Actualité à la Hune

34e Coupe de l’America - AC72

Dimitri Despierres et Joseph Ozanne vous dévoilent les ailes (2)

Dimitri Despierres et Joseph Ozanne étaient les Français-clés de BMW-Oracle lors de la 33e Coupe. Et sont les pièces-maîtresses du defender américain Oracle. Ils nous décortiquent les ailes. Et ça vole haut !
  • Publié le : 18/07/2013 - 00:01

Attention, danger !Une image osée de Guilain Grenier, photographe officiel d’Oracle – de quoi terminer en carpaccio. Mais elle permet d’apprécier de (très) près l’impression de puissance et de vitesse laissée par un AC72 de 22 mètres et 6 tonnes, lancé à plus de 35 nœuds. (Cliquez sur les illustrations pour les agrandir)Photo @ Guilain Grenier (Oracle Team USA)Dimitri Despierres et Joseph Ozanne, vous vous souvenez ? Tous deux étaient les Français-clés de la victoire du gigantesque trimaran ailé BMW-Oracle lors de la 33e Coupe de l’America, en février 2010. Tous deux ingénieurs – avec du génie dans ce mot-là (*). Tous deux ayant travaillé à la conception et à la réalisation de l’aile de 72 mètres qui a permis à James Spithill de survoler les débats contre Alinghi (**). Oui, 72 mètres – pour rappel, l’aile d’un AC72 ne mesure «que» 40 mètres.

Ce qui ne l’empêche pas d’être tout aussi belle, complexe, puissante, high-tech. Donc de réclamer des compétences haut de gamme. Dimitri (39 ans) et Joseph (34 ans) figurent à nouveau parmi les pièces-maîtresses du defender américain Oracle. Je leur ai demandé que l’on décortique ensemble les ailes en présence : ETNZ et Luna Rossa (qui travaillent ensemble), Artemis et Oracle. Ils ont accepté, sans langue de bois – de toute façon, les jeux sont faits, les ailes réalisées et finalisées.

Voici la deuxième partie de leur interview croisée. (La première partie est ici).


Dimitri Despierres, Oracle RacingA 39 ans, le Français Dimitri Despierres est l’une des pièces maîtresses de l’AC72 Oracle – tout comme il l’était lors de la Coupe de l’America victorieuse du trimaran ailé BMW-Oracle.Photo @ Guilain Grenier (Oracle Team USA)v&v.com : Venons-en maintenant à l’élément principal, primordial puisqu’il est à la fois le bord d’attaque de l’aile et son «mât». Sa structure elle-même a dû faire l’objet de recherches poussées …
Dimitri Despierres :
Oui, d’autant que cette structure est «imposée» par ce que l’on cherche à faire avec cet élément. Question de base : veut-on vriller l’élément principal – je veux dire «forcer son vrillage» – ou pas ? Oui, ont répondu ETNZ et Luna Rossa. Du coup, ils ont réalisé un tube structurel au centre, jusqu’à mi-hauteur, avec un carénage autour à la forme de la section aéro, avec un système dédié pour contrôler le vrillage de cette section par rapport au tube central. Au-dessus de la mi-hauteur, le tube structurel en «D» reprend la forme de la section aéro jusqu’en tête de l’aile.

v&v.com : Mais pourquoi chercher à faire vriller l’élément principal ?
D.D. :
Pour éviter le décrochage de l’écoulement à des angles d’attaque important – ou au moins devenir plus tolérant à ce décrochage. Le fait de le vriller permet de réduire cet angle d’attaque localement et, ainsi, de pouvoir prendre en compte le gradient soit créé par le vent lui-même, soit créé par la présence du gennaker ou du génois en amont, mais surtout par l’effet 3D de l’écoulement le long de l’envergure. Etre «décroché» crée non seulement une perte de portance, mais aussi une énorme traînée additionnelle. C’est vrai pour une aile comme ça l’est pour une grand-voile. C’est dans le vent faible, les phases de vitesse faible et au portant qu’un l’élément principal qui vrille peut montrer son avantage.

