La propulsion trochoïdale

 

ADV Propulse développe une propulsion trochoïdale biomimétique à axe vertical, conçue pour orienter directement la poussée sur 360° tout en conservant des capacités de navigation à vitesse élevée

Comment ça fonctionne ?

Une cinématique différente des propulsions conventionnelles

Hélice conventionnelle

Rotation de l'hélice → poussée principalement axiale → gouvernail ou orientation pour assurer la direction en complément de la poussée de l'hélice

Cycloïdal - type Voith Schneider

Rotor à axe vertical → oscillation des pales avec forte incidence → forte poussée orientable + très forte manœuvrabilité, notamment à basse vitesse

Crédit photo : Voith Schneider

Trochoïdal - ADV Propulse

Rotor à axe vertical → oscillation des pales à faible incidence → poussée orientable + forte manœuvrabilité avec fonctionnement à vitesse d'avance élevée

Un rotor vertical, des pales orientables, une poussée maîtrisée

À la différence d’une hélice classique, le propulseur trochoïdal ADV fonctionne autour d’un axe vertical. Plusieurs pales sont réparties autour d’un rotor central, qui les entraîne dans sa rotation.

Mais les pales ne se contentent pas de tourner : elles oscillent en continu autour de leur propre axe pendant toute la rotation du rotor. Leur orientation évolue donc en permanence en fonction de leur position dans le cycle. Cette cinématique spécifique permet de maintenir les pales dans une interaction favorable avec l’écoulement de l’eau et de générer la poussée.

Une double action : produire et orienter la poussée

La vitesse de rotation du rotor détermine notamment le niveau de poussée et de puissance disponible. En parallèle, l’orientation des pales détermine la direction dans laquelle cette poussée est générée.

En faisant évoluer la cinématique des pales, le propulseur peut ainsi modifier en permanence le vecteur de poussée, permettant une orientation sur 360°. Le système peut donc à la fois propulser le navire et participer directement à son pilotage.

Le rotor fournit le mouvement, les pales génèrent la poussée et leur orientation en détermine la direction.

C’est cette combinaison entre rotation du rotor et oscillation continue des pales qui constitue le principe fondamental de la propulsion trochoïdale ADV.

Une propulsion inspirée du vivant

ADV adopte une approche biomimétique en s’inspirant du mouvement naturel des animaux marins pour repenser la propulsion. À l’image des poissons et des requins qui utilisent leur nageoire caudale pour se déplacer efficacement, les pales ADV reproduisent un mouvement oscillatoire similaire pour générer et orienter la poussée. Une mécanique inspirée du vivant, au service d’une propulsion nouvelle génération.

Les avantages de la propulsion trochoïdale ADV Propulse

01

Manœuvrabilité exceptionnelle

Un contrôle total dans toutes les situations. La poussée orientable à 360° permet de contrôler précisément le navire quelle que soit la vitesse : rotation sur place, déplacements latéraux, marche avant-arrière quasi instantanée, maintien de position et manœuvres de docking facilitées.

02

Rendement énergétique optimisé

La propulsion trochoïdale optimise l’utilisation de l’énergie embarquée et peut améliorer le rendement jusqu’à 25 % selon les applications. Un gain qui se traduit par une consommation réduite ou une autonomie accrue suivant le besoin, tout en maintenant la performance.

03

Faible signature acoustique

La cinématique spécifique du propulseur et la faible vitesse de rotation des pales retardent l’apparition de la cavitation et limitent les vibrations et les émissions acoustiques. Une caractéristique particulièrement adaptée aux applications nécessitant discrétion ou confort.

04

Sécurité renforcée

Une propulsion conçue pour protéger les personnes et l’environnement. La faible vitesse de rotation du propulseur et son architecture spécifique réduisent les risques liés aux éléments tournants. Cette conception contribue à limiter les interactions dangereuses avec les personnes, les écosystèmes marins ; et réduit également le risque d'enchevêtrement.

05

Architecture simple et compacte

Avec une architecture mécanique compacte et robuste qui garantie sa fiabilité, le système s'intègre facilement sur un navire et permet aussi de limiter le nombre d'équipements auxiliaires nécessaires, agissant à la fois comme propulseur et direction du navire.

06

Adaptabilité énergétique

Une propulsion compatible avec les motorisations d’aujourd’hui et de demain. Le système peut s’intégrer à différentes chaînes de propulsion, thermiques, électriques ou hybrides. Cette flexibilité permet d’adapter la solution aux besoins du navire et d’accompagner progressivement la transition énergétique des flottes.

Le verrou technologique

Le trochoïdal est théorisé depuis plus de 50 ans.
Le défi était de le rendre réellement industriel.

