Bonjour,
Tout d’abord, merci @Cali pour tes remarques qui sont utiles. Tu me pousses à voir moins gros pour mon TIPE (voir la suite si tu as la foi) et ça me déstresse un peu… beaucoup. Laisse-moi quand même répondre à certaines de tes remarques.
Le fait que je sois incapable de trouver la forme d’hélice parfaite est ce qui me pousse à renoncer à la partie 1. C’est vrai que la perfection n’est déjà pas la même entre un pétrolier ou un yacht (quel mot horrible à écrire). Les simulations informatiques sont aussi à oublier. Avec le recul, je ne m’en sens vraiment pas capable. ^^’ de plus, il existe un logiciel pour ça : Héliciel. Mais il n’est sûrement pas vendu 300€ pour rien…
En fin de compte, sachant cela, je ne me sens même pas capable de toucher à la courbure des pales, donc je ne vais pas retenir ton idée de proposition d’amélioration des hélices existantes. Pas par ce biais là en tout cas, c’est très certainement au-dessus de mon niveau.
Pour ce qui est du biomimétisme, je ne compte pas aller bien loin, je propose une idée, je vois ce qu’elle donne, j’en déduit elle mérite que des gens plus qualifiés que moi se penchent sérieusement dessus pour l’améliorer. Après tout, en tant que taupin, je ne m’attends pas révolutionner l’industrie. ^^’ A vrai dire, je pense, même si je n’ai pas trouvé l’information, que des recherches ont déjà été faites sur le sujet, et s’il n’y aucune application industrielle, c’est sûrement à cause des coûts de fabrication. Mon idée est bête, changer le bord des pales pour qu’elles ressemblent aux nageoires pectorales des animaux. Voici l’exemple qui m’a donné l’idée : Une pale d’éolienne inspiré des nageoires pectorales de la baleine. Il n’y a pas de courbes incroyablement extraordinaires, juste le bord qui n’est pas une courbe quasi-rectiligne.
Bref…
J’ai fait des recherches sur les hélices commerciales. J’ai appris que les hélices utilisées pour la vitesse ont souvent 3 pales. Les hélices avec plus de pales (4 à 7) sont utilisées pour des applications professionnelles (pétroliers, cargos, remorqueurs) : je cite ce que j’ai lu et qui fera l’objet d’une question : « Une hélice à quatre pales offre davantage de poussée et de souplesse, au détriment de la vitesse. »
J’ai donc ici une première problématique à laquelle répondre.
Deuxième chose que j’ai trouvé, l’importance du diamètre de l’hélice. Plus celui-ci est important, plus le couple moteur nécessaire est important. Basique, mais pourtant je n’y avais pas pensé. On peut me piéger avec cette question à l’oral. 
Cela fait donc une deuxième problématique qui doit être résolu avant de faire des expériences.
Je pense que ces 2 problématique trouveraient une solution facilement si je m’arrêtais sur un type de bateau particulier. En restant dans un cadre professionnel, je pense que le bateau de pêche serait le mieux à étudier, car assez simple à modéliser en 3D par rapport à un pétrolier ou à un navire de croisière. Je pense qu’un professionnel pourrait m’aider ici. J’habite sur la côte nord de la bretagne, je devrais pouvoir en dénicher un. Et ça me fera une référence à mettre dans ma fiche synoptique. Celui-ci pourrait aussi me confirmer mon idée du fonctionnement d’une hélice, et m’informer sur la raison de la forme si particulière des hélices.
Bon, partons sur l’hypothèse que j’ai trouvé un professionnel, et qu’il m’a aidé à m’arrêter sur un modèle de bateau et une hélice en particulier (nombre de pales, forme, diamètre, pas…). Voici un nouveau plan de travail, beaucoup plus léger, suivant toujours la même présentation.
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[*][b][i]PARTIE 1 : BIOMIMETISME[/b][/i] (Dans cette partie, je veux créer des hélices s’inspirant du monde animal, en modifiant l’hélice conseillée par le professionnel (R)/ Méthodes multiples / 18 heures au total.)
