Il y a quelques mois j’avais publié un billet décrivant une bonne partie de l’instrumentation type Coupe de l’America installé sur Groupama 3 lorsque BMW Oracle Racing faisait des tests à Lorient: Leçon d’espionnage – Instrumentation et analyse. C’est de loin un des billets les plus lu de ce blog et vos commentaires enthousiastes m’incite à continuer. Aujourd’hui je ne vais donc me focaliser sur un sujet bien précis: la mesure des voiles ou sur le réglage des voiles assisté par ordinateur (Computer Assisted Sail Trim). Je vais m’intéresser à la technique utilisée sur DoGzilla (le trimaran hors norme des américains) mais aussi à celle utilisé sur l’hydroptére qui est assez innovante.

This post in english: CAST: Computer Assisted Sails Trim


DoGzilla à la loupe

Le système est similaire à celui utilisé sur Groupama 3 à quelques différences prés. Il a été intégré dès la conception et donc l’ensemble des fixations et câblages ont été prévu à l’origine. On ne verra pas de ruban adhésif pour le câblage par exemple mais sur la connectique de DoGzilla j’y reviendrais sur un chapitre dédié à l’électronique.

DoGzilla sailvision

On retrouve des caméras en tête de mat sur un support cette fois ci profilé comme c’était le cas également sur les Class America de BMW Oracle Racing. On note également la présence de deux aériens mais j’y reviendrais également dans le billet sur l’électronique. Des caméras sont également présentes sur le mat à plusieurs niveaux pour prendre des images des génois.

sailvision_target

Comme sur les Class America on retrouve des cibles sur le pont qui sont être des références de position fixe permettant en autre de mesurer l’angle d’ouverture de la voile (twist et sheeting angle).

sailvision_stripes

L’objectif est de repérer les bandes dessinées dans la voile. Sur le bateau américain, la solution de reconnaissance utilise le contraste entre les bandes blanche et noire. Les bandes oranges permettent de déterminer le début des bandes sur le bord d’attaque. On notera également qu’ils ont essayé de placer les bandes de génois à la même hauteur que celle de grand voile, ce qui est une bonne idée car ce qui nous intéresse c’est bien le travail de ces deux voiles.

sailvision_stripes

Chez Alinghi les bandes sont oranges avec une petite épaisseur sur l’attaque également.

sailvision_stripes

Chez Team New Zealand, on voit des bandes de couleurs différentes: noire, verte mais il semble qu’ils ont utilisé bien plus de couleur.

Les mesures

Le principe de toutes ces équipes est de reconnaitre visuellement sur une image des bandes pour ensuite reconstruire la forme de la voile. On extrait les informations suivantes par exemple:

  • Position du creux maximum (Draft position)
  • Proportion du creux maximum par rapport à la corde (camber max)
  • Proportion du creux à différente position
  • angle d’entrée et de sortie
  • Angle d’ouverture du profil par rapport aux autres mais aussi par rapport du bateau (twist)

Gitana_e_sh

On peut effectuer ces mesures à la main via différents logiciels comme le SailScan de North Sail ou par exemple AccuMeasure de UK Sailmakers. Est ce que vous reconnaissez le voilier sur lequel j’ai digitalisé le génois ?. A l’époque il était premier du Vendée Globe: Loïc Peyron bien sur. Vous avez certainement remarqué comme moi que l’utilisation des caméras est maintenant omniprésentes sur les voiliers de course au large. Je ne sais pas si Loïc a un système de mesure de voile mais je sais que dans le team Gitana on travaille à un système non optique.

Dans le cadre de la Coupe de l’America, on ne s’amuse pas à digitaliser à la main les tera octet de données enregistrées pendant les centaines heures de navigations. Des programmes embarquées font cette digitalisation en temps réel en reconnaissant les bandes et en fournissant les informations directement aux régleurs (règler du 3DL, des profils bloqués ?). Toutes ces informations sont stockées et transmises au designer afin d’améliorer les prochains dessins et éventuellement effectuer quelques recoupes. A ma connaissance il n’existe qu’une seule société qui vend ce genre de système, les autres ayant des systèmes propre, c’est la société BSG Developpement à la Rochelle. Leur système est très abouti, il permet de reconstruire la voile en 3D et de le comparer dans l’outils de design Sail Pack également en 3D !.

