Comme précisé dans mon sujet sur le bateau solo, je veux réaliser une nouvelle voile permettant d’augmenter significativement le domaine de navigation de mon Bateau Solo, notamment dans le but éventuel de faire un périple d'une semaine le long d’une côte méditerranéenne.
Aujourd’hui ma voile au tiers fonctionne pas trop mal, mais elle présente de nombreux inconvénients qui la rendent incompatible avec un tel périple:
- Trop petite pour naviguer de façon efficace sous une petite brise (elle ne fait que 1.5m² après tout)
- Centre vélique trop reculé, le bateau est trop ardent dans les rafales, au près il part totalement au loft car le gouvernail décroche.
- Hisser et affaler la voile est vraiment galère sur l’eau malgré des tentatives pour y pallier.
- Usage dangereux en vent arrière notamment car il est impossible d’empanner avec, et que la surface devient rapidement trop grande et le risque d’enfourner est réel.
Donc pour envisager mon périple, il me faut une voile résolvant tous ces problèmes: plus grande surface avec ris, meilleure performance, centre vélique grandement avancé quitte à avoir un bateau mous sous faible vent, et un moyen de ranger la voile facilement pour naviguer à la pagaie. Bref, fini la voile traditionnelle, il faut passer sur quelque chose de bien plus évolué
Après mûre réflexion, une solution s’est imposée: faire une voile à 2 parois qui passe autour du mât pour être la plus avancée possible et ne pas être gêné par les questions d’amure tout en offrant les meilleures performances possible. Ça tombe bien car mon grand frère en a déjà fait une voile de ce type (lien) et il a pu me transmettre son expérience pour adapter le design à mes contraintes.
Je présente cette nouvelle voile dans un autre sujet car elle pourrait potentiellement être utilisée sur une autre embarcation, si par exemple je déménage un jour sur la côte atlantique et que je fabrique un kayak de mer (un vrai), ou même d’autre personne si ça intéresse !
Le mât
Un des premiers challenge pour faire une voile plus grande en s’épargnant l’encombrement d’une vergue, c’est de faire un mât plus haut. Or pour les besoins du périple, je dois pouvoir monter ou démonter le mât sur l’eau et le ranger sur un côté du pontage (l’autre côté servant à ranger la voile) avec donc une longueur disponible de 1.5m pas plus.
Exit donc un mât emboitable en deux parties, j’aurai du mal à ranger deux portions sur un côté du pontage et encore plus à l’assembler à plus d’1m de hauteur en étant assis dans un bateau pas hyper stable.
La solution c’est de faire un mât télescopique ! Il se range et se monte comme une moitié de mat, puis prend sa hauteur seulement quand le besoin se fait. L'emmanchement sur le pontage et la rigidité du mât fait qu’il n’y aurait pas besoin de hauban.
Ça peut paraître farfelu, mais au final faire la mécanique du télescopage était probablement le plus facile à faire de l’ensemble des améliorations à faire sur mon bateau (étanchéité, design de la voile, etc).
J’avais deux tubes en aluminium fin de diamètre 47 et 45 qui avaient servi à faire le mât sur des bateaux gonflables. Il ne sont pas emboitables mais pendant un temps j’ai eu l’idée folle de reprofiler le petit pour qu’il puisse rentrer dans le grand en laissant une gorge pour faire passer la drisse. La quantité de matière disponible était idéale pour le faire, ce qu’il fallait c’était profiler le tube en faisant passer en force un gabarit qui donne progressivement la forme. Ce gabarit je l’ai fait en impression 3D avec une bonne épaisseur, mais en forçant comme une brute dessus à la sangle à cliquet j’ai fini par le casser. Mauvaise idée.
