Les équipes du service d'ingénierie HBM à bord de l'Imoca Advens for Cybersecurity pour le Vendée Globe

Dans la dernière édition du Vendée Globe, HBM a été impliqué au projet Advens for Cybersecurity, pour le développement et l'installation de jauges optiques sur les foils du voilier.
Les foils sont des appendices installés de part et d'autre au centre de la coque, en partie immergés, ils sont composés du shaft (la partie la plus longue, le plus souvent droite, qui rentre et sort de la coque), du plan porteur (la partie incurvée) et du tip (la partie droite et plus ou moins verticale). Lorsque le voilier prend de la vitesse, la coque s'appuie sur la partie inférieure des foils, se soulève et présente ainsi moins de résistance à l'eau, ce qui permet d'accentuer la vitesse. Les foils sont plus efficaces lors de la navigation au reaching (vent de côté) et dans une moindre mesure au portant (vent arrière). De plus, ils ne peuvent être utilisé que lorsque que les conditions de navigation sont relativement calmes. En fonction de ces différents facteurs et afin d’optimiser encore davantage les performances du bateau, un mécanisme permet de rétracter ou sortir les foils dans la coque...

L’utilisation de foils dans les courses au large, est récente. Ils ont été utilisés pour la première fois au Vendée Globe, en 2016, lors de l'édition précédente (la course a lieu tous les 4 ans). Leur efficacité c’est vite fait ressentir (les 4 premiers voiliers à l'arrivée en étaient équipés) mais la technique à montrer quelques faiblesses. Depuis, les concepteurs s'efforcent d'en améliorer à la fois les performances et la fiabilité.

Problématique

Le Vendée Globe, dont le prochain départ est prévu en novembre 2020, suscite un intérêt qui va bien au-delà du monde de la voile. La principale raison à cela : le courage des skippers qui s'affrontent, en solitaire, dans cette course autour du monde. Pendant plus de trois mois (74 jours pour le vainqueur de la dernière édition d'il y a 4 ans), ils doivent faire face à des conditions météorologiques extrêmes, à une mer démontée (notamment dans l'océan Pacifique et en Antarctique) et à un danger quasi-permanent. En cela, le Vendée Globe est, non seulement, une aventure humaine, mais également une course nautique exigeant des bateaux performants et robustes, capables de supporter d’être en permanence sollicités jusqu’à leurs limites (et parfois au-delà).

Solution

Les voiliers alignés dans cette compétition sont truffés de matériel de haute technologie, et notamment de capteurs. HBM, précédé par sa réputation de fabricant de capteurs haute gamme et de systèmes d'acquisition résistants aux conditions d’utilisation en environnements extrêmes, a naturellement été sollicité. Lors de la dernière édition de la course, les équipes HBM ont été impliquées dans le projet Advens for Cybersecurity - voilier au départ de la catégorie Imoca. Les foils de ce bateau ont, en effet, été équipés de jauges de déformation optique (ou jauges de contrainte) développés et installés par les équipes HBM.

Résultats

Ce projet a été réalisé et a été rapidement finalisé, le bateau a été mis à l'eau en septembre 2019, soit 8 semaines avant le départ de la transat Jacques Vabre. Après quelques essais, le voilier était aligné sur la course. Malgré une défaillance liée aux vérins des pilotes automatiques, peu après le départ, obligeant un arrêt de 4 heures à Cherbourg, Advens for Cybersecurity s’est révélé très performant, et, après avoir remonté la plupart de ses concurrents termine à la cinquième place, à peine 4 heures après le second... Cette remontée est due à de fortes moyennes. C'est ainsi qu'en une journée (3-4 octobre), le voilier a parcouru 521 miles en 24 heures à 22,30 nœuds de moyenne.

Imoca Thomas Ruyant Racing

« Les foils sont devenus un élément essentiel de la performance. Aujourd'hui, il n'est pas exagéré de dire que l'on construit le bateau autour des foils plutôt que l'inverse », explique Laurent Bourgues, directeur technique d'Imoca Thomas Ruyant Racing, société chargée de concevoir et de préparer l'Imoca Advens for Cybersecurity pour son dernier Vendée Globe, avec Thomas Ruyant pour skipper. « Concernant les foils nous sommes encore en phase d'apprentissage, ils ne cessent d'évoluer, notamment leur forme et leurs dimensions. La validation des choix techniques et des données de conception, mais aussi du comportement aux limites, se font directement en mer », poursuit Laurent Bourgues. Faute de temps, faute d'argent aussi (le coût d’un foil coûte avoisine les 150.000 euros), il n'est pas envisageable de développer et de tester des prototypes en laboratoire. « Pour ces raisons, nous avons décidé d'instrumenter les foils et d'enregistrer les données de mesure, à la fois pour aider le skipper à ne pas aller au-delà des limites et afin de procéder à des analyses à posteriori et les corréler avec d'autres données (vent, conditions de mer, vitesse du bateau, etc.) », ajoute Laurent Bourgues.

"Les foils ont évidemment joué un rôle important pour atteindre cette performance. Le skipper, grâce aux capteurs et au système d'acquisition, a pu les solliciter de façon optimale, sans dépasser les limites", explique Laurent Bourgues.

Le choix de la fibre optique

Très au fait des dernières avancées technologie dans le domaine de la mesure, les équipes Imoca Thomas Ruyant Racing ont choisi d'utiliser une jauge de déformation à fibre optique, jugée ici plus robuste et intégrable que des jauges classiques. Connaissant sa réputation de fiabilité, la qualité de son offre, et conforté par sa capacité à instrumenter des équipements complexes, le concepteur d'Imoca a naturellement fait appel à HBM. Ainsi, les équipes du service d'ingénierie HBM, basée en Italie et gérées par Carola Corazza, ont été contactées. Les échanges entre HBM et Laurent Bourgues ont permis de définir les caractéristiques des jauges, ainsi que la méthode d’installation sur le foil. « Mon service intervient habituellement au plus près du site du client. Dans ce cas précis, nous avons fait une petite exception... à la demande du client.

