Source: http://afcan.org/dossiers_reglementation/accord_stockholm.html
Timestamp: 2017-11-22 12:45:23+00:00

Document:
Retour sur un danger mortel, l'eau sur le pont principal roulier des navires de type ropax.
Retour sur un danger mortel :
l'eau sur le pont principal roulier des navires de type ropax.
Genèse et fondement de l'Accord de Stockholm.
Article rédigé en mémoire des milliers de personnes, passagers et équipages, disparus du fait de ce risque majeur.
Il y a vingt ans était signé l'Accord de Stockholm (27 et 28 février 1996). Ce texte novateur à plus d'un titre est devenu ensuite la directive européenne 2003/25/CE (amendée). Il impose pour les navires à passagers de type ferry (ropax) une résistance aux avaries d'envahissement supérieure a priori à celle requise par l'OMI (Solas) pour les navires à passagers conventionnels. Il a été conçu sur la base des recherches effectuées à la suite du terrifiant naufrage du ferry «Estonia» en 1994, recherches qui prolongeaient elles-mêmes les études menées à la suite du chavirage de l'«Herald of Free Enterprise» en 1987. Le redoutable danger que représente la présence d'eau sur le pont roulier principal est rappelé ici dans une perspective générale et pédagogique.
Généralités sur l'architecture des ferries (navires rouliers à passagers ou ropax)
Sur les navires rouliers à passagers (ropax ou ferries), le pont principal roulier est également le pont de cloisonnement. La définition du pont de cloisonnement est délicate et a beaucoup évolué avec les amendements actuels à la Convention Solas de 1974 (amendements dits «Solas 2009»). L'annexe § 81 précise la notion de pont de cloisonnement et les difficultés liées à sa définition. Les ferries modernes comprennent en général un, voire deux ponts rouliers au-dessus du pont principal roulier (pont de cloisonnement) et éventuellement une cale roulière sous pont de cloisonnement (figure 1).
pont principal roulier, pont de cloisonnement, accessible par rampes internes navire ou interfaces terre/navire des terminaux
pont(s) roulier supérieur(s), accessible(s) par rampes internes navire ou interfaces terre/navire des terminaux
cale roulière sous pont de cloisonnement (éventuellement), accessible par rampe interne navire
L'accès des véhicules sur ces ponts se fait directement depuis le terminal portuaire par l'intermédiaire de rampes qui peuvent être terrestres pour les ports à marée (Manche et mer du Nord) ou propres au navire pour les ports à niveau constant (Baltique et Méditerranée). Des variantes avec pontons flottants intermédiaires se rencontrent également, afin de permettre l'usage des rampes propres au navire. Les accès se font par l'arrière et souvent aussi par l'avant au travers d'une étrave relevable (rare actuellement) ou de portes d'étrave. Ces dispositions rendent ces navires extrêmement efficaces pour le roulage avec des «turn-over» de chargement/déchargement très courts dans les terminaux, de moins d'une heure sur certaines lignes.
Prenons l'exemple d'un grand ropax moderne. Le creux au niveau du pont roulier principal est d'environ 9,0 m. Cette valeur est un compromis entre différentes contraintes : la configuration des terminaux, la Convention sur les lignes de charge (Franc-bord), la Convention Solas pour les calculs de stabilité à l'état intact et après avarie et l'Accord de Stockholm (Directive européenne 2003/25/CE amendée). Pour la stabilité après avarie, ces navires doivent être conformes aux règles déterministes de «Solas 90» (pour les navires pré-2009) ou aux règles probabilistes de «Solas 2009», avec en chapeau pour les ferries touchant des terminaux européens l'Accord de Stockholm (Directive 2003/25/CE amendée).
La Convention sur les lignes de charge stipule pour un navire de type B (cas des ropax) de longueur 200 m, un franc-bord de base d'environ 3,00 m (règle 28). Le franc-bord s'élabore à partir du pont de cloisonnement, limite inférieure des «superstructures» au sens de la Convention. Cette valeur de base est ensuite réduite par diverses déductions, dont la plus forte est celle de la règle 37 qui tient compte de l'effet favorable de la longue superstructure des ferries. Les déductions dans le cas ci-dessus sont de l'ordre de 0,80 m. Le franc-bord final est donc environ 2,20 m. De fait celui-ci est en réalité approximativement 3,00 m pour respecter les autres contraintes principalement de stabilité après avarie et d'interfaces terre/navire dans les terminaux (figure 2).
qu'en dessous du pont de cloisonnement la Convention sur les lignes de charge stipule que le bordé doit être étanche à l'eau («watertight») et au-dessus, dans la zone dite des superstructures, étanche aux intempéries («weathertight»)
que d'après la Convention Solas (confer annexe § 71), le pont de cloisonnement n'a pas à être étanche à l'eau
Le danger d'envahissement du pont de cloisonnement des navires rouliers à passagers
Le pont principal roulier (qui est aussi on vient de le voir le pont de cloisonnement), est donc assez proche de la flottaison en service ou d'étude (design draught) : 3,00 m dans l'exemple du §1 d'un ropax moderne de 200 m. C'est une particularité de ces navires. Mais c'est aussi leur talon d'Achille. En cas de collision générant une ouverture dans le bordé, de non-étanchéité des fermetures d'étrave, de défauts structurels, d'apport d'eau non maîtrisé (lutte incendie), etc. il peut y avoir envahissement de ce pont (associé éventuellement à des conditions de mer défavorables). L'histoire maritime montre que la présence d'eau sur ce pont, même en quantité relativement modérée, peut conduire à un chavirage du navire. Les accidents de ce type survenant sur des navires avec un grand nombre de personnes à bord, sont très meurtriers. On citera les chavirages rapides du «Herald of Free Enterprise» devant Zeebrugge (1987, près de 200 morts), celui de l'«Estonia» en mer Baltique (1994, près de 900 morts) et enfin celui de l'«Al Salam Boccaccio 98» en mer Rouge (2006, plus de 1000 morts).
