Le dimensionnement d'une hélice pour un moteur implique le choix d'un régime optimal en dessous duquel de fortes pertes apparaissent.

Quel est ce phénomènes et quelles sont ces pertes ?

Courbes de puissance moteur et hélice

La courbe de puissance d'un moteur et celle représentant l'énergie nécessaire pour mettre en mouvement une hélice ne se croisent qu'en un point, le haut régime de la plus grande hélice compatible pour le bateau. C'est ainsi que sont dimensionnées les hélices en fonction des moteurs qui les animent. 

Qu'il soit essence ou diesel, la courbe de puissance d'un moteur thermique est une courbe ascendante, convexe, ou la puissance maximale (à charge mécanique constante) est atteinte à haut régime. Cette puissance maximale correspond à la puissance nominale du moteur en question. Sur une telle courbe, on a le régime en RPM en abcisse (horizontalement) et la puissance en ordonnée.

Si on s'intéresse à une hélice en particulier, le nombre, la surface, la forme des pales influent sur l'énergie nécessaire pour la mettre en mouvement en fonction de la vitesse de rotation. Pour chaque hélice, on peut matérialiser une courbe de la puissance (ordonnée) nécessaire en fonction du régime moteur (abcisse), les mêmes données que pour la puissance moteur.  Cette courbe est concave.

Le graphique ci-dessous matérialise le seul point ou se rencontre les deux courbes, la puissance maximale, nominale. 

Intéressons nous maintenant à la consommation de carburant. Le rendement d'un moteur thermique varie selon son régime et selon la charge qui lui est appliquée. A chaque régime correspond une consommation spécifique effective, matérialisée dans une courbe.

La consommation varie, dans cette courbe, selon le rendement du moteur à différentes plages et il existe une plage de régime dans laquelle le rendement  d'un moteur thermique est optimal. C'est la zone de Consommation Spécifique Effective. On aura tout naturellement intérêt à utiliser le moteur dans les plages les plus économiques possibles (vertes) de la zone de consommation effective.

Et plus précisément entre la courbe de puissance de l'hélice et la limite en puissance ou en couple (suivant les graphiques) de la CSE. En pratique la zone de consommation spécifique effective se trouve entre 1800 et 2500 RPM sur un diesel.

Quelles alternatives ?

Pour éviter le gaspillage d'énergie, on peut utiliser une hélice Overdrive, comme celle de Gori qui offre la même vitesse à régime inférieur en augmentant le pas et donc la charge sur le moteur. C'est une solution réservée au beau temps, car elle équivaut à monter une hélice à pas plus élevé que celle adaptée au régime maximal du bateau (point de convergence des courbes de puissance moteur et de l'hélice).

Mais on peut aussi ajouter une charge externe aux moteurs diesel. Une charge dont le fonctionnement ne "coûtera" le moins possible en termes d'énergie. 

Ainsi à basse vitesse et bas régime sur le graphique ci-dessus, à 2000 RPM et 25 NM de couple à l'hélice, on se trouve dans une plage rouge de rendement. Au même régime mais avec 150 NM de charge appliquée, le rendement est plus de deux fois meilleur. Même si la consommation augmente avec la charge, on obtient plus de deux fois plus d'énergie en sortie de moteur qu'à 25 NM de charge.

En utilisant un moteur électrique attellé au diesel, comme un générateur Integrel ou un gros alternateur Balmar, on vient, entre 1800 et 2500 RPM, augmenter la charge sur le moteur au delà de celle générée par l'hélice tout en restant dans la zone de CSE.

On se trouve alors dans une zone ou la hausse de rendement gomme celle de la consommation. Une zone dans laquelle fonctionne gratuitement, du point de vue du carburant, le générateur en question !

C'est l'objet de notre second article de cette mini-série : Couple diesel - hélice partie 2/2 : Faire du courant en augmentant le rendement du diesel