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Essai du turbulateur d'échappement pour bateau

Blue Star : le bateau labo
Par Paul de Haut

Blue Star à Lyon Propriété de Charles Liurette, un ingénieur à la retraite, le "Blue Star" est l’occasion sans cesse renouvelée de tester des procédés novateurs ou d’améliorer de plus anciens peu employés, en rapport avec la navigation de plaisance.

J’ai rencontré Charles sur les pontons, dans le cadre de mes recherches sur l’éconologie appliquée à la plaisance et nous avons décidés d’organiser une croisière d’étude pour valider nos essais préalables effectués à la fois sur des véhicules terrestres et sur de petites distances en fluvial.

Partis de Frontignan pour Nevers, soit 700 km (dont 413 km de navigation sur fleuve), nous souhaitions tester ces procédés dans des conditions de navigation difficiles pour les valider à minima :
Charles Liurette - la remontée du Rhône est souvent le morceau de bravoure du plaisancier,
- navigation à contre d’un courant pouvant être important (entre 4 et 5 km/ h en moyenne et quelquefois plus selon la saison),
- navigation contre le Mistral, qui non seulement décorne les bœufs, mais ralentit sérieusement toute progression Sud - Nord.
Par contre, le Rhône et le canal du Rhône à Sète offrent de longs biefs entre 25 et 35 km qui permettent de caler le nombre de tours moteur pendant des durées suffisamment importantes pour ne pas fausser les mesures avec les ralentissements imposés et les passages d’écluses.

Objectifs des tests
Sachant que le rendement (s’entend énergie carburant sur couple arbre) d’un moteur diesel est de l’ordre de 46 % environ, il reste une marge d’amélioration importante sur laquelle travailler…
Il s’agissait donc de mesurer l’impact du « turbulateur d’échappement » sur la consommation en carburant gazole.

Principe du turbulateur Vortex
Pour ceux qui découvriraient le terme, voici une petite approche expérimentale :
Si l'on vide un contenant de son liquide par un trou situé en son fond, on voit se créer un vortex qui, dans l'hémisphère Nord, tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre et, dans l'hémisphère Sud, dans la direction opposée. Chacun peut vérifier ce fait en vidant sa baignoire ou la cuve de ses WC : il s’y crée un tourbillon toujours orienté dans le même sens.
Le « turbulateur Vortex » ne fait qu’amplifier ce phénomène naturel.

Intérêt économique
Le poste carburant reste important sur un bateau, car si la consommation à l’heure reste discrète, ramenée au kilomètre parcouru, elle s’envole !
En effet, sur canal notamment, le temps passé en attente de sassement ou en écluse peut représenter jusqu’à la moitié du temps moteur relevé.
Or pendant toutes ces périodes, le moteur tourne au ralenti, ce qui fausse la mesure réelle de l’appétit de la propulsion en navigation.
Mais moins consommer, c’est également augmenter son autonomie, autorisant un remplissage des réservoirs dans de meilleurs conditions de confort et économiques…
Pour finir sur ce point, la rareté ou les difficultés géopolitiques d’approvisionnement annoncées aboutiront fatalement à un litre de gasoil toujours plus cher.  

Intérêt écologique
L’énergie gaspillée dans les pertes de rendement du moteur thermique est en grande partie due à la chaleur dissipée, à la charge de l’alternateur et aux imbrûlés.
Moins de carburant utilisé, c’est moins de rejets qui se présentent sous la forme de différents oxydes de carbone gazeux et de suies.
Inutile de s’étendre sur l’impact de ces rejets, tant sur le milieu aquatique que dans l’air.

Méthode de mesure
Tous les soirs, soit après environ 8 à 12 heures de navigation selon les conditions météo, le plein est rétabli au moyen de bidons de fuel embarqués, qui sont pesés avant et après remplissage du réservoir.
La vérification du niveau s’établissant avec une jauge à graduation manuelle.
L’ensemble des mesures a été étalée sur 274 heures de navigation, pour partie sur les canaux : Latéral à la Loire, le canal du Centre, le canal du Rhône à Sète et pour l’autre sur fleuve : Rhône, Saône, Petit Rhône.
Sur la partie fleuve, les gaz ont été réglés pour maintenir un régime de 2500 tours / min.


Le turbulateur d’échappementLe pot inox transformé du Blue-Star
Le dispositif a été étudié sur le principe qu’une partie de l’énergie fournie au piston par l’explosion est affectée à expulser les gaz, ce qui correspond à un travail non négligeable, au détriment du couple final à l’arbre.
Nous n’avons choisi d’intervenir dans le cadre de ces expériences que sur le traitement physique des gaz d’échappement.
Nos motivations sont de deux ordres :
- quelque soit le type de moteur et la sophistication de la gestion amont de l’explosion, le principe s’applique ;
- le dispositif est réalisable en peu de temps, par n’importe quel bricoleur débutant, ce qui le rend à la fois universel, économique et réversible.