[list=1][]Faire des recherches sur les animaux marins les plus rapides. Idée de critère : à pleine vitesse, l’animal doit avoir une quantité de mouvement supérieure à celle du bateau de référence en norme. [list=][]Je veux une liste réduite d’animaux rapide, afin d’étudier leurs nageoires pectorales. [] Google [] 5 Heures de recherche. (Possibilité de référence bibliographique) [/list]
[*] Modéliser en 3D l’hélice R.[list=][*]Etape inutile seule, elle est là pour simplifier mon travail par la suite.[*]Solidworks. Nommer le fichier R et l’enregistrer. Ne jamais modifier ce fichier. En faire des copies ailleurs par prudence. [*]5 heures pour une modélisation sans défauts. [/list]
[*] Pour chaque animal sélectionné, modifier les contours des pales pour qu’ils correspondent aux nageoires pectorales des animaux sélectionnés. [list=][*]encore une fois étape inutile seule mais importante pour la suite.[*]SolidWorks, penser à faire enregistrer sous.[*] 2-3 heures. Il s’agit d’une simple modification d’un fichier existant[/list]
[*]imprimer chacune des hélices dans une taille «raisonnable » (taille à définir, pour limiter le nombre de bobines de plastique à utiliser). Les faires imprimer dans le plastique le plus léger possible. (Problématique du poids) [list=][*] Etape intermédiaire pour avoir de quoi faire des mesures physiques. [*] Imprimante 3D [*]Temps d’impression inconnu mais ne requiert aucune action de ma part.[/list]
[*]Faire des recherches sur les revêtements de bateau, ou autre revêtements [list=][*] Les coques de bateau sont recouverte d’un revêtement, Il peut être utilisé pour protéger la coque de l’usure naturelle ou pour améliore les performances en augmentant le η de la coque, ce qui diminue la viscosité et réduit la zone limite. Appliqué sur l’hélice, les performances pourraient être améliorées sans conditions sur le matériau (CONJECTURE 1). Il reste donc comme contrainte pour le matériau de l’hélice, dans l’ordre d’importance pour moi, sa masse volumique, sa résistance, son prix. [*] Google [*]5 heures de recherches. [/list][/list]
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[*][b][i]PARTIE 2 : PRATIQUE[/b][/i] (Dans cette partie, je vais faire des mesures physique sur les hélices. Elles se feront dans l’air dans un premier temps. Ce fluide étant moins visqueux que l’eau, il faudra faire attention au moment de conclure. Ici, le moteur n’est pas une variable. Il faut en choisir un avec un couple moteur assez important. / Méthodes multiples / 19 heures au total.)
[list=1]
[]Fabriquer un caisson en bois dans une taille adaptée aux hélices, séparés en 2 compartiments par une paroi avec un trou faisant parfaitement la taille de l’hélice. Il y a un écart d’épaisseur µ à choisir entre cette paroi et les parois du caisson. Le compartiment où l’air est aspiré doit disposer d’un entonnoir dont le plus petit côté est vers l’hélice. L’insonoriser à l’aide de boites d’œufs (CONJECTURE 2 : Les boîtes d’œufs sont un bon isolant sonore), y fixer le moteur électrique avec un axe adapté aux hélices, une alimentation, et un micro. Faire tourner le moteur, sans hélices, et mesurer et enregistrer les décibels. Le moteur doit tourner selon un profil de puissances définie préalablement. [list=] [] Cette enceinte servira pour les expériences à venir. La mesure du nombre de decibels sera faite en utilisant le micro de mon casque d’ordinateur (ASUS ROG Delta Core, offert cet été et jamais utilisé, donc aucune usure si cela a son importance) branché à mon ordinateur. [] Bricolage [] 10 Heures pour faire ça proprement. [/list]
