Brevet FR2732293A1 — publié le 19961004

Système propulsif amélioré pour bateaux La présente invention concerne un système propulsif amélioré pour bateaux, utile pour la navigation fluviale ou maritime. Elle concerne en outre un bateau doté d'un tel système propulsif amélioré. L'invention concerne plus particulièrement une péniche, notamment une péniche porteconteneurs, dotée d'un tel système propulsif. On entend ici par 11bateaux" tous types d'engins flottants et par "navigation fluviale" la navigation indifféremment sur fleuves, rivières, canaux ou lacs. On connaît les nombreuses applications, dans le domaine de la navigation maritime, de ce qu'il est convenu d'appeler l'"effet de surface". Sous des formes variées, des techniques plus ou moins élaborées ont permis de faire faire au transport maritime des progrès considérables en ce qui concerne la vitesse et l'exploitation des bateaux. Les applications ont porté généralement sur des navires de haute mer, de faible ou moyen tonnage, et ont concerné le transport rapide de passagers et de véhicules. Le transport de marchandises variées qui accompagne de plus en plus le développement des économies modernes s'est principalement fait grâce aux camions, dont le trafic se développe intensément. L'accroissement spectaculaire de ce trafic a entraîné des investissements considérables et de réelles nuisances. Enfin, il est manifeste que l'exploitation des réseaux navigables est, en particulier en France, largement déficitaire, et que la modernisation de ce réseau absorberait une masse de capitaux considérable, dont la rentabilité immédiate est mal assurée. Les différentes solutions actuellement proposées ne pouvaient satisfaire ces divers objectifs. C'est ainsi que, dans un but d'amélioration de la vitesse des navires de haute mer dans des conditions techniques et économiques convenables, des solutions faisant appel à une technologie évoluée ont été imaginées; celles-ci s'appuient sur le principe de la réduction de la résistance aux frottements du navire, obtenue essentiellement avec des coques planantes et semiplanantes, notamment avec des hydroptères et des aéroglisseurs. Les solutions retenues ne peuvent s'appliquer aux eaux des fleuves, rivières et lacs. Pour la navigation fluviale, l'approche du problème est nécessairement différente. En effet, on ne peut rechercher un accroissement modéré de la vitesse des engins flottants fluviaux que dans les limites imposées par les dimensions des fleuves, canaux, rivières et lacs. Le risque de destruction des berges et des rives par le batillage provoqué par les ondes de vagues que fait tout déplacement d'objet dans l'eau est une des premières limites. S'ajoutent également aux difficultés propres de cette navigation les problèmes de manoeuvrabilité et de sécurité. Il a été proposé dans le passé de régler en partie ces problèmes en dotant des bateaux de moyens de production d'une lame d'air en surpression sous la coque, pour réaliser un déjaugeage partiel sur coussin d'air, et de moyens de propulsion et d'orientation immergés, composés d'au moins trois groupes moteur-hélice indépendants, montés sur des jambes-supports et fixés sensiblement à la verticale du bateau en flottaison (voir documents FR-A-890086, FR-A-9006748 et EP-A-0466991). Il existait cependant encore un besoin pour disposer d'une flotte, principalement fluviale, sépcialisée notamment dans le transport des conteneurs standards, mais dont les performances techniques permettraient d'assurer dans des conditions économiques concurrentielles l'acheminement des marchandises variées, pratiquement sur l'ensemble du réseau fluvial européen aujourd'hui ouvert. On a maintenant trouvé de manière inattendue que l'on peut encore améliorer la navigabilité des engins flottants, tant fluviaux que maritimes, en dotant ceux-ci d'un système propulsif original, qui va être décrit plus loin. Il est en outre apparu avantageux de combiner ce système propulsif avec des moyens assurant le déjaugeage partiel du bateau, ce déjaugeage partiel étant tel que décrit dans les documents mentionnés plus haut. L'invention a pour premier objet un système propulsif amélioré pour bateaux, comportant au moins trois organes