Brevet FR2985745A1 — publié le 20130719

Dispositif destiné à atténuer à la naissance le batillage d'une structure flottante du type bateau ou convoi fluvial, grâce à un système de brise-lames pneumatique embarqué à bord Domaine technique La présente invention concerne la navigation sur les eaux intérieures (fleuves, estuaires, rivières naturelles, rivières canalisées, canaux, chenaux, lacs, etc.). Les berges de ces voies d'eau sont souvent dégradées par le batillage généré par la navigation de commerce et de plaisance. Pour y remédier, les berges doivent être protégées par des linéaires importants, parfois disgracieux et souvent coûteux de dispositifs divers (enrochements, perrés, fascinage, palplanches, épis transversaux, etc.). Le dispositif présenté ici a pour ambition d'atténuer le batillage à la source, grâce à un brise-lames pneumatique embarqué sur le navire qui génère le batillage. Avec cette invention, l'amplitude des vagues du batillage est fortement diminuée, réduisant ainsi considérablement les impacts sur les berges. Etat de la technique antérieure On connaît de la demande de brevet W0/2008/074886 un dispositif atténuateur de houle destiné à être embarqué à bord d'une structure flottante, afin de faciliter le transbordement entre la structure et un bateau de transfert et structure flottante le comportant. Mais un tel dispositif est prévu pour fonctionner lorsque le bateau est stationnaire, pour calmer les clapots du type mer du vent. Ce dispositif ne concerne donc pas les vagues d'étrave générées par le bateau en marche et n'est pas en rapport avec la protection des berges des voies d'eau. On connait également différents systèmes d'injection de bulles d'air, qui sont destinés à réduire les bruits rayonnés par les hélices ou encore à amortir le son sous l'eau (EP0654780) ou encore le système « Prairie-Masker » par exemple qui utilise une « couverture de bulles » pour masquer les bruits sur les navires militaires. Ces différents systèmes n'ont pas pour vocation de réduire l'impact des vagues d'étrave des navires sur les berges des voies d'eau. 1 On connait aussi les possibilités d'injection de bulles sous la carène d'un navire pour réduire l'effet de frottement et de résistance de la coque lors de sa progression dans l'eau. Ces dispositifs ont été inventés pour diminuer la résistance de pénétration dans l'eau et réduire la consommation de fuel de navires maritimes. Ils n'ont pas pour vocation de réduire l'impact des vagues d'étrave sur les berges des voies d'eau. Au contraire, à consommation égale, ils permettent souvent d'augmenter la vitesse du navire et donc d'aggraver l'impact des vagues d'étrave. On connait également la demande de brevet W0/2010/087717 qui optimise la forme de coque à l'avant d'un bateau pour diminuer la résistance de pénétration dans l'eau et réduire ainsi la consommation de fuel. Mais cette optimisation de la forme de la coque n'est pas adaptée aux barges et convois fluviaux. La principale fonction du bulbe d'étrave est de créer une vague à l'avant du système normal de vagues généré par le navire en route. A une certaine vitesse, le creux de cette vague additionnelle coïncide avec le sommet de la vague d'étrave qui se retrouve annulée. La résistance hydrodynamique est ainsi réduite et le navire peut aller plus vite pour une même puissance. Cependant, ce système ne fonctionne que pour une vitesse et une immersion donnée. Il est surtout appliqué aux navires maritimes et difficilement transposable aux barges et convois fluviaux. On connait de la demande W0/9307046 un navire à effet de surface par aspiration naturelle mû par trois coques formant des tunnels entre elles et par lesquels l'air est aspiré par le mouvement d'avance de l'embarcation afin de produire un effet de levage et soulever les coques en les dégageant pratiquement de l'eau, minimisant ainsi la force de traînée et donc la vague d'étrave. Mais un tel dispositif n'est pas adapté aux convois fluviaux en charge. Exposé de l'invention La présente invention est complètement différente de la technique antérieure, dans sa conception et dans son application, car elle consiste à atténuer à la naissance les vagues d'étrave générées par un bateau en marche, en mettant en oeuvre un ou plusieurs brise-lames pneumatiques, dans le but de protéger les berges des voies d'eau. 2 Dans une voie