On rappelle succinctement ci-dessous les causes de ces chavirages :
«Herald of Free Enterprise» => erreur humaine, non fermeture des portes d'étrave à l'appareillage => eau sur pont principal ro-ro !
«Estonia» => avarie structurelle, perte de l'étrave relevable => eau sur pont principal ro-ro !
«Al-Salam Boccaccio 98» => incendie dans pont garage => eau utilisée pour la lutte incendie => eau sur pont principal ro-ro !
La racine commune des chavirages est claire : la présence d'eau sur le pont principal roulier (= pont de cloisonnement).
Les recherches sur le risque envahissement du pont de cloisonnement des navires rouliers à passagers.
Tenter de résumer les nombreuses et passionnantes recherches menées sur la problématique envahissement du pont ro-ro des navires rouliers à passagers est une mission impossible. Nous ne donnerons ici que quelques indications et renvoyons le lecteur à l'annexe § 73 et aux références bibliographiques succinctes du § 8.
Les chavirages dramatiques de l'«Herald of Free Enterprise» et de l'«Estonia» ont été très étudiés en Europe, en particulier du point de vue du compartimentage et de la stabilité après avarie. De nombreuses découvertes fondamentales ont été faites à l'occasion de ces travaux. Le navire en avarie (envahissement) a été étudié dans un environnement de vagues, c'est-à-dire en dynamique. Les universitaires qui ont travaillé sur ces questions se sont appuyés sur :
des calculs hydrostatiques conventionnels utilisés de façon extensive
des simulations numériques dans le domaine temporel, sur la base de codes numériques de grande complexité
des essais sur modèles en laboratoire d'hydrodynamique navale (bassins de carène)
Les scientifiques ont ainsi montré que les phénomènes de dangerosité liés à l'eau sur le pont roulier sont spécifiques aux navires de type ropax (ferries) du fait de l'enfermement de l'eau sur le pont à l'intérieur du navire, sans possibilité d'écoulement immédiat et massif à la mer. L'eau qui rentre suite à un problème est comme piégée. On ne retrouve pas ce risque sur les navires conventionnels, même dans les cas extrêmes de grosses vagues sur le pont («green water»). Pour un porte-conteneurs (figure 3), l'eau qui arrive sur le pont s'évacue sans problème ; le grand franc-bord contribue par ailleurs à minimiser l'eau embarquée. Pour un minéralier ou un tanker (figure 4), le franc-bord à pleine charge est certes faible, mais l'eau embarquée s'évacue facilement.
Les scientifiques ont montré que les phénomènes sont de nature dynamique avec une dimension temporelle forte : il faut étudier le comportement du navire en avarie sur une échelle de temps plus ou moins grande (de quelques dizaines de secondes à quelques heures) si l'on veut détecter finement les phénomènes en jeu et les interpréter correctement. L'ensemble des phénomènes observés est dominé par des aspects énergétiques forts qui étaient méconnus auparavant. Le couplage dynamique des paramètres roulis et pilonnage joue un grand rôle.
Ces travaux reviennent à rechercher l'expression de la probabilité de survie « s » d'un navire en avarie (envahissement) soumis à un environnement de vagues. Les premières recherches datent des années 1970. Elles visent à établir sur une base scientifique la probabilité de survie « s » et elles ont mis en lumière la complexité des phénomènes réels.
L'hypothèse de la collision et l'envahissement qui s'ensuit est régulièrement formulée pour les études et la réglementation, certainement par habitude et facilité. Il est en effet difficile d'imaginer ou d'admettre les erreurs humaines, les avaries de structure ou les conséquences d'une lutte incendie. Pourtant on a vu au §2 que les accidents emblématiques souvent cités («Herald of Free Enterprise», «Estonia» et «Al Salam Boccacio 98») n'ont pas pour origine une collision.
Une donnée fondamentale : les conditions de mer au moment des collisions :
Les conditions de mer (hauteur de vague significative Hs) au moment des collisions ont lieu selon une fonction de répartition établie par une analyse statistique des accidents. La figure 4 bis fournit l'allure approximative de la fonction de répartition adoptée par l'OMI. Les collisions ayant lieu statistiquement majoritairement aux approches des ports, par brume et en zones confinées, on ne s'étonnera pas de l'allure de cette fonction de répartition, laquelle ne doit pas être confondue avec une fonction de répartition (étude océanographique de la houle) décrivant l'état de la mer au large.
On rappelle que la fonction de répartition est la fonction F donnant la probabilité P que la variable aléatoire X soit inférieure ou égale à x : F(x) = P(X ≤ x). Ici la variable aléatoire est la hauteur de vagues significative Hs.
