivre
— Un boîtier de jonction composé de connecteurs en cuivre : 2% > valorisé sur le site de Veolia/Triade-
Electronique à Rousset
6.2.3 Conclusion
Les techniques de purification du silicium méritent encore un perfectionnement mais d’une façon
générale, l’Europe toute entière réfléchit à une éco-conception du photovoltaïque, autour du silicium
et de toutes les étapes ayant un impact quelconque sur la planète. En ce sens, des normes pourraient
apparaître dans le milieu, notamment afin d’augmenter la recyclabilité et de diminuer l’usage des
métaux rares. Le silicium n’est pas un métal rare, il est largement présent dans la couche terrestre.
Les industriels et fabricants n’ont pas d’angoisse particulière sur cette ressource, car des réseaux
de production existent partout dans le monde, et les capacités sont suffisantes pour faire face à la
demande croissante. La production et la découpe des lingots de silicium se fait majoritairement en
Asie, mais d’autres acteurs sont implantés en Europe. Les panneaux sont généralement assemblés en
Chine. L’enjeu serait de relocaliser certaines étapes sur nos terres, afin de limiter également l’impact
lié au transport pesant sur le bilan carbone mondial.
21 26 mars 2021Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
7 Catalogue de solutions
Ce travail se concentre sur l’articulation de la voile solaire rigide. Pour répondre à la problématique,
un catalogue de solutions à été constitué. Les éléments les plus probant sont décrits ici.
7.1 Structure rotative
La première solution consiste en une pièce structurelle reliant le bateau à la voile. Cette pièce permet
à la voile de se déplacer selon deux degrés de liberté.
Figure 7.1 – Concept de structure rotative
La voile est orientée au moyen de deux écoutes situées sur chacun de ses côtés, et une drisse ou un
vérin situé à l’avant qui permet de la hisser à la verticale. Cette solution produit une bonne rigidité, un
poids réduit, un entretien facile dû au minimum de pièces mobiles, et un faible encombrement visuel.
22 26 mars 2021Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
7.2 Mât pliable
Une seconde possibilité est d’intégrer la voile sur un mât pliable.
Figure 7.2 – Croquis de mât pliable avec sa glissière
Le catamaran fonctionne comme un voilier conventionnel à une exception, le mât peut pivoter autour
d’un axe ce qui permet l’inclinaison du mât à l’horizontal. Sa partie inférieure est fixée sur un chariot
guidé dans un rail. Une drisse permet le déplacement du chariot le long d’un rail. Le pilotage s’effectue
au moyen de deux écoutes disposées aux extrémités inférieures de la voile et d’une drisse permettant
de hisser le mât à la vertical. Cette installation demande un entretien plus conséquent du fait du
nombre de pièces mobiles important.
7.3 Voile sur cardan
La voile est fixée sur un unique point central. Un cardan permet l’articulation de l’aile selon trois
degrés de liberté. Un petit mât supporte l’ensemble. La voile est positionnée au moyen d’au moins
trois écoutes.
Figure 7.3 – Croquis de voile sur cardan
23 26 mars 2021Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
Cette solution permet de positionner la voile face au soleil dans n’importe quelle configuration. Cepen-
dant, la position de la voile nécessite trois voir quatre écoutes qu’il faut pouvoir gérer simultanément.
Une gestion manuelle s’avère par conséquent presque impossible.
7.4 Pondération des solutions
Afin de définir la solution la plus appropriée à cette application, il est important de considérer chaque
solution dans son ensemble. Pour avoir une vision globale de la validité de chaque solution, un tableau
pondéré reprend les différents paramètres importants de la maquette. Certains sont plus importants
que d’autres, c’est pourquoi ils sont représentés par un coefficient selon leur importance. En notant les
solutions retenues selon chaque facteur il est possible de définir la solution la plus adaptée aux besoins
1 = médiocre, 3 = excellent
Coeficient Structure rotative Mât pliable Cardan
Encombrement minimal 2 3 1 3
Poids minimal 2 2 1 2
Prix minimal 1 2 1 2
Facilité de montage 2 3 2 2
Qualités ergonomiques 3 3 3 1
Performancse optimales 2 2 3 2
Facilité de conception 2 2 2 2
Nettoyage et entretien 2 3 2 3
Durabilité 3 3 2 2
Solidité 3 3 1 1
Sécurité 3 2 1 1
Total 65 44 45
Figure 7.4 – Pondération des différentes solutions selon les points importants de développement. 1 = solution
médiocre, 3 = excellente solution
La structure rotative obtient largement le meilleur score. Par conséquent, elle est considérée comme
la meilleure solution de cette sélection et sera utilisée dans la suite de cette étude.
