Bateaux à foils et bateaux flottants : comprendre les différences entre les bateaux à foils et les autres bateaux

Un bateau à déplacement représente l'un des plus anciens types de conception de coque. Il se déplace dans l'eau en la poussant sur le côté, contrairement aux bateaux planants qui se déplacent sur le dessus. Ces bateaux sont connus pour leur efficacité et leur vitesse réduite. En matière de conception marine, une règle commune associe la vitesse d'un bateau à déplacement à sa longueur, souvent exprimée en tant que vitesse de coque. Cette estimation indique la vitesse maximale qu'une coque à déplacement peut atteindre efficacement sans augmenter la résistance et la consommation de carburant de manière significative. Par exemple, un bateau de 6 mètres peut atteindre environ 6 nœuds, tandis qu'un bateau de 7 mètres peut atteindre un peu moins de 7 nœuds.

Au-delà de la vitesse de la coque, l'augmentation de la vitesse exige beaucoup plus de puissance, ce qui devient inefficace lorsque le bateau monte la vague arrière au lieu de fendre l'eau. De nombreux bateaux à déplacement traditionnels se distinguent par leurs coques plus étroites et moins profondes. Les canoës et certains bateaux à rames en sont de parfaits exemples, bénéficiant de lignes de flottaison plus longues qui améliorent leur efficacité.

Les bateaux à déplacement traditionnels s'appuient généralement sur des méthodes de propulsion conventionnelles telles que les pagaies, les avirons et les voiles, bien qu'ils puissent également être motorisés. Il s'agit par exemple de la plupart des voiliers, des barges, des bateaux-logements et d'autres bateaux à faible vitesse.

Les bateaux à moteur planants se présentent sous différentes formes et tailles, chacune adaptée à un usage spécifique. Ils sont équipés de différents moteurs pour les activités de loisir et les activités commerciales. Lorsqu'un bateau à moteur planant accélère, sa coque plate ou en forme de demi V pousse l'eau vers le bas. Selon la troisième loi de Newton (pour toute action, il y a une réaction égale et opposée), cette action crée une force ascendante qui soulève la coque au-dessus de la surface de l'eau.

Ce mécanisme permet au bateau de naviguer à des vitesses plus élevées qu'un bateau à déplacement. Cependant, il nécessite également une grande quantité d'énergie. Par exemple, un bateau à moteur de 25 pieds consomme 15 fois plus d'énergie par kilomètre qu'une voiture standard. Les bateaux à plans n'ont gagné en popularité qu'après l'adaptation de puissants moteurs de voitures à un usage maritime, à la suite de la Seconde Guerre mondiale. Aujourd'hui, ce type de bateau domine le marché, allant des bateaux de pêche aux bateaux de croisière et de course.

Le transport rapide par voie d'eau, qui nécessite beaucoup d'énergie, est l'un des modes de transport les plus polluants et les plus coûteux de la planète.

La technologie des hydroptères n'est pas nouvelle. Les hydroptères combinent certains des meilleurs aspects des bateaux à déplacement (efficacité) et des bateaux planants (vitesse). Toutefois, ils fonctionnent selon un principe unique qui leur permet d'atteindre une plus grande efficacité et une plus grande vitesse.

Leurs origines remontent au début du XXe siècle, avec des inventeurs comme Alexander Graham Bell et Casey Baldwin qui ont expérimenté des modèles à surface perforante. Pendant la Seconde Guerre mondiale, les forces militaires de plusieurs pays ont utilisé des hydroptères expérimentaux pour leur vitesse et leur agilité. Dans l'après-guerre, les hydroptères ont trouvé des applications dans divers domaines, de l'armée aux sports nautiques.

Le secret de leur efficacité se trouve sous l'eau. Les bateaux à foils génèrent une force ascendante lorsqu'ils accélèrent, ce qui compense le poids et permet à la coque de s'élever au-dessus de l'eau. Cela réduit la traînée et permet au bateau de maintenir une vitesse élevée. Ce principe de dynamique des fluides, similaire au mécanisme de décollage d'un avion, distingue les bateaux à foils de leurs homologues conventionnels.

Les passagers des hydroglisseurs bénéficient d'une réduction significative du bruit et des vibrations, ce qui rend le voyage plus confortable et moins perturbant.

Les coques des bateaux à foils réduisent considérablement la résistance à l'eau et permettent d'atteindre des vitesses plus élevées que les coques traditionnelles. Les grands bateaux à déplacement traditionnels coupent l'eau tandis que les petits bateaux de plaisance utilisent la forme de la coque et la puissance du moteur pour se soulever partiellement et réduire la traînée.

