Actualité à la Hune

33e Coupe de l’America à Valence

Exclusif : tout sur les dessous d’USA-17 !

«Je sais que c'est difficile à admettre, mais nous avons renoncé, deux jours avant les régates, à un système qui nous faisait gagner de un à deux noeuds de VMG !» Ainsi s'exprime «Monsieur X», anonyme mais réel acteur de premier plan de l'équipe BMW-Oracle. Qui nous livre ici en exclusivité les secrets - les dessous, dans tous les sens du terme !- du vainqueur de la Coupe de l'America, USA-17.
  • Publié le : 18/02/2010 - 06:09

Puissance et glisse L'aile et les voiles d'avant d'USA-17 procuraient une sacrée puissance. Encore fallait-il la mettre au service d'une plate-forme efficace - et de carènes performantes. Les systèmes antifriction permettaient d'amplifier les performances. (Cliquez sur les illustrations pour les agrandir). Photo © Guilain Grenier (BMW-Oracle Racing)

L'histoire de cette 33e Coupe de l'America sera peut-être un jour publiée. La véritable histoire, je veux dire. Car il s'en est passé, des choses restées secrètes, des événements inouïs, des revirements, des catastrophes - que les principaux intéressés ne veulent pas voir sortir au grand jour. Mais... un jour, peut-être, justement ?
En attendant, voici déjà quelques révélations - sérieuses, de première main, de premier ordre - sur les systèmes antifriction imaginés, testés et utilisés par le vainqueur de la Coupe, USA-17. Elles émanent d'un acteur important, qui souhaite garder l'anonymat. Nous l'appellerons donc «Monsieur X», comme dans l'émission de France Inter. Avec cette différence de taille : lui n'est pas un personnage de fiction - il existe bel et bien !


voilesetvoiliers.com : Tu peux donc aujourd'hui nous expliquer les systèmes antifriction utilisés sur USA-17 ?
Monsieur X :
Oui. Nous avions deux systèmes pour réduire la traînée de coque d'USA-17. Le premier, tu en as déjà parlé sur le site de Voiles et Voiliers : fourni par la société américaine 3M, c'est un adhésif appliqué sur la coque, étudié spécialement pour notre nombre de Reynolds et nos prédictions de vitesse (1) (voir les définitions et explications techniques en pied d'article). Ce système n'est autre que celui des <riblets>, procédé bien connu, déjà utilisé par Dennis Conner en 1987 (2). Ce revêtement, qui couvrait les flotteurs et la coque centrale d'USA-17, a bien été utilisé pour les deux manches victorieuses de la Coupe.

v&v.com : Avez-vous pu quantifier le gain apporté par ces «riblets» ?
M.X. : Oui, mais je n'ai pas ces données moi-même. Tout ce que je peux te dire, c'est que c'est fin - mais que ça allait vraiment dans le bon sens !

Des dessous chics, chocs, pas tocs Ne vous fiez pas aux apparences ! Les reflets sur le carbone et l'adhésif pourraient vous laisser croire que les dessous d'USA-17 ne sont pas soignés. En fait, le tout est parfaitement préparé et entretenu. Et par 7-8 noeuds de vent, ce jour-là, le trimaran file à 25-27 noeuds au travers. Photo © Hervé Hillard

v&v.com : Une fois posé, cet adhésif tient-il bien ? Faut-il le remplacer régulièrement ? Est-ce qu'il «s'use» d'une façon ou d'une autre ?
M.X. : Non, en tout cas pas en si peu de temps. On l'a mis en place dès notre arrivée à Valence. C'est un film classique, façon autocollant, mais on le pose en chauffant un peu l'ensemble ensuite, pour être certain que la colle polymérise bien. Mais, non, il n'y a aucun entretien particulier ni besoin de le remplacer, en tout cas pour cette durée limitée. Avant chaque sortie, un plongeur nettoyait simplement la coque avec une éponge, c'est tout.

v&v.com : Passons maintenant au deuxième système antifriction, beaucoup plus surprenant !
M.X. : C'était un système par injection de polymère. Et c'était de loin le système embarqué le plus complexe à bord d'USA-17, donc le plus difficile à mettre au point ! Mais c'était aussi celui qui donnait au bateau le gain le plus monstrueux - peut-être le plus gros gain de toute l'histoire de la Coupe de l'America !