24 26 mars 2021Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
8 Solution choisie
La structure mobile a obtenu le meilleur résultat durant la phase de pondération. En effet, cette
solution présente de bons avantages en termes d’encombrement, d’ergonomie, de durabilité et de
rigidité. De plus, un troisième axe de rotation ne semble pas nécessaire à la navigation. Cela rajouterait
inutilement une complexité et une fragilité. Cette version peut se présenter en deux variantes. Afin
de définir la variante la plus efficace, un pré-prototype a été réalisé. Ce premier prototype est équipé
de roues afin de vérifier l’influence de la position de la voile sur la poussée générée. Ce choix présente
l’avantage d’être indépendant d’un plan d’eau. Il suffit d’une surface plane pour effectuer les mesures.
8.1 Variante 1
Dans la première variante, l’axe de rotation inférieur est disposé parallèlement à l’axe longitudinal du
voilier. L’axe supérieur est lui orienté perpendiculairement au premier.
Figure 8.1 – Maquette de test montée selon la variante 1
Comme sur un voilier classique, la voile ainsi que la structure mobile basculent d’un bord à l’autre de
manière à prendre le vent. Le réglage de la voile s’effectue au moyen d’une écoute placée à l’arrière du
point de fixation.
25 26 mars 2021Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
8.2 Variante 2
Par souci d’économie de matière, cette variante a été conçue de manière à pouvoir réutiliser un maxi-
mum de composants de sa version première. Dans cette variante, les axes de rotation sont inversés,
l’axe inférieur est perpendiculaire à l’axe longitudinal du voilier et l’axe vertical est parallèle.
Figure 8.2 – Maquette de test monté selon la variante 2
Lors de la navigation à la voile, la structure est basculée vers l’avant. Ensuite il est possible d’orienter
la voile de manière à prendre le vent. Cette variante présente l’avantage d’être plus équilibrée latéra-
lement. La structure reste dans l’axe longitudinal de l’embarcation, et la voile est montée sur son axe
de symétrie vertical. le centre de gravité de l’ensemble se voit cependant avancé.
8.3 Tests et observations
Pour valider le concept le plus efficace à la voile, les deux variantes ont subi une série de tests afin
de définir le concept le plus prometteur. Les tests se présentent de la manière suivante : le modèle
est placé sur une surface plane, puis un vent est généré selon un certain angle par rapport au cap
du voilier afin de quantifier ses aptitudes à se mouvoir selon différentes allures. La première variante
demande un vent régulier. Si le vent tombe, alors la voile retombe avec, ce qui s’avère dangereux
pour l’équipage. Un système de maintien de position est à prévoir. Avec un angle au vent inférieur à
90° les performances de cette configuration sont médiocres. Dans ces conditions, le voilier ne pourrait
donc pas remonter le vent. Les performances de la variante 2 sont, quant à elles, plus prometteuses.
L’embarcation peut naviguer sans difficulté du vent arrière au près. La limite d’angle au vent se situe
au alentour de 45°. Une vidéo présentant le fonctionnement et le test des deux versions est disponible
ici 2 .
Ce rapide prototypage a permis de clarifier les différences en termes de comportement aérodynamique
d’une variante par rapport à l’autre. La seconde variante s’avère être la meilleure. La suite de ce
rapport se basera sur cette configuration.
2. lien vidéo : https ://www.youtube.com/watch ?v=3COByg5n-V8
26 26 mars 2021Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
8.4 Motorisation de la voile
Différents systèmes permettent le déplacement de la voile. Cependant la motorisation doit répondre à
certaines contraintes :
Le mode de déplacement doit rester le plus simple possible, le nombre de pièces mobiles est restreint au
minimum, la durabilité et la maintenance doivent être optimisées et finalement la solution doit rester
discrète. L’objectif principal de ce bateau, pour rappel, est de proposer des escapades touristiques.
L’esthétisme a, par conséquent, son importance.