propulsifs disposés en ligne dans l'axe longitudinal du bateau, à l'intérieur d'un canal ou tunnel hydraulique, et combinés avec: - des moyens pour générer un premier coussin d'air audessus du niveau de l'eau dans ledit canal hydraulique et - des moyens pour générer un second coussin d'air audessus du niveau de l'eau de flottaison, sous la partie de la coque du bateau située de part et d'autre du dit canal hydraulique. L'invention a en outre pour objet un bateau comportant un système propulsif tel que susdit, dans lequel sont combinés avec les organes propulsifs des hydrofoils disposés en arrière de ceux-ci, de manière appropriée sous la coque du bateau et en une position correspondant à l'interface air-eau lorsque le bateau est en déplacement. Le bateau ainsi équipé comporte avantageusement des jupes latérales, ou de préférence des coques latérales pour un bateau de type trimaran ou catamaran, et également une chape souple à l'avant et un panneau orientable et quasi-étanche en poupe. Pour plus de commodité, l'invention est décrite ciaprès le plus souvent en référence à une péniche, notamment une péniche porte-conteneurs, mais elle s'applique également, sous réserve des adaptations nécessaires à la portée de l'homme du métier, aux autres types de bateaux pour transports fluviaux ou maritimes de marchandises, de fret ou de passagers. L'invention sera mieux comprise, en référence à la description ci-après, aux formes de mise en oeuvre avantageuses décrites également plus loin et aux dessins annexés, dans lesquels: Fig. 1 représente une vue en coupe transversale schématique partielle selon un plan vertical d'un bateau de type péniche comportant un système propulsif selon l'invention, Fig. 2 représente une vue de dessus d'un bateau selon la figure 1 ayant une coque de type catamaran et une structure modulaire; Fig. 3 représente une vue en coupe transversale schématique partielle selon A-A du bateau de la figure 2. Le système propulsif selon l'invention, ainsi décrit selon sa variante actuellement préférée, comporte une pluralité d'organes propulsifs 1 préférentiellement de type hélice navale, mûs par un moteur approprié 2 et répartis le long de l'axe longitudinal du bateau. La première de ces hélices est avantageusement située à lavant du bateau, en retrait de l'entonnoir formé par l'étrave ou la double étrave, c'est-à-dire là où l'eau va s'engouffrer et est ainsi aspirée par l'hélice, ou de la chape souple frontale (non représentée) de cloisonnement du coussin d'air sous coque. Les hélices 1 suivantes sont disposées en arrière, à une certaine distance de la première. La dernière est située vers ou de préférence près de la poupe du bateau. Ces hélices sont placées près de l'extrémité de jambes-supports 3, de préférence sensiblement verticales, fixées en des points appropriés de la structure de la coque. Les groupes moteurs entraînant ces hélices peuvent être fonctionnellement reliés entre eux ou de préférence indépendants. Dans le cas de moteurs électriques, ceux-ci peuvent être alimentés en courant alternatif ou continu, en moyenne tension, par un groupe Diesel de puissaance adaptée. Une batterie d'accumulateurs d'une puissance appropriée peut servir d'appoint pour les faibles déplacements et pour faire face à d'éventuelles pannes de courte durée du groupe Diesel. Si l'on choisit des moteurs immergés couplés aux hélices comme décrit dans le document EP-A-0466991, ce doivent être des moteurs en courant alternatif, pour éviter la présence de balais. On préfère cependant les moteurs fonctionnant en courant continu arrimés à ou logés dans la coque, en pratique disposés dans une poutre coursive centrale, dans l'air, au-dessus des hélices immergées.Une liaison mécanique, courte, classique, avec réducteur et renvoi d'angle entre chaque moteur et l'hélice qu'il entraîne permet d'assurer la transmission pratiquement complète de la puissance motrice, avec une double réduction (par exemple rapport 1/3) au niveau du moteur, puis directement sur l'arbre de l'hélice avec un renvoi d'angle, qui réduit ainsi le volume d'encombrement à son minimum. Un moteur alimenté en courant alternatif exige un variateur de fréquence, nécessairement onéreux, pour le réglage