Rapport du Projet Transverse BatRap -...

Rapport du Projet TransverseBatRap

Elèves :Christophe BekhoucheJean-Baptiste Fruitier

Luísa Gontijo BisinotoRémy Peyret

Amélie Rochon du VerdierCharles Vion

Tuteur Ecole : M. Olivier KimounTuteur Entreprise : M. Robert Sorrentino

7 janvier 2013

RemerciementsToute léquipe du projet BatRap 2012 tient particulièrement à remercier M. Syl-

vain VIROULET pour laide précieuse quil a pu nous apporter dans létablissementdes simulations numériques sur Gerris.

Nous tenons également à adresser nos remerciements aux membres du personnelECM qui ont su nous apporter leur aide au cours de ce projet : M. Olivier KIM-MOUN pour nous avoir accompagnés tout au long de lannée, M. Michel SCOLApour sa patience et sa bonne humeur lors des longues heures passées à Bricot Dé-pôt, et M. LEMENUISIER pour son aide et sa précision dans la découpe des piècesconstitutives de la maquette.

Enfin, nous adressons nos sincères vux de réussite au projet Bateau Rapide deM. Richard SORRENTINO quil mène à bout de bras depuis de longues années. Enespérant avoir pu ajouter une petite pierre à ce fantastique édifice

2

Table des matières1 Une analyse du besoin du client 7

1.1 Contexte, historique de la demande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.2 Identification de la problématique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.3 Périmètre du projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.4 Objectifs, livrable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.5 Parties prenantes, acteurs du projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2 L’organisation du PT 112.1 La planification du projet (résultant de lanalyse du projet) . . . . . . 112.2 Le bilan des taches effectuées et échéances . . . . . . . . . . . . . . . 122.3 La gestion de léquipe, répartition des tâches . . . . . . . . . . . . . . 122.4 La gestion des ressources et des moyens . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.5 Le budget du PT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3 Les résultats produits par le PT 143.1 Solution retenue pour létude hydrodynamique du Bateau Rapide . . . 14

3.1.1 Justification de la méthode par la similitude de Froude . . . . 143.1.2 Moyens mis à disposition par l’École Centrale Marseille . . . . 143.1.3 Plan d’action . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3.2 L’analyse numérique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.2.1 Le logiciel Gerris . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.2.2 La démarche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.2.3 Modélisation du canal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163.2.4 Résultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.3 Etude des efforts hydrodynamiques sur les coques du bateau . . . . . 16

4 Aménagement du canal à courant 174.1 Etablissement des plans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174.2 Choix des matériaux et commande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184.3 Réalisation des travaux de rehaussement . . . . . . . . . . . . . . . . 194.4 Bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

5 Construction de la maquette 225.1 Dimensionnement de la maquette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225.2 Étude préliminaire de la construction de la maquette . . . . . . . . . 225.3 Construction de la maquette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245.4 Mise en question du modèle utilisé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

6 Protocole Expérimental 296.1 Dispositif expérimental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296.2 Défauts de l’installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306.3 Les expériences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

6.3.1 Débit et vitesse découlement : paramètres fixes . . . . . . . . . 316.3.2 Paramètres variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316.3.3 Expérience à vide (cf 20-12-12 exp 1) : à refaire (modif) . . . . 32

4

6.3.4 Expériences avec variation de l’assiette (cf 20-12-12 exp4,5 etsuivantes..) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

7 Analyse Critique 34

8 Annexes 358.1 Annexe 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358.2 Annexe 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

5

Table des figures1 Logo de la societé Aerodynamic-Technology . . . . . . . . . . . . . . 72 Dessin commercial pour la promotion du projet bateau rapide . . . . 73 Coques du bateau rapide (Etude faite en Catia) . . . . . . . . . . . . 84 Gantt final du projet avec les taches réalisées en temps réel) . . . . . 125 Canal vu de dessus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 Canal vu de côté . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 Maquette vue de l’avant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 Maquette vue de l’arrière . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239 Armatures de la maquette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2310 Plans de la maquette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2411 Etape 2 - montage maquette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2512 Etape 3 - montage maquette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2513 Etape 4 - montage maquette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2514 Etape 5 - montage maquette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2615 Etape 6 - montage maquette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2616 Etape 7 - montage maquette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2717 Photo de la maquette dans le canal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2818 Gantt de l’Avant Projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

6

1 Une analyse du besoin du client

1.1 Contexte, historique de la demande

– Client : Richard Sorrentino– Société : Aerodynamic Technology

Figure 1 – Logo de la societé Aerodynamic-Technology

Le bateau rapide à coussin d’air auto-formé représente une innovation technolo-gique dans le secteur de l’industrie navale. En effet, le design de sa coque (constituéede trois voutes) lui permet lorsqu’il est lancé à grande vitesse, de s’appuyer davan-tage sur l’air que sur l’eau. La résistance aérodynamique étant bien moindre que larésistance hydrodynamique, ce bateau consomme en moyenne deux fois moins qu’unbateau ordinaire de son gabari à la même vitesse.

Dans un monde à la recherche dune vitesse toujours plus grande et dans lequella diminution des dépenses énergétiques constitue un enjeu majeur, le bateau rapideà coussin d’air auto-formé constitue réellement une innovation technologique en vued’une future industrialisation.

Figure 2 – Dessin commercial pour la promotion du projet bateau rapide

7

L’innovation technologique du bateau à coussin d’air auto-formé a du mal à s’im-planter sur le marché et à intéresser les investisseurs car elle se situe à cheval entredeux domaines : l’ingénierie navale et l’aéronautique. En effet, ce bateau présentedes caractéristiques plus proches de celles d’un avion que de celles d’un bateau or-dinaire de part la formation d’un coussin d’air sous les coques. C’est pourquoi M.SORRENTINO a plus de mal à convaincre les personnes travaillant dans l’ingénie-rie navale que celles travaillant dans l’aéronautique. Or, pour la construction de sonprototype, les investisseurs qu’il recherche sont des industriels de l’ingénierie navale.

En ce qui concerne le premier prototype, le problème majeur rencontré par cebateaux était la stabilité du coussin d’air sur lequel s’appuyait le bateau : lorsque lebateau était lancé, et que la coque s’appuyait sur son coussin d’air, le bateau s’élèvelégèrement libérant l’air sous pression qui lui servait d’appui.

La nouveauté qu’apporte la société Aerodynamic-Technology à ce bateau, et queM. SORRENTINO a défendu en posant un brevet le 4 juillet 2006 est la suivante :ń les coques extérieures sont plus profondes que celles intérieures ż . Cette nouveautédans le design de la coque permettrait d’assurer la stabilité du coussin d’air.

Les dimensions de ce bateau sont (ordres de grandeur) :– Longueur : 17,5 m,– Largeur : 7,5 m,– Hauteur des coques internes : 2 m,– Hauteur des coques externes : 2,5 m,– Angle dattaque du plafond des tunnels : 5ř

Figure 3 – Coques du bateau rapide (Etude faite en Catia)

1.2 Identification de la problématique

Afin de trouver un investisseur pour développer son projet de bateau rapide àcoussin dair auto-formé, le client avait besoin dune argumentation solide confirmantles performances techniques du bateau.

