Brevet FR3162419A1 — publié le 20251128

La présente invention concerne un navire auto-élévateur en déplacement horizontal ou stationnaire comprenant : - Des moyens de manœuvre et de navigation, - Au moins une partie supérieure flottante comprenant une cellule (1) et éventuellement au moins un flotteur gonflable (2), - Au moins une partie propulsive et portante immergée comprenant au moins un moyen de propulsion orientable (4) et au moins un plan porteur orientable dans le plan horizontal et dans le plan vertical (5), - Au moins un moyen de liaison mécanique vertical profilé (3), entre ladite partie supérieure flottante et ladite partie propulsive et portante immergée, - Des moyens de contrôle de l’altitude et de l’inclinaison de ladite partie supérieure flottante par rapport à la surface de l’eau, afin de contrôler en temps réel la position et la stabilité dudit navire en fonction des vagues et du vent ; - Des moyens d’élévation de la partie supérieure flottante. Figure à publier : Figure 1 Navire stabilisé à capacité d’auto-élévation pour navigation rapide et transbordement sécurisé par mer agitée L’invention s’applique dans le domaine des transports maritimes, et a notamment pour objectif d’améliorer la rapidité et le confort de navigation, ainsi que la sécurité de transbordement de personnel. Depuis que la navigation existe, les déplacements rapides, ainsi que les phases d’embarquement et de débarquement de personnels depuis un navire ou vers un navire sont compliquées et périlleuses, notamment lorsque les vagues génèrent des mouvements erratiques et dangereux. La demande de brevet WO2018229355 décrit un navire à plans porteurs à haute stabilité, s’élevant au-dessus de l’eau grâce à des foils fixes et des propulseurs non orientables dans le plan vertical. La demande de brevet WO2023/203453 décrit un navire de type hydroptère comportant un ensemble de « foils rétractables », plus précisément un navire dont la structure portant les foils est rétractable, permettant d’en limiter le tirant d’eau au port. Pour les gros navires de type SOV (Service Operation Vessel), les transbordements de personnels se font au moyen de passerelles télescopiques à compensation dynamique de mouvement pour amortir, compenser et sécuriser le transfert des personnels vers les bases fixes, par exemple vers les éoliennes (EP2603422, WO2014109640). Ces gros navires présentent l’inconvénient d’être peu agiles, il en résulte que le temps de transfert des personnels est important. Par ailleurs, l’opérabilité est limitée à des hauteurs significatives de vagues de l’ordre de 2,5 mètres. Pour les petits navires de type CTV (Crew Transfer Vessel) permettant le transfert de personnel d’un bateau à un autre, ou d’un bateau à une infrastructure fixe ou flottante, la technique de transbordement consiste à plaquer la proue du navire contre une structure tierce permettant l’abordage, par exemple un élément de « boat landing » (par exemple une échelle équipée de deux colonnes verticales) à l’aide de la poussée du moteur : la friction ainsi générée entre la proue du navire et les colonnes verticales limite les déplacements verticaux du navire malgré les forces exercées par les vagues. Ce type de débarquement est néanmoins limité à une hauteur inférieure à 1,5 mètre de hauteur de vague significative (Hs). Cette technique de transbordement n’est donc pas opérable par tout temps, notamment en conditions difficiles. Il subsiste un besoin de concevoir des navires légers, de type annexe (communément appelés « daughter crafts »– ces structures filles ou navettes annexes sont notamment utilisées pour transférer des personnels entre des navires d’opération ou de service, qui peuvent rester plusieurs jours au sein d’un parc éolien, et les éoliennes implantées dans le parc attenant), ou des navires plus lourds, de type CTV, permettant d’améliorer la stabilité, de naviguer rapidement par mer agitée et de débarquer des personnes sur des éoliennes offshore ou sur d’autres navires ou infrastructures, en s’affranchissant des effets des vagues. L’invention permet de résoudre les inconvénients des solutions décrites de l’art antérieur. De manière surprenante, la Demanderesse a mis en évidence qu’un navire auto-élévateur comprenant une partie supérieure (nacelle ou plateforme comprenant avantageusement une cellule et un flotteur)) et une partie motorisée immergée assurant la propulsion et l’élévation permettait