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  Les propulseur électrique pour bateau :

  Nous vous proposons une information didactique sur les moteurs électriques dédiés à la propulsion des petites et moyennes embarcations. Ces pages se diviseront en 3 parties dans lesquelles nous aborderons quelques aspects théoriques et pratiques. A l'origine de ces pages : Vos très nombreuses questions...
Nous espérons que la lecture de ces pages vous apportera les réponses techniques attendues et vous aidera dans le choix de votre propulseur...
  1°) Poussée, Force oui mais en chevaux :

Pour info :
La question qui nous est le plus souvent posée concerne le comparatif entre CV et kilos force ou Lbf (livres) qui sont généralement données par les contructeurs (suite à la prise de mesures statiques) de propulseurs électriques... Mais avant de passer aux résultats, peut-on vraiment comparer ces valeurs de puissance ? "Non" et ce, d'autant plus que l'on est amené à comparer des petits moteurs thermiques de 2,5/3 CV à des propulseurs électriques 25/35 KgF. Pourquoi ?

a) Les petits moteurs thermiques ont un rendement qui dépasse à peine les 50% alors que les propulseurs électriques ont des rendements de 70% et +, c'est à dire que pour le même nombre de chevaux à l'hélice, il faudra au moteur thermique le double de puissance à la sortie de son villebrequin, le reste partant en pertes...

b) Autre phénomène important, les petits moteurs thermiques sont généralement équipés d'hélices médiocres ayant une plage de fonctionnement allant de 900 à 3000 T/min autant dire très large, donc on "mouline" dur, alors que les propulseurs électriques ont une plage de fonctionnement restreinte allant de 0 à environ 1600 T/min, ce qui a permis aux constructeurs d'optimiser les diamètres et les pas (sans compter les formes et surfaces) afin d'obtenir les meilleurs rendements possibles/moteurs...

c) Mais les petits moteurs thermiques ont des puissances données à l'hélice qui dépassent largement les puissances données par les contructeurs de moteurs électriques.... Alors ??????

Conclusion => Attention de ne pas faire cette comparaison car :
on ne peut pas comparer une poussée dynamique et une puissance délivrée...

  2°) La théorie :

a) La première formule étant issue directement du système anglo-saxon, elle est utile pour traduire directement une poussée donnée en Lbf (livres force) en CV...

  1 CV = 550 ft x Lbf/s
avec ft= pieds (rappel 1 pied=0,308 m) ; Lbf= livres de poussée ; s en seconde

b) En unité SI
Nous allons prendre l'exemple d'un propulseur de puissance donnée moyenne 25 KgF (~55 Lbf)
Nous considérerons les trois équivalences suivantes pour notre calcul :

- 1 KgF(kilogramme Force) = 9,806 N (Newton) donc 1 N = 0,1019 KgF
- 1 N = 1 J/m ( joules / mètre)
- 1 N = 1 W/s/m (en watt / seconde / mètre)
- 1 CV = 735,49 W (en watt)

Ceci posé, on détermine donc que :

  1 kgF = 1/(735,49x0,1019) CV (*) soit => 1,334 10-² CV (0,01334)

Reprenons notre valeur de départ qui était de 25 KgF, sa valeur en CV à l'hélice va donc être égale à :

25 x 1/(735,49x0,1019) = 0,334 CV de poussée mesurée à l'hélice

c) La puissance nominale moteur :
Si l'on veut toujours comparer nos 2 petits propulseurs, électrique et thermique,il faut prendre un autre élément en compte : la puissance réelle développée par le moteur et transmise à l'hélice. Prenons un moteur thermique de 2,5 CV à l'hélice, sa puissance en kW va donc être de 1,838 kW ...Notre moteur électrique, lui, va avoir une puissance absorbée égale à P=UxI (U étant la tension exprimée en Volts et I l'intensité en Amp), si l'on néglige les pertes électriques annexes : joules, hystérésis, pertes mécaniques, etc, etc. Si l'on reprend l'exemple de notre moteur de moyenne poussée (25 KgF) son ampérage maxi. donné par le constructeur étant de 50 Amp et sa tension nominale de 12 volts on aura donc une puissance de P=50x12 => 600 Watt soit 0,6 KW soit donc 0,804 CV de puissance !!!