Préparation
Pour avoir la possibilité de changer de pot aisément, le circuit d’origine (à sortie arrière) a été remplacé par une nouvelle ligne d’échappement fabriquée « maison » en tube inox 316 L de 60 mm incorporant un silencieux de Peugeot 309 ; l’échappement final passe la coque sous le bordé droit avant d’être ramené à l’horizontal sur le côté tribord.
Le turbulateur d'échappement monté sur Blue Star Cette modification a représenté l’investissement le plus important, en temps, en difficulté et en matériaux (l’inox 316 L n’est pas donné).
La partie droite terminant la ligne d’échappement est emboîtable, maintenue avec des Serflex sur 2 supports inox soudés horizontalement à la coque.
C’est ce tube terminal qui sera changé régulièrement pour les essais.
Un jeu de 3 tubes a été façonné préalablement :
- 1 tube lisse,
- 1 tube muni d’un vortex à 2 croisillons,
- 1 tube équipé d’un vortex à 5 ailettes d’une hauteur de 2 cm.

Note préalable
Le tube N°2 avait tendance à étouffer le moteur à régime élevé, et très vite il a été abandonné pour les essais finaux au profit du N°3.

Mesures canal
A vitesse variable en respect de la réglementation.
Echappement normal : moyenne de 2,5 l / heure
Avec Vortex : moyenne de 2,27 l / heure
Gain carburant : 0,23 l / heure, soit  9,2 %.

Mesures fleuve (à 2500 t/mn)
Echappement normal : moyenne de 3,53 l / heure
Avec Vortex : moyenne de 3,29 l / heure
Gain carburant : 0,24 l / heure, soit  6,8 %.

A noter : la température moteur en utilisation avec Vortex est descendue de 85° C à 80° C soit 5° C.

Conclusion
Le système fonctionne bel et bien, occasionnant une baisse de consommation qui pourra sembler minime à certains, mais confirme l’intérêt éconologique du procédé en usage marine.
Suite à ces essais, notre avis est que l’on peut adapter de façon encore plus fine le nombre d’ailettes et leur taille en prenant en compte :
- la cylindrée du moteur,
- le régime de croisière du moteur selon son usage courant,
- la section du tube d’échappement,
pour obtenir encore de meilleurs résultats.


Navigation éconologique
Il est cependant primordial dans l’optique d’une recherche de convergence entre les intérêts économiques et écologiques, d’adapter le régime moteur au « rendement avancement » le plus favorable (qui est forcément différent du rendement moteur).
Les échantillonnages vitesse mesurés prouvent que gagner quelques centaines de mètres / heures supplémentaires, oblige à brûler beaucoup plus de carburant pour vaincre les forces appliquées sur la coque et s’approcher de la vitesse limite de carène :
Courbe vitesse / tours minute sur Blue Star 4,6 km/h à 1000 t/mn
5,5 km/h à 1200 t/mn
7,0 km/h à 1500 t/mn
8,1 km/h à 1800 t/mn
8,8 km/h à 2000 t/mn
9,7 km/h à 2200 t/mn
9,9 km/h à 2500 t/mn.
(chiffres établis par report GPS et recoupés par chronométrage entre bornes PK).

Selon les carènes, doubler sa vitesse lorsqu’on s’approche de cette limite peut ainsi correspondre à multiplier sa consommation par 7 ou 8 !
De nombreuses publications ayant déjà illustré cette réalité, et n’ayant malheureusement plus le temps de faire les tests sur toutes les plages moteur étalonnées ci-dessus, nous avons seulement décidé de naviguer sur canal en ne dépassant jamais les 2200 tours / mn et de mesurer l’incidence de cette limitation sur la consommation du moteur, en remontant le pot lisse sans vortex.

Voici les résultats obtenus :
Navigation avec pointes à 2500 t/mn : moyenne de 2,5 l / heure
Limitation à 2200 t/mn : moyenne de 2,21 l / heure
Gain carburant : 0,29 l / heure, soit 11,6 %.

Conclusion
Sachant que l’on peut combiner navigation écologique et l’usage du turbulateur d’échappement, cela ouvre des perspectives intéressantes.
Nous ne pouvons qu’engager chaque navigateur à établir sa courbe tours/ minute sur vitesse afin de prendre conscience de la plage régime moteur optimisée pour son bateau.


Fiche technique du Blue-Star
Type vedette hollandaise cabinier acier
Moteur Ford du Blue Star Poids : 7,5 tonnes
Longueur hors tout : 9,70 m
Longueur à la flottaisone : 9,00 m
Largeur : 3,30 m.
Tirant d’eau : 0,85 m
Moteur Ford XLD 418 version industrielle
50 CV à 3400 tours
Température à 2500 tours : 85°C
Pression huile : 3,75 bars
Couple maxi : 98 mN à 2500 tours
Inverseur : 3/1
Hélice : 19 pouces, 13 pouces de pas.

Pour en savoir plus sur la plaisance éconologique :
« La plaisance éconologique », le guide de Paul de Haut publié chez Vagnon.



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