Sommaire de la page
- À quoi sert un aileron de surf et comment fonctionne-t-il ?
- Un cahier des charges qui change à chaque instant
- Profils symétriques ou cambrés : les courbes de portance et de traînée
- Traînée, portance et décrochage : ce que change la géométrie variable
- Analogie avec le ski : virage dérapé ou virage coupé
- Accélération : la portance projetée vers l'avant
- Accroche du rail et dévers : un centre de poussée proche de la planche
- Pertes tourbillonnaires : la lèvre souple en bout d'aileron
- Sécurité et biomimétisme
- Les concepteurs de FYN racontent
- Questions fréquentes
À quoi sert un aileron de surf et comment fonctionne-t-il ?
Un aileron de surf (ou dérive) est une petite aile verticale sous l'arrière de la planche. En ligne droite, il stabilise la trajectoire et doit se faire oublier ; en virage, il fournit un point d'appui grâce à sa portance, pour que la planche tourne sans déraper ; bien orienté et cambré, il oriente cette portance vers l'avant et accélère la planche (drive, pompage). Son cahier des charges change donc à chaque instant : la direction de l'eau par rapport à l'aileron (l'incidence) passe de 0° en ligne droite à 30° et plus dans un virage serré, où un profil fixe décroche (spin out). Un profil symétrique traîne peu mais accroche tard ; un profil cambré accroche dès 10° mais traîne dix fois plus en ligne droite. L'aileron à géométrie variable (système ADAC des ailerons FYN) résout ce dilemme en adaptant son incidence et sa cambrure, de 0 à 35 %, à la trajectoire. Cette page détaille la physique de l'aileron ; le dossier ci-dessous couvre le choix, la sécurité, l'histoire et le shape.
Un cahier des charges qui change à chaque instant
Take-off, ligne droite en prise de vitesse, bottom turn, cut-back, tube, pompage : dans chacune de ces phases, les fonctions de la dérive varient et s'opposent parfois. Le surfeur, le poids, la planche et la vague modifient encore la demande. Un aileron doit ainsi accrocher fort au moment du virage et disparaître hydrodynamiquement le reste du temps. Pour le mesurer, nous utilisons la notion de poids dynamique : la résistance à l'avancement de l'aileron, qui passe de 70 g pour un aileron correctement orienté à 900 g si son cambre et son incidence ne suivent pas la direction de l'eau. Le poids statique, lui, varie de 0,1 kg entre deux ailerons : trente fois moins.
Vous pouvez d'abord tester vos intuitions avec le test d'hydrodynamique des ailerons, ou suivre l'explication complète en vidéo.
L'évolution de l'aileron depuis Tom Blake, et les onze « gènes » qu'elle a laissés, font l'objet de la page histoire de l'aileron de surf.
Profils symétriques ou cambrés : les courbes de portance et de traînée
Les performances des profils hydrodynamiques sont répertoriées dans des bases de données de profils, et l'on sait comment la traînée et la portance varient avec l'incidence, la cambrure et la vitesse. Les courbes ci-dessous, calculées avec Heliciel pour un aileron de surf, donnent la traînée (vert), la portance (bleu) et la finesse (noir) de 0 à 90° d'incidence.
Profil symétrique (NACA 0008) : efficace aux faibles incidences, mais il décroche brutalement aux grands angles ; en virage, l'incidence imposée par la trajectoire courbe provoque la perte d'appui, le spin out.
Profil cambré (NACA 9505) : efficace aux grands angles, mais il traîne même à incidence nulle, ce qui pénalise les phases d'accélération.
Traînée, portance et décrochage : ce que change la géométrie variable
Traînée. À incidence nulle, le profil symétrique traîne 0,7 N, le profil cambré 8 N. Sur un twin dont le shaper a fixé 4° d'incidence (toe), la résistance atteint 9 + 9 = 18 N, soit près de 2 kg à pousser en bout de jambes. Le système ADAC aligne les ailerons à incidence nulle et supprime le cambre quand la trajectoire est parallèle à l'axe de la planche, tout en conservant leur parallélisme : 18 − 1,4 = 16,6 N de traînée supprimée.
Portance. Le profil cambré porte dès les faibles angles. Au moindre dérapage, le profil ADAC devient cambré : plus de portance, donc plus de cambre, donc plus de portance ; cette boucle rétablit la trajectoire presque immédiatement. L'aileron symétrique doit atteindre 40° pour fournir 120 N ; l'aileron à cambrure variable les donne à 10° et monte à 160 N à 15°, soit un glissement involontaire de l'arrière quatre fois moindre. La cambrure variable combine ainsi le profil symétrique, optimal en ligne droite, et des profils de plus en plus cambrés de 5° à 25° d'incidence, sans décrochage brutal.
Décrochage. Au-delà de 30° environ, tout profil fixe décroche (fig. 2.2 et 2.4). L'incidence adaptative conserve un angle relatif efficace par pivotement du profil dans le sens du flux, et repousse le décrochage jusque dans les courbes les plus serrées.
Le détail chiffré, avec l'influence de l'épaisseur, se trouve sur la page ailerons performants.
