Brevet FR2615950A1 — publié le 19881202

La presente invention concerne un dispositif permettant d'absorber les ondes de gravité dans les fluides et s'applique notamment à l'absorption de la houle et des vagues de surface en mer, en lac, dans les portset particulièrement dans les bassins d'essais hydrodynamiques. Les ondes de gravité sont des ondes superficielles dans des liquides1 ou interfaciales si le fluide est stratifiéqui se propagent avec transport d'énergie. Ces ondes engendrent un mouvement orbital circulaire des particules en dessous de la surface de lteau, l'orbite s'applatissant avec la profondeur. Aussi, en eau peu profonde, le mouvement des particules peut être assimilé à un va et vient rectiligne. Lors d'essais de tenue à la mer de structures flottantes, en bassin par exemple, il est important de connaître précisément l'influence de la houle sur ces structurest pour ce faire, on effectue des mesures (mouvements, pressions, forces...) en milieu houleux. Ceci suppose une bonne connaissance de la houle, il est alors indispensable de pouvoir supprimer les réflexions parasites sur des parois venant modifier les résultats des mesures. Pour pallier ce problème, diverses solutions sont connues. Le système le plus utilisé pour absorber les ondes de gra vité, houle en particulier, est la plage amortissante. Son efficacité est bonne à condition que sa longueur util-e soit au moins égale à celle de l'onde que I'on souhaite absorber. Aussi ce système présente le désavantage de ne pas etre bien adapté à l'absorption d'ondes de basses ou de très basses fréquences/en particulier pour une application en moyens d'essais hydrodynamiques du fait de l'encombrement nécessaire du système. Un deuxième système connu pour remédier à ce problème de réflexion d'onde de gravite est l'utilisation d'absorbeurs actifs. Il s'agit généralement de batteurs à houle asservis créant une onde en opposition de phase de manière à annuler l'onde réfléchie. Les inconvénients présentés par ce type de système sont d'une part, le cout du dispositif d'asservissement et d'autre part la mise en oeuvre délicate du système nécessitant une maintenance accrue. D'autres systèmes passifs ont égalenrent eté étudiés tels les absorbeurs à bulles, mais ceux-ci sont peu utilisés,leur efficacité étant limitée, en particulier dans le domaine des basses fréquences. La présente invention propose un dispositif absorbant les ondes de gravité dans les fluides, qui permet de s'affranchir des inconvénients liés aux différents systèmes d'absorption connus, et qui répond aux impératifs de l'utilisation en bassins d'essais hydrodynamiques, tout en étant totalement passif et particulièrement adapté a' à l'absorption des ondes de gravité dans le domaine des basses fréquences. La présente invention a donc pour cbjet un dispositif permettant d'absorber les ondes de gravité se propageant dans un fluide vers un obstacle, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison, immergés dans le fluide - un premier moyen perméable au fluide pour la dissipation de i l'énergie de l'onde incidente, disposé face au front d'onde à absorber, - un deuxième moyen assurant la raideur du dispositif, situé entre le premier mayen et l'obstacle, - un troisième mayen constitué par la masse du fluide circulant a' à l'intérieur des premier et deuxième moyens, et procurant des effets inertiels. Ainsi, tout en conservant une efficacité constante dans une large bande de frécuences et notamment dans les basses fréquences, le dispositif présente un encoibrement réduit, de l'ordre du dixième de la longueur d'onde incidente ; de plus, son efficacité est d'autant plus grande que l'onde se propage en profondeur faible et le système a la particularité d'être totalement passif tout en restant ajustable. Le premier mayen assurant la dissipation a pour rôle de permettre a' à l'énergie de l'onde incidente d'être piégée et absorbée dans le dispositif. Le deuxième myen qui assure la raideur au système permet à ce dernier de travailler autour d'une position d'équilibre stable. Le noyen qui assure les effets d'inertie vient éliminer les ondes parasites qui seraient dues à la raideur si celle-ci existait seule. Selon un mode de réalisation, le premier moyen est constitué par des conduits juxtaposés ; ces conduits sont ouverts aux deux extrémités et coopèrent avec les deuxième et troisième moyens constituant un dispositif