Les coques en V sont conçues pour affronter les eaux agitées plus efficacement que les coques à fond plat en fendant les vagues. Cela permet une conduite plus confortable à des vitesses plus élevées.

Les formes des hydroptères ont évolué au fil du temps. Au début des années 1900, les hydroptères, dont l'ingénieur italien Enrico Forlanini a été le pionnier, étaient principalement constitués d'un cadre en forme d'échelle. Ils imitaient la forme d'une échelle et permettaient au bateau de créer une portance proportionnelle à la vitesse. Les échelles ont été utilisées dans certains prototypes militaires et dans d'autres cas d'utilisation tout au long du XXe siècle, mais elles ne sont jamais devenues monnaie courante.

Les hydroptères varient en forme et en taille, et sont principalement classés en deux familles : Les foils en V et les foils en T. Les foils en V forment généralement un V ou un U sous la largeur du bateau afin de percer la surface de l'eau, s'élevant au-dessus de la surface de l'eau lorsque le foil est porté. Ils s'élèvent au-dessus de la surface de l'eau lorsqu'ils sont portés par le foil, ce qui leur permet de s'auto-stabiliser lorsqu'ils roulent.

Les foils en forme de T sont entièrement immergés sous l'eau et présentent généralement une aile horizontale plutôt que l'aile incurvée des foils en forme de V. Cela leur permet d'être moins affectés par l'action des vagues et donc d'être plus stables en mer. Cela leur permet d'être moins affectés par l'action des vagues et, par conséquent, d'être plus stables en mer. Ils sont également plus efficaces car ils génèrent moins de traînée. Toutefois, les foils en T ne sont pas autostables. L'angle d'attaque des hydroptères doit être ajusté en permanence en fonction de l'évolution des conditions. Cela nécessite l'intervention de capteurs et d'ordinateurs de bord. Le bateau à foils électrique Candela C-8 exploite cette technologie.

Au sein de ces deux familles, il existe de nombreuses variantes et conceptions différentes pour des objectifs variés. Les voiliers de la Coupe de l'America utilisent diverses conceptions pour améliorer les virages, la vitesse et la stabilité, tandis que les bateaux de plaisance privilégient souvent les conceptions qui améliorent la tenue de mer et le confort.

La rétraction manuelle et automatique des foils est de plus en plus courante sur les bateaux à foils modernes, offrant aux capitaines une plus grande souplesse d'utilisation. Cela permet également de faciliter l'entretien et de réduire les problèmes liés aux récifs et aux zones peu profondes. Des bateaux comme le C-8 illustrent cette capacité de rétractation.

Les bateaux à foils atteignent des vitesses plus élevées et des performances supérieures par rapport à la puissance du moteur, même dans des eaux agitées, grâce à leur efficacité. En réduisant la résistance à l'air et à l'eau jusqu'à 80 %, les hydrofoils permettent d'atteindre des vitesses plus élevées et d'améliorer la stabilité face à l'action des vagues.

Cette réduction de la traînée garantit un fonctionnement plus souple et plus efficace, ce qui rend les bateaux à foils plus performants pour naviguer dans différentes conditions.

L'un des principaux avantages des hydroptères est leur capacité à maintenir des vitesses élevées par gros temps, puisqu'ils survolent simplement les vagues. C'est pourquoi les États-Unis et d'autres marines ont été les premiers à utiliser des navires à foils en forme de T, ce qui a donné naissance à des patrouilleurs rapides tels que la classe Pegasus, qui pouvait atteindre une vitesse de croisière de 48 nœuds. Les hydroptères sont capables de :

• Soulever au-dessus de la surface de l'eau à une vitesse comprise entre 11 et 22 nœuds, en fonction du profil de l'aile de l'hydroptère et d'autres facteurs.
• Atteindre et maintenir des vitesses plus élevées que les bateaux conventionnels, à puissance égale
• Maintien de la vitesse maximale même lorsque les conditions de mer ne sont pas idéales
• Réduction significative de la traînée

Cette technologie permet aux bateaux à foils, y compris les voiliers de série les plus rapides, d'exceller en termes de vitesse et d'efficacité.

Lorsque les bateaux planants classiques accélèrent, la traînée sur leur coque augmente en raison de l'accroissement du déplacement de l'eau et des frottements de surface. Comme les hydroptères se soulèvent au-dessus de la surface de l'eau, l'augmentation de leur vitesse peut avoir l'effet inverse : ils deviennent plus efficaces à grande vitesse qu'à faible vitesse de déplacement. Cela est dû au fait que la coque a un contact minimal avec l'eau, ce qui réduit les frottements et donc la traînée. Cela permet aux hydroptères de se déplacer à grande vitesse tout en consommant moins d'énergie, ce qui les rend plus économiques et leur assure une conduite plus douce.

