TPE sur le foil.

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Le foil :

Un foil est une surface profilée, une petite aile immergé sous la surface de l'eau, qui transmet une force lorsque celui-ci avance a grande vitesse. Ainsi lorsque la vitesse de l'embarcation augmente, les foils permettent de soulever la coque au-dessus de la surface de l'eau. Les foils sont donc un moyen utile d'augmenter la vitesse d'un bateau car celui-ci subit moins les frottements de l'eau sur la coque. Il aura donc besoin de moins d'énergie pour avancer ou alors la même énergie lui permet d'avancer plus vite qu'un support non équipé. Le principal but du foil sur une embarcation est d'augmenter la vitesse du bateau.

Forces mise en jeu:

Les bateaux a voiles sont soumis a de grandes contraintes physique. Lorsqu’ils avancent, ils nécessite l'application de plusieurs forces comme une aile d'avion. Un voilier subit de nombreuses principes marins lui permettant d'avancer, de déjauger, de gîter

- la trainée : Lorsqu'un voilier avance, il subit une force appelée traînée, qui s'oppose à la vitesse du bateau. Elle est dirigée dans le sens contraire du sens de déplacement du bateau. Si le bateau est en mouvement, cette force ralentit considérablement celui-ci. Si en plus les conditions météorologiques sont mauvaises, les vagues ralentiront le voilier, et pourrait créer une certaine instabilité. La traînée est aussi une force que l'avion subit, c'est pourquoi les ingénieurs cherchent toujours a améliorer le profil du plan afin qu'il soit plus aérodynamique.

-Portance : la portance est une force de pression qui est due au mouvement du foil par rapport au fluide. Cette force est perpendiculaire a la direction de l'écoulement et dirigée vers le haut si l'extrados est bien en haut et l'intrados en bas. Cette force est aussi visible sur une aile d'avion, c'est cette force qui permet de le faire voler.

Sur les monocoques, les foils ont pour principal but de soulager le bateau, mais plus particulièrement de le maintenir à plat, c’est-à-dire de faire en sorte que le bateau ne gite plus. Pour cela, un foil est installé sur le côté sous le vent du bateau, ce qui exerce une portance sous le vent, le bateau va donc être soulevé sous le vent et est donc remis a plat. Faire dessin

Fonctionnement :

Les foils ont été conçu pour réduire les problèmes de trainée du bateau, les frottements de l’eau et la résistance aux vagues dans le but d’augmenter les performances du bateau.

Il a deux solutions pour augmenter la vitesse d’un bateau non équipé :

- Réduire la surface de contact avec l’eau, comme sur les catamarans, ils possèdent des coques très fines qui réduisent considérablement la trainé. Les catamarans et les trimarans sont des bateaux qui vont plus vites que les monocoques a cause de la trainé qui est minime a côté de celle d’un monocoque.

- Déjauger : les architectes des bateaux de course se battent pour concevoir une coque qui va déjauger le plus tôt possible. Ce qui permet au bateau d’aller plus vite car le bateau plane, c’est-à-dire qu’il glisse sur l’eau lorsqu’il obtient de la vitesse.

Les foils remplissent ces deux fonctions.

La vitesse de déplacement du bateau génère sur les foils une force de portance qui va soulever la coque hors de l’eau. Cette force de portance est verticale et dirigée vers le haut. Le foils va donc porter le bateau vers le haut. On dit alors que le bateau déjauge. Seul les foils restent sous la surface de l’eau. Le principe de la portance est le même que celui s’appliquant sur les ailes d’avion.

Principe :

Les foils ont le même principe de fonctionnement que l'aile d'avion. Ils sont bombés et légèrement inclinés par rapport à la direction d’écoulement de l’eau. Le flux d'eau est déformé par un profil immergé.

Le liquide va donc passer au-dessus et en dessous du profil.

- Lorsque l'eau passe au-dessus de profil, c'est a dire a l'extrados, elle est accélérée, ce qui crée une force d'aspiration

- Lorsque l'eau passe en dessous, l'eau est ralentit à cause des frottements, la pression augmente, ce qui crée une force de poussée

L’addition de ces deux forces est la portance, et elle s'applique au centre de gravité ce qui permet une certaine stabilité au bateau.

Le foils subit donc une force perpendiculaire à sa forme : la portance, et une force de traîné dirigé dans le sens contraire du sens de déplacement. L'addition de ces deux forces est appelée résultante. On a donc FP+FT=FR

Avantage des foils :

Les foils apportent de véritables avantages aux bateaux de course :

- Tout d’abord ils permettent de soulager la carène, le bateau s’enfonce moins dans l’eau, il y a donc moins de trainée et le bateau va plus vite.

- Le foils aide donc le bateau à dégeauger.

- Le bateau se retrouve au-dessus de l’eau, il est donc plus stable lorsqu’il avance car il ne subit plus les vagues.

- Sur les monocoque de course, les foils sont utilisés pour maintenir plus ou moins biens le bateau à plat lorsqu’il gite. Le bateau est donc plus puissant et il dérape moins sous le vent, il va donc plus vite.

Les foils ne présentent pas que des aspects positif sur les bateaux de course, ils sont aussi utilisé sur des bateau à moteur, exemple : ferry.

- Sur ces bateaux, les foils présentent des aspects très positifs sur le plan économique car le bateau est moins dans l’eau, il doit donc moins résister a la force qui réduit sa vitesse. Le bateau consomme donc beaucoup moins d’énergie lorsqu’il avance.

- Les passagers du bateau subissent moins les vagues, ce qui est plus confortable.

Des matériaux spécifiques :

Les matériaux en fibres de carbones sont principalement utilisés sur les monocoques et multicoques de course. Se sont des des fibres extrêmement petites, environ 5 à 10 micromètre de diamètre, composé principalement