Etude d"écoulements en fonction de lélément principalSous gennaker, étude de l’écoulement (accroché ou décroché) pour trois configurations différentes. De g. à dr. : aile avec un élément principal «vrillable» et un réglage des volets adaptés ; aile sans un élément principal «vrillable» avec une cambrure basse «classique» et des angles de volets réglés pour tenter d’obtenir le moment de redressement ; aile sans un élément principal «vrillable» et une cambrure basse plus faible avec une adaptation des angles de volets pour tenter d’obtenir le moment de redressement.Document @ Mario Caponnetto & Francis Hueber (Oracle Team USA)

Ecoulement en tête d’aileLe plan de voilure incurve l’écoulement qui crée une différence de pression entre l’intrados et l’extrados. La différence de pression entre les deux côtés induit des vortex qui créent de la traînée, un effet à prendre en compte en 3D. Doc @ Mario Caponnetto & Francis Hueber v&v.com : La moitié de l’élément principal peut donc vriller. Pourquoi pas l’ensemble de cet élément ? Trop compliqué, trop risqué ?
D.D. :
L’ensemble de l’élément principal pourrait vriller, oui, il suffirait de continuer le principe qui s’arrête à la mi-hauteur jusqu’en haut – ça s’est déjà vu sur les catas de Classe C et on l’a même testé chez nous sur une aile d’AC45, mais on n’a pas retenu cette solution pour notre AC72 – je ne peux pas t'en dire plus ! Il y aurait quand même un désavantage à ce vrillage total, c’est le poids. Car on ne peut se passer de la forme aéro (donc d’un poids minimum associé à cette surface), ni de la partie structurelle pour faire que tout ceci se tienne (donc un poids conséquent également). Résultat : sur toute la hauteur où on souhaite obtenir un élément principal qui vrille, on augmente de manière significative le poids de cet élément et on influe sur la position du Centre de Gravité (CG).

v&v.com : Poids et CG étant encadrés par la jauge des AC72…
D.D. :
Oui. Lors de la conception, le poids minimum de l’aile était de 1 325 kilos et son CG à 16,25 mètres minimum. Du coup, pour pouvoir réaliser un élément principal qui vrille sans trop être pénalisé, ETNZ a dû faire des compromis sur sa première itération d’aile. Pas très réussie : le carénage de l’élément principal, trop souple pour une question de légèreté, flambait sous charge – ça donnait donc un profil tordu et cabossé qui ne respectait plus la forme aéro et des volets trop souples en torsion, car plus légers pour compenser le surpoids du système. Leur deuxième aile est bien plus propre et ne souffre plus de ces défauts, mais souffre d’un poids un peu supérieur.

v&v.com : Oracle a choisi un élément principal qui ne vrille pas. Donc plus léger, mais moins tolérant ?
D.D. :
Oui, tout comme la dernière aile d’Artemis, semble-t-il. Ça ne veut pas dire que ces ailes décrochent tout le temps, mais qu’il faut être plus vigilant à leur réglage pour l’éviter et obtenir le bon moment de redressement. La marge avant le décrochage est moindre en l’absence d’un élément principal qui vrille – mais c’est pour ça qu’on a le meilleur régleur d’aile, «Cheese», alias Dirk de Ridder !