Cette démonstration montre bien qu'il ne faut pas confondre puissance nominale moteur et poussée à l'hélice, de plus elle nous montre bien que la formule ci-dessus n'est pas réversible (*)...

  3°) Puissance Nominale/Puissance à l'hélice :

Ci-dessus nous avons évoqué la puissance nominale du propulseur électrique qui est donnée par la formule P=UxI mais quelle est la réelle valeur de la puissance à l'hélice (PH) ? C'est la résultante de la puissance nominale multipliée par le rendement (Rd) à savoir PH=PxRd. Le rendement d'un moteur électrique à courant continu est de l'ordre de 70 à 85%, pourquoi ? Il y a 3 types de pertes pour ce type de moteur :
- La perte Joule : elle est déterminée par la formule P=RI² elle correspond à une puissance dissipée par l'échauffement du moteur lors de son fonctionnement. De plus, si la température augmente, la résistivité (résistance) des matériaux conducteurs, tel le cuivre, augmente, c'est donc une perte importante qu'il faut bien contrôler par une ventilation forcée du moteur...
- Les pertes mécaniques : elles sont dues principalement aux frottements => Charbons sur le rotor, roulements amont et aval et dans le cas de notre propulseur de bateaux, les bagues d'étanchéité du moteur, dont le stator est aussi l'arbre porte hélice...
- Les pertes magnétiques (ou pertes "fer") : Elles sont dues à l’hystérésis (champ rémanent) et aux courants de Foucault (courant induit dans le fer)...

Dans notre exemple pris ci-dessus, pour un propulseur d'une puissance nominale de 600 W, la puissance à l'hélice sera donc d'environ PH= 600 x 0,7 = 420 W soit 0,57 CV

  4°) Vitesse théorique/Vitesse réelle :

A lire avant SVP : notre page Propulsion

La vitesse théorique d'un bateau est donc assimilée à cette formule : Vitesse théorique de l'hélice moins le glissement, à savoir la vitesse théorique (ou distance parcourue) de l'hélice est égale au PAS x Nombre de T/min... Si nous reprenons le cas du propulseur de 55 Lbs (25 KgF pour 600 W) cité ci-dessus, s'il possède une hélice de 4 pouces, soit 101,6 mm de Pas, sa vitesse théorique va être donc de :

Vt_Elec = 0,1016 M x 1600 soit 162,56 M/min soit 9,75 Km/h ou 5,26 Nds...

Faisons le même calcul avec un petit moteur 4T du commerce ayant une puissance de 2,3 CV à l'hélice, pour un nombre de tours au moteur maximum de 5000 T/min, un rapport d'embase de 1/2,42 et équipé d'une hélice standard de : 4-3/4 de pouces soit 120,65 mm de pas. Le nombre de tours maximum à l'hélice est de 5000 T/min / 2,42 soit 2066 T/min. Si l'on multiplie le nombre de tours par la distance parcourue en 1 Tour (définition du Pas), alors la vitesse théorique sera de :

Vt_4T = 0,12065 x 2066 = 249,26 M/min soit 14,95 Km/h soit 8,07 Nds en vitesse théorique...

On aura donc une différence de
vitesse théorique entre ces 2 propulseurs d'environ 35 %, pour une puissance 2,8 fois plus importante (Rappel : 1CV étant égal à 735,49 watts, un moteur de 2,3 CV développe une puissance de 23 x 735,49 = 1691 Watts).

Attention n'oublions que cette démonstration se base sur des vitesses théoriques, en ignorant les pertes de transmission, et qu'il faut ajouter à notre formule le glissement pour obtenir la vitesse réelle du bateau, et là, suivant les qualités marines de votre embarcation, le glissement peut varier entre 15 à 50% !!!! Votre vitesse réelle en sera donc d'autant diminuée...
Voir pages suivantes : Notions électriques
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