Dans leur quête d'une vitesse époustouflante, les monocoques AC75 à ailerons de la 36e Coupe de l'America incarnent le summum de l'ingénierie de précision à travers des milliers de composants, dont la plupart sont invisibles à l'œil nu.
.webp)
La société d'ingénierie spécialisée dans les matériaux composites C-Tech, basée à Auckland, a fourni toute une série de composants en carbone sur mesure aux quatre équipes participant à la régate de la Coupe qui se déroule actuellement.
« Nous avons fourni une large gamme de pièces, notamment des entretoises spécialisées dotées de raccords en titane, certaines destinées aux structures internes de la coque, d’autres aux carénages aérodynamiques, ainsi que des éléments tels que des glissières de mât et des socles de meulage », explique Alex Vallings, directeur. « Certaines de ces pièces sont top secrètes et même nous, nous ne savons pas à quoi elles servent. »
.webp)
Toutes ces pièces nécessitent une conception technique précise et légère, respectant les tolérances les plus strictes. Dans un environnement de compétition où les enjeux sont considérables, chaque pièce doit allier résistance et fiabilité face à des charges énormes, tout en présentant le poids le plus faible possible.
C-Tech s'est principalement impliquée dans la conception et la fabrication de lattes de voile, ses produits étant utilisés par les quatre équipes. Pour simplifier, les lattes sont des nervures horizontales qui traversent la surface de la voile et font office de squelette pour assurer le soutien structurel et la forme de celle-ci.
Au niveau de l’America’s Cup, il s’agit d’équipements hautement sophistiqués et complexes, conçus pour remplir des fonctions très spécifiques dans des conditions strictement définies. À première vue, ils ne semblent guère plus passionnants que de longues profilés noirs aux sections creuses en forme de caisson d’environ 40 mm × 20 mm. En réalité, ce sont des équipements indispensables et de haute technologie – de véritables baguettes magiques qui améliorent les performances.
« Les lattes jouent un rôle essentiel dans les performances des voiles », explique Gautier Sergent, de North Sails, qui a travaillé sur la campagne britannique d’INEOS. « Il est très important de s’assurer qu’elles correspondent à la forme attendue de la voile, conformément à nos spécifications. Si la forme de la latte ne correspond pas exactement à celle de la voile, elles entrent en conflit, ce qui peut s’avérer très préjudiciable. »
« Elles doivent être légères et résistantes. Nous précisons la rigidité dont nous avons besoin ainsi que la répartition de cette rigidité sur chaque latte, et C-Tech est capable de répondre à ces exigences avec une grande précision et de manière constante. »
« En substance, on peut considérer chaque latte comme un petit mât en carbone », explique Alistair Campbell, spécialiste dans ce domaine. « Ces lattes témoignent d’un niveau technologique, en termes de techniques de charge et de fabrication, similaire à celui des mâts en carbone que l’on trouve sur des bateaux de compétition comme les 49ers ou les Moths. »
Chaque membrane comporte entre neuf et douze lattes, dont la longueur varie de 3 m à 7,3 m. En fonction de la force du vent, chaque grand-voile présente des configurations différentes, ce qui nécessite des jeux de lattes aux caractéristiques de rigidité variées. Pour un ensemble type de trois grand-voiles, cela représente plus de 100 paires de lattes, chacune étant conçue et fabriquée individuellement selon des spécifications précises. Les voiles d'avant de l'AC75 comportent également entre cinq et huit lattes chacune.
Ces voiliers pouvant atteindre des vitesses supérieures à 50 nœuds, leurs plans de voilure sont exposés à des vitesses de vent apparent équivalentes à celles d’une tempête, comprises entre 60 et 70 nœuds, ce qui exige un haut niveau de résistance et d’efficacité aérodynamique. Et, comme tous les autres composants d’un voilier de l’America’s Cup ou d’un autre voilier de Grand Prix, ils doivent répondre à des critères contradictoires : une résistance maximale pour un poids aussi faible que possible.
« Avec une classe entièrement nouvelle, les équipes en apprennent beaucoup sur ce qui permet à ces bateaux d’aller vite, si bien que les paramètres changent sans cesse. Nous avons affaire à des cibles mouvantes », explique Vallings. « Par exemple, au début, une équipe peut affirmer que la cambrure de la grand-voile ne dépassera pas 13 à 15 %. Puis, nous découvrons qu’elle navigue en réalité parfois avec une cambrure presque deux fois supérieure, bien au-delà de la limite de conception initiale. »
Ce processus visant à repousser les limites a commencé dès l’élaboration du règlement de l’AC75. « La pression était forte pour alléger le plan de voilure. Ils sont venus nous voir pour nous demander quel serait le poids des lattes », se souvient Vallings. À ce stade, les caractéristiques de rigidité et de forme étaient encore inconnues ; il a donc fallu estimer le poids à 22 kg pour un jeu de lattes de grand-voile. C-Tech a fabriqué un prototype qui s’est avéré peser 26 kg. « C’était la panique », raconte Vallings en riant. « Nous avons dû tout recommencer et alléger le tout. » En étroite collaboration avec les équipes, C-Tech a trouvé des moyens de réduire le poids, tout en devant relever le défi d’améliorer la durabilité et la rigidité, ainsi que d’intégrer les composants de gréement aux voiles.
Après de nombreuses réflexions, itérations de conception et essais, la plupart des jeux de lattes pesaient entre 24 et 29 kg, matériel supplémentaire compris. Certaines lattes ont dû être renforcées pour assurer une partie de la structure habituellement assurée par une bôme.
