Hélices marines

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.