L’hélice et les turbomachines – Cours connaissance des aéronefs BIA

L’hélice est le huitième cours du module Connaissance des aéronefs du BIA (épreuve E3) : c’est l’organe qui transforme l’énergie mécanique du moteur en force propulsive, complété par les turbomachines. Ce cours reprend la page 13 du support : le rôle et la composition de l’hélice, le pas, le calage, le fonctionnement, l’hélice à pas variable, puis les turbomachines – turboréacteur, turbopropulseur et turbomoteur .

À l’examen, ce module est évalué dans l’épreuve écrite unique de deux heures trente, un QCM de 120 questions noté sur 20 et affecté d’un coefficient 5 . La compétence attendue du module 3 est de « repérer et décrire les principaux systèmes ou éléments réalisant les fonctions techniques élémentaires des aéronefs » : ce cours décrit l’hélice et les turbomachines, les éléments du groupe motopropulseur des avions et des hélicoptères .

Objectifs d’apprentissage – à la fin de ce cours, vous saurez :

• expliquer le rôle de l’hélice : transformer l’énergie mécanique du moteur en force attractive ou propulsive ;
• décrire la composition de l’hélice : le moyeu et les pales ;
• définir le pas (distance théorique parcourue en un tour, comme une vis) et le calage (angle avec le plan de rotation) ;
• expliquer le fonctionnement : le vent relatif, la traction et la traînée sur chaque pale ;
• citer les quatre positions de l’hélice à pas variable : petit pas, grand pas, drapeau, revers ;
• distinguer turboréacteur, turbopropulseur et turbomoteur.

Prérequis : le cours précédent Le carburateur (cours n° 7 du module) a décrit le moteur à pistons, dont l’hélice transforme la puissance en traction ; la page pilier Connaissances des aéronefs BIA situe ce cours dans le parcours du module.

Quiz 1 – Testez-vous avant de commencer (6 questions, format BIA)

📅 Mis à jour le 9 août 2026 — conforme au programme officiel (BO n° 11 du 12 mars 2015).

Sommaire

• Le rôle de l’hélice dans la propulsion
• Le pas de l’hélice : la vis qui s’enfonce dans le bois
• Le calage de l’hélice
• Le fonctionnement de l’hélice : vent relatif, traction et traînée
• L’hélice à pas variable : petit pas, grand pas, drapeau, revers
• Les types d’hélices
• Les turbomachines : turboréacteur, turbopropulseur, turbomoteur
• Erreurs fréquentes et pièges au BIA
• Points essentiels à retenir
• FAQ
• Sources

Le rôle de l’hélice dans la propulsion

L’hélice transforme l’énergie mécanique du moteur en force attractive ou propulsive directement utilisable par l’avion pour se déplacer . C’est elle qui « visse » l’avion dans l’air : en tournant, elle crée la traction qui équilibre la traînée de l’avion en vol stabilisé.

Une hélice est constituée d’un moyeu centré sur l’arbre de sortie du moteur et de deux ou plusieurs pales fixées sur ce moyeu . Le moyeu transmet la rotation du moteur aux pales, et chaque pale se comporte comme une petite aile qui produit la force propulsive.

Le pas de l’hélice : la vis qui s’enfonce dans le bois

Le pas est la distance théorique parcourue en un tour, comme une vis qui s’enfonce dans le bois à chaque rotation complète . Une hélice de 21 pouces avance donc, en théorie, de 21 pouces par rotation, soit environ 53 centimètres (Horizon BIA, Shorts n° 21, 2026).

Cette image de la vis est le réflexe du QCM : le pas n’est pas un angle, c’est une distance. Plus le pas est grand, plus l’hélice « avance » à chaque tour, mais plus le moteur doit fournir d’effort pour la faire tourner : d’où la nécessité d’un pas adapté à chaque phase de vol (cf. section « L’hélice à pas variable »).

Le calage de l’hélice

Le calage est l’angle formé par la corde de l’un des profils et le plan de rotation de l’hélice . C’est l’angle d’incidence de la pale par rapport à son plan de rotation, l’équivalent du calage d’une aile sur la voilure.

La pale étant vrillée, on considère par convention le calage du profil situé à 70 % du rayon maximum . Le calage détermine directement le pas : en modifiant le calage des pales, on modifie la distance parcourue à chaque tour.