de rappel situé entre les conduits et l'obstacle. Le système selon l'invention peut de façon préférentielle comporter des parois perpendiculaires à la surface de l'obstacle sur lequel on soaite éviter la réflexion de l'onde, et un dispositif de rappel. Les parois forment entre elles des conduits dans lesquels l'onde incidente est dissipée par frottement, ces conduits sont ouverts à leurs deux extrémités afin que le fluide puisse librement s'y déplacer. Le dispositif de rappel est placé entre la surface de l'obstacle et la surface engendrée par l'ensemble des conduits, et permet au fluide anbiant un déplacement alternatif et assure ainsi une raideur ccnvenable au système. Selon une variante de réalisation, chaque conduit est constitué par des tubes à profils hexagonaux du type nids d'abeilles et le dispositif de rappel est réalisé à l'aide d'un matériau alvéolé, contenant des inclusions gazeuses, assurant la raideur du système. Selon une autre variante, chaque conduit est constitué par 1 'espace libre entre deux plaques planes, l'espacement entre ces feuilles étant assuré par des raidisseurs ou des entretoises suivant la rigidité des feuilles utilisées. Dans cette variante de réalisation, ces conduits peuvent être associés à un dispositif de rappel réalisé par des 1/2 tubes en U dans lesquels le mouvement alternatif du fluide ambiant assure la raideur du système. Selon une autre variante, chaque conduit est constitué par l'espace libre entre des tales ondulées, l'e y 'espaceent étant assuré par des entretoises, les tôles feuilles étant placées dans le même sens. Ces conduits coopèrent avec un dispositif de rappel réalisé par une plaque rigide. Ce dispositif obstrue les conduits mais n'est pas solidaire de ceux-ci. Il est décrit ci-aprés à titre d'exenples non limitatifs, et en référence aux dessins annexés, plusieurs modes de réalisation du dispositif absorbeur selon l'invention. La figure 1 représente une coupe longitudinale schématique du premier mode de réalisation du dispositif absorbeur. La figure 2 représente une vue en perspective d'un premier mode de réalisation des conduits dissipateurs. La figure 3 représente un deuxième mode de réalisation des conduits dissipateurs. La figure 4 représente un troisième mode de réalisation des conduits dissipateurs. La figure 5 représente un autre mode de réalisation du dispositif absorbeur. Sur la figure 1, il est représenté un mode de réalisation du dispositif absorbeur selon 1' invention où le piégeage de l'onde et la dissipaticn de l'énergie sont assurés par le frottement dans des conduits 1. Les conduits 1 sont superposés et parallèles. Les parois 2 des conduits sont soudées ou collées ou liées par un procédé quelconque. A l'intérieur de oes conduits circule librement le fluide 5 vecteur de l'onde. Un matériau compressible 3 alvéolé contenant des inclusions gazeuses est juxtaposé à l'extrémité de l'ensemble des conduits. La face opposé de ce matériau est accolée à l'obstacle 4 qui peut être par exemple la paroi d'un bassin d'essais. L'extrémité 6 de l'ensemble des conduits 1 débouche dans le fluide 5 du côté de l'onde incidente. Les conduits sont réalisés à l'aide d'une structure du type nids d'abeilles en aluminium par exemple. Les conduits 1 sont rigides, et l'ensemble de ces conduits présente une surface frontale à taux de perforation élevé. Ces conduits ont une efficacité maximale quand leur surface frontale est placée perpendiculairement à la direction de la propagation de 1 'onde. Les réseaux de conduits sont réalisés par assemblage de différents modules qui sont soudés, collés ou encore liés par un autre procédé. La raideur du système est dans ce mode de réalisation la raideur du matériau lui-meme. L'ensemble du dispositif est placé au fond du bassin et devant 1 'obstacle contre lequel on souhaite éviter la réflexion de 1 'onde. I1 est fixé de telle manière que l'ensemble du dispositif ne puisse pas se déplacer sous l'effet de la houle. Les dimensions des conduits doivent être tellesqu'elles satisfassent approximativement à la relation suivante L = C1 s 8 ## C étant la vitesse de propagation de l'onde, # la viscosité cinematique du fluide ambiant, L la longueur des conduits, et s la surface de la section de chaque conduit. Pour une longueur d'onde X égale à 6 métres se propageant dans de l'eau à 200C à une vitesse de 3 m/s, la longueur L doit satisfaire à la formule