Les deux membranes de la grand-voile sont hissées sur des rails distincts, espacés de 400 mm, situés sur la surface arrière plane de la section du mât en forme de D. Les deux bords de fuite sont maintenus ensemble par une sangle de longueur fixe. L'idée est de créer une forme aérodynamique similaire à celle d'une aile d'avion.
Malgré des contraintes d’espace strictes, les concepteurs disposent de deux zones libres – les 1,5 m inférieurs et les 4 m supérieurs – où ils peuvent utiliser des systèmes de contrôle hydrauliques internes pour modifier la forme de l’aile afin d’optimiser ses performances. Le mât pouvant pivoter jusqu’à 45° de chaque côté, l’ensemble de la structure est extrêmement dynamique, capable de générer des degrés considérables de torsion et de cambrure sur toute la longueur de la voile.
À l’endroit où les extrémités des lattes se fixent au mât se trouve une autre zone libre de 400 mm de diamètre, dans laquelle les concepteurs peuvent intégrer des systèmes de contrôle. « On passe au niveau supérieur lorsqu’on peut contrôler la profondeur de la voile et l’angle par rapport au mât grâce à un système de contrôle », explique Alistair Campbell. « Toutes les équipes ont eu des approches différentes à ce sujet. Certaines se sont efforcées de limiter le mouvement des lattes, d’autres ont adopté une approche passive en laissant les lattes et les voiles agir librement, tandis que d’autres encore ont mis en place des systèmes de contrôle actifs. »
« Ce que l'on peut dire, c'est que dans certaines situations, les lattes subissent un changement d'angle de 40° entre la zone de fixation au mât et la bordure. Nous ne nous y attendions pas, pas plus que les équipes. »
Selon Rob Salthouse, de l'équipe Emirates Team New Zealand, C-Tech a été étroitement impliquée dans leur programme de voiles tout au long du cycle actuel de la Coupe de l'America. « Avec l'introduction des grand-voiles à double paroi et la vitesse des AC75, les lattes jouent un rôle essentiel dans la forme et la fiabilité des voiles pour notre programme. »
Le défi de conception et d’ingénierie pour C-Tech consiste à adapter chaque paire de lattes afin de leur conférer le degré exact de courbure sur toute leur longueur, de manière à correspondre à la forme souhaitée de la voile et à résister avec précision aux charges considérables en jeu. Cela implique une autre contradiction : la zone la plus proche du mât supporte la plus grande charge de flexion. Or, c’est précisément là que la latte doit offrir la plus grande souplesse pour épouser la courbure de la voile, qui est la plus prononcée à l’extrémité du mât et s’aplatit vers la chute. Pour compliquer encore davantage l’équation, la membrane sous le vent présente un cambrage nettement plus important que celle au vent, ce qui impose des contraintes différentes aux lattes lorsqu’elles passent d’un bord à l’autre.
C'est pour surmonter ces défis contradictoires que l'équipe de C-Tech met en œuvre tout son savoir-faire en matière d'ingénierie et de fabrication. À l'instar des AC75 eux-mêmes, les solutions sont dissimulées à l'intérieur. Bien que le profil extérieur de chaque latte semble uniforme sur toute sa longueur, les dimensions des surfaces intérieures varient considérablement en fonction des spécifications de charge et de flexion.
« Chaque latte est conçue individuellement pour sa position spécifique sur la voile, et chaque mètre de cette latte est spécialement conçu pour offrir le degré de cambrure nécessaire afin de correspondre à la forme optimale de la voile à cet endroit, tout en étant suffisamment solide pour supporter les charges », explique Chris Kitchen, de C-Tech.
« Au départ, les équipes avaient des approches très différentes dans leur interprétation du règlement. À mesure que leurs connaissances et leur expérience se sont enrichies, elles ont su cerner avec beaucoup plus de précision ce qu’elles recherchaient et définir beaucoup plus clairement où elles souhaitaient que la rigidité soit concentrée. »
Grâce au logiciel de conception sur mesure développé en interne par C-Tech, la conception et la fabrication d’un jeu de lattes de grand-voile AC75 prennent jusqu’à deux semaines. Au fur et à mesure de l’avancement du processus, l’attention s’est portée sur les détails des extrémités des lattes, tant au niveau du mât que de la bordure. Pour améliorer l’aérodynamisme à l’extrémité de la chute, une section effilée a été ajoutée en post-production afin de réduire la section à 40 mm x 3 mm, tandis que le système le plus courant à l’extrémité du mât consiste en un simple logement rectangulaire ajusté. La latte s’insère dans ce logement, que les équipes relient à leurs systèmes de contrôle spécifiques.
La collaboration avec les équipes sur les composants individuels et le matériel de voile a constitué un autre axe de la contribution de C-Tech. « Leur flexibilité en matière de conception et de fabrication, associée à leur volonté de collaborer sur des idées, a permis de produire les composants les mieux adaptés à nos besoins, ce qui nous a permis d'obtenir les meilleurs résultats », explique Rob Salthouse, d'ETNZ.
L'America's Cup est sans doute la compétition de voile la plus secrète et la plus disputée qui soit. Travailler avec les quatre équipes tout en préservant leurs secrets respectifs a été au cœur des priorités de C-Tech. Des accords de confidentialité stricts constituent un impératif juridique majeur pour éviter toute fuite de propriété intellectuelle, mais la réputation d'intégrité de l'entreprise est un enjeu encore plus important.
« Nous avons su instaurer une relation de confiance au fil de ces 20 dernières années, et nous y accordons une importance capitale », explique M. Vallings. « C'est le fondement même de notre entreprise, et nous avons eu le privilège de travailler avec les meilleurs syndicats de courses au fil des ans. »