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On voit de plus en plus apparaître des ventilateurs sans pale. Ils sont affichés comme plus confortables, plus silencieux et plus sûrs. Une chose est certaine, c’est qu’ils se présentent comme un ventilateur normal mais sans l’hélice et qui pourtant fonctionne parfaitement. Voilà qui est… intrigant !

Leur allure « extra-terrestre » m’a laissé songeur la première fois que j’en vis un, c’est pourquoi j’ai décidé de faire quelques recherches. Pour tout dire, j’ai été un peu déçu, mais en cherchant mieux il y a tout de même des choses intéressantes à dire… et pas là où l’on croit !

Un ventilateur réellement sans pale ?

Premièrement, un ventilateur sans pale ne s’appelle comme ça que par l’absence de l’hélice principale. Si on le démonte, on s’aperçoit qu’il contient bien une toute petite hélice à pales dans le socle qui brasse de l’air. Cet air est ensuite envoyé vers le haut, dans le cerceau, d’où il sort par une fine fente sur tout le contour :

Schéma de fonctionnement d’un ventilateur sans pale
Schéma de fonctionnement d’un ventilateur sans pale Dyson® (source : Éduscol)

Voilà, c’est tout pour la partie mécanique et le fonctionnement de base. Décevant non ?

Heureusement il reste la partie aérodynamique et acoustique !

L’amplification du flux d’air par effet Coandă

Il existe donc bien une hélice à pales dans l’appareil, c’est juste qu’on ne la voit pas.
Mais ça ne s’arrête pas là : cette hélice est minuscule et n’explique pas du tout le flux d’air que l’on reçoit quand on se met devant un ventilateur sans pale. Il y a une astuce !

En fait, une fois que l’air sort de la fente sur le contour du cerceau, il entraîne l’air alentour. La première raison à ça est simplement l’entraînement par friction de l’air : l’air ventilé est déjà multiplié par ça.

Une seconde raison vient du profil du « cerceau » : ce dernier est évasé.

L’air sortant de l’ouverture a tendance, par effet Coandă, à rester collé aux bords du cerceau, et donc d’aller en s’évasant lui aussi. Quand tout l’air part en s’évasant, les molécules d’air s’écartent les unes des autres, autrement dit : la pression diminue et forme une dépression à l’avant du ventilateur. L’air à l’arrière s’engouffre donc dans le cerceau et est projeté vers l’avant.

On assiste à un effet multiplicateur : il suffit d’un petit ventilateur dans le socle, brassant un petit peu d’air pour obtenir un grand flux d’air en sortie !

Ce phénomène est puissant, et certains envisagent de créer des avions ou des drones utilisant l’effet Coandã.

De plus, si un ventilateur classique « hache » de l’air et vous envoie des poches d’air, les ventilateurs sans pales produisent un flux beaucoup plus régulier. L’air parcourt suffisamment de distance à l’intérieur du socle et du cerceau pour que les turbulences créées par le petit ventilateur soient lissées et le flux d’air pratiquement laminaire.

Une astuce pour la réduction du bruit !

Enfin, une question : comment ces appareils arrivent à être si silencieux ?
C’est ce mystère qui m’a fait écrire cet article, en fait, car il m’a fait découvrir un truc qui je ne connaissais pas. La réponse : un ocarina. Vous allez comprendre.

Si vous avez déjà soufflé sur le dessus d’une bouteille, vous savez que cela produit un son. On peut faire varier ce son en faisant varier le niveau d’eau dans la bouteille.

Ce qui se passe est qu’un petit peu d’air entre dans la bouteille. Une légère surpression se produit, et l’air est repoussé vers la sortie. Par inertie, un peu trop d’air sort, et la pression dans la bouteille baisse, ce qui va attirer une nouvelle quantité d’air dans la bouteille et ainsi de suite. Ceci se produit des centaines de fois chaque seconde et l’alternance de surpressions-dépressions produit le son. Ce principe fait fonctionner une flûte ou… un ocarina !