Les bateaux à foils offrent des avantages considérables en termes de rendement énergétique :

• Réduction de la traînée, d'où une diminution de la consommation de carburant
• Jusqu'à 80 % de réduction de la consommation d'énergie par rapport aux bateaux ordinaires

Les hydrofoils, en particulier les variantes entièrement immergées, peuvent accroître considérablement la stabilité d'un bateau. Comme la coque du bateau a moins de contact avec les vagues, il en résulte une moindre réaction aux conditions des vagues. Plus précisément, les bateaux à foils contrôlent le pilonnement, le roulis, le tangage et le lacet.

Les foils en V partiellement immergés restent stables en roulis et maintiennent automatiquement la hauteur de vol. En revanche, les foils entièrement immergés nécessitent un système de contrôle actif pour se stabiliser.

La technologie de l'hydroptère est utilisée depuis longtemps et devrait être largement adoptée en raison de ses avantages en termes de vitesse et d'efficacité.

Militaire :

Tout au long de la guerre froide, la technologie des hydroptères a été explorée en raison de ses avantages en termes de vitesse, de silence et de stabilité pour les navires militaires. Les États-Unis et l'Union soviétique ont beaucoup investi dans la technologie des hydroptères, ce qui a donné naissance à des navires comme la classe Pegasus de Boeing et la classe Sarancha de l'Union soviétique. Ces bateaux étaient agiles et avaient une vitesse moyenne plus élevée que les autres navires, tout en ayant une meilleure tenue de mer.
Bien que nombre de ces navires aient été mis en service entre les années 60 et 80, peu d'entre eux sont encore en service aujourd'hui. Les navires italiens de la classe Sparviero ont servi à la fois la marine italienne et les forces maritimes d'autodéfense japonaises. Certains anciens navires soviétiques restent également en service dans divers pays modernes.

Sports :

Au fil des ans, les hydroptères sont devenus de plus en plus populaires dans les sports nautiques, en particulier parmi ceux qui recherchent une plus grande vitesse. Les bateaux à foils ont souvent détenu le record du monde de vitesse sur l'eau, le Vestas Sailrocket de Paul Larsen détenant actuellement le record du monde de vitesse à la voile.

Loisirs et activités commerciales :

L'hydroptère est de plus en plus utilisé à des fins commerciales et récréatives, notamment pour les planches de surf, même électriques, qui permettent de surfer sur des eaux calmes. Le marché en expansion comprend les vélos électriques pour pédaler sur l'eau et les kayaks à foils pour des vitesses plus élevées, offrant une nouvelle expérience de l'eau.

D'autre part, la technologie des hydroptères a également trouvé sa place dans le transport maritime. Par exemple, elle est bien adaptée aux services de ferry où une vitesse élevée et un bon confort sont essentiels. Les ferries à hydroptères électriques tels que le Candela P-12 offrent une stabilité et une efficacité accrues, une plus grande autonomie des batteries et des vitesses plus élevées par rapport à leurs homologues qui ne naviguent pas à la voile. Les destinations touristiques telles que le sud de l'Italie, qui dépendent du tourisme, utilisent les hydroglisseurs pour offrir une alternative plus rapide aux déplacements entre les zones côtières.

Les navires à foils ont des capacités uniques pour naviguer dans différentes conditions d'eau :

Navigation en eaux peu profondes :

Les hydroptères modernes peuvent naviguer efficacement en eaux peu profondes en levant leurs foils, ce qui réduit le risque d'échouage. Les foils peuvent être rétractés pour éviter tout dommage dans ces conditions, ce qui permet de naviguer en toute sécurité sans avoir besoin de naviguer en eaux profondes.

Efficacité en eaux profondes :

En eaux profondes, les bateaux à foils modernes déploient complètement leurs foils. Cette transition en douceur entre les eaux peu profondes et les eaux profondes permet aux bateaux à foils modernes d'accéder aux ports et de faciliter l'entretien sans les limitations auxquelles sont confrontés leurs homologues plus anciens dotés de foils fixes.

L'avenir de la navigation de plaisance est prometteur grâce aux progrès de la technologie des hydroptères. L'industrie maritime envisage que cette technologie devienne la norme sur tous les navires, y compris les ferries, en raison des économies d'énergie et des gains de vitesse qu'elle permet.

La croissance du marché des hydroptères augmentera la disponibilité et l'accessibilité pour les utilisateurs récréatifs et commerciaux. La technologie des hydroptères électriques, développée par des entreprises telles que Candela, est en train de devenir une tendance majeure dans l'industrie nautique. En exploitant l'énergie électrique, les hydroptères peuvent atteindre des vitesses élevées tout en ne produisant aucune émission. Cela minimise leur empreinte carbone et réduit l'impact sur l'environnement. Les systèmes de propulsion électrique sont également plus silencieux que les bateaux à moteur conventionnel, ce qui minimise les nuisances pour la vie marine.