On obtient ainsi la probabilité d'avoir au maximum une certaine hauteur de vagues significative lors d'une collision. Comme il n'a pas été trouvé de corrélation entre la hauteur de vagues significative Hs au moment d'une collision et les caractéristiques du navire, etc. on peut donc utiliser directement cette probabilité pour évaluer la probabilité de survie.
La fonction de répartition ci-dessus indique que pratiquement 100% des collisions ont lieu avec une hauteur de vagues significatives inférieure à Hs = 4,00 m. Cette observation est directement utilisée dans l'Accord de Stockholm comme nous allons le voir au § 5.
Analyse qualitative du phénomène conduisant (ou pas) au chavirage et à la perte du navire suite à l'envahissement du pont roulier
On peut sur la base des travaux théoriques et expérimentaux évoqués dans le § 3 et en annexe § 73, faire une analyse pédagogique qualitative du phénomène « eau sur le pont » des navires de type rouliers à passagers qui va permettre de comprendre le cheminement scientifique vers l'Accord de Stockholm.
Considérons un navire roulier à passagers, tel que celui du §1 : C = creux au pont principal roulier approx. 9 m ; T tirant d'eau à l'état intact approx. 6,20 m ; B = largeur approx. 27 m. Le navire est supposé en assiette nulle.
L'apparition de l'eau sur le pont
Une avarie de type collision survient. On fait l'hypothèse que l'avarie est en zone milieu (avarie la plus grave en général).
Le navire, vu de l'arrière (figure 5) s'enfonce au tirant d'eau d'avarie Tavar. On suppose un envahissement symétrique ne produisant aucune gîte. Le franc-bord (relativement faible sur ces navires comme on l'a vu au §1) se réduit : le franc-bord d'avarie vaut approx. fr = 1,00 m. L'avarie survient avec des conditions de mer correspondant à une hauteur de vagues significative Hs = 2,00 m. Le navire supposé stoppé sans erre, travers au vent, oscille en roulis naturel avec une demie amplitude de 7,5° (figure 6).
Le pont principal ro-ro (pont de cloisonnement) en avarie « engage » de temps à autre au niveau de la brèche. Un effet de pompage apparaît, faisant entrer une certaine quantité d'eau. Ce volume d'eau, lorsque le navire est droit, est faible : hauteur h1 et volume correspondant v1 (figure 7). Lors d'un coup de roulis sur bâbord le volume v1 s'accumule sur ce bord (figure 8).
Le cycle de roulis est stable et à ce stade ressemble encore à peu près au roulis classique d'un navire: il y a une certaine quantité d'eau sur le pont, et celle-ci n'évolue pas. Le volume v1, a priori variable, converge vers une valeur « acceptable ». La situation à ce stade est caractérisée par :
une surface libre de grande ampleur qui se développe sur le pont, avec tous les dangers inhérents à cette surface libre en terme de perte de stabilité (la perte de hauteur métacentrique initiale GM peut être significative dès ce stade)
un certain volume d'eau sur le pont s'est constitué avec donc une modification faible du cas de chargement d'avarie.
Développement d'une situation critique
Faisons alors l'hypothèse d'une instabilité du cycle avec une oscillation de gîte donnant une inclinaison de 10° de chaque bord (une vague un peu plus haute, une rafale de vent, …). L'effet de pompage côté avarie s'amplifie (figure 9), avec un franc-bord résiduel diminué. S'il n'est pas ou peu compensé par l'évacuation de l'eau par la brèche, alors le phénomène peut devenir cumulatif.
A la gîte nulle, la hauteur d'eau devient h2 avec un volume correspondant v2 tel que : v2 > v1 (figure 10). Le franc-bord résiduel d'avarie a légèrement diminué du fait du poids d'eau sur le pont qui commence à être un peu plus significatif. A la gîte du bord opposé à la brèche, le volume v2 s'accumule sur bâbord (figure 11).
Les scientifiques ont montré qu'à ce stade on entrait dans une dynamique très spécifique. Le phénomène qui avait jusqu'alors un aspect relativement compréhensible avec un mouvement du navire encore classique, change radicalement.
On passe dans un monde pseudo-stationnaire qui va s'établir pour une durée fonction de différents paramètres et éventuellement se modifier brutalement, rappelant en cela la théorie et les phénomènes de chaos scientifiques (dynamique non linéaire), avec une grande sensibilité aux conditions initiales. La figure 11 bis donne un exemple du développement inconnu a priori d'un des 6 degrés de liberté du navire (la gîte) en fonction du temps.
Le sort du navire en avarie (chavirage ou non) va désormais se jouer avec une dynamique très particulière et en fonction de pratiquement seulement 2 paramètres : la hauteur d'eau sur le pont (donc le volume d'eau d'envahissement sur ce pont) et la hauteur de vagues significative Hs. Le franc-bord d'avarie est évidemment aussi un paramètre important, la hauteur d'eau sur le pont lui étant en partie liée. On conçoit que plus le pont principal est près du niveau moyen de la mer, plus l'effet de pompage sera important, et ce aussi en fonction de l'état de la mer. Ceci ne veut toutefois pas dire que la tendance soit obligatoirement dramatique car les effets énergétiques liés aux vagues sont complexes et non triviaux. Il peut y avoir équilibre entre «l'eau qui entre» et «l'eau qui sort» par la brèche. L'exposition ou non du bord en avarie aux trains de vagues joue également un rôle.