à la fois : -de garantir une stabilité fortement améliorée pour naviguer rapidement par mer agitée ; -et de transférer des personnels en toute sécurité entre le navire et un autre navire, ou entre le navire et une infrastructure fixe ou flottante. A cet effet, l’invention concerne un navire ayant la capacité de naviguer et se maintenir au-dessus de la surface agitée de la mer par l’intermédiaire de moyens de liaison mécanique sous forme de structures verticales profilées équipées de plans porteurs horizontaux (foils) et de propulseurs immergés pilotés par un système de régulation autonome assurant la propulsion, la stabilisation et l’élévation dudit navire. en déplacement comme en stationnaire. L’invention concerne plus particulièrement un navire auto-élévateur en déplacement horizontal ou stationnaire pour navigation rapide et transbordement sécurisé par mer agitée comprenant : -Des moyens de manœuvre et de navigation ; - Au moins une partie supérieure flottante comprenant une cellule (1) et éventuellement au moins un flotteur gonflable (2) ; -Au moins une partie propulsive et portante immergée comprenant au moins un moyen de propulsion orientable (4) et au moins un plan porteur orientable dans le plan horizontal et dans le plan vertical (5), et éventuellement au moins un flotteur immergé ; - Au moins un moyen de liaison mécanique vertical profilé (3), éventuellement de hauteur ajustable, entre ladite partie supérieure flottante et ladite partie propulsive et portante immergée, ladite partie supérieure flottante et ladite partie propulsive et portante étant arrimées audit moyen de liaison mécanique ; - Des moyens de contrôle de l’altitude et de l’inclinaison de ladite partie supérieure flottante par rapport à la surface de l’eau, comprenant au moins un capteur et au moins un moyen d’asservissement dudit au moins un moyen de propulsion et dudit au moins un plan porteur orientable afin de contrôler en temps réel la position et la stabilité dudit navire en fonction des vagues et du vent ; -Des moyens d’élévation de la partie supérieure flottante. Le navire selon l’invention peut comprendre au moins un tampon amortisseur et au moins deux mors d’arrimage pivotants (6) permettant de fixer le navire à une structure tierce. Ledit au moins un moyen de liaison mécanique peut être choisi parmi une jambe verticale, une jambe articulée rétractable, une jambe téléscopique et un pantographe, et lesdits moyens de propulsion peuvent comprendre des propulseurs pivotants orientables dans le plan horizontal et dans le plan vertical, de préférence trois propulseurs. Ledit au moins un capteur peut permettre au moins une mesure physique directe du roulis et du tangage, de la hauteur de la nacelle par rapport à la surface de l’eau, ou de la position absolue ou relative du navire. Lesdits moyens de contrôle peuvent permettre de contrôler l’orientation et la poussée de chaque propulseur et l’orientation de chaque plan porteur de manière à conserver une altitude et une assiette définies en temps réel ou prédéfinies par le pilote du navire. Lesdits moyens de contrôle comprennent un système de surveillance par détection d’obstacle et suivi de cible, de préférence constitué de caméras et de capteurs LIDAR. Les moyens de manœuvre et de navigation peuvent comprendre un système de pilotage équipé dudit système de surveillance lui permettant de détecter des obstacles et de suivre des cibles. Ledit système de surveillance peut comprendre des moyens de reconnaissance de forme en trois dimensions. Ledit système de surveillance peut comprendre des moyens permettant de répliquer les mouvements d’un autre navire de manière à limiter les mouvements relatifs des deux navires et de permettre un transfert de charge ou de personnel en déplacement. Les moyens de manœuvre et de navigation peuvent mettre en œuvre un système d’intelligence artificielle à apprentissage permettant d’adapter de manière automatique ou semi-automatique le comportement du navire aux variations et déplacements des éléments environnants. Liste des figures [Fig 1] La FIG. 1 représente une vue en 3D d’un navire selon l’invention. La FIG. 1 est un exemple de réalisation illustrant l’invention à titre non limitatif. L’invention est un navire agile ayant la capacité de s’élever au-dessus de la surface de l’eau, qu’il soit en déplacement horizontal ou en stationnaire, et de se déplacer de manière combinée