Grâce à un raisonnement scientifique basé sur une comparaison entre simulationsnumériques et expériences, nous avons cherché à construire un dossier techniquevalidant les performances hydrodynamique et aéronautique du bateau rapide.

8

1.3 Périmètre du projet

Nous nous sommes restreints dans ce PT à létude des efforts hydrodynamiquessexerçant sur les coques du bateau.

Létude de la résistance aérodynamique sur la partie supérieure du bateau (frot-tement) na pas pu être effectuée dans le cadre de notre projet, faute de temps etde ressources. L’étude expérimentale de la résistance aérodynamique sous les coquesainsi que leffet du coussin dair sur na pas non plus été réalisée. En effet, les rapportsde similitude ne permettent pas détudier ce phénomène par une expérience avec unemaquette. Nous avons donc voulu centrer notre travail sur :

– Létude numérique réalisée sur Gerris concernant :– la simulation de lécoulement 3D dans le canal hydraulique đ– les efforts hydrodynamiques (en fonction de lassiette, du tirant deau, de la

vitesse de lécoulement) (non effectuée) ; đ– les efforts aérodynamiques sexerçant sur la partie intérieure des coques du

bateau, cest-à-dire, lentrée de lair dans les coques (non effectuée) ;– Construction du canal où les expériences se sont déroulées ;– Dimensionnement / Construction de la maquette

1.4 Objectifs, livrable

Les objectifs de ce projet sont : ů Apporter une justification scientifique du projetbateau rapide avec une mesure sûre de ses performances, une marge derreur connueet en comparant ces résultats à ceux de différents bateaux pouvant occuper lesmêmes niches commerciales. Létude compte montrer les performances hydrodyna-miques dun tel bateau à laide des résultats dune analyse numérique (logiciel Gerris)et de lexpérimentation (maquette, canal, ). Cette justification doit être précise etformulée de façon claire et compréhensible de façon à constituer une argumentationcrédible face à un industriel et/ou investisseur. ů Fournir un ensemble de documents :photos, vidéos, fichiers informatiques de simulation et de résultats, enregistrementsde mesures, etc. permettant dillustrer les documents commerciaux et de servir depreuve quant à la réalité des simulations et des expérimentations. Livrable : dossierscientifique avec les résultats de nos études. Lensemble des essais et informationscompilées devra constituer une base scientifique solide et crédible, argumentant lesperformances du bateau par expérimentation. Elle devra permettre de construireune argumentation commerciale claire et convaincante. Lanalyse des objectifs et dulivrable a été faite avec laide du QQQOQCC-P.

1.5 Parties prenantes, acteurs du projet

– Le groupe de Projet Tranverse, à savoir :– Christophe BEKHOUCHE Chef de projet– Jean Baptiste FRUITIER– Luísa GONTIJO BISINOTO– Rémy PEYRET

9

– Amélie ROCHON DU VERDIER– Charles VION

– Tuteur Client : Richard SORRENTINO– Associé du Tuteur Client : Thomas HUBERT– Tuteur Ecole : Olivier KIMMOUN

10

2 L’organisation du PT

2.1 La planification du projet (résultant de lanalyse du pro-jet)

Létude des besoins du client et des moyens mis à notre disposition nous ont per-mis de mettre en lumière les différentes tâches à effectuer durant ce projet transverse.Un premier GANTT a été établi en mai (cf. annexe 1).

Mais létude des tâches à effectuer nest pas la seule donnée à prendre en comptepour établir le GANTT. En effet, lavancement dun projet est souvent plus lent queprévu, et des problèmes surviennent là où on ne les attend pas. Cest pourquoi nousavons tenté didentifier les principaux risques pouvant nuire à lavancée du projet etdonc à lobtention de résultats.

Risques identifiés Gravité (de 1 à 5) Solutions retenuesDifficultés à prendreen main le logiciel

gerris

5 Demande daide auprès dune personnecompétente. Collaboration volontaire

de M. Sylvain VIROULET.Retard dans lescommandes de

matériel

3 Identifier le matériel nécessaire avantles vacances dété, de manière à lancerles procédures de commande dès lavalidation du budget prévisionnel.

Retard dans lesconstructions (canal,

maquette)

3 Programmation de séancessupplémentaires pour rattraper le

retard.Retard dans les

constructions (canal,maquette)

5 Soutien des professeurs de lEcole etparticulièrement de notre tuteur M.

KIMMOUN (plus familiarisé audispositif expérimental et aux

problèmes survenant dans ce genredexpérience) pour analyser les sources

derreurs.

Cet outil de gestion de projet nous a donc permis dauto-évaluer notre avancementtout au long de lannée, et de prendre les décisions simposant en cas de confrontationà un risque identifié. Malheureusement, le programme établi initialement na pastoujours pu être respecté, et ce même malgré les dispositions que nous avions pris.Cest pourquoi le GANTT final récapitulant lensemble des taches effectuées et leuréchéances est très différent de celui établi en mai.

11

2.2 Le bilan des taches effectuées et échéances

Figure 4 – Gantt final du projet avec les taches réalisées en temps réel)

2.3 La gestion de léquipe, répartition des tâches

La répartition des tâches dans le groupe a été faite selon lintérêt et les com-pétences de chacun pour les différents sujets. Néanmoins, nous sommes tous restésau courant des travaux réalisés par chaque membre, ceci nous a permis davoir unevision globale de lensemble du projet et de son avancement.

La répartition des tâches pour la deuxième phase du projet (depuis septembre2012) a été la suivante :

Christophe BEKHOUCHE : Chef de Projet. Responsable de lavancementdes tâches et de la répartition du travail dans le groupe. Chargé des relations entrele groupe et les tuteurs école et client.

Jean-Baptiste FRUITIER : Responsable expériences (dispositif dacquisitiondes données, protocole expérimental).

Luisa GONTIJO BISINOTO : Chargée de la centralisation des informationset des résultats obtenus ainsi que de leur analyse et synthèse. Aide conséquente à laconstruction de la maquette.

Rémy PEYRET : Chargé des simulations numériques.Amélie ROCHON DU VERDIER : Chargée de la construction de la ma-

quette.Charles VION : Chargé du rehaussement du canal hydraulique.

2.4 La gestion des ressources et des moyens

Nous avons pu bénéficier dun cours de mécanique des fluides ainsi que duneinitiation à Gerris dispensés par M. KIMMOUN en mai 2012. Ces connaissancesauront permis à Rémy de se lancer dans la programmation Gerris, et au reste dugroupe de mieux appréhender le sujet lors des premières séances.

M. VIROULET a également eu la gentillesse daccompagner Rémy dans sa tachedétablir le code des simulations numériques. Son aide aura été très précieuse dans

12

létablissement de la simulation du canal hydraulique, et aura montré à quel pointcette tache est difficile étant donnée nos connaissances sur ce logiciel.