d'eau confinée par ses berges, les champs des vagues d'accompagnement asymptotiques d'un navire sont dissociés en deux systèmes, le premier est généré par la proue (avant) et le second est généré par la poupe (arrière). Chaque système se décompose en deux champs de vagues. Le premier système est transversal : ses crêtes sont normales à l'axe de déplacement du navire ; tandis que le second est divergent : ses crêtes sont tangentes à l'axe de déplacement du navire. Ces deux champs s'incurvent de part et d'autre de l'axe du navire pour se rejoindre, les crêtes sont alors parallèles entre elles mais déphasées, le long du dièdre de Kelvin qui suit le navire à ±19°28' de part et d'autre de son axe. L'amplitude de chaque champ de vagues décroît proportionnellement à la racine carrée de la distance parcourue. Cependant, le long du dièdre, l'ensemble des vagues ne décroît plus que comme la racine cubique de la distance parcourue. C'est donc elle qui se propage le plus loin et qui est essentiellement responsable des désagréments causés par le batillage. La hauteur de l'onde de batillage est directement liée à la taille du navire, à son 20 déplacement et à sa vitesse. La période T et la longueur d'onde A maximale du batillage sont essentiellement liées à la vitesse U des navires (g=9.81 m/s2 étant l'accélération de la pesanteur terrestre) : 25 - 2ir T T2 T = 27z- U g g Dans le cas d'un convoi fluvial circulant à 5 noeuds (9,25 km/h, soit 2,56 m/s), la longueur d'onde maximale des ondes de batillage correspondant à cette vitesse est de 30 4,20 m. Cette longueur d'onde correspond à une période de 1,63 s. A une vitesse de 8 noeuds (14,80 km/h, soit 4,11 m/s), la longueur d'onde serait de 10,80 m et la période de 2,63 s. 3 A 5 noeuds, la hauteur (crête à creux) des vagues d'accompagnement peut être estimée dans les fourchettes suivantes : - 0,10 à 0,20 m pour les petites unités de plaisance ( Si les berges ne sont pas protégées contre le batillage, les vagues de batillage provoquent des érosions et dégradent les voies d'eau. Pour remédier à ce problème, sans mettre en oeuvre pour autant des protections sur les berges, une solution originale est présentée ci-après. Elle consiste à atténuer les 15 vagues de batillage à la source grâce à un rideau de bulles produit par un système embarqué à bord du convoi fluvial lui-même. Description sommaire des figures et des dessins 20 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'une forme préférée de réalisation donnée à titre d'exemple non limitatif en se référant aux dessins annexés en lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un convoi fluvial (1) du type barge, péniche, pousseur,... progressant sur une voie d'eau (2), cette fois d'eau étant 25 limitée par au moins une berge (3). Le convoi fluvial avance dans le sens de la flèche (4) et génère plusieurs vagues d'étraves, en particulier une vague avant gauche (5) et une vague arrière gauche (6). Les impacts sur la berge (3) de ces deux vagues d'étrave se produisent aux points (7.5) et (7.6). Sur cette même figure 1, quatre brise-lames pneumatiques sont représentés schématiquement. 30 Le brise-lames pneumatique avant gauche (8) est dessiné en position repliée, tout comme le brise-lames pneumatique arrière gauche (9). A l'inverse, le brise-lames pneumatique avant droit (10) est représenté en action, déployé et immergé, tout comme le brise-lames pneumatique arrière droit (11). Ces deux derniers brise-lames (10 et 11) sont en action et génèrent chacun un rideau de 35 fines bulles (12.10 et 12.11) en avant des vagues d'étrave créées par le 4 déplacement du convoi fluvial (1) à la vitesse (4). De ce fait, les vagues d'étrave (13.10 et 13.11) sont interceptées par les rideaux de bulles respectifs (12.10 et 12.11) et grandement atténuées car les bulles créent un courant contre les vagues les faisant ainsi déferler avant leur impact sur la berge (14). - La figure 2 représente une vue longitudinale de ce même convoi en montrant les brise-lames en action du côté droit. Sur cette élévation longitudinale, on retrouve le convoi fluvial (1), la voie d'eau (2), le sens et la vitesse d'avancement (4) du convoi fluvial (1), le brise-lames pneumatique à l'avant droit (10) ainsi que le brise-lames pneumatique à l'arrière droit (11), les rideaux de bulles (12.10) à l'avant droite et (12.11) à