longitudinalement, transversalement et en rotation autour des 3 axes. Dans la suite de ce document, l’assiette désigne d’une manière générale l’angle entre l’axe longitudinal ou l’axe transversal du navire et le plan horizontal ; le tangage désigne l’angle entre l’axe longitudinal du navire et le plan horizontal ; le roulis, ou la gîte, désigne l’angle entre l’axe transversal du navire et le plan horizontal. Sur la FIG. 1 , qui illustre à titre non limitatif l’objet de l’invention, est représenté un navire selon l’invention comprenant une cellule (1), des flotteurs (2), des mâts profilés rétractables (3), des propulseurs orientables (4), un plan porteur orientable (5) et des mors d’arrimage pivotants (6) (optionnels). Plus précisément, selon le mode de réalisation de la FIG. 1 , le navire selon l’invention comprend une partie supérieure flottante comprenant une cellule (1) qui comprend un habitacle muni d’un poste de pilotage rigide, solide et léger. Il possède sa propre flottabilité. Pour améliorer la stabilité à l’arrêt sur eau calme et pour amortir les chocs éventuels avec d’autres embarcations, deux flotteurs (2) gonflables sont avantageusement utilisés. L’ensemble constitué des flotteurs éventuels et de la cellule est dénommé nacelle ou plateforme et constitue la partie supérieure flottante. Pour s’élever au-dessus des vagues l’engin utilise plusieurs propulseurs orientables (4) articulés aux extrémités basses des moyens de liaison mécanique profilés (3), dénommés également mâts ou jambes, et un ou plusieurs plans porteurs orientables (5) situés aux extrémités basses des moyens de liaison mécanique. La poussée développée par les propulseurs (4) permet de soulever et de maintenir en équilibre stationnaire l’habitacle plusieurs mètres au-dessus de la surface de l’eau. En navigation, les propulseurs sont orientés de manière à générer une poussée horizontale. Le ou les plans porteurs (5) fournissent alors un appui hydrodynamique vertical permettant de soulever la nacelle au-dessus des vagues et ainsi de réduire sa trainée hydrodynamique à l’avancement. Pour les opérations d’embarquements et de débarquements sécurisés vers des infrastructures fixes ou flottantes (de type éolienne), le navire peut venir s’arrimer fermement en hauteur sur les colonnes de « boat-landing » d’une structure maritime tierce à l’aide de tampons amortisseurs et de mors pivotants (6) réglables pour maintenir le navire hors de portée de l’influence des vaques. L’invention présente les avantages suivants : -En déplacement horizontal, le navire selon l’invention peut s’élever au-dessus de la surface de l’eau afin de diminuer sa traînée hydrodynamique et de s’affranchir des vagues, ce qui lui permet d’atteindre une vitesse plus élevée qu’un navire flottant de même dimension tout en diminuant son besoin en énergie -En stationnaire, le navire selon l’invention permet de s’affranchir de l’effet des vagues en s’élevant au-dessus de la surface de l’eau, ce qui permet de stabiliser le navire et par exemple de garantir une sécurité optimale lors d’un transfert de personnel vers ou depuis un navire plus gros ou une infrastructure fixe ou flottante (de type éolienne). Le navire est composé d’une partie supérieure opérationnelle flottante (dénommée plateforme ou nacelle ou celulle dans la suite de la description) et d’une partie inférieure propulsive et portante, indépendante, comprenant notamment une combinaison : -D’un ou plusieurs propulseurs pivotants orientables dans le plan horizontal et dans le plan vertical, -D’un ou plusieurs plans porteurs horizontaux d’angles d’incidence réglables selon la direction souhaitée (également appelés foils) situés à proximité des propulseurs, -De flotteurs optionnels situés à proximité des propulseurs. Ces flotteurs ont avantageusement une géométrie variable permettant de réduire leur trainée en déplacement horizontal et d’augmenter leur volume en stationnaire en vue de fournir une force verticale additionnelle permettant de soulager les propulseurs, par exemple pour réduire la consommation d’énergie des propulseurs. Un propulseur pivotant orientable au sens de la présente invention est un dispositif orientable générant de la poussée. Il peut être constitué d’une hélice mue par un moteur électrique contigu ou déporté. La partie opérationnelle flottante et la partie propulsive portante sont dissociées bien qu’arrimées l’une à l’autre par le ou les moyens de liaison