Le fonctionnement de l’hélice : vent relatif, traction et traînée

Le fonctionnement de l’hélice est analogue à celui d’une aile . Sur chaque pale, le vent relatif provient du déplacement de l’avion et de la rotation de l’hélice ; ce vent relatif crée une force aérodynamique qui se décompose en traction et en traînée.

En vol stabilisé, la traction de l’hélice équilibre la traînée de l’avion, et le couple résistant de l’hélice équilibre le couple du moteur . C’est la même logique que le bilan des forces étudié en aérodynamique : en croisière, toutes les forces s’annulent.

L’hélice à pas variable : petit pas, grand pas, drapeau, revers

Un avion évoluant sur une plage de vitesse étendue, il est nécessaire de faire varier l’angle de calage des pales pour maintenir le régime moteur optimal . À chaque régime de vol correspond un pas approprié, et l’hélice à calage variable adapte ses pales en vol : c’est l’hélice à pas variable.

Phase de vol	Position de l’hélice	Rôle
Décollage	Petit pas	Permet au moteur de monter en régime et de fournir la pleine puissance
Croisière	Grand pas	Grande distance parcourue à chaque tour, régime moteur réduit
Panne moteur en vol à voile	Drapeau	Pales mises dans le vent, traînée minimale, finesse optimale
Après le poser des roues, à l’atterrissage	Revers	Poussée inversée qui aide au freinage

Ces quatre positions sont un classique du QCM : petit pas au décollage, grand pas en croisière, drapeau en cas de panne, revers au freinage (Horizon BIA, Shorts n° 22, 2026). En cas de panne moteur, l’hélice se met en drapeau comme une voile qui ne prend plus le vent : elle réduit la traînée et optimise la finesse du vol plané.

Les types d’hélices

Au-delà du pas variable, les hélices se distinguent par leur technologie et leurs matériaux . Ces distinctions restent utiles au BIA pour situer les configurations rencontrées sur les avions légers et les avions de ligne.

L’hélice à pas fixe

L’hélice à pas fixe a un angle de calage prédéterminé qui ne peut pas être modifié en vol . Simple à fabriquer et économique, elle offre un rendement optimal sur une plage de vitesse bien définie : elle équipe la plupart des avions légers et des ULM d’école.

L’hélice à vitesse constante et les hélices contra-rotatives

L’hélice à vitesse constante, variante du pas variable, maintient une vitesse de rotation constante quelle que soit la phase de vol en ajustant automatiquement le calage . Les hélices contra-rotatives, deux hélices sur le même axe tournant en sens inverse, réduisent le couple de renversement et améliorent la stabilité : on les trouve sur certains avions à fort couple, comme les chasseurs à hélices de la Seconde Guerre mondiale.

Les hélices en matériaux composites

Les hélices modernes sont de plus en plus fabriquées en matériaux composites, comme la fibre de carbone, qui offrent un excellent rapport résistance/poids . Ces matériaux réduisent les contraintes sur le moteur et la structure, comme étudié au cours Les structures d’aéronefs.

Les turbomachines : turboréacteur, turbopropulseur, turbomoteur

Les turbomachines utilisent l’éjection à grande vitesse des gaz de combustion . Cette énergie est utilisée dans une direction appropriée pour le turboréacteur, ou récupérée sur des turbines pour les turbopropulseurs et les turbomoteurs.

Le turboréacteur

Un turboréacteur produit une poussée par éjection de gaz à grande vitesse ; il comprend une entrée d’air, un compresseur, une chambre de combustion, une turbine et une tuyère . L’air est comprimé, brûlé avec le carburant, puis éjecté : c’est la réaction qui propulse l’avion.

Type	Principe	Usage typique
Turboréacteur simple flux	L’air admis traverse principalement le moteur (un, deux ou trois corps, avec ou sans post-combustion)	Avions de chasse et avions de ligne de première génération
Turboréacteur double flux	Une partie de l’air (flux froid) contourne le cœur du moteur et est éjectée avec les gaz chauds (flux chaud)	Avions de ligne modernes (turbofan)

Dans un double flux, l’air pré-comprimé par la soufflante ne passe pas intégralement dans le cœur du moteur : le flux froid contourne le moteur par sa périphérie jusqu’à la tuyère, puis est éjecté avec le flux chaud . C’est le principe des réacteurs des avions de ligne actuels.