suivante : L = 31250 C Dh od Eh est le diamètre hydraulique. Soit pour un Eh de 3mn, il convient de choisir des conduits d'une longueur L = n,85 m. Le matériau est choisi de telle manière que sa raideur satisfasse à la relation K = 50fo V LS dans laquelle Ç est la masse volumique du fluide, fo la fréquence de l'onde incidente, L la longueur des conduits et S la surface frontale de l'ensemble des conduits. La raideur K du matériau est de l'ordre de 30 000 N/m/m2. La figure 2 représente un mode de réalisation des conduits dans lequel les conduits 1 ont une section hexagonale du type nids d'abeilles. Ils peuvent être réalisés de façon préférentielle en aluminium. Les figures 3 et 4 représentent d 'autres modes de réalisation des conduits. Les conduits 1 sont réalisés à l'aide de tôles minces 6 as de tôles ondulées 6' sensiblement parallèles les unes par rapport aux autres, séparées par des entretoises ou des raidisseurs 7. Les faces supérieures 8 et inférieures 8' des conduits sont réalisées par les tôles minces et les deux autres faces sont réalisées à l'aide des entretoises ou raidisseurs 7. Les entretoises sont disposées en quinconce les unes par rapport aux autres d'un niveau à un autre. Les entretoises sont soudées, collées ou liées par un procédé queloonque. Dans la figure 5, il est représenté un deuxième mode de réalisation du dispositif absorbeur. I1 est constitué par l'association de conduits dissipateurs 1 et d'un dispositif de rappel réalisé a' à l'aide de 1/2 tubes en U 3 dans lesquels le mouvement alternatif du fluide ambiant 5 assure la raideur du système, l'ensemble étant disposé contre la paroi 4 au fond d'un bassin d'essais hydrodynamiques et étayé à l'aide d'un système de cales 9. REVENDICATIONS 1 - Dispositif permettant d'absorber les ondes de gravité se pro pageant dans un fluide vers un obstacle, caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison, immergés dans le fluide - un premier moyen (1) perméable au fluide pour la dissipa tion de l'énergie de l'onde incidente, disposé face au front d'onde (5) à absorber, - un deuxième moyen (3) assurant la raideur du dispositif, situé entre le premier moyen et l'obstacle (4), - un troisième moyen constitué par la masse du fluide circu lant à l'intérieur des premier et deuxième moyens, et pro curant les effets inertiels. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier moyen est constitué par des conduits dissipateurs ouverts à leurs extrémités (6), coopérant avec les deux moyens disposés entre les conduits et l'obstacle. 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les conduits dissipateurs sont placés parallèlement à la direc tion de propagation de l'onde tandis que l'obstacle est placé perpendiculairement à celle-ci. 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la dimension des conduits est choisie telle qu'elle vérifie approximativement la relation L = C dans laquelle s un# > L et s représentent la longueur des conduits et leur section transversale respectivement, C représente la vitesse de pro pagation de l'onde, et ç la viscosité cinématique du fluide ambiant, la raideur K du système satisfaisant approximativement à la relation K = 50 fo2 P LS, dans laquelle ç est la masse volumique du fluide ambiant, fO la fréquence de l'onde incidente ou la fréquence centrale de la gamme de fréquence que l'on sou haite absorber, L la longueur des conduits et S la section trans versale totale de l'ensemble des conduits. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que chaque conduit est constitué par un tube de section hexagonale du type structure nids d'abeilles. 6 - Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les conduits sont réalisés à l'aide de plaques planes superposées (6), espacées entre elles par des entretoises ou raidisseurs (7). 7 - Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les conduits sont réalisés à l'aide de tales ondulées (6') superposées et placées dans le même sens, espacees entre elles par des entretoises (7). 8 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les deuxième et troisième moyen constituant l'élément de rappel sont réalisés en un materiau compressible alvéolé contenant des inclusions gazeuses. 9 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le deuxième moyen est réalisé à l'aide de demi-tubes en U contenant le fluide ambiant, placés dans le prolongement du premier moyen.