Pas optimum d'une Hélice à Pas Variable

Ce document est un résumé de l'étude menée sur l'optimisation d'une hélice à pas variable, étude aidée financièrement par l'Ademe


Fonctionnement d'une hélice à pas variable

Les hélices à pas variable sont utilisées dans deux configurations principales :

  • avec un moteur tournant à régime fixe, pour permettre à un alternateur attelé de fournir une fréquence régulée à 50 Hz,
  • avec deux commandes indépendantes, l'une pour le régime du moteur, l'autre pour le pas.

Dans les deux cas, il est possible de définir un pas optimum comme étant celui qui minimise la consommation de gazole par mille nautique, notée CpM.

L'étude montre que cet optimum existe, mais que sa valeur n'est pas fixe et dépend, outre le régime du moteur, des conditions de navigation : état de la mer, état de propreté de la coque, poids du bateau, etc. Elle montre aussi qu'il y a des surconsommations comprises entre 0 et 10% lorsque le pas n'est pas à l'optimum, ce qui correspond à l'expertise des patrons de pêche interrogés.

Il y a deux approches possibles :

  1. Par approximations successives. Il n'est pas évident, dans la pratique, de comparer deux pas d'hélice différents, car la consommation de carburant et la vitesse du bateau varient dans le même sens. La méthode proposée dans l'étude permet cette comparaison, mais il faut procéder par approximations successives pour obtenir un pas proche de l'optimum. Son avantage est d'être très simple d'utilisation.
  2. Par modélisation auto-adaptative. Cette méthode permet de calculer directement le pas optimum, à partir d'un modèle numérique du bateau, identifié par apprentissage automatique. Le modèle est très rapidement opérationnel mais continue à s'enrichir au fur et à mesure que de nouvelles conditions de navigation se présentent.

Dans ces deux approches nécessitent un traitement logiciel sur un ordinateur de bord. Le logiciel traite en temps réel les données suivantes :

  • le régime du moteur, sauf en cas de régime fixe,
  • le pas de l'hélice,
  • les conditions de mer, approximées par des indications sur la force et la direction du vent par rapport au cap du bateau,
  • la consommation de gazole liée à la propulsion, déduction faite des autres usages de l'énergie à bord,
  • la vitesse surface, s'il y a un loch bien étalonné, ou la vitesse GPS corrigée par des indications sur la force et la direction du courant par rapport au cap du bateau.

Le logiciel se contente d'afficher une préconisation de pas, que le patron aura toujours le choix d'appliquer ou non.

La simulation représentée en figure 1 a été réalisée sur le simulateur du Centre Européen de Formation Maritime (CEFCM) de Lorient. Cette figure donne les variations de CpM, en ordonnée, en fonction du pas de l'hélice, représenté en abscisse dans six cas : 0 (100%), 1 (95%), 2 (90%), 3 (85%), 4 (80%) et 5 (75%). Il y a un vent de face de 3 Beaufort et le régime est fixé à 450 tours/mn.

Fig. 1. Évolution de CpM à 450 tr/mn et avec un vent de force 3, en fonction du pas de l'hélice. On constate l'existence d'un pas optimum.

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