l'arrière droite, ainsi que les vagues d'étraves atténuées (13.10) à l'avant et (13.11) à l'arrière, après leur interception par les rideaux de bulles. L'enfoncement (1.1), appelé aussi parfois tirant d'eau, est représenté également sur cette figure 2. Cette coupe montre également le poste de pilotage (15) dans lequel les commandes peuvent être regroupées. En revanche, pour ne pas surcharger cette figure 2, l'hélice et le gouvernail n'ont pas été représentés sur cette vue longitudinale. - Les figures 3 et 4 montrent un exemple de dispositif pour déployer puis immerger un brise-lames en avant d'une des vagues d'étrave du convoi fluvial. Cet exemple de dispositif est décrit plus en détail comme étant une des meilleures manières de réaliser l'invention, en mettant en oeuvre une potence rotative en positon repliée (10.1), puis en position déployée (10.2), qui se prolonge par des bras (10.3) qui se déploient eux-mêmes et permettent d'immerger le brise-lames pneumatique (10.4) producteur de bulles, sous la surface de la voie d'eau (2). Le brise-lames pneumatique est alimenté en gaz comprimé par une conduite (10.5) reliée à une source de production de gaz sous-pression, comme un compresseur par exemple, lui-même embarqué sur la structure flottante (1). Pour ne pas surcharger ces figures 3 et 4, les vérins et autres dispositifs de déploiement n'ont pas été représentés. - Les figures 5 et 6 montrent les détails du réglage d'un brise-lames pour optimiser son fonctionnement, en particulier la profondeur d'immersion (10.4.1), la longueur (10.4.2), l'angle par rapport à l'horizontale (10.4.3), l'angle par rapport à l'axe longitudinal (10.4.4), cet axe étant celui du convoi (1). Ces différents réglages ainsi que le débit et la pression du gaz dépendent directement des caractéristiques géométriques de chaque famille de convoi (longueur, largeur, forme de l'étrave, enfoncement) et de la vitesse d'avancement. Pour ne pas 5 surcharger ces figures 5 et 6, les vérins et autres dispositifs de déploiement n'ont pas été représentés. Meilleure manière de réaliser l'invention La description détaillée qui suit, en référence aux figures 1 à 4 est donnée pour un exemple de réalisation d'un dispositif atténuateur à la naissance du batillage d'une structure flottante du type bateau ou convoi fluvial, grâce à un système de brise-lames pneumatique embarqué à bord. Si ce convoi progresse à 5 noeuds, il produit des vagues d'étrave dont la période est de 1,63 s. Si en fonction du déplacement du navire, la vague d'étrave a une amplitude de 0,50 m par exemple, il est possible de diminuer cette amplitude et de la ramener par exemple à 0,20 m en produisant un rideau de bulles en avant de la vague d'étrave. Ces rideaux de bulles sont représentés schématiquement sur l'ensemble des figures 1 à 6. Passer d'une vague de 50 cm d'amplitude à 20 cm d'amplitude correspond à un coefficient de transmission Ct = 0,20/0,50 = 0,40 Pour y parvenir, le rideau de bulles devra être produit par un compresseur dont le débit dépend de la finesse des trous du tube bulleur et également de la profondeur d'immersion du brise-lames. A titre indicatif, pour un brise-lames de 1 m de longueur immergé de 3 m, le débit d'air d'alimentation devra être de l'ordre de 10 lis. Mais il faut tenir compte du fait que le déplacement de la barge est de 1,63 m pendant 1 s. Il faut donc multiplier le débit d'air par cette valeur. Dans ces conditions, chaque brise-lames doit être alimenté en air comprimé à un débit de 16,3 Vs, sous 2 à 3 b environ, nécessitant de disposer à bord d'un compresseur pouvant alimenter les 4 brise-lames simultanément, soit un débit total de 65,2 Vs (3900 l/mn). Si en fonction de la forme de la carène, de l'enfoncement du convoi et de la vitesse d'avancement, les essais en vraie grandeur montrent que 2 brise-lames sont suffisants, (à l'avant ou au contraire à l'arrière), le compresseur pourrait être de moindre 30 capacité, de l'ordre de 2000 l/mn. Les tubes brise-lames sont implantés sur la coque aux 4 coins de façon à pouvoir produire les bulles juste en avant de la naissance de chaque vague de batillage. Ces tubes-bulleurs sont immergés uniquement pendant la navigation et sont rétractés à l'intérieur de la coque ou au-dessus lorsque la vitesse est diminuée à 35 l'approche des ports et quais d'accostage. 