Le vent réel est défini dans un référentiel lié à la terre - le référentiel terrestre. Sa vitesse correspond à celle mesurée par des cinémomètres installés sur terre et sa direction est donnée par rapport à une direction lié à la terre, le Nord par exemple.

Lorsqu’on se déplace sur terre à une vitesse , le vent perçu résulte de la combinaison du vent réel et de la vitesse du " véhicule " (voiture, bateau, vélo,...). C’est le vent apparent.

Vectoriellement, le vent apparent est égal à la différence entre le vecteur vent réel et le vecteur vitesse du véhicule. .

Son intensité et sa direction par rapport au véhicule, l’angle b, s’obtiennent à partir de considérations trigonométriques simples sur le triangle :

L’angle de déviation entre vent réel et vent apparent est a - b.

Exemple:

vent réel:	intensité :	W = 10 m/s (36 km/h ou 19.4 noeuds)
	direction :	F = 10 ° (Est)
véhicule:	vitesse:	U = 5 m/s (18 km/h)
	direction:	325° (= 35° Ouest)

 

	=>	a = 45°
		Wa = 14 m/s	b = 30.2 °   direction vent apparent: 4.8° Ouest (= 10°-(45°-30.2°)= -4.8°)

· Lorsque l’angle a est inférieur à 90°, l’intensité du vent apparent est supérieure à celle du vent réel.

· Lorsque l’angle a est supérieur à 90°, l’intensité du vent apparent est inférieure à celle du vent réel.

· Pour un angle a et une vitesse U donnés,

- si l’intensité du vent réel croit (risée), l’intensité du vent apparent croit aussi mais la déviation a - b diminue: le barreur d’un voilier doit soit choquer la voile, soit loffer.

- si l’intensité du vent réel décroît, l’intensité du vent apparent décroît aussi et la déviation a - b augmente: le barreur doit soit border la voile, soit abattre.

Traînée et portance: la force aérodynamique, représentée par un vecteur, se décompose en une composante parallèle à la direction du vent, la traînée, F_D , indice D comme " drag " in english, et une composante perpendiculaire à la direction du vent, la portance F_L, indice L comme " lift ".

L’angle d est toujours orienté vers l’avant, du fait du creux de la voile. Il est généralement petit: d <10°.

Pour une vitesse du vent apparent donné, W_a constante, la force aérodynamique dépend de l’angle d’incidence. La polaire de la voile pour la vitesse W_a correspond à la représentation de F_L (W_a,a) en fonction de F_D (W_a,a).

L’allure générale des polaires est donnée ci-dessous.

Ces coefficients sont définis par :  et

- r _air: masse volumique de l’air » 1.16 kg/m³ dans les conditions " normales ".

- S_voile: aire de la voile

Ces coefficients n’ont pas de dimension dès lors qu’un système d’unités cohérent est utilisé: masses en kilogrammes, longueurs en mètres, temps en secondes, d’où les forces en Newton, les aires en m², et les masses volumiques en kg/m³ (1kg/m³ = 1g/l).

Ces coefficients sont particulièrement intéressants car ils dépendent très peu de la vitesse du vent. Les paramètres prépondérants sont la forme de la voile (surface, rapport d’aspect, creux) et l’angle d’incidence.

soit :

Le produit C_aéro(g ).S_voile représente l’aire efficace de la voile; c’est sa puissance potentielle.

L’eau a deux effets sur les parties immergées de la coque:

- elle " frotte " dessus

- elle la fait flotter, ce qui suppose que de l’eau est déplacée pour laisser de la place à la coque en mouvement.

Ces effets se traduisent par 3 forces:

- une force de frottement, ou friction, F_F

- une force appelée " résistance d’onde ", F_W (w comme " wave ").

- une force antidérive

Chacune de ces forces dépend des caractéristiques géométriques de la coque et de sa vitesse par rapport à l’eau.

Comme pour la force aérodynamique, il est possible d’introduire des coefficients:

Des études expérimentales menées en bassins de carène montrent que ces coefficients dépendent de la vitesse par l’intermédiaire de 2 nombres sans dimension bien connus en mécanique des fluides:

, le nombre de Reynolds qui caractérise les effets dus à la viscosité du fluide,

u _eau: viscosité de l’eau - u _eau = 10⁶ m²_.s^-1, L: longueur immergée.

, le nombre de Froude qui caractérise les effets dus à la pesanteur,

g = 9.81 m.s^-2, accélération de la pesanteur.

Ordres de grandeur: dériveur: L » 4 à 5 m

                                           U » 2.5 m/s (» 5 noeuds)

                         => Re » 10⁶ Fr » 0.1

On constate de plus que C_D dépend quasi exclusivement du nombre de Reynolds. Au contraire, C_W dépend fortement du nombre de Froude et de la forme de la coque, et ne dépend pas du nombre de Reynolds.

Donc, généralement: C_F(Re) et C_W(Fr, géométrie de la coque).

C_F(Re) est donné par des formules analytiques simples. Pour des coques " lisses ", la formule de Prandtl Sclichting est couramment employée:

pour Re < 10⁷

pour Re > 10⁷.

Pour des coques " rugueuses ", les coefficients sont à majorer.

Ordres de grandeur: dériveur, avec Re » 10⁶, le coefficient C_F est égal à 0.005.

Pour un bateau donné, la dépendance de C_W en fonction du nombre de Froude nécessite des essais à échelle réduite dans un bassin des carènes et/ou des simulations à l’aide de codes de calculs.

L’eau agit sur la dérive et le safran comme l’air le fait sur une voile.

Pour la dérive, l’effet recherché est une portance élevée. Un angle d’incidence, l’angle de dérive dans ce cas, est nécessaire pour que la dérive remplisse son rôle.

Comme pour une aile, la portance s’écrit: . Pour une dérive mince, pour des angles e d’incidence faibles, le coefficient de portance est avec e en radians, soit , avec e en degrés.

Ordres de grandeur: dériveur: S_dérive » 1/5 à 1/4 m²

                                            U = 2.5 m/s » 5 noeuds

                                        => F_L » 50.e Newton pour e en degré.

La force antidérive induite par la coque seule peut aussi s’écrire sous une forme: . La fonction

C dépend de l’angle de dérive e . Mais c’est une fonction particulière à chaque bateau.