Zoom sur les foils et la superventilation

7 décembre 2021

Depuis le début de l’aventure SP80, l’optimisation et la recherche sur les foils superventilants sont au cœur du projet et mobilisent beaucoup de ressources. Tout a d’ailleurs commencé lorsque Mayeul, Xavier et Benoit, nos trois cofondateurs, ont monté des ailerons superventilants sur la planche de kite de Benoît et se sont rendu compte du potentiel gigantesque de cette nouvelle technologie.

« J’avais un réel sentiment de stabilité à haute vitesse, raconte Benoît. On a atteint plus de 40 nœuds sans avoir à lutter pour accélérer et pour rester sur la planche. On a tout de suite compris qu’il fallait creuser de ce côté pour pouvoir battre le record »

Lorsque le projet a été officiellement lancé en octobre 2019, c’est tout naturellement qu’ils sont allés voir le Pr. Mohamed Farhat du Laboratoire de Machines Hydraulique à l’EPFL. Ce laboratoire est équipé d’une infrastructure unique au monde : un tunnel de cavitation capable de propulser de l’eau à plus de 50m/s (soit 180km/h !). C’est d’ailleurs dans ce tunnel que les foils de l’Hydroptère, ce bateau qui nous a tous fait rêver plus jeune, ont été optimisés.

AU FAIT, C'EST QUOI LA SUPERVENTILATION ?

Les premiers essais sur des ailerons superventilants ont donc été menés à l’automne 2019 par Aurore Kerr dans le cadre de son projet de Master. Reproduire la superventilation dans le tunnel de cavitation n’était pas une tâche facile comme nous l’explique Aurore :

« Nous étions les premiers à travailler sur la superventilation dans ce tunnel, cela impliquait beaucoup de défis. Il a fallu tester beaucoup de choses avant de trouver la bonne solution.

Depuis, l’équipe a pu passer de nombreuses journées à utiliser le tunnel. Ces tests ont permis de comprendre énormément de choses sur la superventilation et les conditions de l’apparition du phénomène (vitesse, angle d’attaque du foil, forme du profil, etc.) et aussi de mesurer de manière précise les efforts que cela impliquait sur le foil. Les valeurs obtenues ont permis de valider les modèles numériques sur lesquels travaillaient d’autres étudiants en parallèle. 

ET UN TUNNEL DE CAVITATION, C'EST QUOI?

© Guillaume Fischer

Un tunnel de cavitation est une installation expérimentale utilisée pour tester le comportement de corps immergés dans de l’eau (par exemple un foil).
Une puissante pompe permet de mettre l’eau en mouvement dans un circuit fermé et le rétrécissement de la section du tunnel au niveau de la zone d’essai permet d’accélérer l’eau pour recréer des conditions de navigation à très haute vitesse. La pression dans le tunnel est également contrôlée précisément afin de recréer les conditions de la cavitation ou de la ventilation qui seront rencontrées en conditions réelles.  

« Sur un sujet où il y a autant de choses à défricher et à apprendre, l’approche expérimentale nous apparaît absolument indispensable et complémentaire des simulations numériques, explique Charles de Sarnez, responsable de l’équipe Fluides. Il est impossible de se fier aux simulations si on n’a pas des données réelles auxquelles les comparer. »

Mais dans un tunnel de cavitation comme celui du Pr. Farhat, le foil est enfermé entre 4 murs et on ne peut pas modéliser la surface de l’eau. C’est pourtant une étape essentielle dans la compréhension des foils superventilants car l’interaction entre le foil et la surface de l’eau est un phénomène très complexe et difficilement reproductible dans une simulation numérique. L’équipe SP80 peut compter sur le soutien du METAS (l’Institut Fédéral de Métrologie) qui nous met à disposition son bassin de traction de 140m de long, unique en Suisse. 

Anaëlle Manon – étudiante en Master de Génie Mécanique à l’EPFL, est donc partie à Berne pour utiliser ce bassin. Avec l’aide de Flavio Noca, professeur à l’HEPIA et à l’EPFL, nous avons pu tester les ailerons utilisés par Benoît lors de ses essais en kitesurf mais aussi le foil du prototype SP80 qui avait navigué sur le Léman durant l’été. 

 

« Cette journée a été très riche en enseignements et nous a permis de mettre des valeurs précises sur les sensations qu’avait pu avoir Benoit en kite ou lorsqu’il pilotait le prototype”, nous confie Anaëlle.

Forte de toutes ces campagnes de tests, l’équipe hydrodynamique de SP80 a acquis une compréhension unique de la superventilation, un sujet qui avait été jusque là très peu étudié dans le monde.

Ces recherches ont permis de développer en parallèle des modèles de simulation numérique très précis qui permettent de tester des milliers de design différents en quelques heures et donc d’explorer des designs auxquels nous n’aurions jamais pensé.

C’est un de ces designs particuliers qui se retrouvera sur notre bateau lors de notre tentative de record du monde afin d’accélérer jusqu’à 80 nœuds!

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