Compte tenu de ces différents facteurs, un système de vérin électrique peut être envisagé. La précision
des mouvements ainsi que les forces développées sont appréciées. Cependant, cette solution présente
plusieurs inconvénients tels que le poids, l’encombrement et la maintenance. Par conséquent, un sys-
tème similaire à un voilier classique, composé de drisse et d’écoutes, à été choisi. Cependant, cette
solution présente aussi ses avantages et ses inconvénients. Sa simplicité de mise en oeuvre et son poids
réduit en font une solution de choix. Des forces importantes en traction peuvent être développées sur
les cordages, mais aucune force en compression n’est imaginable. pour maintenir la voile en position,
deux écoutes sont donc nécessaires.
Figure 8.3 – Motorisation du prototype une vidéo est disponible ici
Lors des essais, il s’est avéré que le décalage entre l’axe de rotation de la structure et l’axe de renvoi des
écoutes engendre une surtension lors de la mise à l’horizontal de la voile. Aussi, le chevauchement des
tours d’écoute sur le tambour (en vert sur la figure 8.3) génère une différence de longueur. Différentes
solutions on été amenées afin de résoudre cette problématique.
27 26 mars 2021Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
8.4.1 Tambour conique
Pour tenter de résoudre cette différence de longueur, le système suivant à été développé : les écoutes
passent au travers du renvoi mobile avant de venir s’enrouler chacune de leur côté autour du tambour
conique. En théorie, l’écoute soumise à la tension la plus élevée translate le renvoi mobile de son coté.
Le diamètre du tambour perpendiculaire à l’écoute se réduit ce qui ralentit la vitesse d’enroulement ou
de déroulement de l’écoute. À l’inverse, l’écoute détendue verra le diamètre perpendiculaire à l’écoute
s’agrandir. Elle sera alors enroulée plus rapidement. Au bout de quelque aller retour du tambour, les
écoutes devraient trouver leur tension d’équilibre.
Figure 8.4 – Système de poulie conique
En réalité, ce système fonctionne du moment qu’aucune force externe ne vienne perturber l’installation.
Comme le montre la vidéo 3 , ce système génère plus de jeu que le système muni d’un tambour droit.
Il faut chercher une autre solution.
8.5 Amortisseur
L’addition d’un amortisseur sur chaque écoute permet de réduire la surtension générée par un potentiel
défaut d’alignement du renvoi de poulie. L’amortisseur est normalement nécessaire uniquement en cas
de superposition de cordage sur le tambour. Dans ce cas la différence de longueur s’élève à deux fois le
diamètre de la corde multiplié par π. En choisissant un cordage suffisamment élastique, un amortisseur
peut être superflu. les mesures sur la modélisation de la maquette permettrons de définir l’élasticité
nécessaire de cet amortisseur.
3. lien vidéo : https ://www.youtube.com/watch ?v=2vGnJFPjcMM
28 26 mars 2021Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
9 Calculs spécifiques à la solution choisie
9.1 Conventions d’écriture
Le système international d’unité est utilisé dans la suite de ce travail. Seuls les angles sont donnés
en degré. Lorsque la représentation d’une figure dans l’espace est nécessaire, le système de repère
cartésien est pratiqué.
9.2 Aérodynamique voile pince de crabe
La voile utilisée se caractérise par sa forme. Cette voile est inspirée des voiles en pince de crabe utilisées
sur beaucoup de bateaux polynésiens, Cette forme de voile a plusieurs avantages. Du fait de sa forme,
la majeure partie de la surface se trouve en hauteur. Cette voile permet d’exploiter des vents plus forts
et plus laminaires car non-exposés aux turbulences mécaniques causées par la surface de l’eau. La voile
en pince de crabe, contrairement à une voile standard, n’est pas montée verticalement. Elle est plus
ou moins inclinée vers l’arrière. Cette inclinaison modifie considérablement le profil de la voile et, par
conséquent, son comportement aérodynamique. À la verticale, la voile à un comportement similaire au
comportement d’un gréement classique tandis qu’elle se rapproche d’un profile d’aile delta lorsqu’elle
est placée horizontalement. Cette voile à géométrie variable présente des comportements variés selon
son inclinaison. Comme le présente le graphique de portance en fonction de la traînée ci-dessous.