L’innovation

Pourquoi je vous parle aujourd’hui de mesure des voiles ? Because un reportage de l’émission Nouvo de la tsr met en avant le système original de l’hydroptére. Je vous laisse regarder cette émission, la partie qui m’intéresse début à 2 mn 30.

Julien Pinet, Doctorant de l’EPFL, responsable du CV Lab a fait un magnifique travail. Le coup de la feuille de papier me plait beaucoup. Analysons un peu ce système.

shot0177

Comme pour les autres systèmes décrient précédemment il s’agit de mesure à partir d’image de caméra. La différence notable est la position de celle ci puisqu’elles sont placées sur le pont. Dans le reportage on peut facilement voir le problème que cela pose avec des contres jour qui empêchent de voir quoi que se soit. D’autre part on ne peut pas mesure l’angle de la bordure mais j’imagine que ce n’est pas un problème puisque ce voilier est destiné à tirer des runs donc avec des réglages quasi fixe.

Les bandes de reconnaissances sont blanches et, à la différence de DoGzilla, il n’y a pas de bande noire de contraste. Comme je l’ai expliqué ci-dessous l’une des difficultés est de déterminer le début et les fins des bandes avec précision. Au lieu de mettre un repère sur la bande, ils ont préféré repérer la bande avec des cercles blancs sous celle ci. C’est beaucoup plus facile pour une machine de déterminer un rond avec précision qu’une ligne. C’est par exemple le cas pour les repères de pont chez DoGzilla et Alinghi. Après le programme reproduit par les déformations en fonction des contraintes du modèle pour aboutir au maillage de l’image.

shot0094

Ce qui est étonnant c’est l’utilisation de cette technologie pour mesurer la déformation des foils. Je note deux choses: le système ne fonctionne pas en temps réel comme ceux de la Coupe de l’America mais j’imagine que c’est la prochaine étape. D’autre part la fréquence est proche de celle de la vidéo ce qui n’est pas le cas des produits que je connais.

On ne peut pas bien sur s’empêcher de penser que Alinghi disposera du même système dans l’avenir puisque EPFL est partenaire du team. Auparavant les Suisse utilisés le système du couple Nivelleau, des français qui avaient auparavant travaillé pour Team New Zealand. Ils ont déjà quatre Coupe de l’America à leurs actifs. Mais j’ai noté que le Black n’était pas équipé en Sailvision où alors un nouveau truc de la mort !.

L’avenir

Je crois que le système optique à base de caméra ont l’avantage de la facilité de mise en place et il ne suppose pas d’équiper la voile. Je pense que c’est ce genre de système qui est le plus adapté à son utilisation au grand public. Je suis sur que l’on verra prochainement des outils de mesure adapté à des dériveurs. Ça vous plait comme idée ?.

Par contre je suis un peu plus sceptique pour utilisation plus fine. En effet malgré des images qui peuvent être de haute définition, la précision de la mesure n’est pas énorme. Les bandes sur DoGzilla font plus d’un mètres de hauteur !. Il existe d’autres moyens pour mesurer le forme d’une voile. On peut installer des jauges à l’intérieur d’une latte ou alors des systèmes par onde comme ci-dessous (extrait de Seahorse Magazine).

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Bizarrement il s’agit toujours de mesurer la forme et toujours pas des forces produites par la voilure. C’est assez étonnant.

Quelquesoit le système de mesure le plus important est d’utiliser efficacement les données produites. C’est tout le sujet du traitement et de l’analyse. Ce sujet est très intéressant et je ne vais pas m’étendre aujourd’hui. Comment construire un système de réglage des voiles assisté par ordinateur (Computer Assisted Sail Trim) ? En voilà un vrai sujet, ça vous intéresse ?.