Thomas Ruyant Racing est basé à Lorient, mais la réunion de travail a eu lieu en Italie, car il importait de travailler en proximité avec le concepteur des composants du bateau - Persico Marine - basé en Italie », explique Carola Corazza.  Pour effectuer les mesures de déformation, la fibre de type FS62 a été choisie et (pour chaque foil) 4 points de mesure ont été déterminés « Les échanges avec le client, nous ont permis de comprendre l'ensemble de ses besoins, et de proposer des solutions : la même fibre pouvait, notamment, être utilisé pour réaliser les mesures de température. Nous avons donc convenu d’intégrer un capteur thermique à la fibre », précise Carola Corazza.

Suivant le cahier des charges du client, tous ces points de mesure (réseaux de Bragg) sont déterminés et placés avec précision le long de la fibre. Cette fibre est couplée au système de mesure optique dynamique FS22 DI (également appelé interrogateur optique), permettant de convertir les mesures optiques en données numérique, parfaitement exploitables par les systèmes d’acquisition classiques. La distance entre le point de mesure le plus éloigné et l'interrogateur optique est de 5 m - une distance relativement courte quand on sait que sur les bateaux certaines applications impliquent l’utilisation de fibres pouvant dépasser les 30m.

Une course contre le temps...

Ces choix techniques ont été définis au premier trimestre 2019. À ce moment-là, la course contre la montre était déjà lancée pour Imoca Thomas Ruyant Racing qui souhaitait aligner son bateau sur la Transat en double Jacques Vabre, au départ le 27 octobre et ralliant Le Havre à Salvador de Baia au Brésil. Ainsi, pour des raisons pratiques et pour gagner un temps précieux, l'instrumentation des foils a finalement été effectuée à Lorient, et non près de Milan comme initialement prévu. Les équipes d’ingénierie HBM, dispose de compétences partout en Europe, et ont su s'adapter à ce changement, l’installation des jauges optiques, a ainsi été assurée par Nicolas Visoianu, ingénieur "Field Service"chez HBM France.

Les foils, constitués d'un empilement technique de plusieurs couches de fibres de carbone, ont été spécialement conçus pour intégrer la fibre optique : la partie externe est munie d'une gorge. Insérer la fibre dans cette gorge est un travail minutieux. « Comme ce sont des éléments relativement lourds et difficile à manipuler, le foil été fixer dans une position qui me permettrait de travailler dans de bonnes conditions. Pour obtenir les performances optimales, il est très important de positionner la fibre avec précision et de porter une grande attention au collage. Ici, les erreurs ne sont pas rattrapables ! Dans ce domaine, HBM a acquis une expertise qui la distingue des entreprises concurrentes. Au final, il faut être capable de fournir des µm/m, garantis avec une incertitude acceptable. C’est un niveau d’expertise difficile à atteindre. », explique Nicolas Visoianu. La colle utilisée est également une illustration du savoir-faire dans ce domaine. En effet, la X120, a été spécialement étudiée pour le collage de ce type de jauges. Dans le cas présent, elle remplit la rainure jusqu'à affleurer en surface, ce qui permet d’y ajouter une couche de protection, pour résister à l'eau de mer.

Ce projet a été réalisé et a été rapidement finalisé, le bateau a été mis à l'eau en septembre 2019, soit 8 semaines avant le départ de la transat Jacques Vabre. Après quelques essais, le voilier était aligné sur la course. Malgré une défaillance liée aux vérins des pilotes automatiques, peu après le départ, obligeant un arrêt de 4 heures à Cherbourg, Advens for Cybersecurity s’est révélé très performant, et, après avoir remonté la plupart de ses concurrents termine à la cinquième place, à peine 4 heures après le second... Cette remontée est due à de fortes moyennes. C'est ainsi qu'en une journée (3-4 octobre), le voilier a parcouru 521 miles en 24 heures à 22,30 nœuds de moyenne. « Les foils ont évidemment joué un rôle important pour atteindre cette performance. Le skipper, grâce aux capteurs et au système d'acquisition, a pu les solliciter de façon optimale, sans dépasser les limites », explique Laurent Bourgues.

Après cette première course réussie, un bilan était nécessaire, les données enregistrées ont été analysées et corrélées afin de chercher des voies d'amélioration. Les mesures réalisées sur les foils, constituent une source d’information précieuse pour améliorer le pilotage du bateau. « Le prix à payer, c'est la consommation : 1 A sous 24 V, ce n'est pas négligeable », estime Laurent Bourgues. Pour Nicolas Visoianu, il est possible d'agir sur cette consommation : « Ce chiffre englobe la partie optique, mais aussi toute l'électronique associée pour le traitement des données. Il faut considérer que cette consommation peut ne pas être permanente, car les foils ne sont pas utilisables dans toutes les conditions de vent et de mer.».

La conclusion revient à Alexandre Fayeulle, Pdg Advens for Cybersecurity : « La Transat Jacques Vabre a permis de confirmer le potentiel extraordinaire de Advens for Cybersecurity. Ce bateau est très bien né, on sent qu'il est en avance, et nous sommes remplis d'espoirs et gonflés d'ambitions pour le prochain Vendée Globe…». D'ici là, tout le monde sera sur le pont...y compris HBM !