Lensemble des moyens financiers mis à disposition par l’École Centrale Marseilleaura permis la construction de la maquette et le rehaussement du canal hydraulique,indispensables aux expériences.

2.5 Le budget du PT

Toutes les dépenses ont été effectuées au Bricot Dépot de la Rose (Marseille,13e) pour lachat des matériaux nécessaires à la construction de la maquette et aurehaussement du canal hydraulique

Objet PrixUnitaire ()

Quantité Total TTC()

Finalité

Tasseaux 2m4021x21mm

2,66 4 10,64 Canal

Panneau contreplaqué2m44x1m22 ep10mm

25,90 3 77,70 Canal


40,69 2 81,38 Canal

Panneau aggloméré2m40x1m22 ep19mm

12,74 2 25,48 Canal


16,84 1 16,84 Maquette

Colle bois 750g 9,90 2 19,80 Canal/MaquetteAdhésif plastiquehaute résistance

6,75 3 20,25 Canal

Adhésif Aluminium 17,50 1 17,50 CanalEquerres fixation

paroi7,90 12 94,80 Canal

Vis de liaison 9,30 6 55,80 Canal

13

3 Les résultats produits par le PT

3.1 Solution retenue pour létude hydrodynamique du BateauRapide

Ce projet transverse de l’École Centrale Marseille représente le point de départdune étude plus poussée consistant à prouver la faisabilité du projet Bateau Rapide.Notre objectif est donc de réunir certaines caractéristiques physiques du bateaurapide pour un moindre budget.

Une méthode très utilisée dans lindustrie pour les études de mécanique des fluidesest celle de lexpérimentation sur un modèle réduit (digues, plages, barrages, na-vires...). Cette méthode sappuie sur la similitude de Froude.

3.1.1 Justification de la méthode par la similitude de Froude

Le nombre de Froude caractérise les forces exercées par les vagues sur un bateau(ou autre structure marine). Une expérience sur maquette n’a de sens que si lescaractéristiques des vagues et donc les efforts hydrodynamiques restent identiquesavec le modèle à l’échelle. Ce nombre sans dimension doit donc rester constant aprèsun changement d’échelle.

Le nombre de Froude Fr est donnée par :

Formule Mathématique : Fr = v ÷ (Lg)1/2

Où :v est la vitesse relative du bateau par rapport au fluide (en m.s−1)L est la longueur caractéristique de lécoulement sur la structure , ici la longueur

du bateau (en m)g est lintensité de la pesanteur en (m.s−2)

Nous cherchons à caractériser les efforts sexerçant sur des coques de 17,5 m delong lancées à 60 noeuds.

L = 17,5mv = 60 x 0,514 = 30,84 m.s−1

d’où Fr = 2,35

Nous verrons par la suite que les moyens en notre possession ne nous permettentpas de respecter un tel nombre de Froude. Nous chercherons en revanche à adapterl’expérience pour nous en rapprocher le plus possible.

3.1.2 Moyens mis à disposition par l’École Centrale Marseille

Le département Génie Marin de l’École possède plusieurs laboratoires permettantd’étudier l’influence de la houle sur une structure marine. L’une des installations miseà notre disposition est un canal hydraulique permettant de créer un écoulement surune longueur de plusieurs mètres.

14

La solution retenue a été de construire nous même une maquette du bateaurapide et de la placer sur lécoulement du canal grâce à un dispositif adéquat. Ledispositif expérimental permettant l’acquisition des données caractérisant le designdes coques sera explicité en partie 4.

Afin d’augmenter la crédibilité des résultats attendus, nous joindrons à cetteexpérience une simulation numérique sur un logiciel de mécanique des fluides. Lelogiciel qui nous a été proposé par M. KIMMOUN est Gerris.

3.1.3 Plan d’action

La pente du canal hydraulique de lécole étant trop peu inclinée (5cm de dénivelésur une distance de 6m), il était évident que des travaux de rehaussement allaitsimposer.

L’analyse du sujet et des moyens à notre disposition nous a donc permis dedégager les trois grandes parties qui composeront ce projet et qui définiront nosobjectifs de travail :

La préparation de l’expérimentation– Construction du dispositif expérimental : rehaussement du canal, construction

dune maquette

L’expérimentation– Dispositif d’acquisition des efforts hydrodynamiques– Étude des différents paramètres caractérisant le bateau– Protocole expérimental– Expériences– Analyse des résultats

La simulation numérique– Étude préliminaire : simulation 2D du canal (prise en main du logiciel et

premiers résultats)– Design 3D du canal : analyse de l’écoulement– Intégration d’une maquette Catia à l’écoulement Gerris. Étude des efforts hy-

drodynamiques

3.2 L’analyse numérique

3.2.1 Le logiciel Gerris

Gerris est un logiciel libre permettant la résolution des équations aux dérivéespartielles décrivant un écoulement fluide. Il a été créé par Stéphane Popinet et estsoutenu par le NIWA (National Institue of Water and Athmospheric reserch) etlinstitut Jean Le Rond dAlembert.

Le programme Gerris repose sur un principe dassemblage de blocs cubiques à lin-térieur desquels se trouvent la structure et lécoulement fluide étudiés. Chaque blocest caractérisé par des conditions aux limites fixées par lutilisateur. Un maillage estensuite réalisé pour apporter une solution au problème posé grâce à une résolution

15

approchée des équations de la mécanique des fluides correspondant au modèle choisi.Gerris est capable de résoudre les équations dEuler, Stokes ou Navier-Stokes dépen-dant du temps ainsi que les équations de Saint-Venant linéaires et non-linéaires.

3.2.2 La démarche

Les différents objectifs de cette étude étaient :– dans un premier temps, étudier linfluence du convergent et de la pente du

canal sur la vitesse de lécoulement deau. Ceci permettant détablir la penteoptimale que nous donnerions au canal ainsi que la taille du convergent.

– dans un second temps, détudier les efforts hydrodynamiques de lécoulementsur les coques du bateau en fonction de son assiette et de son tirant deau.

Pour une première prise en main du logiciel, nous avons résolu le problème surdeux dimensions.

Ceci ne donnait évidement pas une solution précise et il nous était alors impos-sible détudier linfluence du convergent que nous souhaitions mettre en place dansle canal à courant. Cest pourquoi nous nous sommes attaqués au problème en troisdimensions.

Une fois ce programme réalisé, il faut insérer le modèle du bateau dans le canal.

3.2.3 Modélisation du canal

Nous utilisons le module GfsRiver qui permet de résoudre les équations de Saint-Venant. Le problème est divisé en 6 boites de 1m de côtés juxtaposées. Le canal estmodélisé à l’intérieur de ces 6 boites et lon insère lécoulement deau (cf. annexe 2).

3.2.4 Résultats

Après plusieurs essais pour différentes pentes, il est apparu que lapente de 1/150 nous donnait la vitesse découlement que nous désirions.(modif)

3.3 Etude des efforts hydrodynamiques sur les coques du ba-teau

Un fichier Catia de la maquette du bateau nous a été fournie par le client. Le butétait de convertir ce fichier en un fichier lisible par Gerris (.gts), avant de l’insérerdans la structure déjà construite.