L'observation temporelle de l'évolution de la situation :
Une courbe temporelle de la gîte développée peut être relevée. Ce type de courbe est obtenu par l'enregistrement de capteurs lors d'un essai sur modèle ou par l'usage d'un code complexe spécifique de simulation numérique (les deux méthodes peuvent être également combinées pour le paramétrage du code numérique). Un exemple typique est fourni pour un navire donné (figure 12). De même, un développement temporel de la quantité d'eau sur le pont (masse/poids d'eau) peut être obtenu avec ces méthodes (figure 13).
On constate sur ces exemples qu'au-delà d'un certain «point de non retour», le navire chavire. La sensibilité à de nombreux paramètres tels que certains aspects de la géométrie du navire, le franc-bord d'avarie, le cas de chargement, les conditions de mer, peut être ainsi étudiée. Les figures ci-dessous montrent par exemple l'évolution temporelle de la gîte pour un navire donné (modèle ou simulation) dont on fait varier le cas de chargement à l'état intact (hauteur du centre de gravité KG et donc hauteur métacentrique initiale GM).
Pour GM = 2,15 m on a après avarie et apport d'eau sur le pont roulier principal une stabilisation rapide et durable de la situation (asymptote horizontale claire) avec une gîte permanente approximative de 5° (figure 14).
Faisons varier le cas de chargement défavorablement. La hauteur du centre de gravité KG avant avarie augmente et la hauteur métacentrique initiale GM décroît et passe à 2,00 m (figure 15). Le développement catastrophique est clair : en quelques dizaines de secondes le navire chavire. On peut ainsi déterminer une bande (zone) de survivabilité liée au GM (confer annexe § 73).
L'Accord de Stockholm (Directive européenne 2003/25/CE amendée)
Le naufrage après chavirage de l'«Estonia» en 1994 (près de 900 morts) a provoqué une émotion immense. Il faisait suite au dramatique chavirage de l'«Herald of Free Enterprise» en 1987 et ses presque 200 morts. Les travaux scientifiques entrepris en Europe après ces drames ont été très importants (sur fonds publics de certains Etats membres de l'Union européenne ou de l'Union elle-même). Des codes numériques de calculs très sophistiqués, basés sur les phénomènes physiques réels ont été élaborés afin d'effectuer des simulations dynamiques variées. De très nombreux essais sur modèle ont été effectués.
Tous ces travaux ont été à la base de l'élaboration du texte fondamental dit «Accord de Stockholm» fin 1995 et début 1996. Les connaissances scientifiques étaient suffisantes pour établir ce texte audacieux élaboré dans une grande urgence sous la pression d'une opinion traumatisée. Certains développements théoriques n'étaient pas totalement aboutis, mais les nombreux essais sur modèles et les codes numériques mis au point convergeaient tous sans ambiguïté en termes d'observations et de résultats. La Science était prête à fournir au législateur l'essentiel des éléments d'un texte novateur.
L'Accord de Stockholm :
L'Accord de Stockholm stipule qu'en plus des règles déterministes de «Solas 90» (Convention Solas 1974 avec amendements de 1990) sur le compartimentage et la stabilité après avarie des navires à passagers, il doit être tenu compte du risque potentiel de la présence d'eau sur le pont roulier principal des ferries (pont de cloisonnement). Cette prise en compte s'effectue par la considération d'une certaine hauteur d'eau hypothétique sur le pont roulier principal. Cette hauteur d'eau (hw) est fonction du franc-bord résiduel de l'avarie déterministe prescrite par «Solas 90» (fr) et de la zone de navigation donc de la hauteur de vague significative Hs de l'environnement opérationnel de la zone d'exploitation.
La formule suivante résume la prescription (confer également la figure 17):
On a (en mètres) : avec 0,30 ≤ ∫r ≤ 2,00 et 1,50 ≤ Hs ≤ 4,00
Cette hauteur d'eau hypothétique constante génère un volume d'eau variable en fonction de l'assiette et de la gîte résiduelle. Le calcul de ce volume d'eau variable doit se faire en fonction de la géométrie exacte du pont (présence de casings, etc). Le navire doit avec cette présence d'eau hypothétique respecter l'essentiel des critères de stabilité résiduelle après avarie de «Solas 90». La prescription de l'Accord de Stockholm vient donc se rajouter à l'exigence déjà très élevée des règles déterministes de «Solas 90».
Par ailleurs et pour la première fois sur une question de compartimentage et stabilité après avarie, le texte de l'Accord de Stockholm prévoit la possibilité, en alternative aux calculs, d'effectuer des essais sur modèles pour prouver la conformité.
Dans ce cas, un train de vagues (spectre de houle) aux caractéristiques prédéfinies et donnant la hauteur de vague significative Hs recherchée est appliqué à une maquette. Il est successivement reproduit sur la maquette deux avaries «Solas 90» (les plus sévères) qui vont être testées. Le texte encadre la construction du modèle, l'environnement d'essai, les performances du générateur de houle, les mesures et les conditions de réalisation des essais :
10 essais pour chaque cas d'avarie
chaque essai doit durer 30 minutes en temps réel
le modèle est réputé avoir survécu s'il parvient à un état stationnaire avec angle de gîte < 20°
le modèle est réputé avoir chaviré si l'on observe des angles de roulis > 30°
Les essais sur modèle se sont révélés être souvent moins exigeants que les calculs et ont pour cette raison été fréquemment utilisés, notamment dans le cas de mises à niveau de navires existants (application rétroactive de l'Accord de Stockholm).
