L'effet Juan
18 février 2009
A travers une hélice passe un débit-masse Q, en kilos par seconde. Si l'hélice assure une force de propulsion c'est qu'elle accélère le fluide au passage. La force de propulsion, transmise à l'arbre, est alors
Q ( V2 - V1 )
la quantité entre parenthèses représentant le gain de vitesse.
C'est ainsi, que l'hélice brasse un gaz ou un liquide. Il existe cependant une différence importante entre ces deux milieux. Les liquides sont beaucoup plus visqueux que les gaz. Le mot viscosité parle peu à l'homme de la rue. Pour lui, ce qui est visqueux est " collant ". Pour un mécanicien des fluides un fluide visqueux est un fluide qui, circulant à une vitesse V et avec une masse volumique ro produira une force de friction plus importante. C'est cette viscosité importante de l'eau qui limite la vitesse des torpilles conventionnelles à cent - cent vingt kilomètres à l'heure. Au delà, la puissance à fournir pour les faire évoluer plus vite deviendrait prohibitive.
Petite parenthèse : comment fonctionnent les torpilles " hypervéloces " ?
On se débrouille pour les faire évoluer, non au contact de l'eau mais de vapeur d'eau, laquelle est créée au nez de l'engin par injection d'un gaz produit par une fusée. C'est le cas des torpille Shqwal russes, adoptées par les Chinois, lesquelles ont transmis cette technologie aux Iraniens. J'avais signalé cela dans mon livre " OVNIS et armes secrètes américaines " dès 2003 ( Albin Michel ). L'équivalent américain est la torpille " Supercav ". Cav, pour cavitation. La cavitation est ce qui se produit naturellement quand une hélice crée une dépression suffisante pour que l'eau se vaporise ( quand la valeur locale de la pression tombe en dessous de " la tension de vapeur saturante " ). C'est ce qui avait amené le journaliste Larousserie à écrire, et à me redire lors d'une rencontre, " qu'il suffisait que la torpille pénètre dans l'eau assez vite pour que la cavitation se produise et s'entretienne ". Il citait à l'appui de ses dires les balles de fusil tirées dans l'eau.
Mamma mia. Les journalistes scientifiques ne sont plus ce qu'ils étaient....
J'ai vainement essayé de lui sortir cette idée de la tête ( cette idée-là et de nombreuses autres du même genre ). Mais dans ces cas-là, l'abandon s'impose. Quod feci.
En 2002-2003 ce concept de torpille hypervéloces avait donné naissance à des remarques assez savoureuse. Témoin celle d'un amiral français, répondant à un ami, présent lors d'une manifestation annuelle " Euronaval ":
- Vous savez, en matière de torpilles, la vitesse, ça n'est pas tout .....
Il semblerait que cet amiral pousse un projet de retour vers une marine militaire à voile, le bois et la toiles assurant une excellente furtivité vis à vis des ondes radar.
Les torpille modernes sont propulsées par fusées à poudre. Elles dépassent aisément les 400 km/h, sous l'eau, sont filoguidées, guidés par des fils qui se déroulent à partir de bobines transportées par la torpille ( et non installées à bord du sous-marin ). Pour éviter que les gaz crachés par la tuyère ne crâment les fils de guidage, ceux-ci sont déroulés à partir de bras qui se déploient après éjection de la torpille hors de son étroit conduit, à l'aide d'une jet d'air comprimé ( les missiles intercontinentaux sont également éjectés de la même façon, puis allumés hors du sous-marin ).
La torpille russe Shqwal, vue de l'arrière. Sur ses flancs ses filières latérales, de filoguidage, déployées.
Les tubes entourant le " coquetier " de la tuyère centrale sont peut être des injecteurs de gaz à plus basse température permettant de gainer le jet principal, en présentant une impédance acoustique différente, ce qui permettrait alors de faire se réfléchir les ondes sonores ( turbulence ) émises par le propulseur à poudre, a priori fort bruyant.
Ceci étant, vous pourrez peut être vous demander comment une telle torpille peut être pilotée. C'est extrêmement simple. Les photos de l'avant de cette machine traînent maintenant partout.
