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RESEARCH
Les avancées scientifiques et technologiques de DCNS_n° 1
SOMMAIRE
04_ PRÉFACE
05_ ÉDITO
06_ AVANT-PROPOS
10_ ACTUALITÉS
13_ PERFORMANCES NAUTIQUES ET
DYNAMIQUE DES PLATEFORMES MARINES
La simulation des Interactions Fluide-Structure
Comportement des navires et structures en mer
Le bassin numérique
21_TENUE DES STRUCTURES EN SERVICE
EN COUVERTURE : image de synthèse
représentant des fibres optiques.
Comparaison calcul/expérience de l’éclatement d’un réservoir HP
présentant un défaut
Application de l’ingénierie incendie à l’évaluation du niveau
de sécurité des structures composites navales
Application de l’ozonation pour la maîtrise du biofouling dans les
circuits eau de mer
29_OPTIMISATION ÉNERGÉTIQUE
Optimisation de formes en hydrodynamique
Démonstrateur générique d’actionneur électrique
35_INTELLIGENCE EMBARQUÉE
Positionnement dynamique de navires dans la glace
Évitement d’obstacles pour USV
41_MAÎTRISE DE L’INFORMATION
Extraction automatique d’objets mobiles dans des vidéos
Pistage Multicapteur par PHD Filter
Optimisation de trajectoires par contrôle optimal stochastique
51_DISCRÉTION ET FURTIVITÉ
Matériaux acoustiques pour la furtivité
Projet AQUO – Achieve QUieter Oceans by shipping noise
footprint reduction
57_PRODUCTIVITÉ ET COMPÉTITIVITÉ
DES PROCÉDÉS INDUSTRIELS
Nettoyage par un procédé mousse innovant d’un échangeur
de chaleur encrassé
Soudage par Faisceau d’Électrons (FE) de l’acier inoxydable
X6CrNiMoNb 17.12.2
62_NOS COMMUNICATIONS SCIENTIFIQUES
RESEARCH_1. La revue scientifique et technologique de DCNS. Directeur de publication : Alain BOVIS _Comité
éditorial : Christian AUDOLY, Julien BÉNABÈS, Alexia BONNIFET, Luc BORDIER, Marc BOUSSEAU, Jean-Michel CORRIEU, François CORTIAL,
Xavier DAL SANTO, Sylvain FAURE (CEA), Fabien GAUGAIN, Anne-Marie GROLLEAU, Joëlle GUTIERREZ, Emmanuel HERMS (CEA), Guillaume
JACQUENOT, Dann LANEUVILLE, Cédric LEBLOND, Jean-Jacques MAISONNEUVE, Thierry MILLOT, Pol MULLER, Adrien NEGRE, Antoine
PAGÈS, Fabian PÉCOT, Mathieu PRISER, Ygaal RENOU, Lucie ROULEAU, Céline ROUSSET, David ROUXEL, Florent SAINCLAIR, David-François
SAINT-CYR, Jean-François SIGRIST, Camille YVIN _Conception et réalisation :
_Crédits photo : DCNS – tous droits
réservés_Revue diffusée à 1 000 exemplaires.
RESEARCH_1
03
PRÉFACE
Le monde accélère, accélérons l’innovation !
PATRICK BOISSIER, Président Directeur Général du groupe DCNS
« Le génie est fait de 1 % d’inspiration et de 99 % de transpiration. » C’est ainsi que
Thomas Edison, génial inventeur, entre-autre, du télégraphe, du phonographe ou encore
de l’ampoule électrique, définissait en son temps le long cheminement qui caractérise
l’innovation. De la recherche fondamentale à l’application technologique, il faut
en effet suivre le parcours, souvent sinueux et semé d’embûches, de la maturation,
de la vérification, de la validation et de la valorisation d’une théorie, aussi lumineuse soit-elle.
Mais dans un monde où la technologie évolue à la vitesse de l’éclair et dans lequel les marchés
sont de plus en plus concurrentiels, il est indispensable, pour rester compétitif, de réduire
le temps de développement et les coûts des nouveaux produits et services. Il faut également
se conformer à des contraintes réglementaires, environnementales et sociales toujours plus
exigeantes.
