Petite expérience : on va prendre maintenant une carte de visite que l'on va plier parallèlement à son petit côté, vers le tiers de sa longueur. Posez-la sur une table et soufflez à l'intérieur de l'angle à la base du grand pan levé.
- soufflez perpendiculairement au pan de la carte. Si l'angle est suffisamment fermé (incliné vers vous), la carte va glisser à la surface.
- soufflez maintenant avec un angle de 45° par rapport au pan. La carte ne part plus dans la direction du souffle, mais dans une direction qui combine l'axe de la trainée et celui de la perpendiculaire du pan levé de la carte.
La force qui s'exerce sur un plan est dite normale (= perpendiculaire au plan) à ce plan quel que soit l'angle d'incidence de l'écoulement général sur ce plan.
Voilà ci-dessous une manière de décomposer la force aérodynamique (c'est exactement la même chose pour un profil d'aile d'avion) en deux forces :
La portance et la traînée.
Voyons maintenant ce qui va faire avancer le voilier...
Prenez l'exemple d'un parapluie, tenu ouvert verticalement par une journée ventée. On va alors sentir une force qui va faire s'élever le parapluie. En fait, le dessus bombé du parapluie crée une accélération des filets d'air à son sommet, donc une dépression. Sous le parapluie règne alors une zone de suppression relative, et il apparait une force de succion qui va avoir tendance à élever le parapluie.
C'est exactement le même principe qu'utilise le véliplanchiste pour porter sa voile sans effort en la maintenant au dessus de la tête, horizontalement.
L'intérieur de la surface concave est appelé intrados, l'extérieur : la face convexe extrados.
En chaque point de la voile, perpendiculairement à sa paroi, s'exercent des forces de hautes pressions relatives au vent (intrados) et de basses pressions relatives sous le vent (extrados). La voile sera sollicitée des zones de hautes pressions vers les zones de basse pression.
L'ensemble de ces forces aérodynamiques forme la force vélique.
Comme cette force s'exerce grossièrement suivant une perpendiculaire au plan formé par la voile, plus la voile est "ouverte", débordée de l'axe du bateau, et plus la force vélique agit dans le sens de la marche.
Toute force peut se décomposer en deux composantes en formant un parallélogramme (rectangle). Nous avons déjà vu plus haut que la force aérodynamique pouvait se décomposer en portance et traînée. Mais une autre manière est de la décomposer en force propulsive, dans l'axe du bateau, et en force de dérive, perpendiculaire à cet axe.
Sauf au plein vent arrière, la force vélique n'est pas dans l'axe de marche du bateau. Pour éviter que le bateau ne parte en crabe, il nous faut donc un plan antidérive. Celui ci est apportée par la quille (ou dérives) et le(s) safran(s). Il suffit de très peu d'angle pour que, sous la coque, s'exerce de la même manière que pour la voile une portance. En effet le courant d'eau va attaquer la face du profil avec un certain angle créant des surpressions, alors que de l'autre coté se trouveront des zones de basses pressions. La force hydrodynamique ou force antidérive va développer une portance qui va garder le bateau sur sa route, compensant la composante de dérive de la force vélique.
De part et d'autre de la flottaison, la force vélique et la force antidérive forment des couples qui détermineront les grands équilibres d'un voilier.
