Une ligne d’arbre d’hélice transmet la force motrice d’un moteur de bateau par l’intermédiaire d’un arbre d’hélice. Ce système n’est pas apparu au milieu du XVIIIe siècle comme l’hélice, mais s’est généralisé lors de la fin du XIXe siècle.

Simplicité, robustesse, compatibilité avec de fortes puissances, et si la ligne d’arbre, demeurait reine des transmissions ?

Anatomie d’une transmission à ligne d’arbre

Dans un tel système, l’inverseur, l’accouplement, l'arbre, le palier, le presse étoupe, le tube d’étambot, la bague hydrolube et l'hélice sont parfaitement alignés.
Cet ensemble, comptant au moins deux points fixes, transmet le mouvement rotatif en sortie de transmission à l’hélice.

• L'inverseur

L'inverseur est une boîte de vitesse à trois positions : arrière, avant, neutre. Les moteurs diesel (4 temps) installés sur les "petits" bateaux (de moins de 100 m!) tournent à une vitesse supérieure à celle nécessaire au fonctionnement de l'arbre d'hélice. L'inverseur joue le rôle de réducteur.
En revanche, les grands navires sont équipés de moteurs diesel 2 temps, plus lents, dont la vitesse de rotation est transmise directement à l'arbre d'hélice.

• L’accouplement

Positionné en sortie d’inverseur, l'accouplement permet de transmettre le mouvement de celui-ci à l’arbre d’hélice proprement dit.

Un système de flasques et tourteaux coniques maintient l’arbre à sa place.
L’accouplement peut être rigide, très solide, mais transmets alors les vibrations de la ligne d’arbre au bateau, ou légèrement souple, afin d’amortir celles-ci, comme sur des motorisations moins importantes.

L’accouplement doit être parfaitement réalisé, avec des tolérances très faibles afin de permettre le bon fonctionnement du moteur. Un moteur mal aligné “saute” sur ses pieds moteur. L’accouplement, solidement assujetti à la transmission, elle même fixée sur moteur monté sur le bateau constitue le premier point fixe de la ligne d’arbre.

• L’arbre porte-hélice

Réalisé en général en acier inoxydable, son diamètre est fonction de la taille de l'hélice portée. En cas de talonnage, si l'hélice n'a que peu souffert, il est possible que l’arbre aurait flambé. Sur les bateaux de plaisance, on peut contrôler son caractère rectiligne avec une règle de maçon ou en le faisant rouler sur une table.
Enfin, si un jour vous avez votre arbre en mains, contrôlez son usure au niveau du palier, du presse-étoupe et de la bague hydrolube.

Images France Hélices

Une irrégularité de surface sur un des deux derniers points conduirait immanquablement à une fuite.
Un cintre de quelques millimètres détruira immanquablement la bague hydrolube et pourra endommager le tube d'étambot.

• Le pallier

A la sortie de l’accouplement, l'arbre d'hélice est maintenu sur un ou plusieurs autres points fixes (un seul sur les navires de plaisance), les paliers, avant d'entrer dans le tube d'étambot.
Le palier comporte un roulement à bille qu’il faut graisser régulièrement.
On considère que l’arbre porte-hélice doit être maintenu par un palier tous les 48 x son diamètre tout en évitant de les rapprocher de moins de 20 x ce diamètre.

• Le tube d’étambot

Le tube d'étambot est étanché ou soudé sur la coque. Il permet à l’arbre porte-hélice de sortir de la coque, enfilé dans celui-ci. Sur les bateaux en fibre de verre, le tube d’étambot qui peut aussi être réalisé en fibre de verre, est en général stratifié sur la coque.

• Le presse étoupe

Côté intérieur, l’étanchéité est assurée par un presse-étoupe qui ne contient aujourd’hui plus d’étoupe mais des joints à lèvres. Par le passé ces presses-étoupe compressaient une tresse suiffée de fibres végétales (l’étoupe dont on calfatait les bordés navires en bois) des autour de l’arbre. Ces montages nécessitaient un suivi permanent de l’état de la tresse.
Les systèmes modernes, à joints souples ou à joints mécaniques ont rendu les presses étoupes à tresse obsolètes.
En général on rencontre un presse-étoupe à joint, dont le joint doit être changé tous les 5 ans ou 500 heures.

• La chaise porte-arbre

Sur certains montages, le tube d’étambot n'est pas continu et s'arrête à la sortie de la coque.
L’arbre est alors maintenu par une “chaise” équipée d’une bague hydrolube.

• La bague hydrolube

La bague hydrolube, insérée sans forcer depuis l'extérieur autour de l'arbre dans le tube d'étambot (ou de la chaise d’arbre) assure le centrage et l’étanchéité interne de celui-ci tout en y admettant de l'eau à fins de lubrification du système.
Elle est constituée soit d’une bague en bronze à l’intérieur de laquelle en est sertie une autre en caoutchouc très dur et résistant à la fois aux hydrocarbures et à la friction, soit entièrement en élastomère. Côté interne, des cannelures assurent un débit d’eau réalisant la lubrification entre l’arbre et la bague.

Avantages et inconvénients des systèmes à ligne d’arbre

Avantages

• Robustesse compatible avec les longues distances.
• Compatible avec des puissances très élevées (mW).
• Maintenance relativement aisée réalisable par un amateur éclairé avec un outillage restreint.
• Bon rendement.
• Transmission directe.
• Facilité d’intervention sur le presse-étoupe.
• Centrage des masses par la position relativement reculée du moteur.
• Possibilité d’utiliser l’arbre débrayé avec un alternateur d'arbre pour produire du courant en laissant l’hélice tourner.

Inconvénients

• Manœuvres de port délicates.
• Nécessite des coques assez profondes à l'arrière.
• Nécessite de l’espace intérieur (longueur moteur+inverseur+accouplement+arbre+palier+presse-étoupe).
• Génère un tirant d’eau.
• Safran obligatoire en comparaison avec les transmissions hors-bord, hydrojet ou Z-drive ou pods.

Autres types de systèmes à arbres d’hélice

Le V-Drive est une propulsion par deux arbres d’hélice dans laquelle le moteur est monté dans le sens inverse au sens usuel et ou le premier arbre est dirigé vers l’avant.
Un mécanisme de renvoi d’angle transmet la force du premier arbre vers l’arrière à un second arbre puis à l’hélice.
Ce système, désuet, permettait de gagner de l’espace intérieur ou d’installer des motorisations in-board dans de petits bateaux.