Analogie avec le ski : virage dérapé ou virage coupé
Les virages avec ailerons statiques et avec ailerons ADAC se comparent aux virages de ski dérapés ou coupés. Le virage en dérapage n'est pas adapté aux vitesses élevées (la force centrifuge sort le surfeur de sa trajectoire), ne permet ni un contrôle précis ni un virage dans un espace restreint, fait perdre de la vitesse et place le corps trop en arrière pour relancer. Le virage coupé permet une conduite précise à vitesse élevée, avec très peu de perte de vitesse ; l'appui reste centré pendant tout le virage, le contrôle est intuitif et la relance immédiate.
Accélération : la portance projetée vers l'avant
La variation d'incidence et de cambre est programmée mécaniquement par une déformation élastique contrôlée dans une structure formant une boucle cinématique articulée (technologie brevetée). La chaîne cinématique réagit aux efforts latéraux dès que la trajectoire comporte une composante de dérive, et bascule la direction de la portance vers l'avant : une composante propulsive apparaît. Deux conséquences : une aptitude naturelle à produire de la vitesse par des mouvements latéraux alternatifs (le pompage, comparable à un battement de queue de dauphin) et des accélérations dans les virages, qui ouvrent des enchaînements irréalisables sans relance.
Accroche du rail et dévers : un centre de poussée proche de la planche
Un centre de poussée proche de la planche limite le dévers et l'effort à fournir pour accrocher le quart dans la vague. Les longues dérives augmentent l'effet de dévers, qui tend à renverser la planche quand l'appui est important. Le système ADAC obtient du drive et 70 % de poussée supplémentaire grâce à son bord d'attaque et à son cambre dynamiques, tout en gardant un centre de poussée très proche de la planche. Le choix de la position et du nombre d'ailerons est traité sur la page choisir ses ailerons.
Pertes tourbillonnaires : la lèvre souple en bout d'aileron
Les ailes courtes à forte portance émettent des tourbillons marginaux qui dégradent la portance (pertes tourbillonnaires). Certains oiseaux, comme les aigles, portent en bout d'aile des plumes formant une lèvre inclinée qui exploite et limite ces tourbillons. Des lèvres souples et profilées sont intégrées aux extrémités de la structure ADAC et se déforment naturellement sous l'effort de portance, selon ce principe.
Sécurité et biomimétisme
Le système ADAC associe l'augmentation des performances à celle de la sécurité : sa structure articulée à parties effilées mais souples supprime les coupures, et une pièce fusible protège le boîtier de la planche. Les essais au ralenti ci-dessous montrent la torsion de la structure et la protection fusible lors d'impacts. La page sécurité des ailerons de surf développe ce point ; la page ailerons biomimétiques montre comment l'analyse des nageoires, ultra-performantes et sans danger dans les jeux des dauphins, a guidé la conception.
Les concepteurs de FYN racontent
« Nous étions loin d'envisager l'invention d'un nouveau type d'aileron de surf : il existe déjà tellement de modèles que l'on s'y perd. Surfeurs et développeurs de logiciels de calcul hydrodynamique, nous étions simplement curieux de comprendre le fonctionnement des ailerons de nos planches. Quelques décennies de surf et de discussions avec les shapers nous avaient donné les bases : le point d'appui, la position de l'aileron, la surface, la vitesse, la flexibilité. Nous avions testé des alaias et des planches sans ailerons, raboté et même inversé le sens intrados-extrados des dérives. Mais certaines questions restaient en suspens : l'évolution dynamique de l'angle d'attaque dans les trajectoires, le décrochage, l'antagonisme des ailerons opposés et la traînée qu'il engendre. Nous avons appliqué le principe actif dynamique dans une série de prototypes, puis mesuré objectivement l'ADAC en wake surf, sur vague constante : impossible de revenir à des ailerons statiques. »
Le configurateur de dérives FYN illustre l'influence de la position du surfeur par rapport aux dérives sur la vitesse et la maniabilité. Les shapers trouveront les cotes d'implantation dans le guide du shaper (aussi en PDF). Pour obtenir une licence du système ADAC (brevets US 14859193/2015 et FR 1402226/2014 ; cabinets Gasquet, Annecy, et Cionca Law Group, Irvine) dans d'autres branches de l'hydrodynamique ou de l'aérodynamique, écrivez à contact@mecaflux.com, objet « infos ADAC système ».
Questions fréquentes
À quoi sert la dérive d'une planche de surf ?
Elle stabilise la trajectoire en ligne droite et fournit, par sa portance, le point d'appui qui permet de tourner sans déraper ; bien orientée et cambrée, elle projette cette portance vers l'avant et accélère la planche.
Pourquoi un aileron décroche-t-il en virage (spin out) ?
Parce que la trajectoire courbe augmente l'incidence de l'eau sur l'aileron ; au-delà de 30° environ, l'écoulement se détache d'un profil fixe et la portance s'effondre. Un aileron à incidence variable pivote dans le flux et repousse ce décrochage.
Profil symétrique ou cambré pour un aileron de surf ?
Symétrique en ligne droite (0,7 N de traînée contre 8 N), cambré en virage (120 N de portance à 10° contre 40° pour le symétrique). Un aileron à cambrure variable prend l'un ou l'autre selon la phase.
Comment calculer la portance et la traînée d'un aileron ?
Avec le calculateur de portance et de traînée en ligne pour un profil donné, ou avec le logiciel Heliciel, qui a produit les courbes de cette page, pour un aileron ou un foil complet. Mecaflux propose aussi l'étude de votre projet ou une formation sur le logiciel.