Apports et limites des simulations de trajectoires

CETMEFYann HOLLOCOU

Lam SON HA

Alain POURPLANCHE

CNAM

François Yves VILLEMIN

2

Simulations en 1980

Jean PRUNIERAS

et le

SERVICE des PHARES et BALISES

Les pétroliers Magdala et l’Esso Osaka

3

Navigant, tracés…

Pétroliers, vraquiers, porte-conteneurs 180 m

4

Navigant et à sa disposition…

Paquebots 210 m, 270 m …

5

Navigant et autres éléments

6

bergesventcourant

spropulseursremorqueur

hélicegouvernailcoque

FFF

FF

FFF

positiontd

dm

)(2

2

+ Interactions

Modèle pour générer des trajectoires

A chaque instant, l’accélération du navire dépend des forces appliquées au navire.

7

Modèle quasi-stationnaireAccélération longitudinale Somme des efforts longitudinaux / ( Masse du navire + Masse ajoutée longitudinale)  Accélération latérale Somme des efforts latéraux / ( Masse du navire + Masse ajoutée latérale)  Accélération de rotation Somme des moments autour de Oz / (moment d'inertie du navire par rapport à Gz + moment d'inertie ajoutée)

Avec ce choix : efforts et moments dépendent seulement des vitesses instantanées

Ainsi, beaucoup d’informations de bassin de carènes peut être intégré

8

Efforts sur la coque et parties au vent

coefficients sans dimensions,…,

β angle de dérive, U module de la vitesse relative par rapport à l’eau

(« une approche pour les 2 »)

9

Efforts sur la coque et parties au vent Coefficients sans dimension fonction des angles β

-0.03

-0.02

-0.01

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Cx calculs

Cx maquette

-0.8

-0.4

0

0.4

0.8

0 30 60 90 120 150 180

CAX

CX204m

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Cy calculs

Cy maquette

0

0.3

0.6

0.9

0 30 60 90 120 150 180

CAY

CY204m

-0.12

-0.08

-0.04

0

0.04

0.08

0.12

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Cm calculs

Cm maquette

-0.12

-0.08

-0.04

0

0.04

0.08

0 30 60 90 120 150 180

CAM

CM204m

Œuvres vives (coque)

Œuvres mortes (parties au vent)

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La profondeur sur les coefficients de coque

H profondeur

d tirant d’eau

Paramètre H / d

H / d faible, efforts plus importants

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Coefficients de vent et forme

Pétrolier Méthanier Paquebots Porte-conteneurs

De même pour coefficients de coque

12

Et principalement de la géométrie

de la coque autour du point de

fonctionnement E0

Les réactions du bateau à une hélice dépendent de

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Temps (s)

-60

-40

-20

0

20

40

60

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

EXPERIENCE MODELE Cap Gouv

6mn26s 8.2 Nds

1mn36s 13.5 Nds

3mn10s 10.0 Nds

4mn47s 8.7 Nds 0mn0s 23.7 Nds

Avance 1'054 mTransfert 528 m

-400

-200

0

200

400

600

800

1000

-1200 -1000 -800 -600 -400 -200 0 200

Diamètre tactique 1'069 m

Giration -35 degMKK_K.NAV

NAVMER

Essais de l’Organisation Maritime Internationale

ta tc1

tc2

T

gs1

gs2

tr

+ Essai d’arrêt d’urgence

14

Valider : essais en mer

Giration grand paquebot

15

Valider…avant toute étude

Le navigant fait des expériences sur le modèle

Phase indispensable d’estimation des informations manipulées

Simulationsde navires connus du navigant

dans des sites connus du navigant

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Vent sur le modèle40 nœuds de ventpas de vent

17

40 nœuds de vent 40 nœuds de vent + barre 5°

18

Dérive sous un vent de 40 Noeuds(simulation avec un ferry)

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Prévoir

CAY de vent de ferry entre années 80 et 90 entre années 60 et aujourd’hui

Navire cible avec informations incomplètes

Navire pas construit ou informations pas disponibles

Alors utilisation des lois de similitude (géométriques et mécaniques)

Ex : porte - conteneurs de 350 m

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Cercle de girationVitesse vent limiteNombre de remorqueurs

Port deFos-sur-Mer

320 m de long9500 m² surface latérale

Porte-conteneurs à Fos- Marseille

et 350 m

21

Entrées en marche arrière avec un pilote

22

Propulseurs

23

-0.02

-0.01

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0 20 40 60 80

Cx calculs

Cx maquette 0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

0 20 40 60 80

Cy calculs

Cy maquette

0

0.04

0.08

0.12

0 20 40 60 80

Cm calculs

Cm maquette

Champ d’application limité du modèle

par les résultats d’expérience en bassin d’essais

Théorie de Jones Utilisé souvent (Clarke)

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L’Esso Osaka (essais effectués en1979) : toujours sujet d’études…

H profondeur, d tirant d’eau

H / d = 1.5H / d = 4.2

Effet du courant

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Difficulté à estimer diverses interactions

D’où la phase indispensable de validation par les navigants.

Ce n’est pas le nôtre

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De manière générale :

- manque de confrontation avec le réel

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Conclusion• La simulation de trajectoires devient incontournable

– pour concevoir un port à aménager– pour concevoir un nouveau navire– pour analyser la sécurité de la navigation

• C’est un élément de communication, une représentation partisane qui repose sur un modèle (simplification, élément d’investigation).

• La qualité de la simulation dépend de ce à quoi elle va servir , et des possibilités de validation.

a