Une hélice de bateau fonctionne en poussant l’eau, qui propulse le bateau dans la direction opposée. Plus précisément, il transforme l’énergie de rotation en poussée; ainsi, l’hélice tournante augmente la pression de l’eau vers son arrière, et se déplace dans la zone de pression réduite devant l’hélice, emportant le bateau avec elle. Les forces impliquées sont cohérentes avec la troisième loi de Newton – pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée. Autrement dit, lorsque l’hélice du bateau pousse l’eau vers l’arrière, elle propulse le bateau vers l’avant.
Avant le développement des moteurs motorisés, la propulsion marine se limitait à l’énergie éolienne et à l’aviron manuel ou à la pagaie. L’aviron et la pagaie utilisent généralement des lames pour faire glisser un bateau dans l’eau, mais une utilisation d’une lame, appelée godille, agit le plus comme une hélice parce que le godet pousse l’eau à l’arrière du bateau. Un aviron se tient à l’arrière d’un petit bateau et, à l’aide d’une seule rame, le balaie dans l’eau dans un arc plus ou moins perpendiculaire à la direction de déplacement du bateau, chaque balayage de l’arc tordant l’aviron de sorte que la lame est à un angle de 30 à 60 degrés par rapport à la direction de déplacement.
Le concept sous-jacent de l’hélice de bateau a été développé par Archimède au troisième siècle avant JC. Il a développé un appareil appelé la vis d’Archimède, qui est encore utilisée aujourd’hui, qui transporte l’eau de plus basses en plus hautes altitudes. Très similaire à une tarière moderne dans sa conception et son fonctionnement, elle est encore largement utilisée dans le monde entier pour une grande variété de tâches, y compris l’irrigation et la gestion des déchets. Des vis similaires ont été expérimentées pour la propulsion marine. Le célèbre sous-marin individuel Turtle, qui a tenté de couler des navires britanniques dans le port de New York en 1776, utilisait des vis à commande manuelle pour la propulsion.
La propulsion motorisée est devenue disponible pour les bateaux maritimes avec le développement de la machine à vapeur au 18ème siècle. La tendance était au départ d’utiliser de grandes pagaies pour fournir la poussée, comme sur les pédalos à vapeur à roues arrière et latérales. Les inventeurs ont continué à expérimenter avec des hélices à vis, qui étaient littéralement des vis très grandes et très longues. En 1835, une partie d’une telle vis s’est cassée pendant les essais, laissant une partie qui ressemblait beaucoup à une pale d’hélice de bateau moderne. Cette vis cassée s’est avérée propulser le bateau plus rapidement que la vis conventionnelle, ce qui a conduit au développement de l’hélice de bateau moderne.
Les dynamiques impliquées dans la propulsion marine sont très similaires à celles employées pour l’aviation. Par exemple, comme les pales d’un avion, les pales d’une hélice de bateau ne sont pas plates, mais semblent plutôt avoir été tordues d’un plan parallèle à un plan presque perpendiculaire à l’arbre de l’hélice. Ce phénomène est basé sur des recherches menées par les frères Wright au début du 20e siècle, dans lesquelles ils ont déterminé que les angles optimaux de poussée sont différents à diverses parties de la pale de l’hélice. Pour améliorer l’efficacité de l’hélice, la pale est tordue par rapport à l’arbre.
L’humanité voyage sur l’eau depuis des milliers d’années, la plupart du temps dépendant du vent ou des muscles pour se propulser. Les hélices sont un développement très récent dans le domaine de la propulsion maritime, mais dans cette petite fraction de l’histoire maritime de l’homme, elles ont atteint un niveau de prédominance incontestée dans le domaine, sans véritable challenger en vue.