Un surfeur et un scientifique s’associent pour créer la vague parfaite

C’est une répète du gag dans The Endless Summer, le documentaire classique de 1966 qui suit deux surfeurs globe-trotters en quête de la vague parfaite. Les bonnes vagues de surf sont une rareté, et même quand toutes les forces s’unissent, la magie est fugace. Peu de plages ont un contour de fond qui peut transformer une houle en vagues que les surfeurs veulent surfer, et même alors, les caprices de la houle – sa taille, son angle, sa périodicité – mélangés aux vents et marées changeantes font que les sessions de surf sont rares et difficiles…

Dans le centre de la Californie, à 175 kilomètres de la plage la plus proche, un champion de surf et un spécialiste de la mécanique des fluides se sont associés pour changer cela. Dans un lac artificiel de 700 mètres de long, ils ont mis au point un système qui entraîne dans l’eau une lame de métal soigneusement formée appelée hydroptère. Au fur et à mesure que la houle qui s’en dégage balaie le fond du lac – que les scientifiques ont précisément modelé à l’aide de superordinateurs – elle se transforme en une vague de surf d’une perfection encore inouïe et inespérée.

Les surfeurs professionnels, habitués à l’océan capricieux, sont étonnés par les vagues évoquées par Adam Fincham, chercheur à l’Université de Californie du Sud (USC) à Los Angeles, et Kelly Slater, qui a remporté le titre mondial 11 fois de suite.

En septembre dernier, 18 surfeurs professionnels sont venus à ce qu’on appelle le Surf Ranch pour participer à la Future Classic. Le concours avait pour but d’évaluer si la piscine, qui n’est pas ouverte au public, pouvait servir de lieu de compétition pour le circuit du championnat de la World Surf League (WSL) qui se déroule dans le monde entier. Le concours de simulation, parrainé par la World Surf League (WSL) qui régit le surf professionnel, et dont le milliardaire Dirk Ziff est copropriétaire, incluait des juges, des présentateurs et des écrans géants qui mettaient en vedette chaque vague et chaque ralentisseur. « L’expérience qu’ils ont créée pour les surfeurs avec cette vague est sans pareille « , a déclaré le concurrent Adrian Buchan, qui est actuellement classé 15ème sur le WSL Championship Tour de cette année.

Les chercheurs de Fincham sont aussi impressionnés que les surfeurs. Olivier Eiff, ingénieur mécanicien spécialisé en mécanique des fluides environnementaux à l’Institut de technologie de Karlsruhe, en Allemagne, explique que les scientifiques qui étudient les vagues se concentrent généralement sur leurs effets sur l’érosion, les échanges gazeux entre l’océan et l’air et les structures riveraines. Mais il ne peut pas nommer un seul collègue qui sculpte les vagues, un défi de taille en dynamique des fluides. C’est un travail incroyable, dit Eiff. « Je ne connais personne d’autre qui ait le courage de s’attaquer à la complexité d’un problème aussi énorme. »

Si des piscines à vagues similaires sont construites autour du globe, comme l’espèrent les bailleurs de fonds de Surf Ranch, elles pourraient fondamentalement changer le monde du surf. Sur la blogosphère du surf, des inquiétudes fortes ont déjà fait surface: « Kelly’s wave » qui voit l’allure naturelle du surf disparaître et qui pourrait engendrer des hordes de nouveaux venus désagréables qui iront encore plus loin dans les défis. Mais le nombre de personnes époustouflées dépasse de loin celui des opposants. « Je vois le jour où le meilleur surfeur du monde viendrait de Little Rock, Arkansas « , déclare Fred Hemmings, champion du monde 1968 à Kailua, Hawaii. « C’est le début d’une révolution énorme. »

Matt Wilkinson of Australia surfing at the Future Classic in Lemoore, CA, USA

Si vous n’avez pas quelqu’un qui est passionné par les choses, il ne va pas le faire différemment de quelqu’un qui ne l’a déjà fait auparavant.
Kelly Slater, champion de surf (sexy 😉 )

Les piscines à vagues pour le surf remontent à plus de 50 ans, mais même les meilleures vagues sont minimes par rapport à un bon spot de surf dans l’océan.
Dans l’océan, les tempêtes créent des ondes de gravité de surface qui se déplacent en eau profonde et n’interagissent qu’avec le fond ou le haut-fond, lorsque la profondeur de l’eau est à peu près égale à la moitié de la distance entre les crêtes successives (la longueur de la vague). Trois choses se produisent alors: la longueur d’onde diminue, la hauteur augmente et la crête se déplace plus rapidement que le point le plus bas de l’onde, le creux. Lorsque la hauteur de la vague est à peu près égale à la profondeur de l’eau, la vague se brise et les surfeurs surfent.

