Technologie des hélices

Nos hélices de gros bateaux, ne créent pas beaucoup de remous, mais une forte poussée.

La plupart des hélices employées sur les bateaux de plaisance sont conçues d'après des essais menés dans les années 40 à 80 du siècle dernier par le Centre de recherche de Wageningen aux Pays-Bas et la marine américaine. Les résultats de ces séries d'essais sont encore ancrés dans les principes d'étude généraux et sont appliqués de manière empirique ou d'après les données des tableaux.

En revanche, depuis quelques années, les gros bateaux modernes sont équipés d'hélices ayant fait l'objet d'une optimisation multidimensionnelle, dont le pas et le rayon de courbure ne sont pas constants (ou presque) sur tous les segments, contrairement aux hélices standard. Le pas et le rayon de courbure de ces nouvelles hélices sont calculés par la méthode VLM (Vortex Lattice Method) et optimisés pas à pas par des milliers d'itérations pour chaque segment. Ce procédé ouvre de nouvelles possibilités au niveau de la conception et permet d'exploiter pleinement la vitesse supplémentaire induite par l'hélice pour augmenter le rendement. En raison de ces caractéristiques, ces hélices sont dites « à pas et à courbure variables» (de l'anglais « Variable-Pitch-Variable-Camber » ou VPVC en abrégé), car leur pas (pitch) et la courbure de leur profil (camber) sont optimisés en fonction du courant radial. Les hélices « VPVC » sont brevetées par Torqeedo.

Notions fondamentales de géométrie des hélices

Hormis les principaux paramètres, comme le diamètre et le nombre de pales, les caractéristiques des hélices sont :

  • le pas,
  • la longueur de corde,
  • le skew,
  • le rake ainsi que les grandeurs de profil, soit
  • l'épaisseur et
  • la courbure.

Dans ce contexte, le pas est la distance qu'une hélice pourrait parcourir sans aucun glissement en une rotation complète. Comme il n'est pas possible de déterminer cette grandeur théorique sur un bateau qui se déplace (dans la pratique, il y a toujours un glissement), on évalue le pas d'une hélice au moyen de l'angle d'attaque de ses pales. Sur les hélices à pas variable le long de l'envergure de la pale, on le mesure sur un cercle tracé à 75 % du diamètre par rapport à l'axe de l'hélice.

Perte de rendement dû à la cavitation

La cavitation désigne le phénomène de formation et de dissolution de cavités de gaz au sein de liquides, qui se produit en particulier lorsque des objets, comme par ex. les hélices, se déplacent rapidement dans l'eau. Le mouvement rapide crée des dépressions dans lesquelles l'eau bout et s'évapore, même à température normale. L'énergie dépensée par ces phénomènes n'est pas transformée en force propulsive aux dépens du rendement. Les cavitations peuvent être plus ou moins fortes selon la qualité du système de propulsion et de son hélice. Les photos ci-dessous, prises avec un appareil photo high speed et un temps de pose de 1/8000ème de seconde, montrent la différence entre une hélice « VPVC » et une hélice standard à des points de fonctionnement comparables :

>> L'hélice standard présente une cavitation fluctuante côté « aspiration » de la pointe de la pale.

>> Notre hélice « VPVC » par contre ne crée qu'une légère turbulence à la pointe de la pale.

Dans le film, l'hélice standard est agrandie par rapport à l'hélice Torqeedo. L'hélice Torqeedo est plus grande et tourne plus lentement. Les deux hélices ont la même puissance de propulsion.
Dans le film, l'hélice standard est agrandie par rapport à l'hélice Torqeedo. L'hélice Torqeedo est plus grande et tourne plus lentement. Les deux hélices ont la même puissance de propulsion.
Dans le film, l'hélice standard est agrandie par rapport à l'hélice Torqeedo. L'hélice Torqeedo est plus grande et tourne plus lentement. Les deux hélices ont la même puissance de propulsion.