L’ocarina constitue ce que l’on appelle un résonateur de Helmholtz : c’est le volume et la géométrie de la cavité résonnante qui détermine la fréquence du son émis.

Inversement, si une vibration d’air — un son — est émise près d’un résonateur de Helmholtz et si cette vibration a une fréquence identique à celle du résonateur, alors le son émis par le résonateur et le son initial s’annulent !

Ce principe est bien connu dans les domaines de l’acoustique et de la réduction du bruit : pots d’échappements de voitures, revêtement des salles de concert, intérieur des réacteurs d’avion… Tous ces éléments sont dimensionnés soit pour annuler des bruits, soit pour les amplifier.
Dans les moteurs à explosion, le principe du résonateur de Helmholtz est également utilisé pour contrôler les flux d’admission du mélange air-essence : ici on cherche à maîtriser et à optimiser l’arrivée du mélange air-essence dans la chambre de combustion pour gagner en performances.

Le même système ici permet à ces ventilateurs d’être si silencieux : la forme étudiée de la cavité dans le socle permet d’annuler les bruits du moteur électrique.

Un ventilateur réellement sans pales serait-il possible ?

À titre de conclusion, vu que le ventilateur sans pale n’est pas exactement sans pale, est-ce qu’un véritable ventilateur sans pales pourrait exister ?

Réponse : en théorie, oui. En pratique… je ne pense pas.

Un ventilateur n’est qu’un appareil pour produire un courant d’air. Généralement c’est fait avec une hélice. Mais on peut faire des courants d’airs sans moteur.

Le vent (celui de dehors) en est un exemple. Comme je l’explique dans mon article sur l’origine du vent, ce dernier existe grâce à des mouvements convectifs dans l’atmosphère. Ces mouvements naissent des différences localisées de température et de densité d’air.

Une flamme de bougie, par exemple, est debout grâce au vent que sa température produit. La flamme est chaude : l’air qui l’entour chauffe, perd en densité et monte. Il est alors remplacé par de l’air plus frais. Globalement le courant d’air est ascendant. Il est possible d’utiliser ce flux d’air, puis de le diriger où l’on veut. Mais ça sera de l’air chaud, donc pas très utile pour se rafraîchir.

Mais il y a pourtant nettement plus futuriste comme solution : celle d’utiliser un propulseur ionique, comme pour les sondes spatiales, mais dans votre salon ! On prend deux anneaux métalliques, sur lesquels on branche 5 000 volts. Les électrons, sous l’effet de cette haute tension, vont être arrachés d’un anneau pour rejoindre l’autre. En se déplaçant, ils vont ioniser des molécules de l’air qui vont également se déplacer et entraîner tout un flux d’air à travers les anneaux, le tout dans un silence absolu.

Le résultat est un courant d’air traversant les anneaux. Ceci me semble être le moyen le plus amusant pour se ventiler, et certains l’ont fait. Le seul inconvénient, c’est que le flux d’air ne sera pas aussi puissant qu’avec un ventilateur conventionnel : le courant d’air produit par le ventilateur ionique reste plutôt faible.

Dans les sondes spatiales, ce principe permet de propulser de petites quantités gaz à des vitesses très importantes (jusqu’à 180 000 km/h) et durant plusieurs mois en continu. L’accélération de la sonde est faible, mais sa vitesse finale est extrêmement grande, le tout sans pièces mobiles et avec un système bien plus léger (donc moins cher à envoyer dans l’espace.

Ressources

image d’en-tête issue de l’anime Kore wa Zombie desu ka?

14 commentaires

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clem écrit :

Un tel système est-il envisageable sur un ordinateur portable ? le mien fait un de ces boucan !

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Le Hollandais Volant écrit :

@clem : La plupart des ordinateurs portables ont déjà des ventilateurs à ailettes (plutôt qu’à pales) : ça permet d’avoir un flux d’air moins turbulent déjà. Mettre une cavité de Helmholtz n’est pas trop possible, pour des raisons d’espace disponible.