de la vitesse de l'hélice, tandis qu'un moteur alimenté en courant continu permet ce réglage à moindre coût. Selon une forme de mise en oeuvre concrète préférée du système propulsif selon l'invention, celui-ci comprend principalement un moteur Diesel standard (par exemple un moteur pour camion de 160 à 300 Cv) couplé à une génératrice tournant à une vitesse élevée d'environ 3000 tours/min. La génératrice alimente alors en courant continu une batterie tampon, servant également de sécurité, et/ou directement les moteurs des hélices placés dans la coursive sèche. Le courant accumulé alimente en outre des vérins électriques ou hydrauliques qui commandent le(s) gouvernail(s) et les ancres, ainsi que les accessoires, tels que radars, projecteurs et autres. Pour pouvoir fonctionner à pleine capacité, le système propulsif selon l'invention comprend en outre un canal ou tunnel hydraulique 4 (voir Fig. 3) défini par un chemisage longitudinal 4',4",4"' sensiblement en U renversé d'une largeur appropriée pour qu'il puisse entourer latéralement les hélices 1 et surmontant cellesci de telle sorte qu'un volume d'air 5 subsiste au-dessus de celles-ci, lorsqu'elles sont dans leur position immergée. Ce volume d'air est mis en surpression par des moyens appropriés pour constituer le premier coussin d'air susmentionné. La première hélice du système propulsif décrit crée, dans l'axe du bateau, un flux d'eau à une vitesse supérieure à celle du bateau, grâce à son aspiration puissante opérée à l'avant du bateau en place du choc frontal normalement provoqué sur le bouchain, par la vitesse relative de l'eau par rapport à celle du bateau. La même hélice tend de ce fait à faire avancer le bateau en prenant appui sur la pression créée derrière elle. En variante cette pression peut être encore augmentée par la présence, à proximité de l'hélice concernée et en arrière de celle-ci, d'un hydrofoil 6 avantageusement incliné sur l'interface air-eau tel qu'il se trouve à l'intérieur du dit canal hydraulique 4 lorsque le bateau est en déjaugeage partiel. L'hydrofoil contribue au déjaugeage partiel même aux faibles vitesses, car il est placé en permanence en contact avec l'eau sur sa face inférieure et en contact avec l'air, sous légère pression, sur sa face supérieure. L'angle d'inclinaison de l'hydrofoil n'est pas critique; il est cependant avantageux qu'il confère un maximum de force à composante verticale et ne donne qu'une traînée horizontale minime. La pression supplémentaire alors exercée derrière l'hélice améliore encore le rendement de celle-ci, qui tend à se comporter dans l'eau comme un tire-bouchon dans le liège. Une seconde hélice, de préférence de même type et de caractéristiques pratiquement semblables, placée dans le canal hydraulique en arrière de la première reproduit à une certaine distance le même schéma: aspiration, pression et éventuellement prise d'appui sur l'hydrofoil. Il est clair que la distance entre hélices doit être appropriée pour ce faire et que l'homme du métier peut la déterminer par des essais de routine à sa portée. Il faut seulement préciser qu'une hélice ne devrait pas être placée à une distance qui annihilerait l'effet de poussée de la précédente, c'est-à-dire à une distance telle qu'elle aspire l'eau de la zone où la précédente hélice exerce sa poussée maximale. L'optimum semble être que la seconde hélice aspire l'eau de la zone où la première exerce encore une pression résiduelle non négligeable, afin d'éviter un effet de cavitation. Pour un meilleur rendement, la seconde hélice est accélérée par un moteur tournant à une vitesse supérieure à celle du moteur de la première hélice. Il en est de même pour l'hélice de rang n vis-à-vis de l'hélice de rang n-i. Une troisième hélice et les suivantes éventuellement, une fois dûment mises en mouvement à vitesse contrôlée, contribuent à transmettre au bateau une puissance de propulsion dont le rendement est sensiblement accru par rapport au schéma classique de la propulsion arrière. Ce qui vient d'être exposé pour les positions relatives et les modalités de fonctionnement respectives des première et seconde hélices s'applique mutatis mutandis aux suivantes. Quant à l'éjection vers l'arrière