Une torpille Shqwal russe, vue de l'avant, lors d'une présentation au public
Détail de son orifice d'éjection de gaz chaud, avec déflecteur monté sur cardans, assurant le pilotage
Le gaz sort dans l'axe, vaporise l'eau de mer, qui déboule à 500 km/h. La tuyère est entourée par une rotule sphérique autour de laquelle tourne une plateau circulaire qui fait s'épanouir la vapeur autour de la torpille. En l'inclinant à l'aide de deux vérins, dont un est visible, on modifie la couche de vapeur léchant les parois de la torpille, donc la contribution, en chaque endroit, de la valeur locale de la traîné de friction. Cette torpille, filoguidée mais dénuée d'autoguidage, s'avère donc très maniable.
J'ai raconté cela pour bien vous rappeler que lorsqu'on déplace un objet dans l'eau, une force de friction importante se manifeste. On pense d'abord à l'aspects traînée, mais on oublie d'entraînement. Jetez un oeil à la planche ci-après :
On a dit que si une hélice assurait une force transmise selon son axe, une force de poussée, cela allait de pair avec l'accélération de l'eau, au passage. Ceci correspond donc à la figure en haut et à gauche. Il y a conservation du produit ro V S , où ro est la masse volumique, V la vitesse et S la section droite de ce qu'on appelle un mécanique des fluides un " tube de courant (fluide) ". La masse volumique de l'eau, un kilo par litre ou mille kilos par mètres cube ( en unités MKSA ) est constante, l'eau étant un fluide incompressible. Don le produit V S est constant. En avant de l'hélice la même débit Q d'eau est assuré dans un tube de courant plus resserré.
Une remarque au passage. Les tourbillons marginaux des hélices, en bout de pales, représentent une perte d'énergie. On peut les réduire en faisant trouver l'hélice dans un carénage. Il est évident alors que ce carénage devra épouser la force idéale du " tube de courant " pour l'allure considérée. Il serait absurde de loger les hélices dans des carénages à section constante, ce qui signifierait qu'on n'a rien compris à la façon dont fonctionnait une hélice. C'est pourtant ce que faisait allègrement Hervé Jaubert, Pdg de la société Exomos, sise à Dubaï; qui nous avait fait inviter pour deux semaines, Christophe Tardy et moi, en 2005 ( ce qui donna lieu au dossier " Deux semaines à Flouzeland " ). .
Faites exomos sur Google, vous verrez apparaître une des réalisation de cette société :
Un sous marin permettant à un émir de naviguer en emmenant ses quatre épouses.
Lisez ce reportage fait par le Figaro sur " cette société en pleine expansion. Quelques extraits :
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Et si vous voulez être complet, faites Hervé Jaubert sur Google. Bonne lecture ....
Encore une digression. Mais, que diable, par ces temps troublés il ne faut pas perdre l'occasion de rire un peu. En 2005 Jaubert avait pris contact avec moi à cause de mes compétences en matière de travaux sous-marin ( une histoire que je raconterai dans une autre vie ). Jaubert est un ancien de la DGSE. Je ne peux que rapporter ses dires. Il avait fait l'école navale, puis était devenu, non un honorable correspondant, mais un permanent de la piscine. En tant que membre du service action il avait subi toutes sortes d'entraînements, depuis la chute libre jusqu'aux stage chez les nageurs de combat. Il avait, vers la quarantaine, voulu quitter la maison. Or la formation d'un 007 français coûte la peau des fesses. On lui aurait donc collé une affaire sur le dos, une tentative d'extorsion de fonds, pour trois francs six sous. Ici, un lien vers une information non vérifiée. . Mais Jaubert, prévoyant, avait déjà mis sa cagnotte à l'abri, aux Etats-Unis. Là, lui serait venu l'idée, pas bête a priori, de concevoir et de construire des sous-marins envisagés comme des cloches à plongeur navigantes, dotées d'un système maintenant constante la quantité d'air embarquée. Donc, des sous-marins dont la coque, ne subissant aucun effort, puisse être construite en polyester. Je ne sais pas comment il avait réussi à convaincre les émirs de Dubaï que pour être vraiment " in " et se faire remarquer du monde entier, pour aller d'île en île un émir devrait se déplacer .. en sous-marin.
Hervé Jaubert et le Cheik Mohammed, devenu, à la mort de son père, le maître absolu de Dubaï
Invité à Dubaï, j'ai préféré ne pas y aller seul, par simple prudence. J'ai donc demandé à mon ami Christophe de m'accompagner. Nous n'avons pris avec nous que des bagages de petite taille, entrant en cabine. Dans ce genre de visite, on a vite fait de trouver de l'héroïne dans un bagage mis en soute, de façon à vous offrir de longues vacances dans quelque geôle locale.