Afin de conserver une longueur d’avance, le Groupe a créé en 2011 DCNS Research,
avec l’objectif de donner un nouvel élan à sa stratégie d’innovation et à son rayonnement
scientifique. Cette structure d’excellence, qui regroupe des ingénieurs et des techniciens
de haut niveau, a fait de la recherche collaborative son moteur. En lien avec ses partenaires
nationaux et internationaux et en étroite collaboration avec des laboratoires publics
et académiques, elle imagine et conçoit les révolutions technologiques du futur. Qu’il s’agisse
du navire virtuel, d’atténuation de l’empreinte du bruit sous-marin ou du développement de
nouvelles sources d’énergies marines, DCNS se positionne comme un inventeur de solutions
de haute technologie.
Avec un peu de transpiration, beaucoup d’inspiration et de l’innovation passionnément.
04
RESEARCH_1
ÉDITO
“Research réunit plusieurs travaux remarquables
ayant, durant l’année écoulée, apporté une avancée
significative dans les outils scientifiques qui
consolident les activités et les produits de DCNS”
Alain Bovis, directeur de DCNS Research et PDG de Sirehna®
Je suis très heureux de vous présenter, au nom de l’ensemble
de nouveaux défis au profit des objectifs de croissance du groupe
des collaborateurs de DCNS, le premier numéro de notre revue
DCNS.
annuelle scientifique et technologique. Dorénavant, nous publie-
La recherche collaborative, ou partenariale, a été mise au cœur de
rons, tous les ans, plusieurs travaux remarquables ayant apporté
notre action. Il y a plus qu’une coïncidence entre la création de
une avancée significative dans les outils scientifiques ou dans les
DCNS Research, la montée en puissance de l’Institut de Recherche
concepts technologiques qui consolident les activités et les pro-
Technologique Jules Verne, le lancement du projet de
duits de DCNS.
Technocampus Océan à Nantes. Il y a un projet global de renforce-
Son nom RESEARCH conjugue notre mission, notre vocation
ment de la recherche maritime, voulu par les pouvoirs publics et
internationale et la passion du Groupe pour la mer.
animé par le Conseil d’Orientation de la Recherche et de l’Innova-
Les travaux sont classés suivant différents chapitres correspondant
tion de la Construction et Activités Navales, le CORICAN. Plusieurs
aux grands défis pluridisciplinaires des engins océaniques de
des travaux présentés dans ce numéro sont issus de la recherche
demain et de l’énergie des mers. Face à chacun de ces défis, DCNS
collaborative.
Research contribue à trouver les idées susceptibles de déboucher
Vous trouverez également dans ce numéro un rappel des princi-
sur les innovations futures et de les transformer en technologies
paux événements survenus dans l’activité de DCNS Research
applicables en suivant un processus de maturation et de levée des
durant l’année. Plusieurs de nos collaborateurs sont ainsi mis à
risques.
l’honneur.
DCNS Research n’est pas une création ex nihilo mais s’inscrit dans
Au nom de tous les collaborateurs de DCNS Research, je vous sou-
la tradition d’excellence scientifique et technique construite depuis
haite une bonne lecture et vous donne, d’ores et déjà, rendez-vous
près de trois siècles par nos prédécesseurs. L’article introductif du
en 2014 pour le n° 2 de RESEARCH.
professeur Larrie Ferreiro nous rappelle l’origine de cette tradition,
fierté de notre Génie Maritime.
DCNS Research a été créé pour rassembler des forces, leur donner
plus de visibilité et de nouveaux moyens d’action, pour répondre à
RESEARCH_1
05
AVANT-PROPOS
L’AUBE DES SCIENCES NAVALES
LARRIE D. FERREIRO, Directeur de la recherche, Defense Acquisition University, Fort Belvoir, Virginie, États-Unis
Au commencement du XVIIe siècle, les maîtres charpentiers
Évolution des plans des vaisseaux
de marine ne disposaient d’aucun outil mathématique per-
L’architecture navale, c’est-à-dire l’utilisation de la théorie
mettant d’appliquer les théories scientifiques aux navires.
du navire dans sa conception, n’aurait pu se développer
Deux siècles plus tard, à la fin du XVIIIe siècle et à l’aube de
sans les plans de coque à deux dimensions, à partir des-
la révolution industrielle, les ingénieurs-constructeurs
quels les constructeurs pouvaient mesurer précisément les
étaient dotés d’un véritable corpus théorique pour conce-
lignes afin de calculer mathématiquement la superficie et
voir des navires et prédire leurs caractéristiques et
le volume de la coque.
performances.