Le schéma ci-dessous résume un cas tiré du dossier stabilité d'un ferry récent (2012, pavillon britannique), répondant aux exigences de l'Accord de Stockholm (directive européenne 2003/25/CE amendée), des règles probabilistes de «Solas 2009» ainsi qu'aux règles dites du «Safe Return to Port» de Solas 2010. Le navire a les caractéristiques suivantes : Lht = 213 m, B = 30 m, creux C = 9,70 m, tirant d'eau max T = 6,70 m, nombre de passagers = 2 000, équipage = 200.
L'avarie «Solas 90» considérée pour cette étude de cas conduit à une situation sans gîte avec : franc-bord d'avarie fr = 1.04 m , tirant d'eau d'avarie Tavar = 8.66 m. Cette avarie est centrée sur le couple 212, sur l'avant du navire.
L'objectif de zone opérationnelle (hauteur de vague significative) est Hs = 4,00 m, c'est à dire la résistance maximale selon l'Accord de Stockholm (basé sur la fonction de répartition de la figure 4 bis). On obtient une hauteur d'eau hypothétique hw = 0,28 m (figure 18). On conduit alors les calculs avec cette valeur. Le navire résiste parfaitement et passe sans problème tous les critères stipulés de stabilité après avarie des règles déterministes de «Solas 90».
Particularités de l'Accord de Stockholm
L'Accord de Stockholm est assez contraignant et va au delà de ce que prévoyait la Convention Solas à l'époque (Solas qui venait pourtant d'être durcie avec «Solas 90», suite au chavirage de l'«Herald of Free Enterprise»). L'Accord de Stockholm est un accord dit «régional» (= applicable à l'échelon de l'Europe), arraché à l'OMI fin 1995 début 1996. L'OMI, qui fonctionne par compromis, n'a pas voulu intégrer dans la Convention Solas un équivalent de l'Accord de Stockholm. Devant l'inflexibilité des pays d'Europe du Nord relayée ensuite par l'Union européenne, l'OMI a juste admis cette possibilité «régionale».
L'Accord de Stockholm a été appliqué aux navires neufs bien entendu (dès 1997), mais aussi aux navires existants, selon un échéancier rétroactif rigoureux, rompant en cela avec le principe contestable de non-application de nouvelles règles majeures de sécurité aux navires existants («grand father clause»).
Il est intéressant de noter que quelques pays non-européens appliquent l'Accord de Stockholm bien qu'ils n'y soient pas tenus par la Convention Solas de l'OMI.
L'accord de Stockholm et les règles probabilistes de «Solas 2009» :
Il existe une controverse à propos de la prise en compte correcte ou non du risque «eau sur le pont roulier» des navires ropax par les règles probabilistes actuelles de compartimentage et de stabilité après avarie («Solas 2009»). Plusieurs universitaires considèrent que «Solas 2009» ne couvre pas correctement ce risque. Selon eux l'Accord de Stockholm, qui additionne une exigence supplémentaire (eau sur pont) aux meilleures règles déterministes de l'époque («Solas 90») implique une sécurité intrinsèque plus grande. Le problème est délicat en raison des principes très différents de l'Accord de Stockholm d'une part et des règles probabilistes de «Solas 2009» d'autre part. Il semblerait toutefois que, avec des exceptions, l'Accord de Stockholm conduise à une sécurité supérieure à celle fournie par les règles probabilistes de «Solas 2009».
La difficulté vient essentiellement de l'expression de la probabilité de survie « s » utilisée dans les règles probabilistes «Solas 2009» (confer annexes § 72 et § 73) :
Les conditions de mer (hauteur de vague significative Hs) plus ou moins implicitement intégrées dans cette expression seraient de l'ordre de Hs =1,5 m à 2,0 m seulement. Ces valeurs sont incertaines en raison de leur condition de vérification (essais sur modèles trop peu nombreux) lors de l'élaboration de «Solas 2009» au début des années 2000. Pour une bonne prise en compte du danger «water on deck», il faudrait modifier dans cette formule les constantes 0,12 m et 16° et adopter pour les navires de type ropax la formule :
Les discussions à l'OMI sur ce sujet durent depuis des années et un compromis est peut-être en vue pour le MSC 96 au printemps 2016 avec comme nouvelles valeurs pour les constantes 0,20 m et 20°, mais pas 0,25 m et 25° comme recommandé par les universitaires. Le fonctionnement par consensus et les lobbies tirent toujours l'OMI vers le bas !
L'Union européenne a pour le moment sagement décidé de maintenir l'exigence d'une double étude «Accord de Stockholm» et «Solas 2009» pour les navires rouliers à passagers (ropax) construits après le 01/01/2009.
Le danger terrifiant de l'eau sur le pont principal roulier des navires ropax, pont qui est également sur ce type de navire le pont de cloisonnement, a été l'objet de nombreuses recherches en Europe depuis près de 30 ans. Des accidents emblématiques directement liés à ce danger ont fait des milliers de morts (passagers et équipages) pendant cette période.
Ces recherches se sont inscrites dans un mouvement entamé dans les années 1960/1970 visant à établir l'expression de la probabilité de survie « s » d'un navire en avarie (envahissement) dans un environnement dynamique (vagues) afin de pouvoir mettre en œuvre les principes probabilistes d'étude du compartimentage et de la stabilité après avarie des navires.