Figure 9.1 – Graphique Portance/traînée selon différentes inclinaisons de voiles (mesures de 5°à 45°par inter-
valles de 5°). source : multihull.de
Avec de petits angles d’incidence, la voile présente de meilleures caractéristiques à la vertical, tandis
qu’il est préférable de la coucher par vent arrière. En comparant la vue de coupe du profil, dans
différentes configurations, il est plus aisé de se représenter les phénomènes agissant sur la voile.
29 26 mars 2021Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
Figure 9.2 – Vue de coupe sous différentes configurations. Source : multihull.de
La cambrure ainsi que l’allongement sont considérablement affectés par l’inclinaison de la voile. La
figure 9.2 présente les différences de cambrure selon l’inclinaison de la voile. Ces différences se réper-
cutent sur la polaire de la voile présenté à la figure 9.1
Cette voile à configuration variable permet d’exploiter au mieux les conditions de vent. Elle permet
aussi de naviguer avec une surface inférieure grâce à ses meilleures performances. Cette faible surface
confère au voilier une sécurité supplémentaire lorsque les conditions se renforcent ; le risque de retour-
nement est réduit
Curieusement, aucun bateau à pince de crabe ne semble exploiter l’inclinaison de la voile. Tous pos-
sèdent un angle de 10°à 45°fixe.
Figure 9.3 – Source :Blogbook of the Tiki 21 Figure 9.4 – Source : Development of the sail(...)
Figure 9.5 – Exemples de voilier avec voile en pince de crabe
9.2.1 Décomposition des forces aérodynamiques
Lorsqu’un flux d’air transite autour d’un profile, une dépression est générée sur l’extrados et une
surpression sur l’intrados. Cette différence de pression entre les deux surfaces génère une force. Cette
force est définie de la manière suivante :
Ci · ρ · V 2 · S
Fi = (9.1)
2
Avec :
Fi : Force selon l’axe i [N]
Ci : Coefficient de portance/traîné selon l’axe [-]
ρ: Masse volumique du fluide [kg/m3 ]
V : Vitesse du vent [m/s]
S: Surface de référence [m2 ]
Dans le cas d’une voile, la surface de référence représente la surface de la voile projetée sur le plan
XZ. Les coefficients de portance et de traînée sont un condensé de différents facteurs. Ces coefficients
30 26 mars 2021Gaël Frochaux Bateau à voile solaire
dépendent de la forme et de la position d’un objet par rapport à un fluide. Ils dépendent également du
type de fluide dans lequel ils évoluent, notamment en termes de viscosité (nombre de Reynolds) et en
termes de compressibilité (nombre de Mach). Dans ce travail, les coefficients sont repris d’une étude
en soufflerie sur les voiles en pince de crabe. Aucun développement aérodynamique ne sera présenté
dans ce travail. Voici la polaire retenue pour cette forme de voile.
Figure 9.7 – Polaire mettant en évidence
les performances de diverses
Figure 9.6 – Polaire d’une voile en pince de crabe. Source :[11]
formes de voile. Source : me-
caflux
La forme de voile considérée dans cette polaire est de type "Santa-Cruz" selon l’étude en soufflerie
réalisée par l’université de Marseille en 2014. [11]. Elle possède un allongement de 4 et une courbure
de 1 :10. Il s’agit de la voile avec les meilleures performance générales. C’est pour cette raison que ce
modèle à été choisi pour la modélisation. Elle représente le cas le plus critique en termes d’effort. De
plus il s’agit de la voile la plus performante en vent de travers avec de très bonnes caractéristiques
au près et au portant comme le présente la figure 9.6. À faible incidence, sa portance augmente
fortement. Lorsque la tangente à la courbe est presque verticale, la portance augmente beaucoup plus
vite que la traînée correspondante et le rapport portance/traînée est à son maximum. Au-delà de ce
point, la portance et la traînée continuent à augmenter mais le rapport CY /CX diminue. Lorsque la
tangente à la courbe est de plus de 45°, la traînée commence à augmenter plus vite que la portance. La
performance maximale de la voile se situe entre ces deux tangentes. La portance et la traînée continuent
à augmenter, jusqu’à l’obtention de la portance maximale. Ensuite, la voile décroche. Au-delà de ce
point, la courbe descend et la force de traînée devient de plus en plus importante. À des incidences
très élevées (au-delà de 60°), la voile est propulsée davantage par la traînée que par la portance.
Figure 9.8 – Type de voile correspondante. Source : Wikipedia:Tepukei
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