La propulsion trochoïdale n’est pas née avec ADV. Ses fondements théoriques sont étudiés depuis 1963 aux Etats-Unis, et ses performances potentielles sont identifiées depuis plusieurs décennies. Sur le papier, son architecture présente des caractéristiques particulièrement intéressantes : poussée orientable, forte manœuvrabilité, rendement potentiel élevé et faible vitesse de rotation. Mais entre une cinématique théorique et un propulseur réellement exploitable, le verrou est majeur. Pour fonctionner, chaque pale doit modifier en permanence son orientation tout au long de sa rotation, tout en restant parfaitement synchronisée avec les autres. Le mécanisme doit supporter des efforts importants, fonctionner pendant des milliers d’heures et résister aux contraintes d’un environnement marin exigeant. La précision de cette synchronisation est déterminante pour éviter pertes de performance, efforts mécaniques excessifs et usure prématurée. Pendant des décennies, cette complexité mécanique a limité l’industrialisation de la propulsion trochoïdale : le principe était connu, mais sa mise en œuvre restait extrêmement difficile.

Trois défis à résoudre

 

PRÉCISION
Chaque pale doit suivre une cinématique parfaitement maîtrisée pour produire la poussée recherchée.

SYNCHRONISATION
Les mouvements des différentes pales doivent rester coordonnés en permanence, quelle que soit la vitesse de rotation.

ROBUSTESSE
Le mécanisme doit supporter les efforts, les cycles répétés et les contraintes spécifiques du milieu marin.

L'innovation d'Arnaud Curutchet

Une réponse venue de 2 000 ans d’histoire mécanique

C’est face à ce verrou qu’Arnaud Curutchet, fondateur d’ADV Propulse, a choisi une voie radicalement différente : plutôt que de multiplier les actionneurs et les systèmes de commande, il s’est inspiré d’une architecture mécanique vieille de plus de deux millénaires.

 

La Machine d’Anticythère

Découverte en 1901 et attribuée couramment à Archimède, la Machine d’Anticythère est considérée comme le plus ancien calculateur mécanique connu. Son architecture utilise des engrenages pour transformer un mouvement de rotation simple en une succession de mouvements complexes, synchronisés avec une remarquable précision. C’est cette logique mécanique qui a inspiré le développement d’ADV. L’enjeu n’était pas de reproduire la machine antique, mais de reprendre son principe fondamental : transformer un mouvement simple en plusieurs mouvements complexes et parfaitement coordonnés, grâce à une mécanique maîtrisée. ADV a ainsi développé une architecture mécanique originale permettant de contrôler en permanence l’orientation des pales du rotor trochoïdal, tout en recherchant une solution synchronisée, compacte, robuste et compatible avec une utilisation intensive en environnement marin. Ce système est breveté.

 

C’est là que se situe la rupture technologique et l’innovation d’ADV : rendre mécaniquement réalisable une cinématique trochoïdale longtemps restée difficile à industrialiser.

L'exclusivité ADV

Une première mondiale : une architecture trochoïdale à actuation mécanique

Là où certaines architectures envisagent un actionnement électrique pale par pale, ADV a développé une cinématique mécanique permettant de synchroniser directement les pales à partir de la rotation du rotor. Cette approche permet de réduire le nombre d’actionneurs et l’électronique embarquée, tout en simplifiant l’architecture globale du propulseur et son intégration.

Une mécanique simplifiée pour une technologie plus compacte, robuste et directement maîtrisée.

Une technologie éprouvée par des acteurs de référence

La technologie ADV a été développée et évaluée aux côtés d’acteurs majeurs de l’industrie navale, de la défense et de la recherche. Des essais en bassin aux expérimentations en conditions réelles, ces collaborations ont permis de confronter la propulsion trochoïdale à des protocoles d’essais exigeants et d’en mesurer les performances en matière de propulsion, de manœuvrabilité et d’acoustique.

ATMA - 2020 - Évaluation des performances propulsives

Essais en bassin de carène et simulations CFD d’un propulseur ADV intégré sur une carène de frégate. L’étude a permis d’évaluer le fonctionnement en autopropulsion, l’influence des réglages et les besoins en puissance par rapport à une propulsion conventionnelle. Résultats : Validation des calculs CFD par les essais en bassin. Potentiel de réduction de puissance d’environ 18 %, en combinant amélioration du rendement propulsif et suppression de la ligne d’arbre et des gouvernails.

TROCHOPROP - 2023 - Démonstrateur électrique en conditions réelles

Expérimentation menée par le CEPN avec ADV Propulse sur un semi-rigide électrique équipé de deux propulseurs de 15 kW. Les essais ont porté sur la consommation, la manœuvrabilité, la vitesse et l’acoustique. Résultats : 17 nœuds à 30 kW. +14 % de gain de consommation à 15 nœuds par rapport à une propulsion électrique à hélice comparable. Propulsion omnidirectionnelle et excellente réactivité. Meilleurs résultats acoustiques jusqu’à 6 nœuds dans les conditions de l’essai.