Exomos était bien une entreprise hyper-luxueuse, de 30.000 mètres carrés, bâtie en plein désert. Air conditionné partout, toilettes en marbre, etc. Ca n'est qu'après que j'appris que des entreprise des émirats employaient des Indiens, des Chinois etc, traités, ceux-là, comme de véritable esclaves, logés dans des baraques étouffantes, situées loin au nord est de la ville. Une population composées de pauvres hères, privés de leur passeport dès leur arrivée, à taux de suicide élevé. Exomos avait été fondé par Jaubert et un Indien, décédé assez rapidement d'un infarctus, qui avait visiblement fait engager tout son clan. Il y avait peut être deux cent employés qui ne foutaient pratiquement rien. Rien n'avait de sens. Le premier travail que voulut me confier Jaubert était de modifier un ulm à effet de sol, acheté dans les pays de l'est. Un espèce de mini Ekranoplane, biplace. Un film de démonstration montrait l'engin filant à bonne allure au ras de l'eau, en étant capable en outre, s'il était peu chargé, de s'élever à une dizaine de mètres d'altitude. Mon verdict :
- Ecoutez, Jaubert. Ce truc vole quand même à cent kilomètres à l'heure. Une reprise de contact avec l'eau à cette vitesse équivaut à un crash sur du béton. Un ULM n'est pas un joujou. Ce truc est parfait pour se casser la figure. Si vous voulez tuer un fils d'émir par semaine, c'est garanti.
Nous passantes alors à d'autres projets. Jaubert, après avoir vu " Opération Tonnerre " avec James bond, avait envisagé de motoriser des plongeurs. Il avait ainsi dessiné, en véritable Léonard de Vinci des Abysses, un équipement en plastique bleu ciel, profilé, qui contenait la bouteille d'air comprimé assurant la respiration, plus deux moteurs latéraux actionnant des hélices carrénées et de batteries.
L'Exomos 007
Mais, dès les premiers essais le plongeur avait immédiatement piqué du nez et s'était planté dans la vase du fond.
- Bien sûr : Le centre de poussée de la machine est situé à dix bons centimètres au dessus du corps du plongeur. C'est lié à la position des propulseurs. On pourrait redessiner tout cela en descendant les tuyères et en les mettant sous les bras, dans le même plan que le centre géométrique de la cage thoracique du plongeur.
- Mais .... j'ai déjà en fabrication 70 modèles, qui sont commandés ! Le moule est fait...
On n'a pas insisté. Chaque jour qui passait nous découvrions une nouvelle absurdité. Jaubert nous montra son grand projet : un yacht submersible ! L'idée avait séduit son émir-sponsor, qui se voyait déjà assis dans un salon, situé au milieu de yacht, donnant négligemment un ordre de la main à son capitaine pour que celui-ci emmène tout le monde visiter le royaume de Nemo.
Jaubert avec son émir-sponsor, de la famille royale
A l'époque, les informaticiens indiens, assez calés en images de synthèse, avait même fait un film où on voyait le dit yacht arriver à vive allure, puis disparaître sous la surface, sans perdre un noeud de vitesse. Mais dans le virtuel, on fait n'importe quoi. Ces images ont ... disparu.
Deux maquettes trônaient dans l'entrée de l'entreprise, l'une représentant la version civile de ces yachts, d'un blanc immaculé, et l'autre sa version militaire, kaki. Christophe et moi, nous nous mimes à plancher sur cette idée ( sans être payés, il faut le préciser ).
Le yacht plongeant Exomos ( bonjour la traînée du bastingage ! )
On s'était fichus dans une histoire sans queue ni tête. Jaubert avait payé les billets d'avion et on ne pouvait pas envisager un retour anticipé. Il fallait bien tuer le temps à quelque chose, pendant les heures où nous n'étions pas retranchés dans un hôtel cinq étoiles, avec jacuzzi et tout le bastringue. On avait essayé d'imaginer comment on pourrait transformer un yacht en un objet capable de naviguer sous l'eau. Par exemple avec un bastingage basculant, et se plaçant à l'horizontale.
Contre-proposition JPP - Tardy
Mais très vite, Jaubert nous arrêta :
- L'unité est déjà en construction. Ici, les projets voient très vite le jour. Je compte sur vous maintenant pour la motoriser (...)