Malgré de nombreuses heures de recherche et la collaboration de M. SylvainViroulet, nous n’avons pas réussi à ajouter les frontières solides, correspondant aufichier .gts que vous avons obtenu, à la structure codée en Gerris. L’étude telle quenous l’avions prévue n’a donc pas pu être réalisée.

16

4 Aménagement du canal à courantComme il a été expliqué précédemment, la pente du canal (5cm de dénivelé sur

6 m de long) était trop faible pour permettre un écoulement simulant la vitesse decroisière du Bateau Rapide (environ 60 noeuds). C’est pourquoi il était nécessaired’entreprendre des travaux de rehaussement : mettre en place une nouvelle pente audessus du canal déjà existant.

Pour augmenter encore la vitesse de l’écoulement, nous avons décidé avec Mon-sieur KIMMOUN de mettre en place un convergent installé sur la nouvelle pente àl’endroit où la maquette serait installée.

4.1 Etablissement des plans

Cette phase fut la plus longue, et une des plus difficile, car nous devions imagi-ner et planifier intégralement l’installation d’une nouvelle pente (plans, matériaux,quantité, étanchéité...) sur une longueur de 6 m et une largeur d’1 m. Nous y avonstravaillé de début septembre à mi-octobre, avec l’aide et les conseils de M. KIM-MOUN.

Nous avons décidé finalement de rehausser le canal hydraulique de 15 cm à sonextrémité, c’est à dire d’installer un dénivelé de 20 cm (15+5) sur une longueur de6m, ce qui donnera une pente de 1/30. Le convergent que nous mettrons en placeensuite sera constitué par un rétrécissement linéaire de la paroi du canal sur unelongueur de 4m 50 à partir de la cuve d’arrivée d’eau, puis d’une portion droite surune longueur de 1m 50 à la fin de l’écoulement, et de largeur 15cm.

Figure 5 – Canal vu de dessus

Après avoir pris la totalité des mesures sur le canal déjà existant, nous avonsdécidé des plans pour l’installation de la nouvelle pente, des nouveaux renforts surles côtés, et du convergent.

Nouvelle pente :Nous devions installer un nouveau plancher incliné de = arctan(20/600) = 1,9o.

Nous avons d’abord décidé de poser 3 panneaux de bois de 2m de long sur 1m delarge, supportés chacun par quatre planches placées verticalement dans le sens de lalargeur du canal. Celles ci seraient fixées au sol à l’aide d’équerres. Les première etquatrième planches serviraient de liaison avec les panneaux adjacents :

17

Figure 6 – Canal vu de côté

Renforts latéraux :Les barrières déjà installées pour empêcher l’eau de s’écouler par les côtés étaient

hautes de 15 cm par rapport au fond du canal, pour une épaisseur de 2 cm le longdu canal, et de 1,5 cm dans la cuve d’arrivée d’eau :

Figure 3 (plan du canal (vue du dessus))Il était nécessaire de rajouter des planches sur les parois de la cuve d’arrivée

d’eau, et du canal, car le niveau de l’eau dans ces deux parties dépasserait la hauteurdes barrières déjà existantes. Dans la cuve de récupération, la hauteur d’eau neprésenterait pas de difficultés.

Nous avons donc décidé de fixer des renforts supérieurs sur les parois coloréesen vert sur la figure ci-dessus. Pour cela nous avons prévu d’utiliser des tasseaux desection rectangulaire qui permettraient de fixer les nouvelles planches (de largeur 15cm) au dessus des renforts déjà existants :

Figure 4(tasseaux et planches)

Convergent :Il a ensuite été décidé de fixer les parois du convergent sur la nouvelle pente, une

fois qu’elle serait installée. Ceci nous paraissait plus simple, et plus précis que d’ins-taller une pente dont la largeur rétrécirait linéairement pour former un convergent.Nous allions en effet utiliser une scie circulaire pour découper les panneaux de bois,et la précision de celle-ci étant limitée, nous préférions limiter le nombre de découpes.

Grâce à la paroi rouge délimitant le convergent (sur la figure 3), il est inutile desurélever la paroi latérale gauche du canal (dans le sens de l’écoulement).

4.2 Choix des matériaux et commande

Nous avons choisi d’effectuer notre commande au Bricot Depot de la Rose àMarseille. Nous comptions d’abord utiliser du PVC pour les travaux de surélévation

18

du canal, afin de garantir une bonne protection face aux dégâts et à l’usure provoquéepar l’eau. Mais devant le coût trop élevé de ce matériau, et conscients que notreexpérience serait d’une durée de quelques jours, nous avons choisi des panneauxde contreplaqué pour le convergent, la nouvelle pente, et les renforts latéraux. Cechangement du matériau nous a permis d’avoir un budget beaucoup plus faible quecelui prévu au début du projet. L’étanchéité des liaisons entre les planches seraitassurée par des joints de silicone et par du scotch.

Nous avons effectué la commande de différents panneaux (2,44mx1,22m) pourdes épaisseurs de 10mm ou de 15mm. Pour les nouvelles parois latérales (l’épaisseurdes anciennes était de 20mm) nous étions obligé de choisir des panneaux aggloméréscar eux seuls avaient une épaisseur de 20 mm. A cela s’ajoutaient les tasseaux desection 20x20 mm, les vis à bois permettant de fixer les tasseaux aux planches, lacolle à bois, les équerres permettant de fixer les parois du convergent sur le fonddu canal, les rubans adhésifs pour étanchéifier les liaisons. Après avoir soumis notrecommande à l’école, et après réception de celle ci, nous sommes allés chercher lesmatériaux au magasin le mardi 6 novembre avec le minibus de l’école, conduit parM. Michel Scola.

Plan du canal (celui dAmélie)figure

4.3 Réalisation des travaux de rehaussement

Ces travaux nous ont occupé jusqu’à la dernière semaine de décembre. Au débutdes travaux, notre manque d’expérience en bricolage, et le temps de prise en main desmatériaux et outils, nous ont conduit à avancer plus lentement, surtout lorsqu’unedifficulté, ou un imprévu se présentait.

Puis au fur et à mesure de l’avancement de la construction, nous avons été deplus en plus efficaces, et toujours plus prompts à trouver des solutions aux problèmesque nous rencontrions. Les dernières semaines furent le cadre d’un travail soutenuet virent l’aménagement final du canal.

Difficultés rencontrées :– Indisponibilité de certains matériaux au magasin– Imprécisions dans la découpe de la scie circulaire, et dans nos tracés, nécessité

de reprendre la découpe avec la scie à ruban, ou ponçage– Taille de la scie circulaire qui ne pouvait découper des planches sur une lon-

gueur supérieure à 1 m 95, d’où un changement dans nos plans de rehaussement– Dispersion des différents outils dans différents lieux : scie circulaire, scie à

ruban à l’atelier, scies à métaux et scie sauteuse au canal à houle, les travauxfinaux devant s’effectuer au canal à courant, d’où une légère perte de tempslors de certaines séances.