[*][u][i]EXPERIENCE N°1 : LE SON[/u][/i] Placer une hélice dans le caisson, à l’emplacement prévu à cet effet. Faire tourner le moteur selon le profil défini plus tôt. Enregistrer les décibels émis par le moteur et l’hélice. Réitérer pour chaque hélice et pour chaque revêtement. (CONJECTURE 3 : les comparaisons de bruit effectuées dans ces conditions seront toujours vraies dans l’eau) [list=][*]Premières données pour comparer les hélices : le bruit[*]Utiliser le caisson crée préalablement.[*]Il n’y aura pas un nombre incroyable d’hélice. 3 heures pour toute les tester, cela semble cohérent. [/list]
[*][u][i]EXPERIENCE N°2 : LA VITESSE[/u][/i] La vitesse de rotation est proportionnelle au débit volumique de fluide déplacé. (CONJECTURE 4). Placer une hélice dans l’emplacement prévu à cet effet. Dans le compartiment où est aspiré l’air, placer une grande quantité de billes en polystyrène de diamètre supérieur à µ. Faire tourner le moteur à pleine puissance pendant 60 secondes, puis le stopper (PWM : 100% 0%). Si toutes les billes sont passées de l’autre côté, l’expérience est invalide. Recommencer avec un plus grand nombre de billes. Peser les billes étant passées de l’autre côté. Réitérer 5 fois et faire la moyenne des masses mesurées. Le débit de fluide est proportionnel au nombre de billes qui sont passées d’un côté à l’autre, ce nombre est fonction affine du poids. Si on réitère pour chaque hélice et chaque revêtement, on saura laquelle est la plus rapide grâce à la conjecture 4. (On ne connaîtra pas la vitesse exact). [list=][*]Premières données pour comparer les hélices : le bruit[*]Utiliser le caisson crée préalablement.[*]Il n’y aura pas un nombre incroyable d’hélice. 3 heures pour toute les tester, cela semble cohérent. [/list]
[*] CONCLUSION : CONJECTURE 5 : Si, avec le moteur à pleine puissance, une hélice A tourne plus vite qu’une hélice B, alors à une vitesse V donnée inférieur au max des 2 hélices, le moteur aura besoin de fournir moins de puissance à A qu’à B. L’hélice A est donc plus rentable énergétiquement que l’hélice B. [list=][*] On a donc des données sur les 2 critères de notre problématique (énergie puis poids). On peut conclure. [*] Analyse de données statistiques [*] 3 heures. [/list] [/list]
[*][u][b][i]PARTIE 3 : ALLER PLUS LOIN[/u][/b][/i] (Je compte dans cette partie faire des choses pas nécessaires pour apporter une réponse à la problématique, mais qui peuvent affiner la réponse, ou simplement être intéressant. / Méthodes multiples / au moins 5 heures.)
[list=1][*]INDISPENSABLE : Montrer que les conjectures effectuées durant les 2 parties sont juste. [list=][*]M’assurer de ne pas raconter n’importe quoi [*] Calcul [*] temps inconnu. Sûrement moins de 8 heures [/list]
[*] Avec l’hélice (ou les) qui est (sont) désignée(s) comme la meilleur option pendant notre conclusion, essayer de simuler des conditions réelles de navigation. Idées en vrac : Dans une piscine, simuler une mer agitée en utilisant des nageurs pour faire des remous, faire des parcours aléatoires (idéalement, ajouter un système de contrôle à distance et une caméra. Le microcontrôleur en est capable, mais moi, pas forcément), ajouter du poids. La batterie devra être pleine. Faire de même avec R(ρ). [list=] [*]mesurer le… remplissage ? la charge ?? de la batterie, pour avoir une idée de la consommation réelle en utilisation, pour être sûr d’avoir un réel gain énergétique. [*] Expérience avec les outils mis au point plus hauts[*]5 heures si je prends mon temps pour ne rien casser. [/list][/list][/list]
J’abandonne donc l’idée des hélices contrarotatives, ça m’a l’air d’être bien plus compliqué et je n’ai pas de moteur adapté sous la main.
