Notre expérience
Notre expérience en video:
A l'aide du dynamomètre, nous avons pu mesurer la force que les bateaux exerçaient sur la corde. La première image indique la force engendrée par le bateau avec foil.
On observe que la force est d'environ de 0,4 Newton.
I.Objectif de l'expérience
Démontrer qu'un bateau équipé de foils aura un frottement moins important qu'un bateau sans foil.
II.Choix de l'expérience
Comment sommes-nous arrivés à cette expérience ?
Lorsqu'on parle de foil, on a tout de suite en tête une image de bateau volant au-dessus de l'eau. Nous avions alors envie de reproduire cette image dans la réalité. Il nous fallait alors trouver un moyen d'exprimer cette diminution de résistance avec des chiffres et donc de prouver ce phénomène. Nous avons tout d'abord pensé à utiliser deux bateaux à moteurs identiques et doter l'un d'entre eux de foils. Nous propulserions alors ces deux bateaux avec la même force et comparerions leur vitesse. Mais une telle expérience s'avère beaucoup trop coûteuse. Nous nous sommes donc rabattus sur quelque chose de plus abordable économiquement : attacher deux bateaux dont l'un est doté de foils et l'autre non à un dynamomètre et les mettre dans un courant comme une rivière. Il nous suffirait ensuite de mesurer les forces exercées sur les deux cordes pour traduire la diminution de frottement. C'est ainsi que nous sommes parvenus à réaliser notre expérience
III.Réalisation de l'expérience
Pour ce faire, il nous a fallu du matériel et des emplacements très particuliers. En effet, nous avons dû d'abord trouver deux bateaux identiques sur lesquels il serait possible de fixer des foils. Les semis rigides playmobyle ont parfaitement fait l'affaire. En effet, ils étaient suffisamment légers pour ne pas nécessiter de trop grands foils. De même leur profil présentait deux fentes à l'avant et une à l'arrière pour relier les foils à la coque sans avoir à modifier la forme de la coque.
En revanche, pour les foils, leur procuration a été quelque peu plus compliquée. Etant difficilement trouvable sur le marché, nous avons dû fabriquer nous-même nos foils. Pour cela nous avons utilisé des plaques de PVC expansé. Après y avoir dessiner les pièces, nous les avons découpées puis poncées pour leur donner un forme d'aile. Cette manoeuvre a été la plus délicate car nous savions que plus nous étions précis lors du ponçage, plus le résultat de l'expérience serait intéressant. Une fois les pièces poncées, il nous fallait juste les assembler entre elles et les relier à la coque du bateau. Pour cela, nous avons utilisé la colle suivante : Köratac HF 300. Celle-ci présentait des caractéristiques qui nous intéressait : elle agissait sur du plastique en le fondant comme lors d'une soudure et résistait au contact de l'eau. Une fois le prototype réalisé, il ne fallait pas oublier d'équilibrer les masses des deux bateaux. En effet, en rajoutant des foils sur l'un des deux, nous l'avons alourdi. Pour cela, nous avons mis du sable dans la coque du bateau ne possédant pas de foils pour égaliser sa masse. Nous l'avons scotché pour le maintenir en place.
Nous avons donc obtenu deux bateaux identiques, à l'exception du fait que l'un d'entre eux était doté de foils.
Prototype avec foils Prototype sans foil
Comme nous pouvons le voir sur ces deux images ci-dessus, lorsque les bateaux et le fluide (l'eau) sont immobiles, le comportement et la flottaison sont identiques. Ceci nous permet d'affirmer que la poussée d'Archimède est identique dans les deux cas. Donc, seul le courant a une influence sur le phénomène de portance.
Une fois les bateaux réalisés, il nous restait plus qu'à réaliser l'expérience. Pour cela, nous avons décidé de le faire dans une rivière avec du courant pour ne pas avoir à déplacer le bateau puisque nous savions que le phénomène que nous voulons étudier, c'est -à-dire la portance, n'est visible que lorsqu'il y a écoulement du fluide de part et d'autre des foils.
Nous avons donc disposez les deux bateaux côte à côte dans un rapide de façon à avoir la force de courant la plus importante. Nous les avons tout deux accrochés à des points fixes pour que les mesures soient le plus précis possible. Entre la corde accrochée au bateau et le point fixe, nous avons mis un dynamomètre pour effectuer les mesures. Nous avons donc obtenu les résultats présentés ci-dessous.
La deuxième image nous indique la force engendrée par le bateau sans foil. On observe une force de 0,55 Newton. Elle est ainsi supérieure à celle du bateau doté de foils.
IV. Interprétation des résultats
Le bateau sans foil tire sur la corde avec une force de 0,55 Newton tandis que le bateau équipé d'un foil tire avec une force de 0,4 Newton. D'après nos résultats, nous remarquons donc que le bateau doté de foils exerce sur la corde une force nettement moins importante que la force exercée par le bateau sans foil. Puisque le courant est le même et que ce sont exactement les mêmes bateaux à l'exception des foils, nous pouvons donc en déduire que ce sont bien les foils qui ont permis de limiter les frottements de l'eau sur la coque. Autrement dit, les foils contribuent à diminuer la traînée et donc à limiter la résistance du bateau face au courant. Ceci s'explique par le fait que la surface de frottement sur la coque est plus grande pour le bateau sans foil que pour l'autre modèle qui profite de la portance que lui apportent les foils. Effectivement, dans son cas, la coque est moins immergée dans l'eau, grâce à la portance.
En regardant notre vidéo, nous apercevons aussi des différences au niveau de la traînée entre les deux bateaux. Le bateau de gauche (sans foil) a des vagues qui commencent déjà à l'avant de la coque tandis que l'autre bateau en a un peu moins.
Comme la construction des foils étaient déjà assez complexe, nous n'avons pas travaillé sur leur forme non symétrique. Si nous l'avions fait, peut-être nous aurions accentué davantage la différence de pression entre l'extrados et l'intrados et nous aurions obtenu davantage de portance.