Le turbopropulseur

Le turbopropulseur est un turboréacteur dont la turbine récupère le maximum d’énergie des gaz sous forme de couple, transmis à une hélice au moyen de réducteurs qui réduisent la vitesse de rotation . C’est le moteur type des avions de ligne régionaux et des avions de transport court-courrier.

Le turbomoteur

Le turbomoteur équipe les hélicoptères : proche du turbopropulseur, son réducteur n’entraîne pas d’hélice mais une boîte de transmission commandant le rotor principal et le rotor anticouple . Sa mécanique est détaillée au cours Les hélicoptères.

Turbomachine	Ce que récupère la turbine	Entraîne
Turboréacteur	Rien (l’énergie sert à la poussée par réaction)	L’avion lui-même, par éjection des gaz
Turbopropulseur	Le maximum d’énergie sous forme de couple	Une hélice (via des réducteurs)
Turbomoteur	Le maximum d’énergie sous forme de couple	Le rotor principal et le rotor anticouple d’un hélicoptère

Erreurs fréquentes et pièges au BIA

Les confusions les plus courantes sur l’hélice et les turbomachines, avec le réflexe qui les évite.

• Confondre pas et calage : le pas est une distance (théorique, parcourue en un tour) ; le calage est un angle (entre la corde du profil et le plan de rotation, mesuré à 70 % du rayon).
• Oublier que le pas est comme une vis : une hélice de 21 pouces avance en théorie de 53 cm par rotation (21 pouces ≈ 53 cm).
• Inverser les positions du pas variable : petit pas au décollage (pleine puissance), grand pas en croisière, drapeau en cas de panne moteur (traînée minimale), revers après le poser (freinage).
• Croire que le drapeau sert à freiner : le drapeau optimise la finesse du vol plané ; c’est le revers qui aide au freinage, après le poser des roues.
• Confondre turbopropulseur et turbomoteur : le turbopropulseur entraîne une hélice ; le turbomoteur entraîne le rotor d’un hélicoptère (via la boîte de transmission).
• Oublier les composants du turboréacteur : entrée d’air, compresseur, chambre de combustion, turbine, tuyère – dans cet ordre.

Les QCM du BIA testent surtout l’association élément-fonction : « hélice = force attractive ou propulsive », « pas = distance en un tour (vis) », « calage = angle à 70 % du rayon », « drapeau = panne moteur », « revers = freinage », « turbopropulseur = hélice », « turbomoteur = hélicoptère ».

Points essentiels à retenir

Si vous ne retenez qu’une chose de ce cours, retenez ceci.

• L’hélice transforme l’énergie mécanique du moteur en force attractive ou propulsive : elle est constituée d’un moyeu et de deux ou plusieurs pales .
• Le pas est la distance théorique parcourue en un tour, comme une vis : une hélice de 21 pouces avance en théorie de 53 cm par rotation .
• Le calage est l’angle entre la corde du profil et le plan de rotation, mesuré par convention à 70 % du rayon .
• Le fonctionnement est analogue à celui d’une aile : le vent relatif (déplacement + rotation) crée une force décomposée en traction et en traînée ; en vol stabilisé, la traction équilibre la traînée .
• L’hélice à pas variable adapte ses pales en vol : petit pas au décollage, grand pas en croisière, drapeau en cas de panne, revers après le poser .
• Les turbomachines éjectent les gaz de combustion à grande vitesse : le turboréacteur pousse par réaction, le turbopropulseur entraîne une hélice, le turbomoteur entraîne le rotor d’un hélicoptère .

Comprendre l’hélice, c’est comprendre comment la puissance du moteur devient traction : pas, calage, vent relatif et positions du pas variable, puis les turbomachines qui propulsent les avions de ligne et les hélicoptères. Poursuivez avec le cours suivant Les instruments de bord, entraînez-vous sur le quiz du module connaissance des aéronefs, ou retournez au pilier Connaissances des aéronefs BIA.

Quiz 2 – Testez vos acquis (6 questions, mêmes objectifs que le Quiz 1, formulations différentes)

Les questions les plus fréquentes des candidats BIA sur l’hélice et les turbomachines.

Quel est le rôle de l’hélice ?