Une complexe géométrieL’aile d’Oracle à contre-jour : une splendeur de finesse et de technologie. Pour gagner du poids, certaines membrures en nid-d’abeilles sont recouvertes d’une unique et fine couche de carbone ! Photo @ Guilain Grenier (Oracle Team USA)Joseph Ozanne, Oracle RacingA 34 ans, le Français Joseph Ozanne est lui aussi un élément-clé du defender américain – et lui aussi a été un des maîtres-d’œuvre de l’aile de 68 mètres de BMW-Oracle.Photo @ Guilain Grenier (Oracle Team USA)v&v.com : Voyons maintenant la structure interne – les nervures, ou membrures, ou «frames» comme on les appelle…
D.D. :
On s’en passerait bien, de ces «frames», car elles ne font qu’ajouter au poids – mais elles sont indispensables. Dans le cas de la forme aéro d’une section de l’élément principal par exemple, il nous faut d'abord une partie structurelle qui reprendra la compression et flexion de l’ensemble de l’envergure – c’est en gros le rôle d’un mât qui peut, soit être intérieur, soit avoir la forme avant de la section aéro, soit même la forme milieu, comme sur l’aile de notre trimaran USA-17, mais cela oblige à rajouter un cône avant. En tout cas, une fois cette fonction structurelle assurée, reste à donner au reste de l’aile la section voulue pour un minimum de poids. C’est là qu’interviennent les nervures. Ultra-légères – parfois même avec une seule peau de carbone de chaque côté de l’âme en nid-d’abeilles !–, ces membrures reprennent la pré-tension du film provenant de sa mise en place à chaud, mais aussi bien sûr la compression due aux forces aérodynamiques. Au niveau de la membrure elle-même, le film repose parfaitement dessus, mais entre deux membrures, le film, une fois soumis aux forces aéro, a tendance à fléchir – en pression ou en succion, selon le côté de l’aile. La forme s’éloigne alors de la section aérodynamique idéale.

v&v.com : On peut éviter ça ?
D.D. :
Pas facile. On peut augmenter la tension du film – mais, dans ce cas, il faut augmenter la structure des membrures (donc leur poids) et la fréquence des membrures, pour réduire l’espace entre chacune (ce qui augmente aussi le poids). Le choix du film lui-même joue un rôle pour minimiser la déformation, mais cela se ressent aussi sur le poids : la surface à couvrir n’est pas négligeable ! Chacun a fait ses études dans son coin mais, chez toutes les équipes, les membrures se ressemblent, l’espacement entre elles est quasi identique, juste un peu plus grand pour ETNZ – normal : il leur faut bien compenser le poids supérieur d’un élément principal qui vrille… Artemis avait d’abord choisi la voie d’un film plus costaud et un espacement assez important, sûrement associé à des membrures un peu plus rigides, mais la dernière aile en date se situait entre celle d’ETNZ et la nôtre.

v&v.com : Vient maintenant le cœur de l’aile – son système nerveux, son système de contrôle. Là, on touche au secret-défense, non ?
D.D. :
Oui, c’est ce qu’il y a de moins visible et pourtant, comme disait Joseph, c’est de premier ordre d’importance pour la performance ! Le but, on l’a vu tout à l’heure, c’est d’obtenir la répartition verticale de portance voulue et placer le centre de poussée à la position désirée. Il est encore trop tôt pour tout dévoiler sur ce que peut faire notre système, mais une comparaison rapide (en dehors de ce qui a déjà été abordé tout à l'heure pour la connexion des volets) donne déjà une bonne idée de ce que chaque équipe s’est efforcée d’accomplir.

v&v.com : Voyons ça. En commençant par l’élément principal d’ETNZ, puisque les Kiwis peuvent jouer sur son vrillage….
D.D. :
Oui, du coup, une partie de son système de contrôle réside dans la partie la plus basse de l’aile. Le fait de pouvoir forcer le vrillage de l’enveloppe sur cette partie base ajoute à la complexité générale et n’est pas simple à concevoir, surtout avec la nécessité de rester léger. Ça a l’air de fonctionner, mais je n’ai pas d’autres détails sur ce point. Pour Oracle et Artemis, pas de contrôle dynamique du vrillage de l’élément principal.