Le risque majeur de l'envahissement du pont principal roulier des ferries est désormais réglementairement pris en compte, dans l'état actuel des connaissances, par la législation technique européenne volontariste dite «Accord de Stockholm». L'Union européenne en a fait un texte majeur de la sécurité maritime dans ses eaux : la Directive 2003/25/CE (amendée). Du fait de la double étude «Accord de Stockholm» + règles probabilistes «Solas 2009» exigée par l'Union européenne, les navires rouliers à passagers opérant sur les lignes européennes sont, a priori, les navires à passagers les plus sûrs du monde, en termes de sécurité intrinsèque face au risque envahissement.
Les problèmes liés à la définition du pont de cloisonnement :
La définition Solas du pont de cloisonnement est la suivante (Règle II-1 / 02, Solas 1974, avec amendements jusqu'en 2015): «[…] le pont le plus élevé […] jusqu'auquel les cloisons principales et le bordé du navire sont étanches à l'eau et le pont le plus bas à partir duquel l'évacuation des passagers et de l'équipage ne sera pas gênée par l'eau à quelque stade que ce soit de l'envahissement dans les cas d'avarie définis à l'article II-1 / 08 et dans la partie B-2 du présent chapitre […] Dans le cas d'un navire de charge, le pont de franc-bord peut être considéré comme le pont de cloisonnement».
Le pont de cloisonnement n'est pas étanche à l'eau, il est seulement étanche aux intempéries (il n'est pas «watertight» mais «weathertight»). Pour les navires de type ropax (ferries) équipés d'une cale pour véhicules sous pont de cloisonnement, l'accès à cette cale se fait par une rampe. Dans ce cas, un panneau de fermeture à manœuvre hydraulique, de grande dimension, est installé et il est réglementairement étanche aux intempéries («weathertight») et non pas étanche à l'eau («watertight») en application de la règle Solas II-1/17-1.
Par contre, la même règle stipule que «[…] tous les accès qui mènent à des locaux situés au dessous du pont de cloisonnement doivent avoir leur point le plus bas à au moins 2,5 m au-dessus du pont de cloisonnement». Cette exigence revient à demander une certaine étanchéité à l'eau pour ces accès : jusqu'à une certaine gîte, s'il y a présence d'eau quelle qu'en soit l'origine, on n'aura pas envahissement progressif vers le bas depuis le pont de cloisonnement.
Le législateur vise bien ici le risque d'envahissement du pont de cloisonnement. Mais il ne demande pas l'étanchéité à l'eau pour le très grand panneau d'accès roulier à la cale inférieure comme on vient de le voir. Pour les navires rouliers à passagers, le pont de cloisonnement n'est donc pas un pont étanche à l'eau (puisque la définition du pont de cloisonnement ne l'exige pas) ; il présente toutefois une forme réduite d'étanchéité à l'eau.
L'incohérence de la réglementation a pour origine la frilosité de l'OMI à exiger une vraie sécurité intrinsèque (= celle qu'induirait un pont de cloisonnement étanche à l'eau) et la confusion de principe entre les raisonnements déterministe et probabiliste, en lien avec la définition du pont de cloisonnement.
Principe des règles probabilistes et déterministes pour l'étude du compartimentage et de la stabilité après avarie des navires à passagers (conventionnels et ropax/ferries)
Règles dites déterministes (obsolètes depuis le 01/01/2009) :
Le compartimentage du navire est prescrit explicitement sur la base du calcul :
de la longueur envahissable LE tout au long du navire
du facteur de cloisonnement F (compris entre 0 et 1) lui-même fonction d'un critérium de service Cs
de la longueur admissible des compartiments LA = LE x F
On applique à la disposition architecturale ainsi déterminée et aux différents cas de chargement du navire, une avarie théorique de dimension prédéterminée réglementairement :
longueur = 0,03. L + 3,00 (L longueur navire)
pénétration transversale = B/5 (B largeur navire)
On vérifie la conformité de la flottabilité et de la stabilité résiduelles à des critères précis :
d'enfoncement = non dépassement de la ligne de surimmersion («margin line») avec deux compartiments envahis d'après les règles les plus récentes i.e «Solas 90»
de stabilité après avarie en termes d'aire minimale sous la courbe résiduelle des bras de levier, de bras de levier résiduel GZ mini, de gîte d'équilibre, etc. tant aux stades intermédiaires qu'aux stades finaux d'envahissement.
Ces critères doivent être respectés dans leur intégralité.
Le dernier corpus de règles déterministes et le plus sévère est «Solas 90» qui a été appliqué jusqu'au 01/01/2009. On a vu qu'il sert de base à l'application de l'Accord de Stockholm.
Règles dites probabilistes (en vigueur depuis le 01/01/2009) :
Le compartimentage est «libre» (dessiné librement, on ne privilégie aucun type de compartimentage), sauf pour le double-fond, l'entourage étanche du(des) compartiment(s) machine et la cloison d'abordage. On évalue l'architecture et le compartimentage, donc le niveau de sécurité, au travers d'une analyse globale probabiliste d'envahissement de un, deux, trois, quatre (voire plus) compartiments (zones).