Sinon, si le PC fait trop de bruit, il faut le nettoyer, le dépoussiérer.

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Christian écrit :

@Le Hollandais Volant : pour ma part ne jamais négliger de dépoussiérer mon moitié c'est de la plus grande importance...

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Lokoyote écrit :

Je suis juste un peu en retard sur mes flux...
Je dois dire que je l'attendais cet article depuis le temps ! :)
Un peu déçu aussi en effet mais finalement, c'est surtout le design de l'appareil qui est important ici. Au final, comme tu le montres, on a un produit moins dangereux (pas d'hélices visibles), moins bruyant et plus efficace, que demander de mieux !
Intéressant l'effet Coandă, je connaissais le principe mais pas le nom.
Merci pour cet article !

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Nhanh écrit :

Merci beaucoup.
Ceci apporte un peu de lumière pour beaucoup de monde.
On s'en doutait l'existence d'une astuce, vous avez démontré.
Merci.

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Fryzen écrit :

La surpression est une solution à la production d'air. Des vérins, des ballons, ... de l'air :)

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TARLABU écrit :

TARLABU Tous ceux qui manipulent des instruments de cuisine ont remarqué qu'en soufflant dans le petit bout d'un entonnoir, le courant d'air se répartit sur les parois et non au centre; en mathématiques, c'est très ancien, c'est la fonction hyperbolique qui se calcule et qui permet de dessiner des courbes asymptotiques : plus on souffle fort, plus les courbes se resserrent; si on expliquait aux lycéens à quoi sert le calcul des courbes,il y aurait beaucoup moins de cancres bouchés à l'émeri

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Mathias Poujol Rost écrit :

Voila un article qui n'est pas du vent !

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Orbes écrit :

Bonjour
Article tres interessant.
Une question, svp?
Est ce que ce principe peut s'appliquer dans un milieu liquide incompressible?
Merci
Orbes

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Le Hollandais Volant écrit :

@Orbes : Bonjour,

Je pense que oui, mais la « démultiplication » du débit sera assuré seulement par les forces de frottement entre le flux entraîné et le flux environnant.

Exemple : si tu mets un tuyau d’arrosant dans une piscine, le flux d’eau apporté par le tuyau va peu à peu mettre l’eau de toute la piscine en mouvement.

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rv2nd26120 écrit :

Tout d'abord Bonjour , et merci beaucoup , pour ces explications claires et documentées un plaisir de découvrir des gens cultivés qui font profiter de leurs recherches .Bonne journée cordialement

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galex-713 écrit :

si on a un vent ascendant, on a aussi un vent descendant qui doit pouvoir être exploité, j’imagine, dans le cas de la bougie, si on met ça dans un espace clos (bien qu’oxygéné)

Plus généralement, si on veut produire du vent sans pales, et ce de façon laminaire, j’imagine que n’importe quel système pneumatique devrait suffire non ? éventuellement avec deux valves/réservoirs, dont l’un prend progressivement le relais quand l’autre s’épuise pour ensuite se regonfler avec un moteur et une pompe…

On pourrait même combiner ça à cet effet d’évasement j’imagine, mais ce ne serait pas intéressant énergétiquement je crois u.u

Et au final tu parles assez peu de comment cet effet de sur/sous-pression est utilisé *dans cet appareil* pour supprimer le bruit (au travers de sa forme donc ? mais laquelle ? de quel morceau ?)

plus généralement… comment s’appelle un tel ventilateur ? non mais parce que ça fait envie comme ça… surtout en été là…

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Tho56 écrit :

Est-il possible d'avoir une idée des niveaux sonores en dB qu'on constate sur les ventilateurs sans pales du marché et en comparaison, celui des ventilos avec pales ? Merci! Car les fabricants (d'après mes investigations) sont très discrets sur cette information Majeure...


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