v&v.com : Peux-tu décrire ce procédé ?
M.X. : Nous avions deux injecteurs par flotteur, un en amont du puits de dérive-foil, l'autre en aval - et rien sur la coque centrale. Après nous être assurés que ce système était légal (les Suisses avaient supprimé certaines règles de course, dont celles concernant les moteurs aidant aux manoeuvres et les systèmes antifriction), nous avons prouvé aux autorités américaines, européennes et espagnoles que ce polymère rejeté sous les flotteurs n'était pas polluant. Et pour cause ! Ce produit est utilisé dans les shampoings, mais aussi et surtout pour des injections médicales fabriquées par certaines sociétés pharmaceutiques - y compris, d'ailleurs, certains labos suisses !

v&v.com : Et ce polymère, il s'achète facilement ?
M.X. :
Non pas du tout, surtout dans de telles quantités ! Pour ne pas éveiller les soupçons d'Alinghi - Ernesto Bertarelli aurait pu être mis au courant par les sociétés pharmaceutiques dont je viens de parler -, nous avons acheté ce produit via une université aux Etats-Unis. Celle-ci en commande régulièrement pour certaines recherches qu'elle effectue pour la Marine américaine, concernant les torpilles ou les carènes de ses navires.

v&v.com : Tu parlais de «telles quantités». Qu'en est-il exactement ?
M.X. :
Eh bien, nous avions prévu d'embarquer environ 200 litres de concentré de polymère en poudre par régate ; une pompe en parallèle du circuit venait ajouter de l'eau de mer au concentré avant son éjection sous le flotteur. Au final, l'équivalent de 2 tonnes aurait été libéré lors d'une course, mais sans que nous ayons à transporter l'intégralité de ce poids.

v&v.com : La pompe, c'était la même que celle des ballasts, j'imagine ?
M.X. : Tu as tout compris...

Tant de toile, si peu de coque Tant de toile, de puissance, si peu de surface mouillée. On voit bien, ici, l'importance qu'il y a à freiner le moins possible tous les chevaux de la voilure. Rappelez-vous : ce qui est en l'air propulse, ce qui est dans l'eau freine. Mais freine moins avec des ou du polymère. CQFD. Photo © Gilles Martin-Raget (BMW-Oracle Racing)

v&v.com : Au bout du compte, vous rejetiez donc un mélange à 10 % ?
M.X. : Oui, c'est le ratio de notre mélange, qu'on pouvait augmenter un peu pour améliorer son efficacité. Cela dit, à la base, il y avait déjà un mélange anticipé de la poudre polymère avec de l'alcool pour la pré-hydrater.

v&v.com : Donc un système assez complexe, finalement !
M.X. :
Oui, mais tellement efficace ! Tu ne vas pas me croire, car c'est difficile à admettre, je le sais, mais une fois le système en fonctionnement, le gain était... de 1 à 2 noeuds en VMG, selon les conditions de mer et notre vitesse ! (3)

v&v.com : Un tel gain en VMG semble en effet assez incroyable !
M.X. : Oui, d'autant qu'une fois l'éjection de polymère mise en route, James Spithill continuait à barrer selon les cibles habituelles du bateau. Et si les vitesses-cibles et caps-cibles étaient certes meilleurs, c'est en regardant le gain global en VMG qu'on s'est rendu compte de cette différence colossale !

v&v.com : Mais vous avez finalement renoncé à ce système ?!
M.X. : Oui, la mort dans l'âme ! Malgré ces résultats incroyables, malgré l'approbation du Comité de course, malgré le boulot des équipes - Design Team (ingénieur en mécanique, ingénieur en électronique, ingénieur en mécanique des fluides, designers CFD), Shore Team (équipe à terre), Boat-Builders (constructeurs) -, qui ont passé des jours et des nuits à mettre au point et à tester ce système, nous avons décidé de le retirer... deux jours avant le début de la compétition !

v&v.com : Pourquoi ?
M.X. :
Parce que sa mise au point n'était pas parfaite. Le système fonctionnait très bien d'un côté, sur un des flotteurs mais, pour une raison surprenante et inconnue, marchait très mal sur l'autre : une des pompes s'activait sans raison, compromettant parfois carrément le reste des fonctions du bord !