– Manque d’anticipation pour certains choix (ex : taille des équerre finalementinadaptée pour certaines planches), temps de prise en main des outils

– Cassure (involontaire) du joint du tuyau de vidange du canal lors d’une séance.Nécessité de vider la cuve d’arrivée d’eau pour réparer.

Déroulement des travaux :

19

Pendant qu’Amélie et Luisa s’occupaient de réaliser la maquette, Christophe etCharles réalisaient les tracés sur les panneaux de bois. Nous prenions en comptel’épaisseur de la scie (3,2 mm), et essayions de faire au mieux avec la précision dontnous étions capables.

Lorsque ceci fut achevé, nous avons demandé de laide auprès de M. Kimmounpour découper les planches d’épaisseur supérieure à 10 mm avec la scie circulaire.Nous avons pu également compter sur monsieur (modif), menuisier à l’école, et quia réalisé le sciage des planches d’épaisseur plus faible, et des tasseaux à l’aide de lascie à ruban.

Devant l’impossibilité de scier les panneaux sur une longueur supérieure à 1 m95, nous avons été obligé de découper 5 panneaux de 1m 20 de long, à la place des 3panneaux de 2m de long (voir figure 2) pour le nouveau plancher. Ces cinq panneauxseraient soutenus chacun par 3 planches placées dans le sens de la largeur du canal :

Figure 5 (pente vue de côté)Pour que les planches de soutient soient stables, nous leur avons fixé trois tas-

seaux : deux faisant face à l’écoulement, et un situé du côté de la cuve d’arrivéed’eau. Pendant ce temps, Jean-Baptiste et Rémy fixaient les nouvelles parois sur lacuve d’arrivée d’eau.

Nous avons ensuite mis en place les cinq panneaux constituant la nouvelle pente,avec de la colle et des clous pour les fixer aux parois et aux planches de soutient :

Photos de la mise en place progressive de la pente figureLes liaisons entre les planches et les parois ont ensuite été recouvertes par un

joint de silicone et par un adhésif en aluminium.Photo de Luisa en train de mettre du silicone (IMG 237) figureNous avons ensuite fixé les parois latérales à l’aide des tasseaux, et le convergent

à l’aide des équerres à bois. Nous avons protégé les panneaux en aggloméré à l’aided’un adhésif car ceux ci se seraient dégradés rapidement avec l’eau.

Photo finale du canal (IMG 276-277/278) figure

4.4 Bilan

Notre travail fut dans l’ensemble un travail de qualité qui nous permis d’effectuernos expériences dans de bonnes conditions, et surtout de réunir, dans le convergent,des conditions expérimentales proches de la réalité pour l’étude des efforts sur lamaquette.

Cependant la vitesse découlement a atteint une valeur de 1,6 m/s, ce qui étantdonné la taille de la maquette, et daprès la similitude de Froude, correspond à unevitesse de 15 noeuds pour le bateau rapide à échelle réelle (au lieu des 60 noeuds). Ilaurait cependant été difficile de surélever plus le canal, ou de réaliser une maquetteplus petite. Nous avons eu à déplorer quelques fuites en dessous du canal, et surcertaines parois, preuve que l’étanchéité n’était pas optimale (Scotch mal fixé ousilicone insuffisant). Mais à part quelques filets d’eau qu’il fallait récupérer, cesfuites n’ont pas perturbé l’expérience.

Nous aurions pu également éviter certains problèmes en étant plus attentifs, ouplus prévoyants, ce qui nous aurait ainsi permis d’être plus rapide. Mais le travail

20

effectué reste néanmoins satisfaisant étant donné notre manque d’expérience pour cetype de travaux, et les moyens dont nous disposions. Cet aménagement du canal aenfin été une expérience très enrichissante (planification intégrale des travaux, sensdu bricolage, esprit pratique), où l’esprit d’équipe était prépondérant car chaquemembre y a participé.

21

5 Construction de la maquette

5.1 Dimensionnement de la maquette

Pour réaliser la maquette du bateau rapide sur coussin dair, nous nous sommesbasés sur deux points principaux : létude de la similitude de Froude et la simula-tion numérique réalisée en parallèle sur le logiciel Gerris. Nous avons également dûprendre en compte certains facteurs de conception pour permettre la réalisation laplus rigoureuse possible pour cette étude.

Nous étions tout dabord restreints à une largeur minimale de la maquette, celle-ciétant imposée par la taille de la balance à efforts que nous souhaitions utiliser pourles expériences. Son fonctionnement est décrit dans la partie Protocole expérimental.

De plus, nous avons choisi de réaliser une maquette qui ne comporte quun tunnelsur les trois présents sur le bateau réel. En effet, de par les symétries présentes surce bateau, nous pouvons nous permettre ce choix détude qui nous permet de garderun bon rapport déchelle. Cette idée a été validée par le tuteur client.

Nous avons donc opté pour une largeur de 9 cm, inférieure à la taille de la balance,le reste des dimensions étant donc réalisé à léchelle par rapport aux dimensions dubateau rapide sur coussin dair.

5.2 Étude préliminaire de la construction de la maquette

Une fois le dimensionnement de la maquette réalisé, nous avons réalisé un plan3D de la partie extérieure de la maquette grâce au logiciel Google SketchUp. Cecinous a alors permis de mieux la visualiser, et donc de pouvoir commencer à imaginerlarmature interne de la maquette.

Figure 7 – Maquette vue de l’avant

22

Figure 8 – Maquette vue de l’arrière

En termes darmatures de la maquette, nous avons opté pour dupliquer les facesavant et arrière de façon régulière tout le long de la maquette. Sur limage ci-dessous,vous pouvez donc voir la face avant en rose, la face arrière en rouge ainsi que lescinq armatures qui composeront la maquette.

Figure 9 – Armatures de la maquette

Après avoir réfléchi au plan de la maquette, nous avons choisis la matière aveclaquelle nous allions construire celle-ci. Nous avons décidé de choisir un panneaucontreplaqué dune épaisseur de 5mm. En effet, nous avons opté pour du contreplaquéqui présente des propriétés de résistance mais également de souplesse, ce qui nousparaissait intéressant pour la construction de la maquette. De plus, il ne nous fallaitpas une plaque trop épaisse pour permettre une finition optimale cest pourquoi nousavons choisi ce matériau. Nous avons également eu besoin de colle à bois, de siliconeet rouleau daluminium isolant.

Enfin, nous avons souhaité réaliser la maquette en papier afin de mieux établirles étapes de la construction de la maquette, mais également de percevoir les diffi-cultés auxquelles nous allions être confrontées. Nous avons notamment soulevé deuxdifficultés majeures : la petite taille de certaines pièces avec par exemple des anglestrès fins, et deux faces qui nous ont posées problème car il sagit dun quadrilatèrenon coplanaire. En ce qui concerne la première difficulté, nous avons donc établinotre protocole de construction en tenant compte de cela et avons revu certaineslongueurs pour quelles ne soient pas inférieures à lépaisseur du bois. Pour la seconde,nous avons décidé de monter la maquette et de réaliser ses deux faces une fois lereste de la maquette construit.