Avec cette analyse systématique de presque tous les cas d'envahissements possibles, on détermine un index de compartimentage atteint A (en gros, égal à la probabilité de survivre à toutes les avaries étudiées) qui doit être supérieur à un index de compartimentage requis R (niveau de sécurité «sociétal» jugé suffisant par l'OMI).
« p » représente la probabilité d'envahissement du compartiment considéré (ou du groupe de compartiments ou zones considérés)
« s »représente la probabilité de survie après envahissement
« w » représente un cas de chargement (il y en a 3 de spécifiés dans les règles, pleine charge, mi-charge et approx. sur ballast)
Le corpus de règles probabilistes le plus récent est «Solas 2009» applicable depuis le 01/01/2009.
La recherche d'une expression fiable de la probabilité de survie « s » depuis 50 ans pour les navires à passagers (conventionnels et ropax/ferries) en situation d'avarie (envahissement)
La quête de l'expression de la probabilité de survie « s » pour les navires à passagers en situation d'avarie (envahissement) :
Les études sur le phénomène «eau sur pont» des navires de type ropax (ferries) sont liées à la recherche générale de l'expression de la probabilité de survie « s » d'un navire pour un envahissement donné et dans certaines conditions environnementales (vagues). La quête d'une expression fiable de cette probabilité de survie date des années 1960/1970 et doit être mise en parallèle avec l'irruption des premières règles probabilistes dans l'analyse du compartimentage des navires et de la stabilité après avarie (1974).
La première version de la probabilité de survie « s » pour navire à passagers s'exprimait ainsi (Rés. A 265, 1974, règles probabilistes pour navires à passagers admises en alternative aux règles déterministes de l'époque) :
=>Fe = franc-bord «effectif» d'avarie (c'est une notion proche de celle du franc-bord classique, en fait une surface calculée en tenant compte de la gîte à l'état final d'avarie)
=>GM = hauteur métacentrique « effective » d'avarie
=>B = largeur du navire
Dans les années 1991/1992, l'introduction avec effet rétroactif pour les navires à passagers existants des nouvelles règles de stabilité après avarie «Solas 90» a nécessité la mise au point d'un calcul (dit «A/Amax») classant l'urgence de modification éventuelle de ces navires. La Russie a alors proposé la formule suivante :
=>GZmax n'est pas pris > à 0,10 m
=>Arc n'est pas pris > à 15°
=>Aire n'est pas pris > à 0,015 m.rad
=>C, est un facteur fonction de la gîte d'équilibre en avarie
Avec les nouvelles règles probabilistes de «Solas 2009» applicables aux navires à passagers (en vigueur depuis le 01/01/2009), la probabilité de survie « s » s'exprime au stade final d'envahissement par :
=>GZmax = bras de levier maxi de la courbe résiduelle des GZ (avec GZ max ≤ 0,12 m)
=>Arc = arc positif de la courbe résiduelle des bras de levier GZ (avec range ≤ 16°)
=>K = facteur lié à la gîte résiduelle
Mais on n'a toujours pas le modèle théorique collant à la spécificité du risque « eau sur le pont des navires rouliers à passagers », certaines études ayant en effet montré que cette formule ne donnait pas de bons résultats pour les navires ropax.
L'ambitieux programme européen de recherche «Goalds» (2009/2012) pour les navires à passagers conventionnels et les ropax (confer références bibliographiques au § 8) a proposé une nouvelle formule pour la probabilité de survie « s » qui par certains aspects reprend quelques idées de la vieille résolution A 265/1974 (prise en compte à nouveau d'une certaine forme de franc-bord d'avarie et du GM d'avarie).
=>GMf = hauteur métacentrique d'avarie
=>Agz = aire sous la courbe résiduelle des bras de levier
=>Arc = arc positif de la courbe résiduelle des bras de levier
=>Vr = paramètre représentant une mesure du volume résiduel d'avarie
Les recherches spécifiques aux ropax (ferries) des années 1990 :
Les chercheurs de l'Université de Strathclyde/Glasgow (confer références bibliographiques au § 8), en pointe sur le sujet dans les années 90, ont fait des découvertes très originales. Sur la base de nombreuses simulations numériques sophistiquées corrélées et paramétrées par des essais sur modèle, ils ont mis en lumière la relation étroite liant la hauteur d'eau critique «élevée» au dessus du pont et la hauteur de vagues significatives critique au moment du chavirage (au point de non-retour, confer § 4). La notion de hauteur d'eau «élevée» au dessus du pont est subtile et non triviale : le lecteur se reportera aux indications bibliographiques. La corrélation évoquée s'exprime par :
Dans certains cas testés (juste avant le chavirage) la hauteur d'eau correspond à un certain volume d'eau. Ce volume d'eau est tel qu'en condition hydrostatique le navire chavirerait mais pas en condition dynamique. Ce résultat inattendu est absolument remarquable. Il signifie que des phénomènes complexes de nature énergétique sont en jeu par l'intermédiaire des vagues.
Les universitaires ont ainsi montré qu'on peut au prix de calculs spécifiques, de simulations et d'essais sur modèles déterminer une certaine valeur de hauteur de vagues significative critique «Hs crit», liée à une hauteur d'eau sur le pont critique «h crit». La probabilité de survenue d'une collision avec une telle hauteur de vagues significative fournit alors la probabilité de survie. Il existe donc une relation du type :
La voie était tracée dans la deuxième moitié des années 1990 pour la mise au point d'une législation technique spécifique et innovante, l'Accord de Stockholm.