Si le fond a juste le bon contour et que le vent souffle de la terre à la mer ou est immobile, une houle se transforme en une vague déferlante qui se brise uniformément vers la gauche ou la droite, l’eau blanche se déplaçant sur la vague comme un rideau qui se referme progressivement. Des vagues plus fortes peuvent se propulser dans un tube, permettant aux surfeurs plus habiles de surfer pendant quelques secondes à l’intérieur du tube. Un ride de 30 secondes sur une vague d’océan est remarquablement longue, et peu d’endroits offrent invariablement des tonneaux.

En 2006, Slater, le surfeur le plus célèbre au monde, s’est approché de Fincham, qui a relevé le défi d’imiter la nature. « Je n’avais aucune idée de qui il était « , dit Fincham, qui a grandi en Jamaïque et qui a commencé à surfer seulement lorsqu’il est arrivé à l’USC. Pour développer la vague, Slater fonda sa propre société éponyme, et engagea rapidement Fincham.

Fincham est, à plusieurs égards, extrêmement créatif et obstiné. Il a publié des travaux sur des sujets ésotériques tels que la vélocimétrie numérique d’imagerie des particules pour le diagnostic laser et la turbulence de la grille en décomposition dans un fluide stratifié rotatif. (!!!!!!!!)  Mais Slater plaisante en disant que Fincham et lui ont tous les deux un trouble obsessionnel compulsif.

Les réservoirs dans les laboratoires font généralement des ondes de quelques centimètres de haut, qui peuvent être modélisées avec des équations linéaires: ce que vous y mettez prédit de façon fiable ce qui est produit.

Mais essayer d’imiter une houle plus grande en générant des vagues abruptes libère des forces non linéaires, y compris de la turbulence; une mince couche qui se déplace lentement au sommet de la houle (« la couche limite »); et des oscillations de l’ensemble du plan d’eau appelées « ségrégation« . La non-linéarité est omniprésente « , dit Eiff, ce qui rend difficile de tracer une vague artificielle.

La littérature scientifique sur la sculpture des vagues n’est pas très développé. Les demandes de brevet de référence des États-Unis de Fincham et Slater ont récupéré seulement deux articles scientifiques sur les vagues : deux écrits faits par des physiciens/mathématiciens de renom dans les années 1870. Ainsi, à part d’autres dépôts de brevets sur les vagues de surf, Fincham et Slater étaient largement seuls.

Ils ont commencé dans une cuve à ondes en laboratoire. Alors que de nombreuses piscines à vagues utilisent des pagaies, des plongeurs, des caissons ou d’autres stratégies pour projeter efficacement de l’eau dans les airs, l’équipe de Fincham a conçu un hydroptère partiellement immergé dans l’eau. Lorsqu’il traverse la piscine, l’hydroptère déplace l’eau sur le côté (mais pas vers le haut) et tire sur la vague qui se forme pour « récupérer » une partie de l’eau qu’il a repoussée. Le résultat est ce que les physiciens appellent une vague solitaire, ou soliton, qui imite une houle individuelle en pleine mer.


Les cellules de ce maillage représentent l’air et le fluide, et le groupe de Fincham a fait des calculs pour chacun d’eux et comment ils interagissent les uns avec les autres.
ADAM FINCHAM ET ALEX POIROT

Puis l’expérience de Slater en surf est arrivée. « C’était le travail de [Fincham] de trouver comment faire en sorte que ça monte, et c’était mon travail de trouver comment briser cette houle « , dit-il. Il faut un récif peu profond de la bonne forme pour transformer une houle en vague de surf. Pour affiner la forme du fond de la piscine, l’équipe s’est appuyée sur les données de Slater et sur des supercalculateurs massivement parallèles qui devaient souvent fonctionner pendant des semaines à la fois pour réaliser une simulation. Dans le silico, une onde est un maillage de millions de cellules qui représentent l’air et le fluide.

Les calculs pour chacune des cellules et la façon dont elles interagissent entre elles simulent l’évolution de l’onde au fur et à mesure qu’elle développe un visage et un canon. Les calculs sont « mathématiquement horribles « , dit Geoffrey Spedding, un spécialiste de la mécanique des fluides de l’USC qui a collaboré avec Fincham, mais qui n’ a pas beaucoup contribué à ce projet.