6 Le pilote de la barge a la possibilité de contrôler le déploiement et le réglage des 4 brise-lames depuis son poste de pilotage et de façon distincte les uns des autres. Il en va de même pour l'alimentation en air comprimé, elle peut être mise en opération depuis le poste de pilotage, de façon indépendante pour chaque brise-lames. Ce 5 regroupement des commandes au poste de pilotage fait partie également de l'invention. Pour chaque famille de convoi, ces réglages sont optimisés lors d'essais en vraie grandeur, puis consignés dans un mode d'emploi conservé dans le poste de pilotage du convoi fluvial pour que le Pilote puisse mettre en oeuvre les brise-lames de la manière la plus efficace possible en fonction de l'enfoncement et de la vitesse du convoi. 10 Dans un mode préféré de l'invention, ces données de réglage sont stockées dans un ordinateur embarqué dans le poste de pilotage et le fonctionnement des brise-lames pneumatique est couplé : - Au loch qui mesure en temps réel la vitesse du convoi et indique au Pilote le réglage optimum du positionnement des brise-lames ainsi que le débit d'air à 15 envoyer pour ne pas dégrader les berges, - Au GPS du bord dans lequel on a introduit en mémoire la position des tronçons des voies d'eau avec des berges à risque, soit parce qu'elles sont non protégées et sensibles à l'érosion, soit parce qu'elles sont sensibles sur le plan écologique (zone de frayère par exemple). Lorsque le convoi fluvial approche de ces zones 20 sensibles, le GPS et l'ordinateur couplé recommandent au Pilote de ralentir et lui indiquent les réglages les meilleurs pour chacun des 4 brise-lames, afin d'atténuer les vagues d'accompagnement du convoi, en fonction de la vitesse, de l'enfoncement et de la sensibilité des berges de part et d'autres du convoi. 25 7 REVENDICATIONS1/ Dispositif embarqué à bord d'une structure flottante (1) et destiné à atténuer à la naissance le batillage, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux brise-lames pneumatiques, deux à l'avant (8 et 10) ou deux à l'arrière (9 et 11) ou quatre au total entre l'avant et l'arrière (8, 9, 10 et 11), ces brise-lames étant constitués par une conduite perforée (10.4), alimentée en gaz par une source de gaz sous pression, destinée à produire, lorsqu'elle est immergée, un rideau de fines bulles (12) de gaz, qui atténuent les vagues de batillage lorsque la structure flottante d'enfoncement (1.1) se déplace à la vitesse (4) entre les berges (3) et (14) d'une voie d'eau (2). 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la conduite perforée (10.4), constitutive du brise-lames, comporte une canalisation (10.5) d'alimentation en gaz comprimé prévue pour être connectée à la source de gaz comprimé embarquée. 3/ Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une structure porteuse recevant le brise-lames pneumatique (10) et un mécanisme (10.1 ; 10.2 ; 10.3) apte à déplacer le brise-lames pneumatique (10) entre une position repliée et une position déployée selon laquelle ledit brise-lames pneumatique (10) est situé dans l'eau à distance de la surface, en avant des vagues de batillages générées par le déplacement de la structure flottante (1). 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins en position déployée, la conduite perforée constitutive du brise-lames pneumatique (10.4) est mise 25 en position de fonctionnement par des tronçons (10.2 ; 10.3) de bras articulés les uns aux autres. 5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le réglage optimum du brise-lames (10.4) est possible aussi bien pour sa profondeur d'immersion (10.4.1), sa 30 longueur (10.4.2), son angle par rapport à l'horizontale (10.4.3), son angle (10.4.4) par rapport à l'axe longitudinal du convoi, le débit et la pression du gaz. 6/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les réglages optimaux peuvent être commandés par un opérateur depuis le poste de 35 pilotage (15). 87/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les réglages optimaux sont commandés par un ordinateur de bord couplé à un GPS qui mesure en permanence la position du convoi fluvial sur la voie d'eau, sa vitesse et son cap et qui indique les réglages optimaux en fonction de l'enfoncement, de la vitesse et de la sensibilité des berges. 8/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le gaz sous-pression est de l'air comprimé. 9