J’ai cherché en vain un autre grand tube en aluminium fin qui puisse rentrer dans le grand, je me suis résolu à prendre un tube carré un peu petit et épais en magasin de bricolage. Au final ce choix était le meilleur pour faire fonctionner le télescopage : la forme carré permet de bloquer la rotation indésirable et laisse une place large pour les poulies intérieures, l’épaisseur compensant la taille. En revanche, la voile sera moins bien guidée sur la partie haute.
Astuce pour le hissage de la voile et du mât : les 2 fonctions sont reliées par un jeu de corde dans le mât, comme ça en hissant le mât ça hisse la voile aussi ! Pour la drisse de mât j’ai décidé de faire un renvoi par poulie à l’intérieur pour réduire l’effort à tirer à la main et que ça corresponde à la vitesse de montée de la voile.
Du reste c’était assez simple à dessiner, des pièces en impression 3D font office d’interfaces et guides entre les tubes aluminium. Les poulies sont faites avec des petits roulements pour diminuer les frottements, sinon le mat à du mal à redescendre sous son poids. Pour le moment les pièces sont en PLA, mais plus tard elles seront réimprimées dans une matière plus résistante à la température (PETG ou ABS). La mécanique fonctionne pas trop mal pour le moment, j’espère que le sel n’y ajoutera pas trop son grain.
Au final ce qui a été le plus dur, c’était d’enlever complètement la mousse expansée que j’avais mis dans le tube un jour où j'avais peur de faire couler le mât ! Il a fallu fabriquer plusieurs outils sur mesure pour couper puis gratter tout l’intérieur du tube (un manche de balais en alu aiguisé pour perforer et enlever le gros à la main, une scie cloche en bout de tube motorisé pour enlever sur les parois, et le même montage mais avec de la toile émeri pour les finitions).
Quant à l’aspect sécurité pour ne pas que le mât coule immédiatement dans les abîmes lors d’une fausse manip, j’ai fermé le mat du mieux que j’ai pu pour que j’ai le temps de le récupérer avant qu’il ne coule.
La voile
Fort du premier challenge accompli il fallait passer à la voile, et j’ai fait face à une montagne de difficultés ! (comme pour la première en fait).
L’idée c’est d’avoir une voile de 2m² à deux parois qui passe autour du mât avec des joncs qui permette à la voile d’être en avant du mât, résolvant alors les questions de centre vélique, d’amure et de performances.
Pour faire une plus grande surface il faut inévitablement faire une voile plus haute que la voile au tiers. Pendant la conception du Bateau Solo j’ai été tenté un moment de faire une voile haute et allongée sur un grand mât, ce que j’ai finalement rejeté sous les conseils du forum et mes calculs qui annonçaient un problème pour tenir la gîte. Mieux valait une voile peu allongée pour descendre le centre vélique. Au final à l’usage je n’ai jamais été en difficulté de tenir la gîte avec la voile au tiers (notamment grâce à la pagaie en travers qui empêche efficacement les chavirages) et je me sens capable de contrer une voile plus haute. Avec les dimensions du mât télescopique j’en ai déduis que je pouvais faire une voile de 2.2m de haut.
Ensuite la forme de la voile. Les profil elliptique sont réputé être les plus performant mais plus aussi complexe à fabriquer, mais c’est aussi bien plus classe et ça été la raison principal de mon choix. Avec une hauteur de 2.2m, une envergure de 1.1m et une vergue de 40cm j'atteins les 2m².
Le profil est positionné pour que le foyer de la voile (le centre des efforts, normalement situé au ¼ de la corde pour un profil mince symétrique) soit aligné avec le mât en tout point de l'envergure. L’idée étant d’avancer au maximum le centre vélique mais pas seulement : ça minimise le moment piqueur qui fait des voiles classiques des girouettes qui s’aligne au vent. Il me faudrait alors beaucoup moins d’effort pour tenir l’incidence de la voile et surtout beaucoup moins de tension verticale pour limiter le vrillage (néfaste sur une voile de cette taille). Le risque d’instabilité du profil dans le vent à été écarté pour le moment par l'expérience de mon grand frère en la matière.