23

Une fois toutes ces étapes réalisées, nous avons réalisé sur le logiciel GoogleSketchUp les plans définitifs de la maquette, en prenant en compte lépaisseur dubois, et donc en décidant quelle face irait par-dessus quelle autre Voici ci-dessous lesplans de la maquette hormis les deux faces que nous réaliserons ultérieurement.

Figure 10 – Plans de la maquette

5.3 Construction de la maquette

Pour la construction de la maquette, nous avons réalisé un protocole précis demanière à être le plus rigoureux possible dans la réalisation.

Nous avons pris comme base la face du dessus (orange).Etape 1 : Nous avons tracé et découpé à laide dune scie à ruban les différentes

faces dont nous avions besoin, grâce à la précieuse aide de M. (Je sais plus sonpetit nom non plus i. Nous avons ensuite poncé toutes les faces, pour une meilleureadhérence de la colle et une meilleure finition de la maquette.

Etape 2 : Nous avons commencé par coller à laide de la colle à bois les facesavant (gris clair) et arrière (gris foncé) de la maquette. La face ayant des longueursfines, nous lavons collée à lextérieur, tandis que la face extérieure est collée sur labase.

24

Figure 11 – Etape 2 - montage maquette

Etape 3 : Nous avons ensuite collé la partie centrale de la face du dessous(violet) en sappuyant sur les faces avant et arrière.


Etape 4 : Nous avons alors ajouté les faces composant larmature de la maquette(gris). Celles-ci sont collées sur la base, placées grâce à des marques à la bonne place,et ajustée par rapport à la face du dessous déjà placée pour assurer une meilleureprécision.


Etape 5 : Nous ajoutons les faces latérales de la maquette (bleu et vert). Ellessont collées sur la base et les armatures.

25


Etape 6 : Nous collons enfin les autres faces du dessous (rose) qui recouvrentles armatures, hormis la face avant, et les faces latérales.


Etape 7 : Il ne nous reste alors plus quà ajouter les deux dernières faces dudessous. Comme nous lavons indiqué précédent, ce quadrilatère nest pas coplanaire.Ainsi, nous devons découper une plaque avec un bord arrondi, puis la tordre. Nousavons donc décidé de prendre un matériau plus souple, du plastique, pour réalisercette face. Tout dabord, nous avons pris les mesures directement sur la maquetteainsi montée à laide dun papier transparent : en effet, nous avons scotché le papiersur la maquette et, par transparence, nous avons tracé la forme adéquate. Ainsi,nous avons pu reporter cette forme sur le plastique et découper aux dimensionssouhaitées. Nous avons ajouté ces deux dernières faces sur la maquette avec de lacolle ainsi que quelques clous pour solidifier le tout.

26


Etape 8 : Une fois la maquette montée dans son ensemble, nous avons poncé denouveau lensemble de la maquette, pour enlever toutes les imperfections. Nous avonsensuite étanchéifié le tout, tout dabord à laide de silicone sur chaque jointure, puisgrâce au rouleau daluminium que nous avons posé sur lensemble de la maquette.

Etape 9 : Nous avons enfin installé sur la maquette le dispositif permettant lesmesures expérimentales. Il sagit dune balance, celle-ci étant décrite dans la présen-tation du dispositif expérimental. Nous avons vissé la partie inférieure de la balancesur une planche de bois que nous avons collé sur la maquette à laide de la colle àbois. Nous devions également fixer la partie supérieure de la balance à un poteauqui permet de fixer le tout sur le canal. Nous avons donc lié la balance et le poteaupar lintermédiaire dune plaque daluminium vissée sur chacun. Tout ceci a été réaliséavec un souci de parallélisme le plus précis possible.

27

Figure 17 – Photo de la maquette dans le canal

5.4 Mise en question du modèle utilisé

Bien que nous ayons pris toutes les précautions nécessaires, nous sommes conscientsque lensemble maquette et balance que nous utilisons présente de nombreux écartspar rapport à la théorie.

En effet, lors de la réalisation de la maquette, nous avons tout dabord dû sim-plifier la maquette par rapport au réel bateau rapide, dans un souci de difficulté deréalisation.

Dautre part, nous avons nous même ajouté des erreurs, en ce qui concerne notam-ment les tracés et les découpes des faces de la maquette. Létanchéité de la maquettenest pas non plus parfaite modif oh bah quand même !! > :-( celui (ou celle)qui a mis ça veut que je change ? oui :) car elle était grave étanche a titemaquette (stof !) et la maquette nest pas parfaitement lisse, ce qui engendreracertainement des erreurs lors de lexpérimentation.

Enfin, il y a nécessairement des erreurs de parallélisme entre maquette, balance etpoteau, ce qui impliquera également de petits écarts sur les résultats expérimentaux.modif à détailler pour les écarts, donner un ordre de grandeur un ordrede grandeur de quoi ??? des erreurs de parallélisme ? Parce que si cestça, justement je ne les connais pas car on a justement fait en sorte quilny en ai pas...

28

6 Protocole ExpérimentalPrincipe de l’expérimentation Lobjectif de cette expérimentation est de

tester la structure dun bateau rapide. Notre étude se focalisera uniquement sur lesphénomènes hydrodynamiques qui sappliquent sur cette structure. Nous allons testerlinfluence de différents paramètres (vitesse découlement, tirant deau, assiette) sur lavariation des efforts et des moments hydrodynamiques sexerçant sur les coques dubateau rapide.

6.1 Dispositif expérimental

Pour toutes les expériences, nous utiliserons le matériel suivant :Un canal à courant constitué de deux bacs (entrée et sortie deau) et reliés entre

eux par une pompe sur la partie inférieure et une pente de deux degrés sur la partiesupérieure.

Mettre photo canal : en prendre une car pas de vue densembleUn convergent situé sur la pente du canal permettant de diriger et daccélérer

lécoulement.Mettre photo canal : photo 16 dropboxUn rail sur lequel glisse un chariot permettant de déplacer la maquette le long

du canal et de la maintenir dans la position désirée.Mettre photo maquette : photo 11 dropboxLa maquette du bateau rapide qui est fixée à une balance de mesure, elle-même

fixée au chariot coulissant.

Les outils de mesure utilisés lors des expériences seront :

Un tachymètre mettre une photoLe tachymètre mesure le débit dans le tuyau reliant le bac dentrée et de sortie

deau. Il est relié à un capteur qui génère un signal dont la fréquence est proportionnelau débit. Il indique la fréquence de ce signal en Hz. Le débit en l/sec dépend desparamètres suivant :

f : fréquence en HzFs : facteur de correction du capteur ; Fs = 0,98 (donné par le constructeur)K : facteur de proportionnalité entre le débit et la fréquence du signal généré

par le capteur en Puls/l ; ici K = 3,45

Débit en l/sec : Q = (f × Fs)÷K

Précautions dutilisation : ne pas avoir de bulles dans la pompe pour éviter lesphénomènes de cavité impliquant un débit faux. Éviter les fuites pour avoir un débitconstant partout dans le canal lorsque le régime permanent est atteint.