Vérin double-actionUn peu comme sur le trimaran géant BMW-Oracle, ETNZ a adopté un grand secteur extérieur en bas du premier volet, avec un vérin double-action. Avantage : les Néo-Zeds peuvent cambrer le bas de l’aile très tôt – lors des empannages, par exemple. Inconvénients : des frottements importants, une forte mobilisation de l’équipage, et pas mal de fardage. Notez aussi le trampoline «en dur» sous l’aile, afin de favoriser un effet de plaque.Photo @ Gilles Martin-Raget (34th America"s Cup)v&v.com : OK. Et pour le contrôle des volets ?
D.D. :
La plupart du temps, il y a un différentiel appliqué à l’angle choisi au bas de l’aile entre l’élément principal et le bas du premier volet. La principale différence visuelle réside dans la position de ce différentiel, mais le plus important vient de ce qu’est capable de réaliser ce différentiel en question… ETNZ, Luna Rossa et, dernièrement, Artemis (après modification de la deuxième aile) ont adopté une variation de ce que nous avions sur l’aile de notre trimaran USA-17 : une sorte de grand secteur extérieur sur le bas du premier volet. Cette solution reste la plus courante aujourd’hui (Classe C, AC45…). Malheureusement, c’est celle qui induit le plus de frictions, car tous les réglages ont besoin de re-rentrer dans l’aile et, de surcroît, l’ensemble du système a un fardage non négligeable.

v&v.com : Sur Oracle, ce système de différentiel réside à l’intérieur de l’aile…
D.D. :
Oui. Seule une petite «barre de flèche» reste extérieure pour l’asservissement sur l’angle de cambrure bas. On pourrait d’ailleurs le rendre indépendant, mais ceci au détriment de fonctionnalités importantes souhaitées par notre équipage. Moins de fardage, moins de friction et un système qui s’adapte très bien à des situations très différentes, parfois extrêmes et opposées... Sur l’eau, on voit nettement la différence de réglage obtenue en ligne droite, mais aussi lors des transitions, une clé à bien des problèmes. Nous en reparlerons peut-être plus tard à l’approche de la Coupe (rires).

IntégrationLe système de contrôle d’Oracle est bien plus discret et caréné que ceux de la concurrence. Notez aussi la plate-forme centrale en «dur» qui permet de créer un effet de plaque très bénéfique au bas de l’aile.Photo @ Gilles Martin-Raget (34th America"s Cup)v&v.com : Mais, sur Oracle, vous avez aussi ce «tab», ce petit volet intermédiaire placé entre l’élément principal et les volets. Comment le réglez-vous ?
D.D. :
Eh bien tu vois, on pourrait penser qu’on intervienne sur son réglage en navigation – c’est possible, certains Classe C le font d’ailleurs –, mais, encore une fois, la simplicité l’a emporté : l’angle du «tab» est asservi à l’angle du volet local ! Pour chaque section, le volet entraîne le «tab» à tourner le long de l’envergure par le préréglage d’une ouverture idéale, déterminée numériquement sur ordinateur en «Computational Fluid Dynamic» (CFD).
 
v&v.com : Le fait de voler sur des foils a-t-il changé la donne de vos ailes ? Conduit à les faire évoluer différemment ?
J.O. :
Non, pas vraiment. Inversement, ce qu’on fait avec les AC72 – voler sur des foils – ne serait tout simplement pas possible sans les ailes ! J’irai même plus loin en disant que les ailes sont un élément indispensable pour pouvoir manœuvrer et régater avec un gros multicoque ! Avec des bateaux aussi puissants, les efforts nécessaires pour régler les voiles sont trop importants pour être gérables par un équipage sur des parcours courts. Il faut pouvoir border et choquer de manière très rapide – aujourd’hui, seules les ailes permettent de le faire, grâce aux efforts proportionnellement très faibles qui s’exercent sur le chariot.

