Un empennage pour l'EFOC

Un certain nombre de remarques sont ressorties d'une récente - et bien fournie - discussion sur l'EFOC, et j'ai voulu en savoir un peu plus sur quelques points, et tout particulièrement sur ce qui concerne le rôle et le fonctionnement aérodynamique de l'empennage. Je viens de terminer un travail d'essais et de comparaisons à ce sujet : il en ressort des constats suffisamment intéressants pour que je vous en fasse part, et surtout pour que, en mettant nos cerveaux en réseau, on puisse arriver à quelques vérités pratiques. Je ne fréquente pas les forums américains faute de temps, juste quelques survols de temps en temps ; peut être cette question a-t-elle déjà été traitée par les excellents techniciens qui les hantent, mais je n’y ai encore rien trouvé de satisfaisant à ce sujet…

Alors je me lance : j'essaye de faire clair et méthodique, mais accrochez-vous quand même, il y en a une tartine !...

Premier constat : Un tube monté en EFOC avec une pointe lourde va subir de très fortes contraintes dès la décoche, va encaisser une forte flexion et donc entrer dans un cycle d'oscillations très marquées. Nous sommes quelques uns à avoir remarqué que les flèches EFOC nécessitaient pour bien voler des tubes un peu plus souples que les configurations habituelles à 10-15% de FOC. Cette souplesse doit sans doute permettre de mieux absorber le cycle d'oscillations et de le décaler vers l'arrière de la flèche, vu l'inertie importante de la pointe.

Deuxième constat : Ce qui m'a marqué en mettant au point des flèches EFOC (jusqu'à 30%) pour différents arcs, c'est la détérioration du vol qu'on rencontre assez souvent lorsqu'on passe des fûts nus aux fûts empennés. « Problème de clearance » pense-t-on alors, et on commence à gratter de ce côté-là (rotation de l’encoche, avancement ou recul des plumes, etc…) Ce qui me paraissait quand même étrange, c’était l’apparition de comportements aberrants en vol (gros écart latéral après 5 m de vol ou mouvement de spirale de la flèche autour de son axe normal de vol, et tout ça avec des pointes de cibles qui volaient très bien en fût nus.) Je veux bien qu’une interférence des plumes avec la fenêtre de l’arc puisse perturber la sortie de la flèche, mais que des vols aberrants apparaissent au bout de quelques mètres d'un vol apparemment rectiligne me paraissait relever logiquement d’une autre raison… qui restait à trouver !

Troisième constat : Après, non sans peines, avoir réussi à mettre au point un set up très satisfaisant pour mon Wayana TD avec un empennage classique de 3 plumes de 4’’ à 120°, je me suis essayé sur cet arc, et sur d’autres, à l’empennage à 4 plumes de 3’’ à 90°, par curiosité. Et là, révélation ! Une qualité de vol extraordinaire, et un passage immédiat des fûts nus aux fûts empennés sans aucun problème de clearance. La sensation au tir est celle d’une stabilisation très rapide de la flèche. Même à très courte distance, pas de problème pour obtenir ce qui est le plus important pour une flèche de chasse : une excellente rectitude à l’impact.
Pourquoi ? Que se passe-t-il, toutes choses étant égales par ailleurs, y compris la surface totale de l’empennage, entre les flèches montées en 3 x 4’’ et celles montées en 4 x 3’’ pour produire une telle amélioration ?

Ce qui suit est une hypothèse de réponse :

Regardons un empennage de 3 plumes espacées de 120°, et on remarque qu’il est dissymétrique sur le plan latéral. Sur ces schémas, j’ai représenté une flèche empennée vue de l’arrière, avec un fût de 5/16 et des plumes de 15 mm de hauteur. La plume coq est repérée par le demi-cercle orange sur le fût. Les flèches bleues représentent l’écoulement et l’appui de l’air en latéral, lorsque l’arrière de la flèche n’est pas alignée sur la pointe, suite aux oscillations du fût et de la décoche manuelle. Ce sont ces dérapages latéraux qui justifient la présence d’un empennage, et en même temps lui permettent de jouer son rôle en exposant, non la tranche minuscule, mais la surface des plumes à la résistance de l’air. Je suis gaucher, mais les schémas représentent un tir de droitier pour que ce soit dans le bon sens pour la très grande majorité d’entre nous.


En sortant de l’arc, et avant qu’elle ne commence à tourner, la flèche se présente dans cette position. Comme son côté droit est en appui sur la fenêtre de l’arc, l’arrière va avoir tendance à déraper un temps vers la gauche, avant que le cycle d’oscillations ne le déporte très vite vers la droite. On remarque alors que cet empennage va offrir une résistance à l’air bien plus importante vers la droite que vers la gauche où la plume coq est sur la tranche, et les plumes poule inclinées, laissant donc l’air s’écouler vers leur bord de fuite. Un dérapage vers la droite est au contraire mieux freiné par le V que forment les deux plumes poule, qui canalisent l’air vers l’arrière. Ceci signifie donc que le cycle d’oscillations de la flèche ne sera pas stabilisé aérodynamiquement de manière symétrique, mais plus lentement vers la gauche, et plus rapidement vers la droite.