L’hélice transforme l’énergie mécanique fournie par le moteur en une force attractive ou propulsive directement utilisable par l’avion pour se déplacer. Elle est constituée d’un moyeu centré sur l’arbre de sortie du moteur et de deux ou plusieurs pales fixées sur ce moyeu .

Quelle est la différence entre le pas et le calage de l’hélice ?

Le pas est la distance théorique parcourue en un tour, comme une vis qui s’enfonce dans le bois : une hélice de 21 pouces avance en théorie de 21 pouces (environ 53 cm) par rotation. Le calage est l’angle formé par la corde de l’un des profils et le plan de rotation de l’hélice, mesuré par convention à 70 % du rayon maximum .

Comment fonctionne une hélice ?

Le fonctionnement de l’hélice est analogue à celui d’une aile. Le vent relatif, qui provient du déplacement de l’avion et de la rotation de l’hélice, crée sur chaque pale une force aérodynamique décomposée en traction et en traînée. En vol stabilisé, la traction de l’hélice équilibre la traînée de l’avion et le couple résistant de l’hélice équilibre le couple du moteur .

Quelles sont les quatre positions de l’hélice à pas variable ?

Petit pas au décollage (pleine puissance), grand pas en croisière (grande distance par tour), drapeau en cas de panne moteur en vol à voile (pales dans le vent, traînée minimale) et revers après le poser des roues, à l’atterrissage (poussée inversée qui aide au freinage) .

Quelle est la différence entre un turboréacteur, un turbopropulseur et un turbomoteur ?

Le turboréacteur produit une poussée par éjection de gaz à grande vitesse (entrée d’air, compresseur, chambre de combustion, turbine, tuyère) ; le turbopropulseur est un turboréacteur dont la turbine récupère le maximum d’énergie sous forme de couple, transmis à une hélice via des réducteurs ; le turbomoteur, proche du turbopropulseur, entraîne via une boîte de transmission le rotor principal et le rotor anticouple d’un hélicoptère .

Qu’est-ce que la position drapeau ?

La position drapeau est utilisée en cas de panne moteur en vol à voile : les pales de l’hélice sont mises dans le vent, ce qui réduit la traînée et optimise la finesse du vol plané. Il ne faut pas la confondre avec la position revers, qui aide au freinage après le poser des roues à l’atterrissage .

Sources

Toutes les sources ci-dessous ont été vérifiées le 1er août 2026 (contrôle HTTP, cf. note 11 du livrable ; réserves signalées).

• Programme et niveau des connaissances de l’examen du BIA – Bulletin officiel n° 11 du 12 mars 2015 (module 3 « Étude des aéronefs et des engins spatiaux », compétence « Repérer et décrire les principaux systèmes ou éléments réalisant les fonctions techniques élémentaires des aéronefs », thème 3.2 « Les groupes motopropulseurs ») : PDF – éduscol STI
• Arrêté du 19 février 2015 relatif au brevet d’initiation aéronautique : PDF – éduscol STI
• éduscol STI – Brevet d’Initiation Aéronautique : sti.eduscol.education.fr (consulté le 1er août 2026)
• ENAC – Préparation au brevet d’initiation à l’aéronautique : enac.fr (consulté le 1er août 2026)
• Aéroclub Marcillac Estuaire – formation BIA : aeroclubmarcillacestuaire.fr – rubrique BIA (consultée le 1er août 2026 ; document de cours « Aéronefs », page 13, transmis avec le brief, non publié en ligne)
• FAA – Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge (chapitre Aircraft Systems – hélices, pas et calage, turbopropulseurs, turboréacteurs) : faa.gov (consulté le 1er août 2026)
• Skybrary – Propeller : skybrary.aero – Propeller (consulté le 1er août 2026 ; contenu derrière interstitiel JavaScript possible – à re-vérifier avant publication)
• Skybrary – Feathering : skybrary.aero – Feathering (consulté le 1er août 2026 ; même réserve)
• Horizon BIA – Scripts Shorts n° 21 « Le pas de l’hélice » et n° 22 « Petit pas, grand pas, drapeau, revers » (PDF transmis avec le brief, chapitre « L’hélice et les turbomachines », 2026) : matière pédagogique interne, non publiés en ligne
• OACI — Organisation de l’aviation civile internationale.

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