du débit d'eau aspiré à l'avant, elle prend appui sur la forme particulière de la poupe inhérente au canal hydraulique selon l'invention et ainsi annule l'effet de succion que la coque classique crée immanquablement. Or il est bien connu que cet effet de succion entame lui aussi le rendement global de la propulsion. Le bateau ainsi équipé comporte avantageusement des jupes latérales (non représentées), ou de préférence des coques latérales 7 pour un bateau de type trimaran ou catamaran, et également une chape souple à l'avant et un panneau orientable et quasi-étanche en poupe. Ces agencements ou des équipements équivalents permettent de créer un second coussin d'air 8 au-dessus du niveau de l'eau de flottaison, sous la partie de la coque du bateau située de part et d'autre du dit canal hydraulique. Sur la figure 3 sont représentés: - par I le niveau de l'eau à l'arrêt, - par II le niveau d'eau en marche avec déjaugeage partiel, et - par III le niveau d'eau au-dessus de l'hélice dans le canal hydraulique. En pratique on crée, sous une coque de type catamaran convenablement équipée, un premier coussin d'air à environ 1000 mm de colonne d'eau à l'intérieur du canal ou tunnel hydraulique susdit et on crée, en situation d'équilibrage avec ce premier coussin d'air, un second coussin d'air à environ 1700 mm de colonne d'eau, par exemple avec un surpresseur. Cela induit en pratique une colonne d'eau d'environ 70 cm dans le canal hydraulique susdit, où sont logées les hélices. Selon la forme de mise en oeuvre préférée, le canal hydraulique comporte en outre au moins un hydrofoil placé en arrière des hélices et destiné à contribuer au déjaugeage partiel du bateau. A cette fin, il est avantageux que les hydrofoils soient inclinés sur l'horizontale selon un axe transversal à l'axe principal du bateau, de façon à présenter un bord d'attaque relevé suivant un angle que l'homme du métier est à même de déterminer à la suite d'essais et qui peut varier au cas par cas. Ces hydrofoils peuvent être ajustables, mais ils sont de préférence fixes. Ces hydrofoils doivent de préférence être situés au niveau de l'interface air-eau lorsque le bateau ainsi équipé est en déplacement avec déjaugeage partiel, afin de contribuer efficacement, en association avec la poussée de l'hélice située en amont, au déjaugeage partiel du bateau. Le second coussin d'air 8 susdit est rendu quasiétanche par des moyens classiques appropriés. Toutefois la partie basse des jupes latérales et/ou des coques 7 du bateau de type trimaran peut en outre être munie de trousévents tels que décrits dans le document EP-A-0466991. Dans un cas comme dans l'autre, les coussins d'air assurent le déjaugeage partiel, augmentent l'élancement du bateau, effacent l'éventuelle bosse de déjaugeage et surtout assurent une importante réduction de la résistance à l'avancement, ainsi qu'une réduction de la traînée d'onde et de l'effet de sillage. Les mouvements du bateau sont commandés au moyen d'un ou plusieurs gouvernails classiques (non représentés). Un avantage supplémentaire du système propulsif selon l'invention et d'un bateau à déjaugeage partiel qui en est équipé est l'aptitude à réduire considérablement la durée et les astreintes de franchissement des écluses. En effet, à la montée comme à la descente, on peut annuler le coussin d'air au moment opportun, avant l'entrée dans le sas de l'écluse, puis regonfler ce coussin d'air une fois les portes de l'écluse refermées. On apporte ainsi un volume d'air qui se substitue au volume d'eau normalement fourni par l'éclusier. Cet apport permet de réduire la durée du franchissement dans une proportion donnée par le rapport entre le volume de l'écluse et le volume de la ou des péniches de ce type en transit.En effet le volume occupé par l'air, tel qu'il ressort des dessins annexés pour une péniche de type Freycinet, représente sensiblement la moitié du déplacement du bateau, la vidange et le remplissage du volume d'air se faisant sous le contrôle du pilote, avant le franchissement de l'écluse et au cours de celui-ci. Or il est connu que les opérations d'éclusage constituent un des handicaps majeurs de la navigation fluviale. Selon une autre variante particulièrement