Et il nous entraîna dans un vaste Hall où des ouvriers Indiens ponçaient soigneusement une sorte de Yacht conventionnel de plus de vingt mètres de long. Après la visite, Christophe :
- Mais comment peut-il imaginer une seule seconde que ce truc puisse naviguer sous l'eau avec un bastingage, devant et derrière ?
En faisant le tour de l'usine, nous découvrîmes une succession sans failles d'aberrations sous-marines. Je passe sur le sous-marin dont les hélices étaient carénées par un simple cylindre en plastique, de section constante.
Hélices carénées. A gauche, sous-marins militaires, à droite, carénage Exomos, " made in India "
J'en fis la remarque à Jaubert :
- Ce carénage est plus nuisible qu'utile. Ces hélices y créeront d'abominables tourbillons....
- Oui, effectivement... on l'a constaté, ça ne semble pas très bien marcher. Je prends note de votre remarque.
Au bout de quelques jours, Christophe :
- Est-ce que ce type a vraiment fait l'école navale, ou les Pont et Chaussées ? Ses sous marins sont aussi profilés que des pianos de concert !
Allez vers l'image ci-dessus, montrant une des unités d'Exomos avec son kiosque dressé perpendiculairement à l'écoulement, de même que sa large vitre avant.
- Pourquoi n'avoir pas profilé tout cela ? Par exemple, cette vitre avant évoque le pare-brise d'une voiture des années trente.
- Si on la dispose dans le prolongement de la coque, on aura des problèmes d'optique. La vision vers l'avant sera déformée .....
- Mais vous mettez deux vitres, et entre les deux, de l'eau !
- Cette eau va peser très lourd ?
- Non, en surface cet espace est plein d'air. En plongée, il se remplit. Il suffit de mettre un trou.
Hublot avec double vitrage et, tant qu'à faire, kiosque profilé
A Exomos nous étions dans le monde du gâchis sans nom, de l'incompétence la plus absolue. Jaubert avait pour véhicule personnel une version civile du Hummer américain et sa femme en possédait un aussi. Là-bas, on ne pensait qu'au luxe. Jaubert avait les lunettes Machin, le montre Truc, les " modèles luxe ". On était allés là-bas en plein mois de Juillet. Autant dire que quand on sortait de l'usine, entièrement conditionnée, il fallait courir sur cinquante mètres pour se ruer dans un véhicule et démarrer la clim aussitôt, après avoir traversé un air à 45° centigrades. Cela donna lieu à un moment du plus haut comique. Quand je sortait du bâtiment, la buée se déposait immédiatement sur mes lunettes. Il fallait gagner le tank noir de Jaubert, dans le parking. Avec cette buée, le véhicule devenait pour moi une tache sombre. Un jour je sortis le premier et attendit les autres, à côté d'un 4 x 4 noir mais ... ordinaire. Le tank était quelques mètres plus loin. Jaubert semblait froissé de cette confusion. Je m'étais dirigé vers le véhicule d'un simple employé !
Il y aurait un bouquin à écrire sur ces deux semaines parfaitement absurdes. Il nous emmena dans ces fichues Marinas en forme de palmiers, où personne n'avait prévu comment faire circuler l'eau dans ces canaux en cul de sac. Je demandais à Jaubert de stopper la voiture devant l'un deux, enlevais mes chaussures, retroussais mes bas de pantalon, pour aller inspecter la qualité de l'eau. Avant même que le projet soit achevé, le fond était déjà tapissé d'éponges nauséabondes. Il me fallut ne nettoyer les pieds en sortant de l'eau.
Un Anglais, qui profitait de la manne locale, comme de nombreux autres, me dit :
- Ils ont voulu de vaste pièces d'eau. Alors ils ont réinventé le moustique !
Notre hôtel à Dubaï, loin d'être le plus luxueux
Un an plus tard un ingénieur français prit contact avec moi.
- Jaubert voudrait que je vienne travailler à Dubaï. J'ai appris que vous aviez été là-bas.
- Je n'y étais allé que par curiosité. Si vous espérez gagner quelque argent dans l'opération, relisez bien votre contrat et voyez s'il n'est pas prévu de vous facture et de déduire , au moment de votre départ vos frais d'hébergement et de nourriture.
Nouveau coup de fil, des mois plus tard, du même gars.