v&v.com : Tout de même, étiez-vous si sûrs de vous et de vos performances pour vous passer d'un tel procédé, dans le petit temps par exemple ?
M.X. :
Pas du tout. Navigants et designers ont pesé le pour et le contre pendant des heures et nous avons décidé - à contre-coeur, crois-moi - que, pour des raisons de fiabilité du bateau et de ses systèmes embarqués, il valait mieux s'en passer. USA-17 a du même coup été allégé des 200 kilos du système complet. Finalement, l'histoire nous a donné raison et il n'y a pas de regret à avoir aujourd'hui. Mais si nous avions perdu une, voire deux manches, avec quelques minutes de retard, cela n'aurait pas été facile à accepter...

v&v.com : Penses-tu que l'on reverra un jour de tels systèmes sur des voiliers de course ?
M.X. :
Sans doute pas. Les règles ISAF sur l'interdiction des procédés antifriction, par exemple, seront sûrement réappliquées dans le futur règlement de la Coupe de l'America... Même chose pour l'aide motorisée...

v&v.com : Et maintenant ? Comment vois-tu l'avenir ?
M.X. : Une belle page se tourne. Voyons si les bonnes paroles de notre équipe pendant ces deux ans et demi vont maintenant prendre forme et redorer le blason de l'aiguière d'argent. En tout cas, boire du champagne dedans a conclu joliment un rêve d'adolescent...

Adhésif et foil sur le fil ! Sur ce gros plan du flotteur tribord d'USA-17, on distingue bien les bandes d'adhésif destinées à améliorer la glisse. Ce système de est fabriqué par la société 3M. (Cliquez sur les illustrations pour les agrandir). Photo © Thierry Martinez (Sea & Co)

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(1) Nombre de Reynolds : il en tient une couche !

> Le nombre de Reynolds (mis en évidence en 1883 par Osborne Reynolds) est utilisé en mécanique des fluides. Il caractérise un écoulement, en particulier la nature de son régime (laminaire, transitoire, turbulent), et peut s'interpréter comme le rapport entre forces d'inertie et forces visqueuses. Pour faire court, il caractérise la viscosité d'un fluide et le frein qu'il peut représenter sur un mobile qui y évolue.

> Il faut en fait se souvenir que les particules fluides (air ou eau) se déplacent suivant des lignes de courant. Voici environ cent ans, l'Anglais Osborne Reynolds eut l'idée d'introduire un filet de colorant dans de l'eau circulant dans un tube de verre.
Au début, à faible vitesse, la ligne de colorant demeura mince et fine. Un écoulement où les lignes de courant ne sont pas perturbées, où elles ne se mélangent pas, est dit écoulement laminaire. Mais, en augmentant le débit, la vitesse, il observa un dérèglement : à partir d'un point, appelé point de transition, l'écoulement tremble, vibre, les molécules s'agitent, la ligne de colorant s'épaissit, serpente. Il y a un brassage, un désordre, entre les lignes de courant, mais l'ensemble des molécules est toujours entraîné dans la même direction. Cet écoulement agité, mélangé, mais toujours orienté le long de la paroi d'un objet, est dit écoulement turbulent.

> Tout ceci peut évidemment s'appliquer à un avion (dans l'air) ou à un bateau (dans l'eau). Or, un écoulement turbulent, qui se développe à mesure que la vitesse augmente, est évidemment néfaste à la glisse, à la performance. Mais le pire reste le décrochage, le décollement de cet écoulement turbulent : il contamine de plus en plus d'air le long de la carlingue de l'avion, ou de plus en plus d'eau le long de la carène du voilier. D'où l'intérêt de combattre ce phénomène.

Stars and Stripes, le glorieux prédécesseur Rappelez-vous : pour la Coupe de l'America 1987, Dennis Conner - qui a perdu le précieux pichet en 1983 - s'entraîne seul à Hawaii. Débarque en Australie peu avant la compétition. Et reprend magistralement son bien. La carène de son 12 Mètre JI, Stars and Stripes, était dotée de . Photo © Daniel Forster (DPPI)
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(2) «Riblets» et polymère : NASA, Boeing et America !

> La traînée de frottement d'un mobile dans un fluide est énorme. Pour ne prendre qu'un exemple, elle représente environ 40 à 50 % de la traînée totale d'un avion de ligne moderne !

> De ce fait, il y a déjà longtemps que des compagnies aériennes comme Boeing cherchent à minimiser ce phénomène très coûteux : réduire la traînée de frottement d'un avion de ligne de 15% se traduirait par une réduction de 5 % des coûts du carburant, soit des centaines de millions de dollars par an d'économie - et une moindre pollution ! Parmi les solutions étudiées, celle des «riblets».