préférée, le bateau selon l'invention est également muni d'un dispositif 9 de protection des organes propulsifs contre les corps étrangers. Une forme de réalisation préférée de cette variante consiste en un filet aux mailles assez lâches, par exemple en losanges d'environ 5 cm x 3 cm, en matière plastique ou autres matière pratiquement imputrescible et apte à résister aux chocs provoqués par des objets flottants d'environ 100 kg. Ce filet s'étend de préférence sur toute la longueur du canal ou tunnel central susdit, à la base duuquel il est fixé de manière appropriée par des moyens classiques. Par ailleurs, il est avantageux, compte tenu de la vitesse de l'eau sur les parois intérieures du canal susdit et sur les hydrofoils, que ces parois soient en acier traité, notamment en acier muni d'un revêtement plastique tel que ceux que l'homme du métier est à même de considérer comme efficaces, c'est-à-dire par exemple un revêtement en polytétrafluoréthylène. Les péniches utilisant le système selon l'invention sont avantageusement conçues spécialement pour le chargement et le déchargement rapides des conteneurs de 20 et 40 pieds, qu'elles peuvent transporter depuis des centres de chargement vers des centres de redistribution où les conteneurs sont repris pour être livrés, le plus souvent par camions semi-remorques, aux destinataires. A titre d'exemple non limitatif, une péniche de 300 tonnes à coussin d'air et système propulsif selon l'invention peut emporter, à une vitesse très supérieure à celle admise pour ce type de bateau, jusqu'à 9 conteneurs de 40 pieds ou 18 conteneurs de 20 pieds, dans de bonnes conditions, sur tout le réseau européen. L'amélioration indéniable des performances mécaniques de ce bateau par rapport aux péniches existantes permet d'envisager son utilisation plus spécialement dans un but particulier: le transport rapide de conteneurs. En effet, cette péniche peut se présenter sous la forme d'un plateau facilement aménageable permettant de recevoir les conteneurs sur des plots d'ancrage semblables à ceux employés sur les remorques ou les grands porte-conteneurs Ces plots d'ancrage, exactement positionnés sur le fond plat de la péniche et commandés pneumatiquement, permettent de fixer à la demande les conteneurs de 20 et/ou 40 pieds sur un ou deux niveaux. La forme et la structure de cette péniche autorisent à l'utiliser pour le transport de véhicules ou de camions-remorques. Il convient d'autre part, en tirant profit de la forme et de la structure particulières de ce bateau, d'en préconiser l'aménagement rationnel en vue d'en améliorer l'exploitation. Par exemple des modules interchangeables de commande et d'habitation (non représentés) peuvent apporter aux mariniers et à leurs familles des améliorations sensibles, du fait que des relais et des retours rapides au port d'attache deviennent possibles. Ces modules, convenablement équipés et transférés à chaque fois que nécessaire sur une péniche de retour, permettent de rationaliser et de rentabiliser ce type de transport, en réduisant fatigue et temps d'immobilisation. L'entretien et la maintenance s'en trouvent également facilités. De la même façon, selon une forme de mise en oeuvre particulièrement préférée, un module "moteur-surpresseur d'air" (non représenté), placé à l'arrière, peut être conçu pour être interchangeable de façon à réduire aussi les immobilisations accidentelles ou programmées pour l'entretien. Ce module peut ainsi comprendre, en dehors d'au moins un moteur Diesel de puissance convenable, un alternateur ou une génératrice fournissant l'énergie électrique destinée aux ensembles moteur-hélice électrique dont la vitesse et le sens de rotation sont en pratique commandés depuis la cabine "avant". La commande électrique des surpresseurs d'air peut être régulée par exemple par variation de fréquence ou par tout autre moyen classique et l'ensemble des accessoires du bateau est en pratique sous le contrôle direct du pilote, assisté au besoin d'un automate programmable. Il est prévu que les gouvernails, ancres, radars, équipements vidéo, radios et l'ensemble de sécurité se trouvent alimentés par ce réseau électrique assisté d'un important accumulateur. L'entretien