Une balade en pédalo sur un lac calme n’a rien de bien décoiffant. Imaginez une embarcation à propulsion humaine qui atteindrait la vitesse de 20 nœuds (37 km/h). C’est du jamais vu, et c’est le défi que veulent relever les 13 membres du projet Léviathan, à la Faculté de génie. S’ils y parviennent, les étudiantes et étudiants fracasseraient la marque de 18,5 nœuds établie en 1991 par une équipe du Massachusetts Institute of Technology.

«Pour vulgariser notre projet, on dit souvent qu'on fait la conception du pédalo le plus rapide au monde!» explique Francis Racine, l’un des membres du projet. Mais, ajoute aussitôt son collègue Anthony Lafortune, l’embarcation risque d’avoir davantage en commun avec l’avion! «Dans les faits, le projet est beaucoup plus complexe que la conception d'un pédalo. Bien que cela semble surprenant, notre embarcation se comporte de la même manière qu'un avion, la dynamique du vol des deux véhicules est similaire et plusieurs systèmes ont les mêmes fonctions sur les deux véhicules», précise-t-il.

Hydroptère et hydrofoils

Lorsqu’on parle des innovations techniques que pourrait générer ce projet, il apparaît que la clé du succès de l’équipe consiste à maximiser les possibilités offertes par les hydrofoils. Ces types d’embarcations, souvent appelés hydroptères, ont une coque qui se maintient hors de l’eau à partir d'une certaine vitesse grâce à la portance d'ailes immergées : les hydrofoils.

«En fait, les hydrofoils sont des ailes sous-marines qui poussent le véhicule dans les airs. Le principe s’apparente aux ailes d'avion qui gardent l'avion dans les airs. L'avantage est d'avoir le moins de surface en contact avec l'eau, donc moins de résistance et plus de facilité à avancer vite», dit Francis Racine.

«Essentiellement, les hydrofoils ont le même rôle que les ailes d'un avion hormis que nos hydrofoils nous servent à nous faire "voler" sur l'eau! Il est alors primordial de bien comprendre la dynamique du vol des avions, car faire la conception d'un véhicule "volant" sur l'eau est tout aussi complexe, sinon plus que de faire la conception d'un véhicule volant dans les airs», ajoute Anthony Lafortune.

Cette technologie existe depuis longtemps et commence à gagner en popularité. D'ailleurs on en a vu l'été passé aux courses de l’America’s Cup : des catamarans qui semblent flotter au-dessus de l'eau, mentionnent les étudiants.

Un poids plume

Bien que le record actuel de vitesse date de plus de 20 ans, plusieurs modèles différents de ces embarcations ont été expérimentés. «On a donc la chance d'avoir quelques points de repère pour la conception, signale Francis Racine. Plusieurs contraintes sont fixées par l’organisation qui établit les records, mais globalement, nous devons construire un véhicule qui avance seulement avec de l'énergie humaine. Au niveau de la conception, la contrainte majeure est le poids. Chaque élément du véhicule doit être optimisé pour être le plus léger possible, y compris le pilote. Plus on est léger et aérodynamique, plus on a de chances de battre le record.»

D’ailleurs, les capacités physiques du pilote sont aussi prises en compte, puisqu’un programme d’entraînement personnalisé est prévu pour bonifier les performances.

Conception par spécialité

Comme c’est souvent le cas des projets de conception en génie, l'équipe a été divisée en plusieurs sous-groupes comprenant des spécialistes de chaque domaine pour raffiner certains éléments, comme par exemple la transmission, l’hélice ou l’ergonomie du véhicule. «Il y a beaucoup de théorie à apprendre sur chacun des sous-systèmes et une seule personne n'aurait pas assez de temps pour être spécialiste de chaque aspect», disent les étudiants.

Quant aux solutions techniques, l’équipe doit établir les meilleures options disponibles. Par exemple, elle a mené une analyse pour déterminer que l’hélice qui propulsera l’embarcation sera aérienne et non pas sous-marine.

«Durant tout l’été, nous allons optimiser certaines sous-composantes et en fabriquer d'autres, disent les étudiants. Nous utilisons des logiciels spécialisés pour l'optimisation de la forme des hydrofoils, des coques et des pales de l'hélice. Nous avons commencé à construire les coques en mai.»

Le premier prototype sera prêt en décembre 2014. L’équipe vise donc s’attaquer au record de vitesse à l'été 2015.