Les grandes voiles des yachts ne doivent pas nécessairement être triangulaires. On voit de plus en plus de voiles largement évasées dans la partie supérieure. On les appelle squareheads ou fatheads et on les voit sur presque tous les yachts modernes de haute technologie, comme les Imocas de l'Ocean Race ou du Vendée Globe. Presque tous les yachts de pure régate en utilisent, comme le 100 pieds "Comanche", le plus grand, ou la classe Mini 6.50, le plus petit ; de nombreux bateaux de sport sont équipés de Squarehead, tout comme les catamarans de sport modernes, les dériveurs et les foiling-flitzer. Même les systèmes d'ailes, comme sur les bolides actuels de l'America's Cup, sont larges et carrés en haut.
Il y a une raison à cela : une grand-voile squarehead offre des avantages décisifs par rapport à la pinhead, c'est-à-dire la grand-voile avec une zone de sommet coupée en triangle.
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Pourtant, ces voiles aux têtes imposantes font l'objet de nombreux préjugés. On dit qu'en raison de la surface de voile plus importante en haut, le point de pression de la voile se déplace vers le haut, ce qui augmente la gîte sur les parcours par vent arrière et conduit à plus d'avidité au vent. De telles voiles ne conviendraient que par vent faible et devraient être affalées tôt.
C'est le contraire qui est vrai. En fait, la grande ouverture de la chute permet d'obtenir jusqu'à 30 % de surface de voile supplémentaire dans la grand-voile. Il est logique que cela apporte d'énormes avantages sur les parcours au largue et au portant. Plus le principe de la propulsion par la portance, comme en navigation au vent, est remplacé par celui de la propulsion par la résistance, comme sur les parcours bas, plus il est intéressant d'offrir au vent la plus grande surface d'attaque possible pour une résistance élevée. Ou plus simplement : beaucoup de surface contre laquelle il peut exercer une pression et ainsi entraîner le yacht.
Un flux plus efficace pour la tête carrée
Mais les voiles déployées présentent aussi des avantages évidents sur les parcours par vent arrière. Le rapport entre la portance et la résistance est décisif. Plus la portance d'une voile est élevée et plus sa résistance est faible, plus la propulsion est importante. Ce rapport est très mauvais pour les voiles triangulaires traditionnelles.
Le profil du mât qui précède la voile crée des turbulences. Selon l'épaisseur et la forme du profil, celles-ci pourraient s'étendre de 30 à 40 centimètres, parfois même jusqu'à 70 centimètres derrière le mât. Dans cette zone, il se forme une zone de tourbillons qui n'assure guère de portance. Ce n'est qu'ensuite que le courant se recolle à la toile - s'il y en a une. En effet, les grandes voiles à coupe triangulaire ont rarement une longueur de profil correspondante dans la zone du haut, c'est-à-dire la distance entre le guindant et la chute. Avant que le courant ne s'applique, la voile est terminée ; elle ne fait donc que créer de la résistance.
Des mesures ont montré que jusqu'à 18 pour cent de la hauteur de la voile mesurée à partir du haut peuvent être inefficaces et n'apporter que de la résistance. Lors d'essais, cette partie supérieure a même été coupée, ne laissant que les amarres de l'avant et de l'arrière pour stabiliser - la voile n'a pas ralenti.
Ce phénomène est aggravé lors de la prise de ris. En effet, ce n'est pas seulement la surface absolue de la voile qui diminue, mais aussi et surtout la surface efficace. En effet, la toile inefficace reste dans la zone supérieure, tandis que la toile efficace s'éloigne dans la zone inférieure.
Cet effet peut être minimisé par une large exposition dans la zone du haut. Le courant trouve suffisamment de toile pour pouvoir à nouveau s'appliquer. De même, la prise de ris ne fait que réduire la surface de voile, mais l'efficacité de la voile reste intacte.
Le Squarehead est effectivement horizontal
Les voiles squarehead sont plus efficaces lorsque la partie supérieure est réellement horizontale et non en forme d'ellipse. Celle-ci a longtemps été considérée comme l'idéal, comme l'aile d'un chasseur Spitfire de la Seconde Guerre mondiale. Le bord dur en haut d'une voile squarehead devrait donc en fait favoriser les tourbillons d'induction, c'est-à-dire l'équilibre des pressions entre le vent et le portant, comme en bas autour de la bôme de grand-voile. Cela freinerait.