de cet ensemble, y compris des ensembles moteur-hélices, est simplifié et la productivité de la péniche ainsi équipée sen trouve considérablement augmentée. Les systèmes propulsifs et les bateaux qui en sont munis selon la présente invention permettent en résumé de: rentabiliser la navigation fluviale, même dans l'état actuel du réseau "Freycinet", rationaliser l'économie générale des transports de marchandises diverses et offrir pour le développement immanquable de ce trafic une solution autre que le transport par camions poids lourds, induisant nécessairement des investissements considérables et des nuisances. REVENDICATIONS 1. Système propulsif amélioré pour bateaux, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois organes propulsifs (1) disposés en ligne dans l'axe longitudinal du bateau, à l'intérieur d'un canal ou tunnel hydraulique (4), et combinés avec: - des moyens pour générer un premier coussin d'air (5) audessus du niveau de l'eau dans ledit canal hydraulique et - des moyens pour générer un second coussin d'air (8) audessus du niveau de l'eau de flottaison, sous la partie de la coque (7) du bateau située de part et d'autre du dit canal hydraulique. 2. Système propulsif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'organes propulsifs (1) préférentiellement de type hélice navale, mûs par un moteur (2) approprié et répartis le long de l'axe longitudinal du bateau, la première de ces hélices étant avantageusement située à l'avant du bateau, en retrait de l'entonnoir formé par l'étrave ou la double étrave ou de la chape souple frontale de cloisonnement du coussin d'air sous coque, tandis que les suivantes sont disposées en arrière, à une certaine distance de celle-ci, la dernière étant située de préférence près de la poupe du bateau. 3. Système propulsif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la première hélice du système propulsif crée, dans l'axe du bateau, un flux d'eau à une vitesse supérieure à celle du bateau et fait avancer le bateau en prenant appui sur la pression créée derrière elle, une seconde hélice placée dans le canal hydraulique en arrière de la première reproduit à une certaine distance le même schéma: aspiration, pression et éventuellement prise d'appui sur l'hydrofoil, une troisième hélice et les suivantes éventuellement, une fois dûment mises en mouvement à vitesse contrôlée, contribuent à transmettre au bateau une puissance de propulsion dont le rendement est sensiblement accru par rapport au schéma classique de la propulsion arrière, et l'éjection vers l'arrière du débit d'eau aspiré à lavant prend appui sur la forme particulière de la poupe inhérente au canal hydraulique. 4. Système propulsif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un canal ou tunnel hydraulique (4) défini par un chemisage longitudinal (4,'4'',4 " ' ) sensiblement en U renversé d'une largeur appropriée pour qu'il puisse entourer latéralement les hélices et surmontant celles-ci de telle sorte qu'un volume d'air (5) subsiste au-dessus de celles-ci, lorsqu'elles sont dans leur position immergée. 5. Système propulsif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit volume d'air (5) est mis en surpression par des moyens appropriés pour constituer le premier coussin d'air. 6. Bateau comportant un système propulsif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que sont combinés avec les organes propulsifs des hydrofoils disposés en arrière de ceux-ci, de manière appropriée sous la coque du bateau et en une position correspondant à l'interface air-eau lorsque le bateau est en déplacement. 7. Bateau selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte des jupes latérales ou des coques latérales (7) pour un bateau de type trimaran ou catamaran, et également une chape souple à l'avant et un panneau orientable et quasi-étanche en poupe, permettant ainsi de créer un second coussin d'air (8) au-dessus du niveau de l'eau de flottaison, sous la partie de la coque du bateau située de part et d'autre du dit canal hydraulique. 8. Bateau selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il est également muni d'un dispositif (9) de protection des organes propulsifs contre les corps étrangers.