Une balance defforts et de momentsCette balance, fixée sur la maquette, mesure la charge appliquée sur la maquette.

Cette charge est décomposée en six composantes : les trois forces orthogonales et

29

les trois moments orthogonaux. Cet appareil est constitué de six canaux de condi-tionnement de signaux où chaque canal correspond à une composante de la chargeappliquée sur la maquette.

La balance est reliée à une plate-forme dacquisition de données par un câble.Chaque canal de la balance fournit une tension dexcitation à un ensemble de pontsde jauges de contrainte incorporés dans la plate-forme d’acquisition. Le résultat desortie est une tension de faible niveau proportionnelle à la composante de la chargemécanique appliquée. Cette sortie est amplifiée, puis filtrée, puis périodiquementéchantillonnée par la plate-forme d’acquisition.

photo schéma balance+plate-forme+ ordi (demander à Jb) + photoaxes orientation balance (demander à Jb) modif

Cette plate-forme dacquisition utilise le logiciel AMTINetForceľ qui récupère lesdonnées dacquisition et permet de visualiser les efforts et les moments sappliquantsur la maquette en temps réel.

Nous utiliserons en suite un programme Matlabľ, établi par Olivier Kimmoun,permettant de traiter les données et dobtenir des courbes defforts et de moments enfonction du temps.

Un capteur sur la pompeIl mesure ? (demander à Kimmoun)modif

Une règleElle permet de mesurer à la main la hauteur de l’eau à différents endroits du

canal et les tirants deau sur la maquette.Précautions dutilisation : limiter au maximum les erreurs d’imprécision.Mettre la largeur de la règle dans le sens de l’écoulement pour ne pas créer de

résistance et provoquer localement une surélévation du niveau de l’eau.

6.2 Défauts de l’installation

Une fois le dispositif expérimental installé et les premiers tests lancés, nous avonsrelevé plusieurs défauts qui influeront sur les résultats :

– présence de fuites à plusieurs endroits du canal influant sur la valeur réelle dudébit et la valeur affichée. (ordre de grandeur à donner)modif

– Le dispositif expérimental ne permet pas d’ajuster les angles (tangage et lacet)pour que la maquette soit correctement alignée par rapport au plan d’eauqui est incliné et par rapport aux bords du convergent. Ceci implique quunefois la maquette fixée, celle-ci nest pas parfaitement parallèles aux bords duconvergent et il y a une légère différence entre les tirants deau à bâbord et àtribord. (ordre de grandeur à donner)modif

– La maquette et la balance ne sont pas exactement dans le même axe : les effortset moments calculés selon laxe x et y auront certaines imprécisions. (ordrede grandeur à donner + voir partie Amélie)modif

30

6.3 Les expériences

Le but de nos expériences est dobtenir la variation des efforts et des momentsqui sappliquent sur la maquette en fonction de lassiette. (modif" : est-ce quonfait varier autre chose ? le tirant deau non ?->lassiette est directementliée au tirant deau (voir définition ci dessous))

6.3.1 Débit et vitesse découlement : paramètres fixes

Le débit sera un paramètre fixe lors de nos différentes expériences. Cependant,plusieurs contraintes simposent à nous quant au choix de la valeur à fixer. Toutdabord, la contrainte donnée par la similitude de Froude qui impose la vitesse delécoulement et donc la valeur du débit pour avoir une modélisation viable. Daprèsla partie 3.1.1), la similitude de Froude nous impose une vitesse de 6m/s dans leconvergent. Or, une autre contrainte nous est fixée mais cette fois ci par le dis-positif expérimental : au-delà dun certain débit, la hauteur deau dépasserait celledu convergent rendant alors lexpérimentation dans les conditions fixées au départimpossible.

Nous faisons donc le choix d’un débit de 24,4 l/sec qui est le débit maximum quenous pouvons utiliser sans faire déborder le convergent. Ce débit correspond à unevitesse d’écoulement de 1,60m/s. La similitude de Froude nous dit donc que pourun bateau de longueur réelle L = 17,5 m, nous simulons dans notre expérimentationun bateau naviguant à une vitesse réelle de 15 noeuds.

Imprécisions dues au tachymètre : le débit varie entre 23,9 l/sec et 24,9 l/sec.Nous sommes au-dessous de ce que souhaitait le client ( expérimentation pour

un bateau naviguant à 60 noeuds ) mais nous avons été limité par la taille dela maquette que nous ne pouvions pas réduire plus pour des raisons techniques(problème d’échelle) et aussi par la pente du canal que nous ne pouvions pas éleverdavantage.

Calcul de la vitesse de lécoulement dans le convergent :Le tachymètre nous donne f qui est relié au débit Q en L/min parQ = (60 × f × Fs)÷K avec Fs = 0.98 et K = 3.95Or le débit en m3/s nous donne la vitesse en m/s :(Q × 10−3 )÷ 60 = V /SLa section S (en m2) dans le convergent étant donnée simplement par 0.15xh.10−2

Où h est la hauteur deau en proue (en cm) et 0.15 la largeur du convergent (enm)

On a finalement :v = (10−3 × 60 × f × Fs)÷ (60 ×K × 0 , 15 × h × 10−2 ) on dit que 1.5 = 3/2

et il vient :v = (2× f × Fs)÷ (3×K× h) la vitesse de lécoulement en m/s

6.3.2 Paramètres variables

Le tirant deau avant et arrière

31

Le tirant deau (avant ou arrière) est la hauteur de la partie immergée de lamaquette (à lavant ou à larrière). Il représente la distance entre la flottaison (lignequi sépare la partie immergée et la partie émergée) et le point le plus bas de la coque(avant ou arrière).

Pour faire varier ce paramètre, on fait basculer le chariot vers larrière en posantdes cales en bois entre lavant du chariot et le rail. Il faut bien stabiliser les cales afinque ni le chariot ni la maquette ne bougent lors de lécoulement.

Les tirants deau sont mesurés à la règle directement sur la maquette ce quiimplique certaines imprécisions de mesure de lordre du millimètre.

L’assietteL’assiette est l’inclinaison longitudinale de la maquette, c’est-à-dire la différence

entre le tirant deau de l’arrière et le tirant d’eau de l’avant divisée par la longueurentre perpendiculaire. Cette longueur correspond à la longueur entre la perpendicu-laire avant et la perpendiculaire arrière qui correspondent elles-mêmes à l’intersectionde la coque avec la flottaison à pleine charge.

On mesure donc l’angle a qui caractérise lassiette qui est tel que :

tan a = (Tirant d’eau arrière - tirant d’eau avant) ÷ (Longueur entreperpendiculaire)

Lassiette dépend donc des mesures des tirants deau avant et arrière et constituedonc le paramètre variable sur lequel nous pencherons notre étude. Limprécision estde lordre du millimètre.