Les initiés reconnaîtront le profil des ailes de Spitfire, ce qui n’est pas un hasard !
Vient alors la question épineuse des joncs à ajouter pour que la voile puisse tenir si loin en avant du mât. Mon grand frère s’est inspiré des techniques de confection de parapente et de kite : il a cousu des nervures dans la voile et écarté le tout par des joncs en fibre de verre, un jonc circulaire dans chaque nervure pour être guidé sur le mât. La flexion limitée des joncs lui à obligé à faire un profil très large et qui aurait été trop encombrant sur mon bateau. De plus, la quantité de couture à faire m’a paru excessive et j’ai cherché à simplifier le concept.
L’idée était de préformer les joncs pour se passer de nervure cousu et faire un profil étroit que je peux ranger sur le pontage. Des premiers essais avec du filament d’impression 3D chargé (nylon + carbone) ont rapidement montré que ça ne sera pas assez rigide.
J’ai donc opté pour des joncs en corde à piano diamètre 2mm acheté sur boutique modélisme internet. Un poil lourd, mais formable à froid et suffisamment costaud (calcul RDM à l’appui). La question sur laquelle j’ai tergiverser trop longtemps c’est jusqu’où faire avancer les joncs. Tenir de façon neutre le profil par le foyer à ¼ de la corde n’a de sens que sur un profil rigide. Or si j'arrête les joncs en début de corde, il y a des chances que le profil se plie sous les efforts. Cette inquiétude à été pour le moment répondu par l’expérience de mon grand frère qui dit de ne pas arrêter les joncs avant ⅓ de la corde. Ça m'a laissé un peu de liberté pour ne pas ajouter des joncs trop longs et trop lourds sur la voile, mais surtout pour pouvoir cambrer le profil !
Et oui car non seulement je compte sur une surface supérieure réductible pour augmenter le domaine de navigation, je veux aussi pouvoir changer la cambrure et chercher le plus grand domaine de vent possible, aussi bien le faible que le fort. Pour ça il faut que le profil puisse se plier à la manière des ailes des trimarans F50, ça peut se faire assez facilement avec une tension horizontale contrôlée par une bôme télescopique (tout est télescopique au final !) Idéalement il faut des lattes en fin de profil pour que la courbure ne se décale pas dans une forme non performante sous les efforts du vent, or puisque je fais une voile elliptique j'aurai justement besoin de joncs en fin de profil ! J’ai donc opté pour un jonc rigide et formé en début de profil pour donner la courbure de bord d’attaque et tenir le guidant en avant du mât, et un autre jonc en fin de profil plus souple pour donner un bord de fuite elliptique et limiter la cambrure arrière du profil.
Pour le jonc de début de profil j’ai eu différente idées, celle que j’ai retenue au final est de cintrer je jonc en corde à piano en son milieu pour donner la courbure du bord d’attaque, puis de ramener par couture les deux extrémités en un même point pour cambrer légèrement le reste du jonc. En faisant de la sorte je peux passer en simple surface sur la deuxième moitié de la voile et gagner un peu en poids et simplicité, mais aussi créer un caisson rigide en torsion sur la première moitié de voile qui réduira l’effort vertical à fournir pour limiter le vrillage.
Annexe. Pour dessiner précisément le profil résultant et l’outil de cintrage, j’ai mesuré la déformation élastique maximale de la matière de façon très simple : j’ai imprimé un diagramme de courbure (que j’ai dessiné moi même) et j’ai plié le jonc jusqu'à une certaine courbure, en le relâchant il restait une certaine courbure et l’écart permet de calculer la déformation élastique maximale en négligeant un éventuel écrouissage, 0.8% dans le cas de la corde à piano.
J’ai dessiné le profil pour que la matière soit en permanence courbée à la moitié de sa capacité et en approximant la déformé par une parabole dans le dessin.
