Helice

Hélice

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Hélice de navire

Pour la mécanique, l'hélice est un appareil de traction, compression, propulsion, sustentation, ou inversement ou de mesure, formé de plusieurs pales disposées régulièrement autour d'un axe. Lorsque son axe entre en rotation, ce système décrit des hélices dans un fluide en avançant perpendiculairement à la rotation, grâce aux pales orientées suivant un certain angle ou pas qui prennent appui sur le fluide. Une hélice peut donc être motrice (transfert d'énergie vers le fluide : avion) ou réceptrice (récupération d'énergie depuis le fluide : turbine, éolienne ou aérogénérateur); le profil des pales étant optimisé pour l'utilisation prévue.

Sommaire

Histoire

Connue dans ses principes par les phéniciens et les grecques, notamment dans son application dans les ailes des moulins, le premier type d'hélice répertorié dans les textes occidentaux est la Vis d'Archimède qui fait son apparition vers -200 en tant qu' outil de pompage et d'irrigation. Cette même vis qui devait servir comme mode de propulsion pour des engins amphibies destinés à se déplacer avec la même aisance en eau libre comme sur le sable ou la vase.

Léonard de Vinci dans ses dessins eu l'idée de se servir d'une hélice construite sur le modèle de la vis d'Archimède pour propulser un aéronef verticalement.

Elle apparait en tant que jouet d'enfant ou de manière stylisé dans de nombreux tableaux du moyen âge ainsi que sur des fresques antiques au Fayoum, à Knossos, à Pompei au Népal et en Inde puis après une longue période de dénigrement finit par s'imposer dans toutes les marines, où devenue subitement symbole de modernité et d'avant garde technologique, chaque nation industrialisé en revendique la paternité comme d'un enfant illégitime devenue subitement une gloire nationale.

Description

Elle se compose d'un minimum de deux pales réunies par la partie centrale appelée moyeu. Elle se comporte comme une aile dont la force aérodynamique se décompose en une traction et un couple équilibrant le couple moteur. L'extrémité de pale ayant une vitesse linéaire plus importante que les sections de pale, plus au centre, il faut répartir l'effort de traction sans déformation du moyeu.

Applications

  • Mue par un moteur, l'hélice est utilisée pour le déplacement d'une machine dans un fluide et, inversement pour mouvoir un fluide dans un contenant (la machine restant immobile). Il y a transfert d'énergie du moteur vers le fluide.
  • Associée à un capteur, elle sert à mesurer la vitesse de déplacement d'un fluide, ou le déplacement d'un objet dans un fluide. Il n'y a théoriquement pas de transfert d'énergie.
  • Associée à un récepteur ou un générateur, elle est utilisée pour récupérer de l'énergie dans un fluide en mouvement relatif (« alternateurs traîne » et largués derrière certains voiliers, moulins à vent, aérogénérateur, certaines turbines de centrales électriques...). Il y a transfert d'énergie du fluide vers le moteur.

Hélice marine

Article détaillé : Hélice marine.
Hélice du navire USS Churchill (classe Arleigh Burke)

L'hélice marine était connue dans ses principes par les phéniciens et les grecs de l'antiquité, décrite par Archimède, et utilisée pour l'irrigation, mais elle fut rapidement oubliée. Elle fut redécouverte pour son application à la propulsion des navires au cours du XVIIIe siècle mais superbement ignorée durant des décennies par toutes les amirautés jusqu'à ce que son succès tardif ne réveille en elles, un soudain désir de "paternité" dans un but autant commercial que propagandiste nationaliste.

Installée sur The Turtle (La Tortue), premier sous-marin construit par l'inventeur David Bushnell dès 1776 dans le but de miner les navires britanniques lors de la guerre de sécession américaine, un autre de ses pionniers est l’américain John Stevens (1749-1838) qui construit et essaye en 1803 - 1804 le premier vapeur à hélice vraiment fonctionnel. Toutefois son invention reste ignorée et il faut attendre les années 1830 pour qu’elle soit reprise. Ainsi l’ingénieur français Frédéric Sauvage essaye la propulsion à hélice en 1832 sur une péniche de l'Ourcq de 15 pieds et l'ingénieur canadien John Patch sur un schooner en baie de Fundy en 1834. Tous deux furent dédaignés par leurs gouvernements respectifs et ils sont morts dans la misère. Dans le même temps, leur découverte triomphait grâce à l'intérêt porté en 1840 par la marine britannique à la démonstration de l'ingénieur Smith sur le steamer Archimede. L'hélice est devenue depuis le moyen de propulsion le plus courant pour déplacer un bateau ou un sous-marin.

De la cavitation peut apparaître si l'hélice est soumise à une force plus importante que celle pouvant être transmise à l'eau. Cela conduit à une perte d'énergie, à une augmentation du bruit produit par l'hélice et surtout à une érosion de la surface de l'hélice. Cependant, la cavitation peut être un effet recherché, comme dans les dispositifs de propulsion à supercavitation.

Joseph Ressel, ressortissant de l'empire austro-hongrois, est l'inventeur de la propulsion d'un navire par une hélice (invention brevetée en 1827).

Hélice aérienne

Article détaillé : Hélice aérienne.
Hélices en drapeau (Hercules C-130)

L'hélice a été le premier système de propulsion en aviation et reste utilisée par les avions légers, les avions de transport régionaux volant à moins de Mach 0.6, et les avions de transport militaires. Le propfan est une évolution de l'hélice dont la forme des pales permet d'atteindre des vitesses plus élevées, jusqu'à Mach 0.8. On retrouve l'hélice sous une forme différente dans les soufflantes des réacteurs double flux des avions de ligne (c'est une hélice multipale carénée placée en amont du réacteur; elle assure l'essentiel de la poussée). On la retrouve encore sous la forme d'aubes de compresseurs superposées dans les turboréacteurs.

L'hélice est également utilisée par les hélicoptères (rotor principal et rotor de queue) et les aéroglisseurs.

Voir aussi

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Wikibooks propose un ouvrage abordant ce sujet : Théorie élémentaire de l'hélice marine.

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Articles connexes

Notes et références

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