mécanique, la distance entre la partie flottante et la partie propulsive portante étant ajustable à tout instant, manuellement ou automatiquement. En fonctionnement normal, la partie opérationnelle flottante est au-dessus de la surface de l’eau (au-dessus de la crête des vagues) et la partie propulsive portante reste maintenue en dessous de la surface de l’eau (en dessous du creux des vagues). L’invention s’appuie sur les principes ci-dessous, en fonction de la vitesse de déplacement du navire : -En déplacement horizontal à vitesse élevée : la propulsion est assurée par les propulseurs pivotants orientables orientés principalement horizontalement. La portance est assurée par les plans porteurs horizontaux dont les angles d’incidence sont ajustés de manière à garantir la stabilité du navire en assiette, en roulis et en altitude - En déplacement horizontal à vitesse modérée, les propulseurs pivotants orientables sont orientés selon un certain angle dans le plan vertical, ce qui génère une poussée ayant une composante horizontale assurant le déplacement horizontal et une composante verticale assurant une partie de la portance nécessaire dans le plan vertical, permettant au navire de s’élever au-dessus de la surface de l’eau. Le complément de portance verticale est fourni par les plans porteurs dont les angles d’incidence respectifs sont ajustés en conséquence. -En stationnaire, la portance est assurée par les propulseurs orientés principalement vers le bas, assistés par des flotteurs optionnels déployés ou gonflés lorsque le navire est stationnaire. La transition entre une orientation horizontale des propulseurs et une orientation vers le bas (sans que cette orientation soit nécessairement strictement verticale) peut se faire de manière graduelle et progressive, de sorte que l’altitude du navire reste inchangée entre son mode de déplacement horizontal porté par les foils et son mode stationnaire. La position, l’orientation et la poussée de chaque propulseur (de manière avantageuse le navire comprend trois ou quatre propulseurs) sont ajustables en permanence de manière manuelle ou automatique. L’angle d’incidence des plans porteurs horizontaux est réglable de manière indépendante pour chaque plan porteur (de manière avantageuse quatre, deux à l’avant et deux à l’arrière), ce qui permet de générer de la portance verticale quand le navire est en mouvement vers l’avant, et de contrôler l’altitude, l’assiette et la gite de la nacelle. Le navire selon l’invention comprend des moyens de liaison mécanique entre la partie portante et propulsive immergée (les propulseurs) d’une part, et la partie opérationnelle flottante (nacelle) d’autre part, conçus de manière à générer une traînée hydrodynamique la plus faible possible. Lesdits moyens de liaison mécanique permettant de relier les propulseurs et plans porteurs à la nacelle peuvent ainsi comprendre, de manière non limitative dans le cadre de l’invention : Une ou plusieurs jambes télescopiques verticales profilées (de manière avantageuse quatre jambes, chaque jambe portant un ou plusieurs propulseurs et un ou plusieurs plans porteurs horizontaux) Une ou plusieurs jambes munies d’articulations Un ou plusieurs systèmes mécaniques de type pantographe profilé. Le navire selon l’invention peut fonctionner en mode manuel, semi-automatique ou entièrement automatique. Lorsqu’il fonctionne en mode manuel, chaque paramètre est ajustable indépendamment des autres. Toutefois, le navire selon l’invention est optimisé pour fonctionner en mode semi-automatique : les paramètres ajustables sont la vitesse, la direction du navire, la rotation du navire, l’altitude. Le système de contrôle permettant ce mode semi-automatique coordonne de manière automatique l’incidence des plans porteurs et l’orientation des propulseurs en fonction des paramètres de pilotage. Le navire peut se déplacer de manière combinée en transversal, en longitudinal et en rotation. En mode entièrement automatique, le système de contrôle est équipé d’un système de surveillance constitué de caméras et de capteurs LIDAR lui permettant de détecter des obstacles et de suivre des cibles. Le système de contrôle s’appuie sur les informations fournies par le système de surveillance pour diriger le navire automatiquement d’un point de départ vers un point d’arrivée prédéfinis ou vers une cible mouvante, en évitant les obstacles. Il permet de faire le suivi d’une cible qui se déplace horizontalement sur les deux axes et verticalement (le déplacement vertical étant néanmoins limité par la hauteur des jambes de l’invention). Dans un mode de réalisation, la cible peut être un autre navire ayant une certaine vitesse et se déplaçant verticalement sous l’effet des vagues. Le mode de pilotage automatique permet alors de transférer du personnel de manière sécurisée entre l’invention et l’autre navire, l’invention se déplaçant alors sur les trois axes : horizontal, vertical et en rotation, en répliquant les mouvements de l’autre navire afin de limiter les mouvements relatifs. La gestion des modes semi-automatique et automatique peut notamment mettre en œuvre un système d’intelligence artificielle à apprentissage, qui permet d’adapter le comportement du navire aux variations et déplacements des éléments environnants qui peuvent être des obstacles ou d’autres navires. Le suivi de cible est avantageusement basé sur une reconnaissance de forme en trois dimensions, assurée par une intelligence artificielle. L’équilibrage dynamique qui permet de garder une assiette prédéfinie est ainsi avantageusement assuré par un dispositif électronique qui pilote les propulseurs et les foils. La position et l’assiette de la partie supérieure flottante sont contrôlées en permanence grâce à un asservissement, de manière à garantir sa stabilité dans toutes les conditions, que ce soit dans des conditions de mer formée ou pour compenser des transferts de charge dus à des déplacements à bord, à des accélérations horizontales ou aux efforts générés par le vent. L’asservissement permet de garantir un maintien en position, en cap et en altitude sans ancrage, quelle que soient la direction du vent et la direction des vagues par rapport à l’axe de la nacelle. Le système complet repose sur une approche à sécurité passive : le système revient à un état stable en cas de panne totale de l’asservissement. Celui-ci inclut plusieurs modes dégradés, permettant de garantir la sécurité à tous les niveaux. L’asservissement s’appuie sur des mesures physiques directes : de l’assiette (par exemple à l’aide d’une centrale inertielle redondée fournissant les paramètres d’attitude, d’inclinaisons longitudinale et transversale et de gyrocompas), de la hauteur de la nacelle par rapport à la surface de l’eau (par exemple la hauteur est mesurée par un algorithme s’appuyant sur les signaux reçus de capteurs de pression d’eau et/ou de capteurs de proximité de type LIDAR ou à ultra-son), de la géolocalisation (GNSS : Global Navigation Satellite System), d’autres capteurs (de position, d’inclinaison, de vitesse du vent, de température, etc.) et caméras si nécessaire. Les moyens d’asservissement peuvent comprendre un automate informatique équipé d’un logiciel de navigation et de maintien en position, recevant des informations des différents capteurs et pilotant l’orientation et la poussée des propulseurs ainsi que l’angle du ou des plans porteurs. Les moyens d’asservissement peuvent comprendre une interface homme-machine permettant de piloter sur place ou à distance une partie ou l’ensemble des fonctions. L’intégration de modes dégradés dans le système d’asservissement dès sa phase de conception permet d’assurer le niveau de sécurité requis pour tout type d’utilisation en prenant en compte la ou les pannes éventuelles de capteurs, d’actionneurs ou des moyens d’asservissement eux-mêmes. Les premiers modes dégradés incluent la ou les panne(s) d’un propulseur, d’un plan porteur, d’un capteur d’assiette, d’un capteur de mesure de la hauteur de la plateforme, etc. L’architecture de l’automate est avantageusement sans échec (mode également dénommé à sûreté intégrée ou « fail-safe »), elle repose par exemple sur une redondance des calculateurs, des propulseurs et des capteurs. Dans un mode de réalisation nécessitant un niveau de sécurité accru (par exemple pour des transferts de personnels), les propulseurs sont en nombre redondant : si la nacelle repose sur trois jambes, une à l’avant et deux à l’arrière, la jambe avant étant équipée de deux plans porteurs horizontaux de part et d’autre de la jambe (foils) et de deux propulseurs, les jambes arrière sont équipées chacune d’un plan porteur horizontal (foil) et de deux propulseurs. Dans ce mode de réalisation, les propulseurs fonctionnent par paire, chaque propulseur de la paire assurant la moitié de la poussée requise. Si un propulseur tombe en panne, le deuxième de la paire fournit la totalité de la poussée requise. Un exemple de réalisation de l’invention est un navire selon la FIG. 1 comprenant quatre propulseurs et un plan porteur horizontal (foil). Le foil est positionné entre les deux jambes avant. Les dimensions du navire sont de 6 mètres de longueur pour 2,5 mètres de largeur. Les propulseurs pivotants orientables sont situés aux extrémités de quatre jambes verticales télescopiques dont les longueurs sont ajustables de 0,5 mètre à 4 mètres. Les propulseurs avant sont distants des propulseurs arrière d’une distance fixe de 4 mètres, la distance entre les propulseurs avant est de 2,5 mètres, la distance entre les propulseurs arrière est d’1,5 mètre. Navire auto-élévateur en déplacement horizontal ou stationnaire pour navigation rapide et transbordement sécurisé par mer agitée comprenant : -Des moyens de manœuvre et de navigation ; - Au moins une partie supérieure flottante comprenant une cellule (1) et éventuellement au moins un flotteur gonflable (2) ; -Au moins une partie propulsive et portante immergée comprenant au moins un moyen de propulsion orientable (4) et au moins un plan porteur orientable dans le plan horizontal et dans le plan vertical (5), et éventuellement au moins un flotteur immergé ; - Au moins un moyen de liaison mécanique vertical profilé (3), éventuellement de hauteur ajustable, entre ladite partie supérieure flottante et ladite partie propulsive et portante immergée, ladite partie supérieure flottante et ladite partie propulsive et portante étant arrimées audit moyen de liaison mécanique ; - Des moyens de contrôle de l’altitude et de l’inclinaison de ladite partie supérieure flottante par rapport à la surface de l’eau, comprenant au moins un capteur et au moins un moyen d’asservissement dudit au moins un moyen de propulsion et dudit au moins un plan porteur orientable afin de contrôler en temps réel la position et la stabilité dudit navire en fonction des vagues et du vent ; -Des moyens d’élévation de la partie supérieure flottante. Navire selon la revendication 1 comprenant au moins un tampon amortisseur et au moins deux mors d’arrimage pivotants (6) permettant de fixer le navire à une structure tierce. Navire selon la revendication 1 ou 2 dans lequel ledit au moins un moyen de liaison mécanique est choisi parmi une jambe verticale, une jambe articulée rétractable, une jambe téléscopique et un pantographe, et lesdits moyens de propulsion comprennent des propulseurs pivotants orientables dans le plan horizontal et dans le plan vertical, de préférence trois propulseurs. Navire selon l'une des revendications précédentes dans lequel ledit au moins un capteur permet au moins une mesure physique directe du roulis et du tangage, de la hauteur de la partie supérieure flottante par rapport à la surface de l’eau, ou de la position absolue ou relative du navire. Navire selon l’une des revendications précédentes dans lequel lesdits moyens de contrôle permettent de contrôler l’orientation et la poussée de chaque propulseur et l’orientation de chaque plan porteur de manière à conserver une altitude et une assiette définies en temps réel ou prédéfinies par le pilote du navire. Navire selon l’une des revendications précédentes dans lequel lesdits moyens de contrôle comprennent un système de surveillance par détection d’obstacle et suivi de cible, de préférence constitué de caméras et de capteurs LIDAR. Navire selon la revendication 6 dans lequel les moyens de manœuvre et de navigation comprennent un système de pilotage équipé dudit système de surveillance lui permettant de détecter des obstacles et de suivre des cibles. Navire selon l’une des revendications 6 à 7 dans lequel le système de surveillance comprend des moyens de reconnaissance de forme en trois dimensions. Navire selon l’une des revendications 6 à 8 dans lequel le système de surveillance comprend des moyens permettant de répliquer les mouvements d’un autre navire de manière à limiter les mouvements relatifs des deux navires et de permettre un transfert de charge ou de personnel en déplacement. Navire selon l’une des revendications précédentes dans lequel les moyens de manœuvre et de navigation mettent en œuvre un système d’intelligence artificielle à apprentissage permettant d’adapter de manière automatique ou semi-automatique le comportement du navire aux variations et déplacements des éléments environnants.