On est sur un total d’au moins 42 heures, avec les démonstrations à faire, je pense que 50 heures au total me seront nécessaires, soit 10 semaines avec mon emploi du temps. J’en prendrai sûrement moins car j’ai essayé de surestimer le nombre d’heures à passer. Quoiqu’il en soit, à noël, tout, PowerPoint compris, devrait être bouclé.
Tout cela ne m’enlève pourtant pas toutes mes questions. Je me permets d’en remettre ici la liste mise à jour :
[list=1]
[*]
[*][u]Mon idée du fonctionnement d’une hélice est-elle juste ?
[/u][i]Question idiote, mais ce serait idiot de partir avec des idées fausses.[/i]
[*][u]Pouvez-vous me conseilliez des références bibliographiques, qui peuvent être utiles de près ou de loin ?
[/u][i] Vous l’avez compris, je n’ai aucune référence viable. J’ai l’intention de faire plusieurs passages à Paris cette année, le prochain étant pour la toussaint. Je vais donc squatter Mitterrand. Pour les connaisseurs, (ou alors les âmes charitables ou les rats de bibliothèque comme quoi qui on 5 minutes à perdre). Cela me servira de point de départ pour ma recherches bibliographiques. Comme je n’ai aucun problème à rester des journées entières enfermé dans une bibliothèque, le nombre de références que vous me suggèrerai n’est pas un problème. Au contraire, je regarderai tout un par un et choisirai ce qui m’intéresse le plus dans tout ça. Il y a 10 références à choisir au maximum, il me faudra forcément les lires pour être rigoureux dans ma sélection, mais « Wikipédia m’apprend que… » ça ne va pas le faire. :P [/i]
[*][u]Les papiers que j’ai trouvés sont vieux, plus de 10 ans. Est-ce trop vieux pour rentrer dans mon TIPE comme point de départ ? [/u][i]
Je sais qu’à l’échelle d’internet, c’est une éternité, mais là, aucune idée.[/i]
[*][u]Que changeriez-vous à mon plan ?
[/u][i] des ajouts d’expériences ? D’étapes ? Des suppressions ? Ces suggestions d’expérience ne doivent pas nécessiter de matériel particulier. Comme vous avez pu le lire, je compte travailler avec beaucoup de récup, surtout les moyens du bord. Les seules dépenses que j’aurai à faire seront pour les bobines pour l’imprimante 3D et les éventuels revêtements s’ils ne sont pas trop chers. [/i]
[*][u]Puis-je citer « C’est Pas Sorcier » dans mes références s’il me reste un emplacement vide ?
[/u][i] Ce n’est pas forcément le mieux car c’est de la vulgarisation, mais cette vulgarisation est utile et nécessaire, je pourrais détailler longtemps pourquoi. Je me pose cette question car j’ai des exemples de fiche synoptique ou cette émission est utilisée comme référence. [/i]
[*][u]Est-ce judicieux de faire une présentation web de mon TIPE ?
[/u][i] livrables, pages qui servent de diapo pour la présentation… ça me servirai aussi de cahier de laboratoire. [/i]
[*][u]Est-il nécessaire d’utiliser un micro particulier pour la mesure des décibels ?
[/u][i] Voyez-vous, j’utilise actuellement un autre casque pour mon PC, qui fonctionne encore très bien. Cela m’embêterait donc de déballer l’ASUS dès maintenant. Après il est quand même beaucoup moins cher que l’ASUS (KLIM Impact si quelqu’un connaît. 40€ au lieu de 80€ pour l’ASUS d’après Amazon.) La différence de prix peut-elle se faire ressentir sur la mesure ?[/i]
[/list]
Voilà, en fin de compte les mêmes questions, avec certaines qui ont été supprimées, mais celles qui restent sont toujours aussi importantes.
Merci d’avance pour vos retours,
Cordialement,
Franck
Moi je ne vois aucun point qui, individuellement, sera compliqué… A part le caisson en bois peut-être..;