Mais cet effet ne se produit pas. Cela est dû au comportement dynamique de ces voiles. En cas de rafale, la voile s'ouvre plus rapidement au niveau du square qu'avec d'autres formes de voile. De plus, les tourbillons libres s'éloignent plus facilement vers l'arrière dans une voile à saut carré que dans une voile à profil elliptique. Dans ce dernier cas, les tourbillons libres de la chute descendent un peu du sommet. De ce fait, la voile avec une chute elliptique arrondie perd un peu de son envergure effective. Le bord dur agit donc comme une sorte de frein à tourbillon.
Plus de voile, moins de pression grâce au Squarehead
Mais une voile carrée ne se contente pas de produire plus de propulsion, elle peut même réduire la gîte et la pression sur le gouvernail et déplacer le point de prise de ris vers une plage de vitesse de vent plus élevée. Comme l'ensemble du tissu fonctionne efficacement, le voilier a la possibilité de couper le profil plus plat que celui d'une voile traditionnelle. Ainsi, le point de pression de la voile ne se déplace pas plus vers le haut. De plus, une voile plus plate permet d'obtenir des angles d'attaque plus aigus, donc une plus grande hauteur au vent. Le profil plus plat génère également moins de traînée.
Lorsque le vent monte, une voile de ce type se twiste nettement plus facilement au niveau de l'extrados qu'une voile triangulaire. Le tissu non utilisé est pour ainsi dire placé dans le vent, mais il ne tue pas car il est soutenu par des lattes et le laminé rigide utilisé.
Dans le meilleur des cas, il se produit même ce que l'on appelle un twist inversé. Dans ce cas, les deux ou trois lattes supérieures se replient vers le vent, la voile génère alors une portance vers le vent dans la zone supérieure et donc un moment de redressement. Le twist inversé est certes possible avec des voiles traditionnelles et est pratiqué depuis longtemps, mais il nécessite une ou deux lattes continues en haut et n'est pas aussi efficace qu'avec une voile de grande taille à tête carrée.
Réglage attentif du Squarehead
Cependant, une grand-voile largement déployée doit être réglée avec beaucoup plus de finesse qu'une voile traditionnelle. Le twist est décisif. Si la chute est trop fermée, le point de pression se déplace vers le haut, la tête carrée génère alors beaucoup de gîte et moins de propulsion. Il en va de même pour les voiles pinhead, mais le trim n'a pas autant d'effet. C'est pourquoi une grande voile squarehead se conduit un peu différemment, la grande bôme plutôt au milieu du bateau et presque sans hale-bas, même par vent fort. Pour cela, il faut un chariot d'écoute pouvant être relevé au vent. Dans une rafale, il faut d'abord affaler l'écoute. Cela permet à la bôme de monter et à la voile de s'écarter du haut.
Dans le cas d'une voile pinhead, c'est plutôt le chariot d'écoute qui est mis sous le vent afin de modifier l'angle d'attaque de la partie inférieure, plus efficace. Il s'agit toutefois de formules d'ajustement très grossières, le réglage fin dépendant fortement de la configuration respective.
L'étai arrière, un frein au plaisir
La raison pour laquelle la grand-voile carrée n'est pas plus souvent utilisée dans le domaine de la croisière est tout simplement l'étai arrière - il limite l'exposition de la chute de la grand-voile. Les voiles modernes de type pinhead sont certes déjà nettement dépassées et la chute dépasse légèrement l'étai, mais elles sont également loin d'être de véritables têtes carrées. Cela n'est possible que sur des gréements sans pataras, comme sur de nombreux petits bateaux de plaisance, ou sur des bateaux plus grands, lorsque des pataras sont utilisés.
Les navigateurs avec des gréements traditionnels peuvent au moins s'en approcher. Une petite potence de 15 ou 20 centimètres de long en tête de mât, associée à une tête de voile plus basse, permet déjà d'augmenter sensiblement la plage d'utilisation. Mais cela nécessite des modifications du gréement. Si l'on hésite à faire ces modifications, on s'expose à une voile moins efficace.
