Accueil / Bateau, navigation et croisière / Comment se déplace un voilier : fonctionnement des voiles d’un bateau
Déplacement d'un voilier

Comment se déplace un voilier : fonctionnement des voiles d’un bateau

Vous êtes-vous déjà demandé comment un voilier navigue au près ? Le soleil est levé, le vent souffle, et j’ai pris des cours de voile. Il s’avère qu’il existe une physique intéressante qui permet aux voiliers non seulement de se déplacer sous le vent, poussés par le vent, mais aussi de se déplacer sous le vent, ou presque. Mais commençons d’abord par l’affaire du vent arrière. Si le marin veut voyager dans la même direction que le vent, il n’a qu’à tenir la voile perpendiculairement au vent et à laisser le bateau être poussé par derrière.

C’est l’allure la plus élémentaire de la voile et elle était souvent utilisée par les anciens marins égyptiens, grecs et romains. Quand ils avaient besoin de plus de vitesse ou qu’ils voulaient se déplacer au près, ils rament.

Les grands bateaux à gréement carré populaires aux 18e et 19e siècles (le bateau pirate classique, par exemple) étaient également plus efficaces sur une voile portant.

Les voiliers modernes peuvent naviguer dans n’importe quelle direction supérieure à environ 45 degrés par rapport au vent. Ils ne peuvent pas naviguer exactement au près, mais avec un bateau bien conçu, une voile bien positionnée et la patience de zigzaguer d’avant en arrière, les marins peuvent voyager partout.

Exploration

Pour l’explorer, dessinons un diagramme qui indique toutes les forces qui s’exercent sur le voilier. Si vous n’avez jamais vu de diagramme de force auparavant, ne vous inquiétez pas, ce ne sont que quelques flèches et triangles. En additionnant les forces, nous obtiendrons la force totale sur le bateau et donc la direction dans laquelle il va se déplacer.

Voici un voilier de base. Les deux parties sur lesquelles nous allons nous concentrer sont la voile au-dessus du bateau et la quille sous le bateau. La quille empêche le bateau de basculer et, comme nous le verrons, joue un rôle crucial pour le faire avancer.

Disons maintenant que nous essayons de naviguer au près avec le vent venant de la gauche ou bâbord sur l’avant du bateau. Cette esquisse montre le voilier comme si nous regardions le bateau qui se dirige vers le haut de l’esquisse.

Le vent remplit la voile en forme d’aile, mais parce que la voile est maintenue aux deux extrémités, le vent ne peut pas la pousser hors du chemin. Au lieu de cela, le vent doit changer de direction pour s’écouler parallèlement à la voile. La voile tendue a créé une force sur le vent qui l’amène à changer de direction et la troisième loi de Newton nous dit qu’il y a une force égale et opposée sur la voile par le vent, comme le montrent les flèches rouges dans le schéma.

Si c’était la seule force agissant sur le bateau, nous serions en difficulté : le bateau avancerait, mais aussi à droite. Mais les voiliers ont une arme secrète cachée sous les ponts : la quille.

En plus de la force exercée sur la voile, la grande surface de la quille résiste à être traînée latéralement dans l’eau. Vous pouvez sentir cette résistance si vous faites glisser la paume de votre main d’abord dans l’eau par rapport au bord de l’eau. L’eau applique une force à votre main qui augmente avec l’augmentation de la surface de la main.

Cette force sur la quille est indiquée par la flèche violette dans le diagramme. En combinant la force sur la voile et la force sur la quille (diagramme en triangle), on constate que les forces latérales sont annulées et que la force totale sur le voilier n’est que dans la direction avant (flèche verte). Le résultat est que le bateau avance !

Naviguer plus vite que le vent

Certains voiliers peuvent même se déplacer plus vite que le vent lui-même. Au près, la vitesse relative du vent sur les voiles est supérieure à la vitesse réelle du vent et ce vent relatif crée une plus grande force sur les voiles qui peut pousser les voiliers plus vite que la vitesse réelle du vent.

Il y a une limite à la vitesse à laquelle les voiliers peuvent avancer, bien sûr. J’ai ignoré la traînée du bateau dans cet exemple, mais le bateau a aussi une friction inhérente lorsqu’il avance dans l’eau. Le bateau accélère jusqu’à ce que la force qui pousse le bateau vers l’avant soit équilibrée par la force de traînée qui tire le bateau vers l’arrière, puis le bateau se déplace à une vitesse constante.

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *