Brevet FR3107250A1 — publié le 20210820

L'invention concerne un navire de zone polaire, remarquable en ce qu’il comprend une structure tubulaire centrale (13), une coque (1) de forme sensiblement circulaire, et des éléments structurels (15, 17, 19) interposés entre ladite structure tubulaire centrale (13) et ladite coque (1). (Fig. 3) Navire de zone polaire La présente invention se rapporte à navire destiné aux zones polaires, dans lesquelles la mer est recouverte de glace pendant une grande partie de l’année. On connaît de la technique antérieure un certain nombre de navires dont les coques ont été conçues pour pouvoir résister à la pression de la glace dans les zones polaires. Ces navires, dont les coques sont en général métalliques, comprennent de nombreux éléments structurels de renfort qui empiètent significativement sur le volume utile à l’intérieur du navire. De plus, les épaisseurs de coque doivent être importantes, de manière à résister à la pression de la glace. Un objectif de la présente invention est de fournir un navire pour zones polaires de conception nouvelle, qui par sa géométrie permette d’augmenter significativement l’espace utile pour l’équipage et pour les différentes installations. Un autre objectif de la présente invention est de pouvoir réaliser un tel navire avec une coque de moindre épaisseur. On atteint ce but de l’invention, ainsi que d’autres avantages, avec un navire d’exploration scientifique en zone polaire, remarquable en ce qu’il comprend une structure tubulaire centrale, une coque de forme sensiblement circulaire, et des éléments structurels interposés entre ladite structure tubulaire centrale et ladite coque. Grâce à cette architecture entièrement nouvelle, qui se présente en quelque sorte comme une roue avec un moyeu et des rayons, offrant une égale résistance à la pression de la glace dans toutes les directions radiales, on a pu se rendre compte qu’avec un nombre relativement limité d’éléments structurels s’étendant entre la structure tubulaire centrale et la coque, on obtient les caractéristiques de résistance souhaitées, avec une moindre épaisseur de coque. Un tel navire est particulièrement adapté à des missions de dérive dans les zones polaires, pendant lesquelles il est prévu de laisser le navire pris dans la glace dériver pendant plusieurs mois, jusqu’à la fonte des glaces, un certain nombre d’expériences scientifiques (prélèvements d’échantillons, mesures de courant, etc.) étant prévues pendant toute cette période de dérive. Typiquement, ce navire peut être positionné au voisinage du Pôle Nord, puis dériver vers le sud pendant six à dix-huit mois, sur une distance de l’ordre de 5000km. Suivant d’autres caractéristiques optionnelles de la présente invention, prises seules ou en combinaison: ladite structure tubulaire centrale débouche sur une ouverture située sous ladite coque: cette ouverture, souvent désignée par les spécialistes par «moon pool» , permet de réaliser les prélèvements d’échantillons dans la mer depuis l’intérieur du navire, et permet également à des plongeurs de sortir en mer depuis l’intérieur du navire; ladite coque présente un fond plat et des flancs arrondis: cette géométrie particulière permet au navire d’offrir une moindre prise à la glace lorsque celle-ci exerce des efforts de pression contre la coque; ce navire comprend une pluralité de planchers supportant des installations choisies dans le groupe comprenant: une salle des machines, des cabines d’équipage, une zone de vie, des laboratoires, une zone de pilotage: la présence de ces différents planchers permet d’avoir une pluralité d’étages à l’intérieur du navire, optimisant ainsi l’espace utile; lesdites installations sont réparties, de la base vers le sommet du navire, dans l’ordre suivant: salle des machines, cabines d’équipage et laboratoires, zones de vie, zones de pilotage: cette répartition rationnelle permet de placer les éléments les plus lourds (machines) dans le fond de la coque du navire, et ainsi d’abaisser le centre de gravité; de plus, les zones dans lesquelles circule l’équipage sont ainsi situées dans les superstructures, ce qui permet d’avoir une visibilité vers l’extérieur du navire, améliorant ainsi la qualité de vie à bord; ce navire comporte un dôme recouvrant lesdites installations, et comprenant des zones de visibilité vers l’extérieur: un tel dôme, de par sa forme arrondie, offre une faible prise au vent ainsi qu’aux paquets de mer en cas de tempête; ce navire comprend au moins un réservoir de carburant sensiblement annulaire, disposé à la périphérie de ladite coque: on peut de la sorte obtenir un volume significatif de carburant, permettant de faire face à des campagnes scientifiques de longue durée; on peut aussi utiliser ce carburant pour stabiliser le navire; ce navire comprend une pluralité de propulseurs à hydrojets: ces hydrojets, consistant en jets d’eau sous haute pression orientables, permettent une manœuvrabilité optimale du navire; ce navire comprend un escalier qui s’enroule autour de ladite structure tubulaire centrale: cet agencement particulier, qui permet d’utiliser la structure tubulaire comme colonne d’un escalier à colimaçon, convient parfaitement à la forme générale circulaire du navire, et permet d’optimiser l’espace utile dans les zones habitables de celui-ci; ladite structure tubulaire centrale, ladite coque et lesdits éléments structurels sont formés en aluminium ou dans un alliage d’aluminium: l’utilisation d’un tel métal ou alliage métallique permet d’obtenir une résistance optimale notamment vis-à-vis de la corrosion, et ceci à un coût qui reste acceptable. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent: : une vue en perspective de dessus d’un navire selon l’invention; : une vue en perspective de dessous d’un navire selon l’invention; : une vue en perspective et en coupe axiale d’un navire selon l’invention; : une vue en section axiale d’un navire selon l’invention; : une vue schématique d’un moteur à hydrojet destiné à équiper un navire selon l’invention. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques ou similaires sur l’ensemble des figures. On se reporte à présent aux figures 1 et 2, sur lesquelles on peut voir que le navire selon l’invention présente une forme générale circulaire, c’est-à-dire à symétrie autour d’un axe A, cet axe étant destiné à être vertical lorsque le navire flotte sur une eau calme. Ce navire comporte une coque de forme sensiblement circulaire, surmontée d’un dôme 3 pouvant présenter une surface à facettes multiples. Comme cela est visible sur les figures 2 et 4, la coque 3 un présente une forme arrondie 5 et un fond plat 7. Au centre du fond plat 7 se trouve une ouverture débouchante 9. Un accès 11 permet l’accès intérieur du dôme 3 depuis l’extérieur; un deuxième accès disposé de manière sensiblement symétrique à l’accès 11 peut également être prévu sur le dôme 3 (voir figure 4). On se reporte à présent aux plus particulièrement aux figures 3 et 4, sur lesquels on peut voir la structure intérieure du navire selon l’invention. Comme cela est visible sur ces figures, une structure tubulaire centrale 13 formant en quelque sorte une cheminée s’étend depuis l’ouverture 9 jusqu’au sommet du dôme 3. Cette structure tubulaire centrale 13 traverse une pluralité de plancher 15, 17, 19, définissant avec le fond 7 de la coque des premier 21, deuxième 22, troisième 23 et quatrième 24 niveaux. Ces planchers sont formés par des éléments structurels 25 qui sont interposés entre la structure tubulaire centrale 13 et la coque 1. Ces planchers sont adaptés pour supporter différentes installations, à savoir: des machines au premier niveau 21, des postes d’équipage 27 et des laboratoires 29 au deuxième niveau 22, une zone de vie, un carré, une cuisine, des installations sanitaires au troisième niveau 23, un poste de pilotage, une salle de travail et une bibliothèque au quatrième et dernier niveau 24. Plus précisément, dans la salle des machines située au premier niveau 21, on peut trouver des moteurs diesels permettant d’assurer la propulsion du navire, des groupes électrogènes, une installation de dessalement de l’eau de mer pour fabriquer de l’eau potable, une chaudière de chauffage, une installation de traitement des eaux usées, un atelier de mécanique, un atelier électrique/électronique, un stock technique de pièces de rechange, etc. Les laboratoires 29 peuvent comprendre des laboratoires secs, à température ambiante et permettant de traiter des échantillons prélevés dans l’eau de mer, et des laboratoires humides à basse température (environ 5°C) permettant d’assurer la collecte des échantillons, soit en continu par pompage directement sous le navire, soit par prélèvement plus profond par l’intermédiaire d’instruments immergés dans l’eau de mer via la structure tubulaire centrale 13 et l’ouverture 9. Avantageusement, on utilise l’espace disponible à l’intérieur de la structure tubulaire centrale 13 pour assurer la ventilation des différents niveaux du navire, pour faire circuler des faisceaux de câbles et des canalisations, pour y disposer une échelle de secours permettant de sortir du navire par le sommet du dôme 3 via un sas de sécurité 31 visible sur la figure 1. Un escalier 32 s’enroule autour de la structure tubulaire centrale 13, à la manière d’un escalier en colimaçon: cet escalier ainsi agencé, desservant tous les niveaux du navire, permet de réduire l’empiètement sur les zones de circulation de l’équipage aux différents niveaux du navire. À l’intérieur de la coque 1, et à la périphérie de celle-ci, se trouve(nt) une ou plusieurs cavité(s) de forme sensiblement annulaire 33, formant des réservoirs de carburant permettant d’alimenter les moteurs de propulsion du navire selon l’invention. Avantageusement, on peut prévoir des moyens pour faire circuler ce carburant d’une cavité 33 à une autre de manière à équilibrer le navire. Le dôme 3 comporte des zones vitrées 34, permettant à l’équipage de voir vers l’extérieur, et notamment au quatrième niveau 24, où se trouve le poste de pilotage. De préférence, les moyens de propulsion du navire selon l’invention sont des hydrojets disposés sous la coque du navire. Un tel hydrojet est représenté sur la figure 5: il comprend essentiellement une hélice 35 pouvant aspirer de l’eau 37 de l’extérieur du navire vers l’intérieur d’une tuyère convergente 39, permettant de rejeter cette eau sous très haute pression 41 dans la mer. En agissant sur l’orientation du jet de sortie 41, on peut modifier la direction de l’effort de propulsion sur le navire. En prévoyant une pluralité de tels hydrojets, typiquement trois dans le cas présent, répartis de manière équidistante sous la coque du navire, on peut obtenir une manœuvrabilité optimale de ce navire, et notamment lui permettre de pivoter sur lui-même, de se déplacer