Lorsque l'on investit dans un hydroglisseur, il faut tenir compte du coût. Le prix des billets d'hydroptère est généralement plus élevé que celui des services de ferry traditionnels en raison de la consommation de carburant, en particulier pour les hydroptères à turbine comme le Boeing 929 Jetfoiler. Toutefois, les passagers estiment que le prix élevé est justifié par les temps de trajet plus courts et le confort supérieur par rapport aux ferries classiques. Avec des ferries à foils électriques et efficaces tels que le Candela P-12, les coûts d'exploitation seraient en fait réduits au lieu d'être augmentés.

Les bateaux à foils exigent un investissement initial, car ils sont souvent équipés de foils, de coques et de ponts en carbone. Cependant, ils permettent de réaliser des économies à long terme sur les coûts d'exploitation grâce à l'efficacité énergétique et à une maintenance réduite. Par exemple, le prix d'achat du bateau à foils électrique Candela C-8 est de 330 000 euros, hors options. Avec des coûts d'exploitation inférieurs de 95 % à ceux des bateaux à carburant fossile, les acheteurs économisent des milliers d'euros sur le carburant, ce qui représente un potentiel d'économies à long terme.

Les bateaux à foils font preuve d'une fonctionnalité et d'une durabilité impressionnantes. Leur conception va de l'esthétique des vaisseaux spatiaux soviétiques des années 1950 à des styles modernes et élégants reflétant une technologie avancée. Ces modèles ressemblent souvent à des voitures de course ou à des chasseurs à réaction, mettant l'accent sur un aspect futuriste aligné sur la vitesse et l'efficacité.

De nombreux hydroptères modernes utilisent la fibre de carbone pour obtenir un poids léger et une structure rigide.

Le marché des hydroptères de plaisance et des hydroptères commerciaux pour passagers est encore jeune, et de nombreuses entreprises commencent à proposer ces produits. Beaucoup d'entre eux sont également électriques, car l'efficacité accrue permet désormais d'obtenir d'excellentes performances avec une batterie de taille raisonnable. Pour la première fois, les hydroptères remettent en question la conception des coques conventionnelles.

Les bateaux à foils ne sont pas disponibles dans toutes les catégories. Cependant, pour les bateaux à moteur haut de gamme, ils offrent des performances comparables à celles des hors-bord à plans classiques, mais avec des coûts d'exploitation nettement inférieurs, de l'ordre de 95 %, en raison de leur efficacité.

Comment les hydroglisseurs atteignent-ils des vitesses élevées ?

Ils atteignent des vitesses élevées en générant une portance à l'aide d'ailes sous-marines ou d'hydrofoils. La coque est ainsi soulevée au-dessus de la surface de l'eau et la traînée est réduite, ce qui permet au bateau d'atteindre des vitesses plus élevées.

Qu'est-ce qui rend les bateaux à foils plus économes en carburant ?

Les bateaux à foils sont plus économes en carburant en raison de la réduction de la traînée due aux foils. Cela permet d'atteindre des vitesses plus élevées et de réduire jusqu'à 80 % la consommation de carburant ou d'énergie.

Comment les hydroglisseurs permettent-ils une navigation plus douce ?

Pour ce faire, ils élèvent la coque au-dessus de la ligne de flottaison, ce qui réduit les vagues et les turbulences et améliore le confort des passagers. Le sillage est également réduit au minimum, ce qui permet une navigation en douceur et une réduction des perturbations de l'environnement marin.

Les hydroglisseurs sont-ils polyvalents ?

Oui, ils sont polyvalents et peuvent être utilisés dans diverses applications, des services de ferry à la pêche, en naviguant sans problème en eaux peu profondes comme en eaux profondes.

Les hydroglisseurs sont-ils chers ?

Les bateaux à foils étant souvent construits en fibre de carbone et dotés de systèmes avancés de contrôle des foils, ils font partie de la catégorie haut de gamme de la navigation de plaisance. Cependant, une fois achetés, ils permettent de réaliser des économies à long terme grâce au rendement énergétique et à la réduction de l'entretien. Par exemple, le prix d'achat du Candela C-8 est de 330 000 euros, hors options. Mais le coût d'une batterie pleine est d'environ 10 euros, ce qui permet de parcourir plus de 50 milles nautiques. Un planeur classique équipé de deux moteurs hors-bord coûterait 200 euros pour parcourir la même distance, soit 20 fois plus cher à l'usage.