1. Principe de fonctionnement

Les hélices de navires fonctionnent selon le principe de la poussée, similaire à celui des avions, mais dans un milieu plus dense. Lorsqu’elles tournent, les pales de l’hélice déplacent l’eau derrière elles, générant ainsi une force qui pousse le navire vers l’avant.

Force de poussée : La poussée est créée grâce à l’interaction des pales de l’hélice avec l’eau. En tournant, les pales exercent une pression sur l’eau, la déplaçant. Cette action de déplacement de l’eau dans une direction oppose une réaction sur le navire, qui le pousse dans l’autre direction.

2. Composants principaux de l’hélice

• Pales : Ce sont les parties mobiles qui interagissent avec l’eau. Elles sont conçues pour optimiser l’efficacité de la propulsion.

• Moyeu : Il relie les pales de l’hélice à l’arbre moteur et permet leur rotation.

• Arbre d’hélice : C’est l’axe qui transmet le mouvement rotatif du moteur à l’hélice.

• Palier d’hélice : Permet de maintenir et de soutenir l’arbre d’hélice pendant la rotation.

3. Caractéristiques d’une hélice

• Nombre de pales : En général, les hélices des navires ont entre 3 et 5 pales, mais il peut y en avoir plus, ou moins, en fonction des spécifications du navire. Un nombre plus élevé de pales peut augmenter la poussée, mais aussi augmenter la friction et les pertes d’énergie.

• Pas : Le “pas” d’une hélice est l’angle des pales et la distance qu’une hélice parcourrait en une seule rotation si elle était dans un matériau solide (comme une vis). Un pas plus élevé permet de propulser le navire plus rapidement, mais avec plus de puissance requise.

• Diamètre : Le diamètre de l’hélice est lié à la taille du navire et à la puissance du moteur. Un diamètre plus grand génère plus de poussée, mais exige plus d’espace et peut provoquer des turbulences.

• Forme et profil des pales : Les pales sont souvent profilées pour maximiser l’efficacité, en fonction de la vitesse et de la taille du navire. Les profils sont généralement courbés pour mieux pousser l’eau tout en minimisant la résistance.

4. Types d’hélices

Il existe plusieurs types d’hélices selon la conception et l’utilisation du navire :

• Hélices à pas fixe : Les pales ont un angle fixe, ce qui signifie que leur angle ne change pas pendant la navigation. Elles sont simples, mais leur efficacité peut être limitée en fonction des conditions de croisière.

• Hélices à pas variable : Les pales peuvent changer d’angle en fonction de la vitesse ou de la charge, ce qui permet d’optimiser la consommation de carburant et la poussée. Ce système est utilisé principalement sur les grands navires et les navires à propulsion complexe.

• Hélices contrarotatives : Ce type d’hélice consiste en deux hélices montées sur le même arbre mais tournant dans des directions opposées. Cela permet de compenser les effets de couple, d’améliorer la stabilité et de rendre le navire plus maniable. Les grandes plateformes, comme les porte-conteneurs ou certains navires de croisière, utilisent souvent ce système.

• Hélices à propulsion électrique : Dans ce cas, l’hélice est entraînée par un moteur électrique, souvent dans le cadre de systèmes de propulsion hybrides ou entièrement électriques.

5. Effets de la cavitation

La cavitation est un phénomène indésirable qui se produit lorsque la pression de l’eau autour des pales de l’hélice chute en deçà de la pression de vapeur de l’eau, créant des bulles de vapeur qui éclatent lorsqu’elles sont soumises à des pressions plus élevées, ce qui provoque des vibrations, des bruits et une usure prématurée des pales.

Pour éviter la cavitation, les ingénieurs conçoivent les hélices avec des formes et des matériaux capables de minimiser ce phénomène. Les hélices sont également étudiées pour fonctionner dans des plages de vitesses où la cavitation est moins probable.

6. Matériaux utilisés pour les hélices

Les matériaux doivent être solides, résistants à la corrosion et capables de supporter les forces de la propulsion ainsi que l’abrasion due à l’interaction avec l’eau.

• Bronze : C’est l’un des matériaux les plus courants pour les hélices de navires en raison de sa résistance à la corrosion marine.

• Acier inoxydable : Utilisé pour les hélices modernes, il est particulièrement durable et résistant.

• Alliages d’aluminium : Pour des applications plus petites, comme les yachts, les embarcations légères, et les bateaux à moteur, les hélices en aluminium sont plus légères et moins coûteuses.

7. Choix de l’hélice pour un navire

Le choix de l’hélice dépend de nombreux facteurs :

• Vitesse souhaitée : Si un navire doit atteindre des vitesses élevées, une hélice à faible pas peut être utilisée pour maximiser la vitesse. Pour des navires à grande capacité, un pas plus élevé est nécessaire.

• Taille du navire : Les gros navires nécessitent des hélices de grand diamètre pour générer suffisamment de poussée.

• Type de moteur : Les moteurs à forte puissance nécessitent des hélices conçues pour supporter cette puissance.

• Conditions de navigation : Le type d’eau dans lequel le navire navigue (mer calme, eau agitée, etc.) influence également la conception de l’hélice.

8. Maintenance des hélices

L’entretien des hélices est crucial pour garantir leur efficacité et prolonger leur durée de vie :

• Inspection régulière pour vérifier l’absence de fissures, de corrosion ou de déformation des pales.

• Nettoyage pour éviter l’accumulation de coquillages ou d’autres débris marins qui peuvent nuire à l’efficacité de la propulsion.

• Réajustement ou remplacement des pales si elles sont endommagées ou usées.

Conclusion

Les hélices de navires sont des composants essentiels dans la propulsion des embarcations, et leur conception repose sur une compréhension fine de la dynamique des fluides et des besoins spécifiques de chaque type de navire. Elles sont cruciales non seulement pour la performance du navire, mais aussi pour son efficacité énergétique et sa maniabilité.