=> Dossier complet : les hélices des bateaux

Suite de notre dossier relatif aux hélices des bateaux à moteur, réalisé avec le concours de Mercury Marine. Pour poursuivre la compréhension du fonctionnement et du dimensionnement des hélices, penchons-nous maintenant sur les phénomènes de cavitation, de ventilation et d’effet de pas d’hélice. Nous aborderons ensuite les notions techniques de Cup, de Rake et de Skew.

La cavitation

La cavitation est causée par un dérangement dans le flux d’eau en avant d’une hélice. La cavitation commence quand se crée une zone de basse pression dans le flux d’eau. Avec l’augmentation de la vitesse, la basse pression augmente tant qu’elle fait entrer en ébullition un volume d’eau voisin. La cavitation génère des dégâts sur l’hélice par l’énergie contenue dans ces bulles de vapeur.

Les rapports entre forme, surface, angle d’attaque et skew d’une hélice sont finement calculés par les bureaux d’étude des fabricants pour repousser au maximum la survenue de la cavitation.
Pour limiter la survenue de la cavitation, on peut :

• Abaisser l’hélice
• Limiter le rake
• Augmenter le Skew

La ventilation

La ventilation est le résultat de bulles d’air de la surface ou de gaz d'échappement qui parviennent au niveau de l’hélice remplaçant pour partie l’eau. Ces poches de gaz conduisent l'hélice à perdre de son couple, ne trouvant plus la portance de l’eau pour y “mordre”. Le régime moteur grimpe en flèche, et on peut ne pas perdre de vitesse.

C’est fréquent en cas de virage serré, usage immodéré de trim en position haute ou montage très haut du moteur. Pour éviter la ventilation, une plaque anti-ventilation est montée au dessus de l’hélice.
En général cette plaque est montée à plus ou moins 2 cm au-dessus ou en-dessous du niveau du fond du bateau.

Sur les bateaux très rapides, la plaque peut être située plusieurs dizaines de centimètres sous le niveau du fond du bateau.

Sens de rotation et effet de pas d’hélice

L’effet de pas d’hélice se ressent principalement en présence de transmission par ligne d’arbre.

Truc : Pour s'imaginer l’effet de pas, remplacez mentalement l’hélice de votre bateau par une roue. Appuyez cette roue au fond. Observez mentalement la scène de l'arrière du bateau vers l’avant. Un hélice à pas à droite (la roue tourne vers la droite lorsque l'on bat en avant et tourne vers la gauche lorsque l'on bat en arrière) fera chasser le cul du bateau vers la droite. Un pas à gauche produira l’effet inverse.

Traditionnellement, on monte une hélice pas à droite sur les monomoteurs. Sur les bateaux équipés de deux moteurs, on monte un pas à gauche sur le moteur de gauche et un pas à droite sur le moteur de droite. Dans le cas de des deux moteurs, ces deux effet se compenseront partiellement. Attention, dans ce cas, une embase spéciale à contre rotation doit être montée sur le moteur équipé de l’hélice à pas à gauche.

Le Cup

Le « cup » est une petite lèvre du bord de fuite de la pale d'hélice. Il permet à l'hélice de retenir l'eau, conférant ainsi au bateau une tenue supérieure dans l’eau. Cette lèvre sur la pale augmente artificiellement le pas de l’hélice.

Ce dispositif est indiqué pour les bateaux à plus fort déplacement : en effet, en mettant du cup sur l'hélice, on cumule les avantages d'un pas faible (couple, poussée optimisée à bas régime) tout en bénéficiant d'une vitesse plus élevée aux régimes plus élevés.

Dans le domaine de la plaisance et sur les petites unités, le cup retarde les effets de la cavitation à basse vitesse et permet de ”passer” davantage de puissance à bas régime.

La courbure de la surface de l’hélice, ou “Skew”.

On peut énoncer l’approximation suivante : Le Skew, c’est lorsque les pales d’une hélice sont courbées.
Le Skew permet d’augmenter considérablement la surface des pales par rapport à la surface du diamètre de l’hélice.

Une hélice à fort Skew produit moins de bruits de fonctionnement. Les sous-marins, recherchant la discrétion par nature, et les navires à passagers disposent d’hélices à fort skew.

L’angle d’attaque, calage, ou “Rake”.

L'angle d'attaque est le degré d'orientation de la pale de l'hélice par rapport au moyeu. Lorsque le calage varie sur la pale, on parle de vrillage.

Le calage varie de 5 à 20° en plaisance et jusqu’à 30° en compétition. Plus une hélice présente de rake, plus elle va faire lever l’avant et aider au déjaugeage.