6.3.3 Expérience à vide (cf 20-12-12 exp 1) : à refaire (modif)

Principe :Cette expérience est lexpérience de référence. Il n’y a pas d’eau dans le canal

ainsi il n’y a pas de débit, ni dassiette, ni de tirant d’eau.Nous observons la variation des efforts et des moments sappliquant sur la ma-

quette en l’absence d’écoulement. L’effet attendu est une variation nulle de ces ef-forts.

Procédure :Régime d’écoulement : permanentDébit : 0Tirant d’eau : 0Assiette : 0Temps d’acquisition : 60 secondes

6.3.4 Expériences avec variation de l’assiette (cf 20-12-12 exp4,5 et sui-vantes..)

Principe :Le paramètre que nous faisons varier est l’assiette de la maquette. Nous donnons

à la maquette une assiette négative ou positive. Nous observons la variation desefforts et des moments s’appliquant sur la maquette en présence de l’écoulement.

32

Procédure :Régime découlement : permanentDébit : 24,4 l/secTirant d’eau : voir tableau résultatAssiette : voir tableau résultatsTemps d’acquisition : 60 secondes

33

7 Analyse CritiqueComparaison entre les objectifs du PT et le rendu au clientNotre objectif depuis le début de ce projet était de rendre un dossier scientifique

permettant au client d’obtenir crédibilité auprès de ses clients (cf. chapitre I). Cedossier devait comprendre une étude comparative entre le bateau à coussin d’airet d’autres bateaux qui appartiennent à la même catégorie ou à une similaire. Lesanalyses numériques font aussi partie du livrable.

Notre groupe a été fidèle aux objectifs premiers. Les objectifs ont été accom-plis intégralement, avec le rendu d’un dossier complet sur l’étude des performancesdu bateau. Nous n’avons, par contre, pas rendu une étude comparative des perfor-mances, faute de temps.

Comparaison entre la proposition definie dans lAvant Projetet le tra-vail effectue lors de la phase 2

Le travail effectué par le groupe durant la première partie du projet nous a guidétout au long de la réalisation de cette phase 2. Les réunions avec le client et le tuteurécole, M. Kimmoun, nous ont permis de bien cerner le périmètre du projet et defaire un planning consistant, outil clé pour analyser l’avancement du travail fourni.

La solution technique que nous avions proposée dans l’avant projet a été suivieintégralement pour cette deuxième partie. La responsabilité de la mise en uvre decette solution a été partagée entre chaque membre du groupe et nous avons travailléensemble pour concrétiser ce projet. Comme convenu, nous avons couplé une étudenumérique réalisée sur le logiciel Gerris aux expériences avec la maquette que nousavons construite sur le canal à courant de l’école.

Le groupe s’est bien organisé pour profiter au maximum des séances de projettransverse qui nous ont été accordées pour pouvoir finir le travail souhaité dans letemps imparti. La préparation de la partie expérimentale nous a pris plus de tempsque nous ne l’avions prévu à cause des modifications qui ont été faites sur le canal.Malgré ce retard, nous avons su gérer le temps qui nous restait pour que le travail soitfini dans le délais. Plusieurs heures de travail supplémentaires, en plus des séancesde projet transverse, ont été fournies pour achever ce projet.

Le coût total du projet a été plus faible que ce que nous attendions. Dans notrebudget prévisionnel on avait prévu un matériel avec une qualité supérieure à cellequi sest avérée nécessaire pour le rehaussement du canal car la modification effectuéene sera pas permanente. Ce changement nous a fait dépenser moins dun tiers de cequi avait été prévu.

Les eventuelles difficultes et satisfactions rencontrees lors du travailde PT

Au début nous ne croyions pas avoir les connaissances nécessaires pour menerà bien ce projet car la demande de connaissances techniques pour développer lasolution était forte. Le succès est dû au fait que nous navons pas vu cette situationcomme une difficulté mais comme un défi à surmonter et c’est avec plaisir que nousvoyons que nos efforts ont eu un résultat positif.

Nous ne nous étions pas rendus compte de la quantité de travail manuel quiserait nécessaire à fournir pour le bon déroulement des expériences. À première vue,la situation nous a un peu effrayés mais c’était avec satisfaction que nous avons

34

constaté notre capacité et notre efficacité pour construire l’environnement physiquepermettant les expériences.

La réalisation de ce projet nous a énormément plus. Avoir eu l’opportunité d’êtreen contact direct avec un client et s’engager à répondre à ses besoins a été uneexpérience qui nous a beaucoup approchés du monde professionnel. Le travail enéquipe a été très gratifiant, notre groupe a bien travaillé ensemble et notre cohésionnous a permis de voir avec fierté l’achèvement d’un an de travail.

35

8 Annexes

8.1 Annexe 1

Figure 18 – Gantt de l’Avant Projet

8.2 Annexe 2

36

6 5 GfsRiver GfsBox GfsGEdge {} { # définition de la taille des boites PhysicalParams { L = 1. } Refine 5 Init {} { # définition de la surface du fond avec présence d'un convergent Zb = {

double zb = {x<0 ? 2.5/150. : y<-0.198*x+0.786 ? -x/150. : -x/150. + 0.2 } ;

return zb; } # définition de la surface d’eau initiale P = {

double p = x< 0 ? 0.035 : -1.; return MAX (0.,p-Zb);} } # définition du vecteur densité de gravité PhysicalParams { g = 1 } # définition du gradient de transport de matière AdvectionParams { gradient = none } # définition du maillage AdaptGradient { istep = 1 } { cmax = 1e-4

cfactor = 2 maxlevel = 6 minlevel = 6 } (P + Zb) # définition du pas de temps et des paramètres de sortie Time { end = 100 } OutputProgress { istep = 10 } stderr OutputScalarSum { istep = 10 } ke { v = (P > 0. ? U*U/P : 0.) } OutputScalarSum { istep = 10 } vol { v = P } OutputScalarNorm { istep = 10 } u { v = (P > 0. ? U/P : 0.) } # sauvegarde sous forme d’un fichier texte et d’un fichier Gerris OutputSimulation { step = 0.5 } sim-%g.txt { format = text } OutputSimulation { step = 0.5 } sim-%g.gfs # définition de la vitesse d’entrée

Init {}{U0=P>0 ? 0.008 : 0;} } # définition des conditions aux frontières des boites GfsBox {left = Boundary {BcDirichlet U U0}} # les frontières “Dirichlet” correspondent aux conditions pour lesquelles la valeur de la variable est fixe. GfsBox {} GfsBox {} GfsBox {} GfsBox {} GfsBox {right = BoundaryOutflow} # pour cette condition aux frontières, la pression et l'ensemble des gradients des autres quantités sont fixés à 0. # définition des liaisons entre boites 1 2 right 2 3 right 3 4 right 4 5 right 5 6 right

Rapport du Projet Transverse BatRap -...

Documents

Transcript of Rapport du Projet Transverse BatRap -...