Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
H

hélice (suite)

Les pales sont habituellement définies au moyen de sections tracées par des cylindres coaxiaux à l’axe de rotation et dans lesquelles on peut prendre comme corde de référence la droite joignant l’arête d’entrée à l’arête de sortie de la pale. Cette corde passe par l’axe de rotation et est normalement la génératrice d’une surface hélicoïdale s’appuyant sur une hélice géométrique tracée sur chaque cylindre coaxial.

Dans une section développée, la corde de référence est inclinée par rapport à une droite perpendiculaire à l’axe de rotation d’un angle α tel que

H étant le pas de cette hélice à la distance r de l’axe.

Le pas peut être constant ou varier en fonction du rayon. Il est dit « à droite » si, pour la marche avant, l’hélice, vue de l’arrière, tourne dans le sens d’horloge. Il est dit « à gauche » dans le cas contraire. Le pas peut être modifié en cours de fonctionnement (hélices à pas variable). Le diamètre de l’hélice est celui du cylindre qui limite extérieurement les ailes.

Le meilleur rendement d’une hélice se situant, toutefois, à une vitesse de rotation généralement inférieure à celle de l’appareil moteur, les moteurs rapides et, a fortiori, les turbines exigent l’interposition de réducteurs, composés d’un train d’engrenages de diamètres appropriés.

En dehors des navires de mer, l’hélice est utilisée pour la propulsion des engins empruntant les voies d’eau intérieures (remorqueurs, automoteurs, pousseurs).


Historique

Nombreux ont été dans divers pays les chercheurs qui se sont efforcés de réaliser un appareil de propulsion dans l’eau dérivant de la vis d’Archimède. Les premières hélices se présentent, d’ailleurs, sous forme de vis. Sans sous-estimer l’importance de l’apport de ces précurseurs, on peut admettre que la première réussite d’une hélice authentique fut, en 1836, celle de l’Anglais sir Francis Pettit Smith (1808-1874), qui fit monter sur une embarcation à vapeur un propulseur en bois. En 1839, son Archimède confirma sa réussite en dépassant 9 nœuds. De 1832 à 1836, l’ingénieur suédois John Ericsson (1803-1889), devenu plus tard américain, avait poursuivi des expériences parallèles. En France, dès 1832, Frédéric Sauvage (1786-1857) avait pris un brevet pour une hélice très voisine de celle que Smith allait réaliser, mais son invention ne vit le jour que lorsqu’il se fut associé avec Augustin Normand (1792-1871), qui, après l’avoir perfectionnée, aidé par un homme de haute compétence, l’Anglais Barnes (1798-1852), construisit en 1842 le paquebot-poste Napoléon (364 tonneaux), utilisé plus tard comme aviso de la Marine nationale sous le nom de Corse. Dotée d’une hélice en bronze à pales séparées, cette unité réalisa une vitesse de 11 nœuds. L’hélice moderne était née, marquant un progrès décisif sur les roues à aubes, qui, d’un rendement moindre, encombrantes et fragiles, offraient trop de prise au vent comme aux lames et dont le fonctionnement était, de plus, perturbé par fort roulis.


Les hélices actuelles

Elles sont généralement monoblocs, mais peuvent être, aussi, à pales rapportées sur le moyeu. Les alliages les plus couramment employés sont soit des laitons à haute résistance, riches en zinc (30 à 40 p. 100) et à très faible teneur en aluminium, soit des cupro-aluminiums, sans zinc, mais avec environ 10 p. 100 d’aluminium. Le nombre des ailes s’échelonne de trois à sept pour les hélices monoblocs et de trois à quatre pour les hélices à ailes rapportées. Les hélices monoblocs peuvent atteindre des dimensions et un poids considérables. Ainsi, celles du paquebot France ont un diamètre de 5,80 m et pèsent plus de 25 t. Mais, sur certains pétroliers, on en trouve qui dépassent 10 m de diamètre, leur poids étant de plusieurs dizaines de tonnes. Les hélices sont montées à l’arrière de la coque, en position propulsive et non tractive. Toutefois, il existe des propulseurs d’étrave constitués par un moteur entraînant une hélice disposée dans un tunnel transversal, à l’avant du navire, ce qui permet les manœuvres portuaires sans recours aux remorqueurs.


Hélices à ailes orientables

• À pas réglable. On peut donner aux ailes certaines orientations permettant d’obtenir, pour la vitesse qu’on s’est fixée, le rendement optimal de l’appareil moteur. Mais ce système impose le stoppage de la ligne d’arbres à chaque changement de position des ailes ; il est cependant intéressant dans le cas de voyages s’effectuant à des vitesses de croisière différentes (voyages de jour et voyages de nuit, par exemple).

• À pas variable ou réversible. Un mécanisme complexe permet d’orienter les pales progressivement pour faire varier la vitesse ou inverser la marche du navire sans changement de régime de l’appareil moteur.


Hélices multiples

Pour diverses raisons et, notamment, pour tenir compte des limites de résistance des matériaux, il est nécessaire de ne pas imprimer à une seule ligne d’arbres une trop forte poussée. Dans le cas de navires rapides dotés d’un puissant appareil propulsif (paquebots par exemple), on est donc conduit à répartir la puissance entre deux ou quatre lignes d’arbres (exceptionnellement trois). Malgré une perte de rendement, cette formule donne certaines facilités : possibilité d’une allure réduite avec deux lignes d’arbres au lieu de quatre, pour un rendement optimal de l’appareil moteur, poursuite du voyage avec un ou deux appareils propulsifs en panne, souplesse de manœuvre en faisant battre en avant les hélices d’un bord et en arrière celles de l’autre, etc.

En marche normale, la rotation en sens inverse de deux hélices jumelles évite la dissymétrie de l’écoulement des filets d’eau qui, dans le cas de l’hélice unique, oblige à donner un certain angle à la barre pour compenser leur action transversale. Si deux hélices jumelles tournent vers l’intérieur du navire, elles sont supra-convergentes, et, si elles tournent vers l’extérieur, elles sont supra-divergentes. Cette dernière disposition assure une meilleure maniabilité et a, généralement, la faveur des constructeurs.