> Les «riblets», qu'est-ce que c'est ? Etudié par la NASA, mis au point par la société américaine 3M (dans le Minnesota), il s'agit d'un adhésif rainuré et strié longitudinalement. Ces rainures sont très fines, à peu près identiques à de simples égratignures. Et, même si cela peut sembler curieux, ces irrégularités de surface... favorisent la glisse !

> Comment ça marche ? Cet adhésif permet de favoriser la mise en turbulence de la couche limite du fluide sur la carlingue de l'avion, donc, de limiter le phénomène néfaste de décollement, de décrochage de cette couche limite, donc de favoriser la glisse.

> La couche limite, qu'est-ce que c'est ? Pour faire court, c'est cet «air mort», quasiment immobile, collé à la paroi, qu'un avion (ou une voiture) en mouvement entraîne avec lui (c'est cet air immobile collé à votre voiture qui fait que la poussière sur la carosserie ne part pas avec la vitesse !).
La couche limite, c'est aussi cette «eau morte», quasiment immobile, pesante, qui agit comme un frein, qu'entraîne un bateau quand il avance. Il faut donc tenter de diminuer le plus possible cette couche limite. Soit avec une carène la plus lisse possible. Soit, au contraire, avec ces «riblets» qui, mettant en turbulence la couche limite, retardent l'apparition des phénomènes redoutables que sont les décrochages ou les décollements, qui augmentent fortement l'épaisseur de cette néfaste couche limite.

> Et les «riblets», ça marche ? Oui, les premiers essais, menés dès le milieu des années 80, ont induit des gains de 8 % de la traînée de frottement des avions ainsi équipés. En fait, l'adhésif en question est une mince feuille d'aluminium striée d'un côté et adhésive de l'autre. Elle se découpe et se pose donc facilement.

> Et sur l'eau ? Ça fonctionne très bien aussi. On l'a déjà évoqué sur ce site voici quelques jours : en 1987, l'Américain Dennis Conner, sur Stars and Stripes, est allé récupérer la Coupe de l'America en Australie. La carène de son 12 Mètre JI était alors recouverte de ces fameux «riblets». Lesquels seront ensuite interdits par la Fédération internationale - tout comme l'utilisation de produits lâchés dans l'eau pour favoriser la glisse !
Rappelons encore une fois que c'est parce qu'elle a des alvéoles (soigneusement calculées) que la balle de golf va aussi loin. Parfaitement lisse, elle n'aura pas de telles performances !
Rappelons aussi que c'est parce que sa peau est rugueuse (couverte de «denticules dermiques») que le requin peut nager vite et longtemps sans efforts - et sans ondes propres à annoncer sa venue.

> Quels sont les inconvénients de ces «riblets» ? Si l'on excepte bien sûr le fait qu'ils soient interdits en régate (mais pas en croisière !), ils n'en ont qu'un : le dessin et la profondeur de leurs stries doivent être soigneusement calculés pour une fourchette d'utilisation précise. Sans quoi, on arrive au résultat inverse : une carène irrégulière qui emporte avec elle une énorme couche limite, donc une grande quantité d'eau morte - un sacré frein.

> Et le polymère rejeté à l'eau sous les flotteurs, quel intérêt ? Eh bien, il diminue de façon spectaculaire la viscosité du fluide sur lequel repose et avance la carène. L'eau est un fluide visqueux - en tout cas 800 fois plus que l'air. Pour vous en convaincre, mettez-vous debout avec de l'eau à mi-cuisses et essayez de courir le 100 mètres. Oui, ça freine !
Un polymère permet de faire glisser la carène sur une couche de «lubrifiant». Certains cargos utilisent ce système - mais aussi des buses qui injectent des bulles d'air sous la coque. De l'air, donc, qui est 800 fois moins dense que l'eau. Ça aide à avancer plus vite - et à consommer moins.

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(3) VMG : un chiffre qui compte !

VMG, en anglais «Velocity Made Good». Pour schématiser, cette valeur, en noeuds, exprime la capacité pour un voilier à rallier un point situé à son vent (ou sous son vent).

Lors de cette édition de la Coupe de l'America, par 8-10 noeuds de vent, on a vu USA-17 filer à 18-22 nœuds au près, pour un VMG de 13-15 noeuds. Soit un VMG de presque deux fois la vitesse du vent réel !

Pour comparaison, dans les mêmes conditions, un honnête voilier de croisière peut avancer à 5-6 nœuds au près, pour un VMG d'à peine 3-4 nœuds.