L’aile gigantesque de BMW-OracleL’aile de BMW-Oracle (USA-17), vainqueur de la 33e édition de la Coupe de l’America, ne comportait que deux volets, mais mesurait 72 mètres de haut – soit 32 mètres de plus que celle d’un AC72 !Photo @ Guilain Grenier (America's Cup)v&v.com : L’expérience que vous avez accumulée sur le trimaran géant USA-17 a-t-elle été un véritable atout pour l’équipe d'Oracle ?
J.O. :
Incontestablement. Un de nos avantages a été de savoir à l’avance sur quels éléments focaliser le développement de nos ailes, sans nous perdre dans un design compliqué. C’est pourquoi nos ailes sont finalement très simples : elles font le job requis. L’héritage d’USA-17 a permis de mettre rapidement les priorités sur les points fondamentaux, définir l’enveloppe de fonctionnement, le système de contrôle et l’aérodynamique de la plate-forme, sans chercher à intégrer des options coûteuses qui existent sur d’autres ailes, comme celles des Classe C par exemple. Et les designers et ingénieurs impliqués étaient déjà présents sur USA-17 : Dimitri, bien sûr, mais aussi Mario Caponnetto et Francis Hueber, entre autres.

Couché !Un des équipiers d’Artemis se glisse sous l’aile au virement de bord. Contrairement à Oracle et ETNZ, nulle structure «en dur» sur le trampoline, ici, pour favoriser un effet de plaque, pourtant si utile afin de limiter les vortex d’extrémités entre intrados et extrados.Photo @ Sander Van Der Borch (Artemis Racing)v&v.com : Avoir une belle aile, c’est bien. Mais, à 40 nœuds et plus, il faut soigner tout ce qui freine – donc l’hydro et l’aérodynamisme ?
D.D. :
Oh oui ! Toutes les équipes se sont efforcées d’obtenir une aile la plus «propre» possible en minimisant les parties dépassant de la forme aérodynamique. Vu les vitesses atteintes au près comme au portant, le fardage n’est clairement pas un ami de la performance ! En tout cas, cela a été un point crucial pour nous. La plate-forme du deuxième Oracle dispose ainsi d’un «pod», sorte de pied central sur lequel vient s'accrocher une structure légère «en dur» faisant office de «plaque d’extrémité» pour l’aile. Cette structure permet de séparer les écoulements de l’intrados et de l’extrados, de produire un «effet de plaque», qui limite les vortex, les tourbillons néfastes le long du panneau bas de l’aile. C’est le fameux effet de sol recherché en Formule 1. Et c’est en gros ce que les Néo-Zeds d’ETNZ cherchent à faire avec leur structure en arc entre les poutres en «Y». Cette plaque d’extrémité, c'est d’ailleurs sur notre premier AC72 qu'elle est apparue. Mais il n'est pas étonnant que l'ensemble des défis pensent à ça, c'est du bon sens aéro – tout comme les carénages sur l'arrière des bras. Cela dit, il faut le reconnaître : l’aérodynamisme d'Oracle a vraiment été poussé à l'extrême dès le début.

v&v.com : Quitte à produire des flotteurs certes moins pénalisants en termes de traînée que ceux d’ETNZ, mais peut-être un peu «limites» en termes de flottabilité aux étraves, non ?
D.D. :
C'est un débat. Mais toutes les études prouvent le bien-fondé de cette démarche. Et je peux te garantir une chose : dans notre situation, en octobre dernier, ETNZ aurait chaviré aussi bien que nous, volume dans les étraves ou pas !

AérodynamismeAvec un voilier qui file à 40 nœuds et plus, mieux vaut soigner l’aérodynamisme : notez le carénage central, sous le mât, les bras avant et arrière soigneusement profilés, tout comme les guignols de sous-barbe.Photo @ Guilain Grenier (Oracle Team USA)


 


………..
(*) Voir l’interview de Joseph Ozanne («Au début, l’équipe n’a pas pris le projet de l’aile très au sérieux !»), ici
Et celle de Dimitri Despierres («Nous ne sommes pas près de revoir un mât classique sur BMW-Oracle !»),

(**) Voir l'article «Exclusif : tout sur les dessous d’USA-17 !», ici

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