- Vous aviez raison. Vous savez, ce fameux yacht submersible, eh bien ils avaient fini par le construire, avec une motorisation électrique alimentée par des accus.
- Et alors ?
- Il n'avaient même pas pensé au centrage. Quand le yacht fut mis à l'eau, il penchait, comme le Pitalug de Pagnol.
- Non !!!
- Si ! Alors Jaubert a simplement délesté le bateau de quelques batteries, jusqu'à ce qu'il retrouve son horizontalité. Evidemment, au point de vue performances, zéro. Avec ses moteurs électriques de machine à coudre, quand il était immergé, ce " sous-marin " refusait de bouger d'un centimètre.
- C'était prévisible.
- J'ai alors entendu Jaubert dire à son émir " en fait, c'est un projet militaire. En cas de danger, ce yacht, qui n'est qu'une unité de la marine camouflée, s'immerge et attend .... "
- Ce Jaubert est insubmersible !
Celui-ci refit surface fin 2008. L'émir sponsor avait fini par réaliser que tout cette entreprise n'était même pas prestigieuse, à défaut d'être rentable, qu'elle n'était qu'une succession de conneries monumentales. Je ne sais pas si Jaubert en était réellement conscient. Il y a souvent un forte composante de mythomanie chez les anciens agents secret. Les choses avaient sérieusement viré au vinaigre entre lui et ses pétrocopains, lesquels étaient allés jusqu'à lui confisquer son passeport en exigeant de lui qu'il restitue les sommes englouties, du moins une partie. Mais s'il est une chose que Jaubert savait bien faire disparaître dans les profondeurs, c'était ... l'argent. Il m'écrivit :
- J'ai alors retrouvé mes réflexes d'agent secret. Je me suis enfui de Dubaï. J'ai acheté un voilier et j'ai pu grâce à cela récupérer ma femme et mon fils. Nous vivons aux Etats-Unis et je prépare un livre sévère sur les émirs du golfe. Je voudrais savoir si je pourrais utiliser certaines de vos illustrations.
- Je ne préfère pas....
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Atterrissons et revenons à nos hélices de bateau. Imaginez une hélice dont les pales ont pas ... nul. Force propulsive : zéro. Déplacez cette hélice dans l'eau : elle va communiquer à l'eau un mouvement de rotation, par simple entraînement visqueux, lequel s'accompagnera d'une force centrifuge :
Cet effort sur le fluide se traduira par un effet en retour : un couple sur l'arbre. Mais les navires n'en ont cure. Leur stabilité de forme compense ce couple. A moins qu'il ne s'agisse du célèbre Pitalug, de bateau de monsieur Brun, dans la pièce de Marcel Pagnol.
Si cet effet n'engendre aucune force selon l'axe, si le bateau est à l'arrêt, il n'en sera pas de même s'il est en mouvement. Cet hélice à pas nul crée alors une traînée. La première est due au fait qu'elle représente alors un obstacle au mouvement. Mais ceci s'accroît du fait du mouvement centrifuge communiqué à la masse fluide. Jacques Juan s'est intéressé à cela et a montré qu'une hélice normale perdait en rendement à cause de cet effet centrifuge, l'effet Juan :
Christophe Tardy a tourné un petit reportage sur Juan. Le voici. Mais ses dessins ne correspondent pas au schéma plus réaliste, ci-dessus. L'entraînement visqueux de l'eau réduit la composante axiale de la vitesse induite par la rotation de l'hélice, cette focalisation de filets fluides selon l'axe, synonyme d'accélération et donc de force propulsive.. Donc il y a perte de poussée et baisse de rendement.
L'économie de carburant atteint de 20 à 42 %, avec le même régime d'utilisation
Voir le reportage vidéo d'Hypnow
Juan a travaillé des années pour concevoir des formes de pales qui refocalisent le flux liquide vers l'axe, et récupèrent ce rendement perdu. C'est l'oeuf de Colomb. Mais vous ne trouverez cela que sur deux types d'unités :
- Les bateaux équipés par Juan, dans le midi, qui réalisent des économies d'énergie, à même régime d'utilisation, atteignant 40 % !
- Les sous-marins nucléaires les plus performants, dotés d'une hélice multipale, d'une forme très étudiée.
Jacques Juan, qui réside à Sanary, attend qu'un industriel prenne contact avec lui pour développer son invention, parfaitement valable.
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