latéralement, etc. Les hélices de ces hydrojets peuvent être actionnées par les moteurs diesels installés au premier niveau 21 du navire. Les matériaux utilisés pour former la structure tubulaire centrale 3, les planchers structurels 15, 17, 19, la structure du dôme à facettes 3, la coque 1, sont de préférence choisis dans le groupe comprenant l’aluminium et les alliages d’aluminium: ces matériaux présentent en effet un excellent compromis coût/poids/résistance à la corrosion. Sans que cela soit limitatif bien entendu, on peut envisager que le navire selon l’invention présente un diamètre de l’ordre de 20m, une hauteur de l’ordre de 12m, et que le rayon de courbure de la partie arrondie 5 de la coque 1 soit de l’ordre de 30m. Le mode de fonctionnement et les avantages du navire selon l’invention résultent directement de la description qui précède. Les calculs de structure ont permis de vérifier que la forme circulaire du navire selon l’invention, avec une structure tubulaire centrale 13 à partir de laquelle rayonnent des éléments structurels formant les planchers 15, 17, 19 jusqu’à la coque circulaire 1, permet d’obtenir un excellent compromis entre la résistance nécessaire à la pression de la glace (qui peut typiquement atteindre 300 tonnes) et l’habitabilité du navire. Grâce à cette géométrie particulière en effet, on a pu vérifier qu’un nombre relativement limité d’éléments radiaux s’étendant entre la structure tubulaire centrale 13 et la coque 1 était suffisant pour assurer la résistance souhaitée. La structure tubulaire centrale 13 présente en outre de nombreux avantages: elle permet l’accès depuis l’intérieur du navire vers la mer, en passant par l’ouverture 9: cet accès est utile pour les prélèvements d’échantillons, et pour le passage de plongeurs. De plus, cette structure tubulaire centrale 13 permet de libérer l’espace habitable du navire de tout autre élément de structure verticale nécessaire au support des planchers 15, 17, 19. Cette structure tubulaire centrale 13 permet en outre le passage d’un certain nombre d’organes, comme indiqué précédemment, à savoir des faisceaux de câbles électriques, des canalisations, des conduits de ventilation, etc. Comme cela a été indiqué précédemment, le navire selon l’invention est particulièrement destiné à des missions scientifiques dans les zones polaires, et adapté pour dériver pendant de longs mois au gré des courants qui déplacent la banquise, en restant prisonnier des glaces. Un tel navire ayant notamment pour vocation de mettre en évidence l’impact de l’activité humaine sur la fonte des glaces en zones polaires, il est important qu’il puisse présenter un impact minimal sur l’environnement, d’où la présence notamment d’une installation de traitement des eaux usées au premier niveau 21, permettant d’éviter tout rejet d’eau polluée dans la mer. Les sas 11 (voir figure 4) permettent l’accès au troisième niveau 23 à l’intérieur du dôme 3 depuis l’extérieur du navire. On notera que le fait que la coque 1 définisse un rebord annulaire 43 par rapport au dôme 3 (figures 1 et 4) permet de créer une zone de circulation à l’extérieur du dôme, ainsi qu’une zone de passage vers un autre navire qui viendrait à accoster en vue de permettre le transbordement de personnes et ou de marchandises. Naturellement, l’invention est décrite dans ce qui précède à titre d’exemple. Il est entendu que l’homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l’invention sans pour autant sortir du cadre de l’invention. Navire d’exploration de zone polaire, caractérisé en ce qu’il comprend une structure tubulaire centrale (13), une coque (1) de forme sensiblement circulaire, et des éléments structurels (15, 17, 19) interposés entre ladite structure tubulaire centrale (13) et ladite coque (1). Navire selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure tubulaire centrale (13) débouche sur une ouverture (9) située sous ladite coque (1). Navire selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite coque (1) présente un fond plat (7) et des flancs arrondis (5). Navire selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une pluralité de planchers (15, 17, 19) supportant des installations choisies dans le groupe comprenant: une salle des machines, des cabines d’équipage, une zone de vie, des laboratoires, une zone de pilotage. Navire selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites installations sont réparties, de la base vers le sommet du navire, dans l’ordre suivant: salle des machines, cabines d’équipage et laboratoires, zones de vie, zones de pilotage. Navire selon l’une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu’il comporte un dôme (3) recouvrant lesdites installations, et comprenant des zones de visibilité vers l’extérieur (34). Navire selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend au moins un réservoir de carburant (33) sensiblement annulaire, disposé à la périphérie de ladite coque (1). Navire selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une pluralité de propulseurs à hydrojets. Navire selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend un escalier (32) qui s’enroule autour de ladite structure tubulaire centrale (13). Navire selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite structure tubulaire centrale (13), ladite coque (1) et lesdits éléments structurels (15, 17, 19) sont formés en aluminium ou dans un alliage d’aluminium.