Or que se passe-t-il si la flèche tend à se mettre davantage en travers sur sa gauche que sa droite ? Vient un moment où ce travers sera si prononcé que l’empennage finira par raccrocher brutalement en rencontrant la résistance de l’air (qui va devenir très forte dans un temps très court, puisqu’elle augmente au carré de la vitesse à laquelle s'effectue cet écart), et l’arrière de la flèche va alors être renvoyé dans la direction opposée (action/réaction), produisant ainsi une série d’oscillations qui seront d’autant plus difficiles à stabiliser qu’elles auront été brutales dès le départ. C’est ce phénomène d’hypercorrection qu’on retrouve dans les embardées que fait un véhicule après évitement d'urgence, ou encore lors de cette tentative d’atterrissage :

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(Rassurez-vous, le pilote s’en est tiré, juste une fracture !)


Si on compare avec un empennage à 4 plumes…


…on constate que celui-ci offre un appui latéral parfaitement symétrique, et peut être plus efficace car le V formé par les plumes est moins large (27 mm contre 33 mm, soit 22% de moins) mais plus fermé, canalisant davantage l’air vers l’arrière que ne le fait le côté droit de l’empennage à 3 plumes.

Rapidement la flèche se met en rotation du fait de l’empennage hélicoïdal (que nous sommes nombreux à utiliser pour sa meilleure précision et de sa capacité à stabiliser le vol des lames de chasse). Regardons en 5 étapes successives ce qui se passe lorsque la flèche fait un demi-tour sur elle-même vers la droite (là encore, plumes droites et hélice à rotation horaire sont le plus répandues) :


A chaque étape comparative, on peut constater que l’empennage à 4 plumes reste toujours plus symétrique dans ses appuis latéraux (et verticaux aussi) que l’empennage à 3 plumes, en particulier aux étapes 72, 108 et 180° où ce dernier se trouve dans une disposition proche de sa position de départ. On remarque aussi qu’en position 36 et 144°, l’empennage à 4 plumes offre une plus grande largeur d’appui latéral que l’empennage à 3 plumes (38,5 mm contre 33 mm sans tenir compte du léger affaissement des plumes sous la pression de l’air, soit un gain de largeur de 14%)

Il est donc bien possible que les comportements aberrants des flèches à 3 plumes évoqués plus haut (écart, spirale…) soient dus à une interférence malheureuse entre trois facteurs :

- le cycle d’oscillation du tube
- la rotation de la flèche sur elle-même
- la position de l’empennage

Un écart qui se produit à 5 m peut découler d’une conjonction de variables de ces 3 paramètres se produisant à ce moment-là du vol. En changeant les conditions initiales (faire tourner l’encoche pour placer la plume coq à la verticale par exemple), on perturbe cette synchronisation de variables à un moment donné du vol de la flèche et on retrouve une rectitude satisfaisante, mais que de tâtonnements empiriques laborieux il faut parfois pour l’obtenir !...

Evidemment, faute d’une soufflerie de laboratoire et d’une caméra à 4000 images/seconde pour les confirmer ou les infirmer, ces schémas ne sont qu’une tentative de reconstitution et de compréhension de ce qui se passe peut être, et permettrait ainsi d’expliquer l’efficacité stabilisatrice de l’empennage court à 4 plumes. Je tiens à préciser que j’ai pu observer cette efficacité en comparant les 2 types d'empennages sur 5 set up différents :

- Wayana TD avec Heritage 150 à 23,8% de FOC et Heritage 90 à 20,8% de FOC
- Ocelot (longbow) avec MFX 600 à 25% de FOC et Heritage 90 à 27,2% de FOC
- Ensemble ILF Uukha de Lucile avec MFX 600 à 26,5% de FOC

Précision importante : toutes ces flèches font 26 ½ po (nos allonges sont de 25 et 23 po) et ne sont donc pas particulièrement faciles à faire voler droit du fait de leur petite longueur, surtout en fûts nus. Une petite allonge est une école impitoyable de rigueur dans l’adéquation arc/spine dynamique de la flèche, et cette adéquation a été recherchée avec beaucoup de soins. Il ne faut donc pas considérer que l’empennage 4 x 3’’ masquerait un mauvais spine dynamique : les flèches du Wayana ont 3 plumes et volent parfaitement bien comme ça, mais pas du premier coup, alors que l’empennage à 4 plumes a été parfait d’entrée…

Un test intéressant, mais qui hélas ne peut pas être objectivé par une mesure : tirez comparativement des flèches empennées en 3 plumes et en 4 plumes, mais rigoureusement identiques par ailleurs, et changez le poids des pointes pour du plus lourd, puis du plus léger, pour sortir exprès de la valeur optimale qui a été établie par les tests en fûts nus : devinez quel type d’empennage supportera le mieux cette dégradation…

Pour en avoir le cœur net, j’invite ceux que ça intéresse à tester par eux-mêmes ce type d’empennage 4 x 90°, soit en remplaçant leurs 3 plumes de 5’’ par 4 de 4’’, ou leurs 3 plumes de 4’’ pour 4 de 3’’. Il est très facile d’un coup de règle et de ciseaux de se faire des plumes plus courtes et simplement biseautées à l’arrière, par contre les empenneuses permettant de faire du 4 x 90° sont peut être moins répandues que les 3 x 120°… Mais si vous pouvez, essayez, expérimentez, observez, et on en discute !