15 réponses à “RVAO: Le réglage des voiles assisté par ordinateur”
  1. Olivier dit :

    Merci Matthieu, article extrêmement intéressant ! Penses-tu qu’avec la miniaturisation des équipements, on verra arriver ce genre de travaux d’analyse en voile légère ? Les finnistes / ou 470istes, ou tout autre marins « experts » des séries open doivent voir ça avec intérêt ? Reste le budg…

  2. Dr. Goulu dit :

    Quelques réflexions sur  » Bizarrement il s’agit toujours de mesurer la forme et toujours pas des forces produites par la voilure. ». Je suppose que des jauges de contraintes sur le pied de mat et le gréement permettent (ou permettraient) de reconstituer ces forces, mais en définitive ce n’est même pas la force propulsive totale qui est intéressante mais la vitesse du bateau, qui elle même dépend non seulement de cette force mais aussi de la gite via la forme de la carène.

    Donc il me semble que le but de la RVAO est « simplement » de retrouver le plus rapidement possible les règlages qui ont donné la meilleure vitesse à l’entrainement, sans avoir à faire les habituels cycles du genre « choque un peu… ah non, on perd 0.1 noeud alors borde un peu plus pour voir… », sachant que chaque réglage perturbe l’écoulement quelques secondes.

    J’imagine que la RVAO est très utile à l’entrainement aussi, puisqu’on peut corréler la vitesse à la forme mesurée de la voile, elle-même influencée par de nombreux réglages, et ainsi d’optimiser la vitesse de manière plus systématiques (genre « plan d’expérience ») que les habituels essais/erreurs.

  3. baptiste dit :

    Matthieu quand est ce qu’on va avoir tes articles dans les mag en plus de ton blog car c ‘est tjs très enrichissant

  4. Gyome dit :

    Merci Mathieu, vraiment tres interessant!!

    Apparamment, Dogzilla est equipé de fibres optiques, noyées dans le carbone, qui permettent de mesurer facilement la deformation des pièces concernées. On utilise egalement beaucoup cela dans l’aeronautique, pour compenser les deformations par du reglage.

    Serait-ce delirant d’imaginer que les lattes de Dogzilla soient equipées de ce systeme de fibre optique? Puisque tu parles de precision, est ce que cela pourrait etre un complement? Je ne pense pas que cela puisse remplacer completement la sailvision, car on ne peut pas se situer dans l’espace, juste mesurer la deformée de la latte,

    Et quand on parle des regleurs, ils ont en live le reglage à faire? ça se retranscrit comment? Winch equipé de jauges? Reperes visuels sur les ecoutes?

    Quand meme, ya vraiment de quoi se torturer le crane!!

  5. trebormat dit :

    J’essaye de répondre à tout le monde:

    @olivier: il n’y a à l’heure d’aujourd’hui aucun problème technique pour embarquer un système sur un dériveur. Le hardware existe et il n’est pas aussi cher que tu peux l’imaginer.

    @Dr Gulu: Quand je parle de mesure de force, je ne pense pas à la résultante globale mais bien à déterminer précisément quelles sont par exemple les pressions sur telle ou telle portion de la voile si tu vois ce que je veux dire (Patent n°…). Je suis toujours étonné que la pression des lattes se fassent autant aux pifomètres mais bon…

    Quand la RVAO sera un vrai outils pour que les régleurs se mettent à les suivre les targets, cela sera super. Pour l’instant nous en sommes plutôt à la construction de ces targets ce qui est déjà pas mal. Quand à la corrélation avec les performances c’est un vaste sujet, j’y reviendrais dans un billet sur l’analyse.

    A noter RVAO c’est une invention personnelle.

    @Baptiste: Chacun son métier mais merci ça fait plaisir

    @ Gyome: Effectivement il y a de la fibre optique noyée dans le carbone, une technique maintenant assez courante sur la Coupe de l’America et nous sommes maintenant en mesure de traiter directement ces données dans nos centrales de navigations pour l’associer avec le reste. En ce qui concerne les lattes cela a déjà été réalisé avec succés mais c’est assez pénible à mettre en place mais il y a probablement des possibilité d’améliorer le système.

    En ce qui concerne les régleurs, ils ont les informations numériques sur le creux avec éventuellement la différence avec les targets. Malheureusement ou heureusement régler une voile n’est pas aussi simple que de suivre une ou des targets, même si elles sont très évoluées. Il n’y a qu’a regarder le travail de réglage de Simon Daubney et de Warwick Fleury sur les images vidéo de la finale pour se rendre que c’est un travail constant et qui nécessite beaucoup d’expérience. Petite anectote: Sur Alinghi Simon ne peut pas règler l’écart latéral de son point d’écoute comme sur les autres Class America. A force de travail il a trouvé le bon règlage et supprimer l’hydraulique inutile.

