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Auteur(s)
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Max AUCHER : Ingénieur Général de l’Armement - Ancien Directeur du Bassin d’Essais des Carènes de Paris
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’utilisation de l’hélice pour la propulsion des navires a vu le jour dans la première moitié du 19 e siècle lorsque les machines à vapeur alternatives eurent atteint un degré de fiabilité et un rendement acceptables pour pouvoir concurrencer les bateaux à voiles pour lesquels l’énergie du vent était gratuite. Ce n’est que dans la deuxième moitié du 19 e siècle que l’hélice l’emporta définitivement sur les voiles et les roues à aubes, ces dernières n’étant plus guère utilisées de nos jours que dans quelques cas pour la navigation intérieure dans un but plutôt touristique.
Plusieurs pays revendiquent la paternité de l’invention de l’hélice dans les années 1830. Côté français, l’inventeur de l’hélice est Frédéric Sauvage dont le brevet a été déposé en 1832.
Les premières hélices n’étaient ni plus ni moins qu’une vis d’Archimède à deux filets dont la longueur était égale au pas géométrique. Le commandant d’un navire qui avait vu son hélice réduite accidentellement à la moitié de sa longueur constata, non sans surprise, que la vitesse de son navire en était augmentée. Ainsi, par modifications successives de la forme des pales et de leur nombre résultant d’essais sur modèles et sur bateaux réels, l’hélice aboutit aux formes actuelles. Sauf pour des applications spéciales, l’hélice est l’organe propulsif de presque la totalité des bateaux depuis le petit bateau de plaisance motorisé jusqu’aux énormes pétroliers de plusieurs centaines de milliers de tonnes.
De nombreux essais d’hélices modèles ont permis de définir leurs caractéristiques hydrodynamiques (poussée, rendement) en fonction du nombre et de la géométrie des pales. Ces résultats, publiés sous forme de courbes, permettent de définir rapidement la géométrie des hélices répondant en première approximation à des spécifications données.
Deux problèmes importants font encore aujourd’hui l’objet de nombreuses recherches destinées à améliorer les performances des hélices : la cavitation et les vibrations de navires induites par le fonctionnement de l’hélice. Le développement de l’hydrodynamique appliquée aux hélices et des calculateurs de plus en plus puissants permet d’aborder ces deux problèmes d’une façon plus rationnelle et de définir les tracés d’hélices donnant le meilleur compromis entre diverses contraintes (rendement, cavitation, vibration, tenue mécanique, etc.). C’est ce que nous allons plus particulièrement développer dans cet article.
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Annexe : théorie tourbillonnaire de l’hélice
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8. Bruit d’hélice et vibrations des pales
8.1 Bruits d’hélice (bruit propre, bruit rayonné)
Pour un navire, il y a de nombreuses sources de bruit : hélice, machines, ventilateurs, déferlement des vagues le long de la coque, etc. Dans le bruit global, il n’est pas toujours facile de détecter la source principale de bruit ; c’est ainsi que l’influence de l’hélice est peu sensible à l’avant du navire alors qu’elle peut être prédominante à l’arrière.
D’une façon générale, on distingue deux sortes de bruit :
-
le bruit propre, qui est perçu à bord par le personnel et les appareils d’écoute pour les navires de guerre et de recherche ;
-
le bruit rayonné, qui est mesuré à partir d’une certaine distance du bateau (≈ 60 à 100 m). Le bruit rayonné doit être réduit au minimum pour les navires de guerre, pour ne pas être détectés à distance par un sous-marin ennemi, et pour les navires de pêche ne devant pas alerter par leur présence les bancs de poissons.
Le niveau de bruit rayonné est défini à partir de la pression mesurée par un hydrophone, la mesure étant ramenée fictivement à la distance de 1 m en admettant que la pression p varie comme 1/S 0 (S 0 distance à la source de bruit). Le niveau de bruit L p est exprimé en décibels (dB) par la relation :
avec :
- p0 :
- = 1 µPa.
En l’absence de cavitation, le bruit rayonné par une hélice comporte un bruit à large bande dû à la turbulence engendrée par l’hélice et un bruit de raies de fréquence f = knZ...
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Bruit d’hélice et vibrations des pales
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - VAN LAMMEREN (P.A.), VAN MANEN (J.D.), OOSTERVELD (M.W.) - The wageningen B-screw series. - Society of Naval Architects and Marine Engineers (NSMB), 1969.
-
(2) - CARLTON (J.S.) - Marine Propellers and Propulsion. - Butterworth Heineman Ltd, 1994.
-
(3) - KUIPER (J.) - The wageningen propeller series (caractéristiques d’hélices et d’hélices sous tuyère, plus disquette donnant le développement en série des caractéristiques des hélices citées dans le livre). - Marin Software Engineering Dept, mai 1992.
-
(4) - Bureau Veritas - Building and operations of vibrations free propulsion plant and ships (construction et solutions pour supprimer les vibrations des navires dues à la propulsion), - NR. 207 - SMSE, 1987.
-
(5) - Proceedings of ITTC : - Comptes-rendus des Conférences Internationales des Bassins de Carènes. L’International Towing Tank Conference (ITTC) comprend entre autres un comité hélice et un comité cavitation dont les rapports (tous les 3 ans) font la synthèse des travaux effectués...
ANNEXES
(liste non exhaustive)
Renou-Dardel SA.Helicia SA.Alstom MarineAlstom Power ConversionMoteurs Baudouinhttp://www.moteurs-baudouin.fr
DCNFrance HélicesRolls-Royce HAUT DE PAGE
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