Objections et réticences diverses :

1 : L’empennage à 3 plumes est tellement ancré dans la tradition de l’archerie que vous vous demandez peut être d’où ce blanc-bec de Manu découvre qu’il ne marche pas toujours très bien… D’abord, il n’est pas certain qu’il ait été retenu par ce qu’il est le plus efficace, mais surtout par ce qu’il est le plus économe en plumes et en travail de montage. Ceux qui ont déjà taillé et ligaturé des plumes à la main sur des flèches médiévales ou primitives comprendront ! Nous sommes les premiers dans l’histoire de l’archerie à disposer des plumes aussi peu chères et aussi faciles d’emploi grâce à leur découpe et ponçage "industriels", nos empenneuses et nos colles modernes, mais nous sommes aussi sous l’influence de cette tradition des 3 plumes, il est vrai suffisantes dans bien des cas… Certainement, les habitudes esthétiques jouent aussi un rôle : 3 longues plumes de 5’’, ça fait chasse ; alors que des plumes de 3’’, ça fait cible, même s’il y en a 4, et montées en hélice…

2 : L’EFOC, que beaucoup d’entre nous utilisent à la chasse pour son efficacité objective de pénétration, conduit à concevoir des flèches qui sortent des référents traditionnels de l’archerie médiévale de guerre et de l’archerie sportive de cible. Comme je le rappelais en préambule, les flèches en EFOC produisent sans doute des cycles d’oscillations violents à la décoche qui ne sont pas toujours faciles à domestiquer, conduisant certains à rejeter ces configurations. Peut être que cette modification du FOC doit aussi s’accompagner d’une modification de l’empennage qui ne se justifiait pas jusqu’à maintenant, mais qui pourrait résoudre bien des problèmes. Je tiens donc, au vu de ce qui précède, l’empennage 4 x 90° pour un très sérieux candidat à ce poste.

3 : Si l’empennage à 3 plumes était aussi déficient (je n’ai pas dit ça, mais on pourrait le croire), pourquoi alors serait-il utilisé par les archers olympiques ?... Tout simplement parce qu’ils n’en ont pas besoin, grâce à leur FOC de 10%, leur bouton de Berger, leur band d’au moins 8’’, et aussi sans doute parce que les 2 plumes poule ouvertes à 120° permettent à une flèche très légère de bien mieux passer contre une fenêtre d’arc que les 90° d’un empennage à 4 plumes.

4 : « On doit en perdre de la vitesse avec 4 plumes ! » : Un empennage de 3 x 4’’ a la même surface qu’un empennage de 4 x 3’’. Et comme les plumes sont plus courtes, l’effet d’hélice est moins marqué, ceci compensant sans doute cela. De toute façon, pour faire un trou à travers une bête, il vaut mieux une flèche qui vole très droit qu’une flèche qui vole très vite mais qui arrive en crabe, ne serait-ce que de quelques degrés. Si l’empennage à 4 plumes permet à beaucoup d’entre nous d’obtenir une meilleure et une plus régulière qualité de vol, ça vaut bien 3 ou 4 fps de moins (à supposer qu’ils soient réellement perdus, il faudrait le prouver)

5 : Ce ne serait valable que pour l’EFOC ?... Pas certain : les aberrations de vol peuvent très bien apparaître dès 12% de FOC pour les mêmes raisons qu’à 20%, alors pourquoi ne pas essayer aussi sur des FOC plus classiques ?... Il est possible aussi qu’en s’apercevant que l’empennage 4 x 90° rend l’EFOC beaucoup plus facile à utiliser, on puisse étendre son champ d’application à du matériel qui jusque là ne le tolérait pas très bien (arcs peu décentrés), ou l’employer dans des conditions qui poussent certains chasseurs à ne pas l’utiliser, comme le tir du petit gibier en mouvement par exemple, ou le vol des flèches EFOC est perçu comme moins régulier et moins précis.

6 : Attention : ne pas profiter de cette efficacité stabilisatrice de l’empennage 4 x 90° pour traiter à la légère la phase de réglage en fût nu et la détermination patiente du meilleur poids de pointe à utiliser ! Un empennage de chasse ne sert pas à corriger des défauts de réglage du spine dynamique, mais doit être le plus stable et le plus régulier possible pour compenser les fréquentes approximations du tir de chasse : mouvement, tir rapide, stress du chasseur, plumes détrempées, positions de tir acrobatiques, etc…

A vos empenneuses et à vos cibles, et merci d’avoir eu la patience d’ingurgiter ma prose jusqu’au bout...

Et un petit clin d’œil de conclusion :