J'avais prévu au début de guider la voile sur le mât par différente façon (tige en travers, anneaux), je n’ai pas trouvé de bonne solution et je compte uniquement sur l’appui latéral du jonc contre le mât. Après tout la résultante aero d’un profil est normal à la corde à +/- 10°, je pense pouvoir donner suffisamment de tension verticale avec la bôme pour contrer le reste de la force tangentielle (dont j’ignore encore la direction !).
Pour ce qui est de la tension verticale, j’ai décidé après mille réflexion de me passer de guindant car trop compliqué à mettre en œuvre et que mon grand frère confirme que c'est dispensable sur ce genre de voile (c’est bien l’avantage des voiles en partie rigide, ça demande moins de tension !) C’est donc en appuyant sur la bôme que je vais tendre la voile. Cette bôme m’a aussi fait une quantité de nœuds dans le cerveau car je voulais appuyer sur le point d’amure et d’écoute afin de tendre proprement la voile, mais la présence du mat au milieu rend la chose difficile. J'avais aussi deux autres grosses contraintes à respecter, le réglage en longueur pour changer la cambrure de la voile, et le fait de pouvoir poser la bôme sur le pontage avec la voile affalée. Je me suis rendu compte de l’importance de cette dernière contraintes en situation délicate avec la voile au tiers : je dois pouvoir très rapidement affaler la voile et pagayer pour me mettre en sécurité. Exit donc une bôme droite en pivot sur le mât, l'hiloire sera trop gênant pour la poser correctement. Je vais tenter une bôme un peu particulière car articulée et télescopique en même temps. Ça permet d’appuyer sur une nervure solide qui répartit un peu la tension verticale. Il restera un degré de liberté que je compte verrouiller par la pression du vent et un peu aussi à la force du poignet.
En haut de voile une nervure rigide similaire permet le tronquage de l’ellipse.
La voile est dessinée sur Onshape que j’ai découvert par le travail. C'est un logiciel gratuit, facile à prendre en main et qui depuis peu permet de faire les développés. Comme pour le reste du bateau, je vais imprimer sur des grandes feuilles les patrons pour couper précisément le tissu.
Voilà pour la partie théorique sur la voile ! Maintenant il faut faire, et c’est pour bientôt car j’ai déjà réuni tout ce qu’il faut : du tissu qui va bien, une machine à coudre qui fonctionne désormais très bien et des techniques de fabrications que j’ai commencé à tester, reste vos commentaires !
) donc pas de vidéo de cette journée. J'ai quand même pu naviguer plusieurs heures et remonter le vent à 60° sur plus d'1km de remonté, avec et sans ris, le tout dans une houle de longueur d'onde d'environ 2m (hauteur 30cm je pense). Finalement les vagues ça allait avec la jupette, c'était presque ludique ! La pagaie en travers touche souvent l'eau mais rarement ne gêne. Retour avec un bord au portant où j'étais moins à l'aise avec les vagues, puis un vent de dos comme imaginé avec une demi voile en tenant la drisse à la main et en écartant la voile avec l'autre, prêt à réduire la surface à la moindre rafale car il est dangereux de vouloir aller plus vite que la vitesse de carène.
) Mais il y a un truc qui à tendance à m’énerver avec cette voile : cette envie qu'elle a de se gonfler dans le mauvais sens à la moindre faible incidence (je me suis pris des contre-gîte !) et qui fait qu'elle part carrément en oscillation forte quand elle n'est plus tenue. Il y a un phénomène aérodynamique que je ne pige pas encore. 
D'abord en maquette, puis qui sait peut être bricoler un truc sur mon bateau qui malgré tout s'y prête assez bien au final. C'est marrant la réflexion sur ce sujet commence à m'éclairer sur ce qui se passe potentiellement quand la voile oscille.
Mais cette fois je vais commencer par des protos à petite échelle avant de claquer 100 balles dans un kite de 2.5m².
