Les hélices les plus répandues dans le monde de la plaisance sont les hélices fixes, à trois pales. On les trouve aussi bien sur les hors-bords que sur les inbords. Robustes, démunies de pièces mécaniques, ces hélices sont fiables mais ne comportent pas que des avantages…
Les voiliers utilisent leur moteur de manière épisodique. Lors des phases de navigation sous voiles, l’hélice fixe est trainée, produisant une importante… traînée, qui nuit à la vitesse.
Pour la combattre, sont nées des hélices repliables, ou à mise en drapeau, featherprop en anglais. Sous la poussée hydrostatique du voilier sous voiles, elles se replient pour ne plus produire qu’une faible traînée. Gori, Flexofold et Brunton sont les principaux fabricants de ces hélices. Ces hélices repliables sont disponibles avec deux, trois ou quatre pales.
Assortir une hélice fixe et un moteur repose sur un compromis d’origine mécanique. L'hélice doit permettre le fonctionnement du moteur dans la plage de régime recommandée par le motoriste et doit autoriser d’atteindre le régime maximal. La courbe de puissance d’un moteur thermique culminant au régime maximal, cet assortiment implique un dimensionnement de l’hélice à la puissance et régime maximal du moteur.
Hélas, nous savons tous que nous n’utilisons pas les moteurs uniquement à régime maximal (et heureusement pour leur longévité !). En procédant ainsi, on procure au moteur une hélice adaptée aux hauts régimes, une hélice dont les caractéristiques ne sont pas adaptées aux autres. C’est particulièrement le rendement du moteur, et autrement dit sa consommation de carburant qui en pâtit.
Il faudrait pouvoir adapter le profil de l’hélice à d’autres plages de régime moteur. C’est le job des hélices à pas variable.
Sur ces hélices, le pas est adapté en modulant l’inclinaison des pales. Sur les gros navires, le pas est contrôlé hydrauliquement depuis la passerelle. Une multitude de possibilités de réglages du pitch des hélices permet de les adapter à l’utilisation. Gagner 5% de consommation sur un gros porte-container qui consomme plus de 10 tonnes de carburant à l’heure, représente, sur une journée… 15 tonnes de carburant !
Sur les navires de plaisance, le pas est contrôlé mécaniquement suivant la résistance hydrostatique.
Lors de la marche au moteur, des ressorts incorporés au moyeu contrebalancent, avec une force de rappel adaptée, la pression hydrostatique qui varie suivant la vitesse, générant alors un profil de pitch d’hélice adapté.
Cette sous-catégorie comprend deux types d’hélices différents.
Certaines hélices modifient leur pas lors de la marche arrière, pour une meilleure efficacité au port, il s’agit des hélices MaxProp ou Gori, par exemple.
D’autres, plus perfectionnées, le changent en fonction de la vitesse du bateau (et de la pression hydrostatique) et de la charge mécanique appliquée sur le moteur.
Les hélices Autoprop appartiennent à cette dernière catégorie sophistiquée.
Dernière catégorie, toujours destinée aux voiliers, l’hélice overdrive Gori.
Cette hélice possède la caractéristique unique de posséder deux pas en marche avant. Le pas “maximal” et un pas réglable destiné à parfaitement convenir au moteur en vitesse de croisière. Le pas maximal est toujours calculé sur le régime maximal, généralement peu utilisé sur les navires de plaisance.
Le terme "toroïdal" signifie littéralement "en forme d'anneau fermé en trois dimensions". C'est exactement ce que l'on observe en examinant une hélice toroïdale, dont les pales forment des anneaux. Cette géométrie particulière confère plusieurs avantages majeurs lorsque l'hélice est utilisée dans l'eau.
En théorie, quand une hélice tourne dans l'eau, elle avance d'une distance égale à son pas à chaque rotation. Mais en pratique, il y a du glissement, de l'eau s'échappe sur les côtés et des phénomènes de cavitation et de ventilation apparaissent. L'hélice n'agit alors plus sur un fluide stable (l'eau) mais sur un mélange air-eau aux propriétés aléatoires, ce qui dégrade son rendement.
Les hélices toroïdales, comme celles développées par Sharrow Marine, améliorent nettement le rendement en réduisant considérablement les fuites de fluide sur les côtés et en limitant fortement la cavitation. Leurs effets bénéfiques sont multiples :
- Une vitesse nettement supérieure à celle obtenue avec une hélice standard, surtout à bas et moyen régime
- Une baisse de consommation de carburant de 25 à 30% en moyenne, augmentant d'autant l'autonomie
- Une bien meilleure efficacité en marche arrière et un "grip" accru dans les virages
- Un bruit sous-marin réduit
De multiples tests rendus publics par Sharrow, ont été menés et concluent à une baisse significative, entre 20 et 30 % de la consommation de carburant. Mais il faut beaucoup naviguer pour amortir les 5000 Euros de leur prix de vente.