    Pour finir de répondre à ta question, il y a encore beaucoup de travail à faire pour que toutes les données que nous mesurons soient transcrites de maniére efficace à l’équipage.

    Encore merci pour vos questions.

  6. PYL dit :

    Passionnant, on en veut d’autres comme ça !

  7. NicoG dit :

    Bravo pour ce long article. C’est très intéressant et surtout très bien expliqué. Sinon tu crois que prochainement les voiles pourront être réglées par un ordinateur ? Si cela devient possible, en temps réel, cela va poser de nombreux problèmes notamment au niveau des limites du sport et de l’éthique. Même si les Class America sont parfois appelés les Formules 1 de la mer, est-ce que les progrès vont conduire à ce qu’il n’y ait dans les prochaines années plus qu’un pilote (casqué) à la barre, épaulé par tout un tas d’ordinateurs ?

  8. tizbobo dit :

    Super article en effet. Et technologie vraiment interessante.

    Une petite piqure de rappel concernant ce que nos amis d’Aerospce font

    http://uk.youtube.com/watch?v=q8l3H...

    Regardez l’empenage a l’atterissage …

    Un USB (unmanned sailing boat?!) pourquoi pas mais on a encore du boulot!

  9. trebormat dit :

    Je viens de supprimer deux commentaires sur des projets aerospatiales, fort intéressant il est vrai mais qui n’ont rien à faire sur ce blog. La promo non ciblé j’aime pas ça.

    Encore une fois, ici c’est mon blog et j’y fais ce que je veux.

  10. VincentLB dit :

    Merci MAtthieu! Certains s’affolent de voir l’informatique envahir notre espace humain genre 1984 (sic) mais d’une part, on parle ici de voile: un sport mécanique, et d’autre part je trouve ça formidable de pouvoir continuer à progresser!

    Concernant l’empennage de l’avion a l’attérissage: c’est automatisé ?

  11. tizbobo dit :

    Oui c’est automatise. C’est du « fly by wire ». Dans le cas de cet avion, instable volontairement pour etre manoeuvrable, le pilote n’est plus directement lie aux surfaces de controle soit parce que les forces sont trop grandes ou les actions a effectuer trop rapides. Les sensations recues par le pilote sont crees egalement pour qu’il ressente l’avion comme un avion ordinaire … D’ailleurs les personnes optimistes pensent que le F35 serait le dernier avion de chasse avec pilote (parce que le pilote induit des erreurs … temps de reaction variable du a la fatigue, etc …) Menfin ils ont pas le probleme des vagues, etc …

    Euh mathieu, tu vas supprimer mon message ou pas?

    Bateau, voile, reglage, coupe de l’america (au cas ou) ;-)

  12. PAM dit :

    @ Dr. Goulu : En France on parle de jauge de contrainte, mais c’est un abus de langage. Il s’agit en fait de jauge de déformation. On mesure la déformation, puis éventuellement on retrouve la contrainte grâce à la loi de comportement du matériau. En Anglais, il me semble que l’on utilise d’ailleurs strain sensor, et jamais stress sensor.

  13. Alain dit :

    C’est toujours avec plaisir que je lis tes « articles » qui parlent de voile, de technique, de conception, de réglage.

    Je pense aussi que bientot les régleurs n’auront plus leurs repéres visuels mais des repéres informatiques, et effctivement à ce moment là , ils pourront être remplacé par des moteurs.

    Peut être que comme pour le dopage, la voile devra définir des limittes.

    Bonne continuation !

  14. [...] et l’analyse. J’avais réalisé un décorticage complet de Groupama 2 puis ensuite de DoGzilla. Je sais aussi que vous avez apprécié les avis d’expert où j’ai questionné des [...]

  15. [...] de Sailvision. Je vous invite donc à relire mes billets sur le sujet en particulier celui-ci: Le réglage des voiles assisté par ordinateur. J’y décrit les système optiques mis en place pour cette mesure sur plusieurs voiliers et [...]

  16.  
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