L’équipe de Fincham a transféré les résultats du laboratoire au Surf Ranch, une piscine rectangulaire qui était à l’origine un lac artificiel de ski nautique. L’hydroptère – imaginez une aile d’avion inclinée, courbée, courte et orientée verticalement – se trouve dans l’eau à quelques mètres de profondeur. Il est attaché à un engin de la taille de quelques wagons de train et, à l’aide de plus de 150 pneus et câbles de camions, il longe une voie ferrée jusqu’ à 30 kilomètres à l’heure. Cela crée un soliton de plus de 2 mètres de haut. Le fond de la piscine, qui offre la sensation élastique d’un tapis de yoga, a des pentes différentes dans différentes parties, et les contours déterminent quand et comment le soliton se brise. Les brevets décrivent également des « actionneurs » dans l’hydroptère qui permettent d’ajuster la taille et la forme de la vague en fonction des différents niveaux de compétence.

L’hydroptère agite la piscine pour créer une vague qui se brise de droite à gauche. Des gouttières géantes servent d’amortisseurs pour réduire le sillage et limiter le rebondissement des parois qui bordent la piscine, mais il faut 3 minutes pour que les eaux se calment. L’hydroptère redescend ensuite le long de la piscine et forme une vague qui se brise dans la direction opposée. Le trajet peut durer jusqu’ à 50 secondes et la vague alterne entre les grosses lames à surfer et les sections du tube. Les spectateurs ont hué furieusement lors de la compétition de septembre quand Stephanie Gilmore, qui a remporté le titre féminin à six reprises, est restée dans le tonneau pendant 14 secondes.

En plus de fournir un nouveau format de concours – les organisateurs des Jeux olympiques en ont pris bonne note – la vague pourrait servir de plateforme d’entraînement pour les surfeurs de haut niveau et de cadre contrôlé pour les débutants. Le potentiel commercial a conduit WSL Holdings, la société mère derrière le Championship Tour, à acquérir une participation majoritaire dans la compagnie de vagues de Slater. Mais certains voient un projet de plusieurs millions de dollars être voué à l’échec commercial. « La vague est fantastique, épique, tout le monde adorerait la surfer à coup sûr « , déclare Tom Lochtefeld, un inventeur de San Diego, Californie, dont la société Wave Loch produit le FlowRider, un » drap « d’eau monté sur ce qui ressemble à un snowboard. « Mais c’est un dinosaure évolutif. »

Lochtefeld, dont FlowRider est présent dans 200 sites, soutient que le schéma de l’hydroptère comporte trop d’éléments mécaniques. « C’est plein de pannes », dit-il. Et quand on a ce type de transfert d’énergie et que la quantité d’eau en mouvement, la piscine est trop abîmée. D’après les calculs de Lochtefeld, vous devez créer une vague au moins toutes les 10 secondes – ou au moins un million de vagues par an – pour faire un profit sur une vague de surf artificielle. Wavegarden, une entreprise espagnole qui fabrique des vagues océaniques sur du surf classique et qui est ouverte au public à deux endroits, se vante de pouvoir produire des vagues toutes les 4 secondes.

Mais WSL Holdings – qui ne révélera pas combien il a investi ni ce qu’il en coûte pour exploiter le Surf Ranch – ne prévoit pas de vendre des manèges à vagues en soi. En plus des concours professionnels, l’entreprise espère construire des parcs de surf avec des hôtels, des salles de concert et des détaillants.


Les partisans de la vague espèrent un jour construire autour d’elle des centres de villégiature qui incluent des hôtels, des détaillants et des salles de concert.
WACE COMPAGNY KELLY SLATER

Slater pense que les surfeurs fortunés pourraient vouloir s’acheter des stations privées luxueuses construites autour d’une vague, comme les communautés de golf haut de gamme de Discovery Land Company dans le monde entier. Fincham et son équie travaillent sur des améliorations de vagues, et font l’essai de différents récifs, pour favoriser l’augmentation de la taille de la houle, et même l’ajout de ventilateuqs géants pour contrôler le vent.

« Un jour, prédit Fincham, il sera peut-être possible de faire une vague de surf qui permettra des performances désormais inimaginables, comme une boucle de boucle dans le tonneau. Nous avons la vague naturelle parfaite, et c’est cool « , dit-il. « Mais qu’en est-il d’une onde surnaturelle qui défie presque la nature? »

Mais encore une fois, il y a quelque chose de surnaturel dans la vague qu’ils ont déjà créée. Demandez aux quelques personnes choisies qui ont visité le Surf Ranch et vu la vague déferler. Ils ne racontent pas à leurs amis ce qu’ils ont vu hier. Ils parlent d’avoir vu demain.

 

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