SATURN - 2023 - Propulsion, rendement et signature acoustique

Dans le cadre du programme européen SATURN, la propulsion trochoïdale ADV a été étudiée à l’échelle d’une maquette de ferry de 7,5m, avec essais expérimentaux et modélisations numériques portant sur l’efficacité propulsive et le bruit sous-marin rayonné. Résultats : Confirmation d’un potentiel d’efficacité supérieur à une propulsion conventionnelle. Bonne corrélation entre les prédictions numériques et les mesures expérimentales. Confirmation d'une très faible signature acoustique.

Et développée par étapes

FAQ

Questions fréquemment posées et réponses

Le terme fait référence à la trajectoire particulière associée au mouvement des éléments du système.

La trajectoire d’un point lié au mouvement combiné du rotor et du mécanisme de variation des pales peut prendre une forme trochoïdale.

Les deux technologies appartiennent à la famille des propulsions à axe vertical et utilisent des pales à incidence variable. Le Voith Schneider est un propulseur à axe vertical de type cycloïdal. Ses pales tournent autour du rotor tout en variant continuellement leur incidence, ce qui lui confère une grande manœuvrabilité à basse vitesse.

Le propulseur ADV repose sur une cinématique trochoïdale. La différence se situe dans le rapport entre la vitesse d’avance du navire et la vitesse tangentielle des pales : le fonctionnement cycloïdal est associé à un rapport d’avance inférieur à 1, tandis que le régime trochoïdal fonctionne avec un rapport supérieur à 1. Cette configuration conserve les mêmes atouts mais ouvre le fonctionnement à des vitesses de navigation plus élevées.

Ainsi, le Voith Schneider est particulièrement adapté aux navires privilégiant la poussée et la manœuvrabilité à basse vitesse, tandis que le propulseur ADV est conçu pour conserver les possibilités de vectorisation d’une propulsion à axe vertical tout en permettant une navigation rapide.

Un propulseur azimutal utilise généralement une hélice classique montée sur une unité orientable. Pour modifier la direction de la poussée, l’ensemble du groupe propulsif pivote autour d’un axe vertical. Cette architecture implique des mécanismes d’orientation, des contraintes d’intégration et des éléments mécaniques mobiles supplémentaires.

Avec la propulsion trochoïdale ADV, le principe est différent : le rotor reste fixe dans son orientation et ce sont les pales, grâce à leur cinématique spécifique, qui orientent directement la poussée. La vectorisation est ainsi intégrée au fonctionnement même du propulseur.

Autrement dit, avec un propulseur azimutal, on oriente le propulseur pour orienter la poussée ; avec ADV Propulse, on agit directement sur la cinématique des pales pour orienter la poussée. Cette différence d’architecture permet à ADV de proposer une approche de la propulsion qui associe contrôle, performance, discrétion et simplicité mécanique.

Certaines architectures récentes, comme ABB Dynafin, utilisent un système électrique et électronique permettant de contrôler individuellement l’incidence de chaque pale. Cette approche offre une grande liberté de pilotage, mais implique également davantage de moteurs, capteurs, variateurs, câblages et systèmes de commande au sein du propulseur.

ADV adopte une approche différente : la cinématique des pales est générée mécaniquement, directement à partir de la rotation du rotor via une technologie brevetée. Il n’est donc pas nécessaire d’équiper chaque pale d’un actionneur et de son électronique de commande. Cette architecture simplifie fortement le système, en limitant le nombre de composants actifs et d’interfaces électriques mobiles, tout en assurant une synchronisation mécanique précise des pales.

La mécanique devient ainsi elle-même le système de synchronisation du propulseur, avec une architecture plus simple, robuste et plus facile à maintenir.

La configuration dépend du produit et de l’application.

L’architecture ADV peut être développée pour différentes configurations d’intégration et existe déjà en modèle inboard comme hors-bord. 

Dans une configuration adaptée, oui.

La propulsion étant elle-même capable d’orienter la poussée, un gouvernail traditionnel peut devenir inutile pour assurer la direction du navire. Cela peut également permettre de simplifier l’architecture hydrodynamique sous la coque.

Les essais réalisés par ADV ont démontré jusqu’à 25 % d’amélioration du rendement selon les configurations testées, avec des résultats corroborés dans le cadre de travaux menés avec des organismes et partenaires techniques. Cela dépend évidemment de chaque navire, pour la plupart des bateaux le gain sera compris entre 15 et 22%. 

Le gain repose à la fois sur l’efficacité propre du propulseur et sur l’architecture globale du système. La propulsion ADV assure directement la direction du navire, ce qui peut permettre de supprimer certains appendices, notamment le gouvernail, et ainsi réduire la traînée et les pertes hydrodynamiques associées. La simplification de la chaîne propulsive contribue également à améliorer l’efficacité globale.