Une probabilité de survie « s » propre aux navires rouliers à passagers (ropax) ?
Ce qui précède montre que trouver une formule donnant la probabilité de survie « s » des navires de type ropax ayant subi un envahissement du pont principal ro-ro n'est pas simple. Au début des années 2000, à l'occasion des travaux à l'OMI sur l'harmonisation des règles de compartimentage et de stabilité après avarie pour l'introduction des règles probabilistes dites «Solas 2009», la nouvelle formule indiquée ci-dessus n'a pas convaincu tous les universitaires spécialistes. Ils ont alors proposé (vers 2006/2007) la formule suivante prenant mieux en compte la problématique «eau sur le pont» (confer § (54) :
On lira à ce sujet avec grand profit l'étude dite «EMSA 2» de l'Agence européenne de Sécurité Maritime (confer les références bibliographiques au § 8).
Etat actuel de la recherche (depuis le début des années 2000)
Le concept de bande de chavirage («capsize band») et par extension de naufrage, est une des avancées les plus remarquables de la Science de ces dernières années en matière de stabilité après avarie. Ce concept s'applique aux navires à passagers en général et donc aux ropax (il intègre la problématique de l'eau sur le pont). Il a été découvert à l'aide de codes de simulations numériques sophistiqués (paramétrés par des essais sur modèle). La «capsize band» caractérise, pour un navire ayant subi un envahissement, la transition entre les conditions de mer en dessous desquelles aucun chavirage ne se produit (probabilité de chavirage/naufrage = 0) et les conditions au dessus desquelles le chavirage est certain (probabilité de chavirage/naufrage = 1). La figure 19 montre un exemple d'une «capsize band» (pour un navire donné, cas de chargement et avarie donnés).
Pour une simulation sur un temps court, la transition en termes de hauteur de vagues significative Hs est large (imprécision sur les conditions de mer conduisant au chavirage/naufrage). Pour un temps de simulation long, la transition est rapide, la bande de chavirage est alors étroite (la valeur de hauteur de vagues significative menant au chavirage/naufrage devient précise). Une hauteur de vagues significative critique «Hs crit» a été associée conventionnellement à une probabilité chavirage/naufrage égale à 0,5 sur une durée de test de 30 minutes. Cette durée est à mettre en perspective avec la valeur réglementaire Solas du temps maximum de mise en œuvre de l'abandon. Une fonction de répartition (probabilité) de la survie a ainsi pu être définie :
Fsurv(HS) = Fsurv(t=30min | HS)
Si on fait l'hypothèse d'une fonction approximativement de type échelon (cas du temps long de simulation), on a alors :
Fsurv(HS) = 1(HS ≤ HScrit)
Fsurv(HS) = 0(HS ≥ HScrit)
La probabilité donnée par la «capsize band» est une notion très proche de la probabilité de survie « s » car la détermination de Hs conduisant au chavirage/naufrage, produit par conséquence la probabilité de survie « s » en utilisant la fonction de répartition des Hs au moment des collisions (confer § 32).
Les articles et études scientifiques sur la problématique de l'eau sur le pont des navires de type ropax (ferries) sont très nombreux. On en donne ici une courte sélection, avec un rappel des textes réglementaires afférents.
Krueger S., Nafouti O., Mains C., “A new approach for the water-on-deck problem of ro-ro passenger ships”, 2015
Vassalos D., Pawlowski M., Turan O., “A theoretical investigation on the capsizal resistance of passenger/ro-ro vessels and proposal of survival criteria”, Joint NW European R&D Project on “Safety of Passenger/Ro-ro vessels”, 1998
Vassalos D.,Turan O., “A realistic approach to assessing the damage survivability of passenger ships”, 1994
Francescutto A., Papanikolaou A.D, “Buoyancy,stability, and subdivision : from Archimedes to Solas 2009 and the way ahead”, 2010
Jasionowski A., Vassalos D., Scott A., « Ship vulnerability to flooding », 2007
Vassalos D., Konovessis D., “Damage survivability of floating marine structures- a probabilistic approach”, 2001
Nettersheim F.X, «L'amélioration de la stabilité après avarie des car-ferries suite au drame de l'Estonia. Quel avenir pour l'Accord de Stockholm ?», «Navigation (Paris)», IFN, 2011 et sur le site de l'AFCAN www.afcan.org
Etude EMSA 2, “Study of the specific damage stability parameters of Ro-Ro passenger vessels according to Solas 2009 including water on deck calculation” / project N° EMSA/OP/08/2009, date 23/11/2011. www.emsa.europa.eu
Programme de recherche Goalds (2009/2013) ; principaux rapports disponibles sur : www.goalds.org
Solas 1974 édition consolidée 2015 (avec amendements «Solas 2009» pour navires à passagers et de charge «sec»)
Solas 1974 édition consolidée 2004 (avec amendements «Solas 90» pour navires à passagers et « Solas 1992 » pour navires de charge « sec »)
Directive 2003/25/CE (Accord de Stockholm) amendée par la Directive 2005/12/CE
Code des Transports / Décret N°84-810 modifié, Division 211 (stabilité à l'état intact et après avarie).

References: § 81
 § 71
 §1
 § 73
 § 8
 §2
 § 5
 § 3
 § 73
 §1
 §1
 § 73
 § 72
 § 73
 § 8
 § 8
 § 4
 § 8
 § 32