Les plans des navires ne sont pas apparus en tant que
gabarits de construction. Les premiers plans connus figu-
« L’Architecture navale »
raient dans les traités de construction navale. Les traités
L’expression « architecture navale » a été employée pour la
étaient généralement destinés à un usage pédagogique ou
première fois par l’architecte allemand Joseph Furttenbach
comme guides généraux, les plans n’étant donnés qu’à titre
dans un ouvrage paru en 1629, Architectura Navalis.
d’exemples.
En 1677, le constructeur Charles Dassié, dans son livre
Au cours du XVIIIe siècle, les administrations navales commen-
L’architecture navale, émet l’idée que les mathématiques
cèrent à demander à leurs constructeurs des plans des
devaient jouer un rôle de premier plan dans la conception
navires en trois vues – les plans de formes verticales, les lignes
des navires.
d’eau et les sections longitudinales – afin de s’assurer, avant
À la fin du XVIIIe siècle, l’« architecture navale » est l’appli-
construction, que les navires répondaient à leurs besoins.
cation de la théorie mathématique (la « géométrie ») à la
Rapidement ces plans, allaient devenir un élément clé dans le
conception du navire, comme l’illustre l’Essai géométrique
développement des calculs de stabilité et hydrodynamique.
et pratique sur l’architecture navale (1776), de Vial
Du Clairbois, futur directeur de l’école du Génie maritime.
Au
06
XIXe
La science comme arme stratégique
siècle, l’architecture navale devient la « science de
La construction de navires de guerre est un prolongement
la construction navale », selon le magistral Architecture
de la politique d’une nation. Au cours des XVIIe et XVIIIe siècles,
navale – Théorie du Navire, de Pollard et Dudebout
la France et la Grande-Bretagne ont été en conflit perma-
(1890), et inclut la mécanique des corps flottants dévelop-
nent sur les mers. La Grande-Bretagne était la puissance
pée dans « des étapes successives par la Science ».
maritime dominante. Toutes ses frontières étant maritimes,
L’architecture navale, dans son sens moderne, est l’applica-
sa sécurité reposait sur sa marine, dont la part dans le bud-
tion de la théorie scientifique, en tant qu’élément de la
get était supérieure à celle de tout autre ministère. La
conception du navire, en vue de prévoir ses caractéris-
France, en revanche, devait défendre ses frontières ter-
tiques et performances avant qu’il ne soit construit.
restres et, logiquement, consacrait une part beaucoup plus
RESEARCH_1
AVANT-PROPOS
importante de son budget à l’armée de terre. Dans les
nuèrent de construire des navires « à leur gré ». L’objectif
années 1730 et 1740, le budget de la marine britannique
de Colbert était de créer un ensemble de normes pour la
représentait entre 2 et 4 fois celui de la marine française.
conception que tous les chantiers navals pourraient utili-
Le niveau de ressources a naturellement déterminé la taille
ser. Il voulait, ainsi, qu’un navire de 70 canons construit à
et le déploiement de chaque marine. Dans les années 1700,
Brest soit identique à celui construit à Toulon, afin de
la Grande-Bretagne était capable de « contrôler la mer » à
réduire les coûts des matériaux et des pièces de rechange.
grande échelle c’est-à-dire de déployer des escadres per-
Cela permettrait également à tous les navires dans une
manentes à travers l’Atlantique. Avec une flotte moins
ligne de bataille d’avoir des qualités de navigation iden-
nombreuse, les Français préféraient éviter les principaux
tiques, et ne pas avoir à tenir compte des différences de
engagements et appliquaient la tactique de « guerre de
performances entre unités. Colbert décida que la théorie
course » qui demandait des navires rapides.
scientifique serait la seule base pour créer un ensemble de
Aussi, la science a-t-elle joué un rôle majeur dans l’évolu-
normes identiques applicables dans tous les chantiers.
tion des flottes, en particulier en France. Les ministres de
Aussi, et face à de nouveaux refus des constructeurs, il
la Marine successifs, de Colbert à Sartine, ont estimé que la
demanda en 1678 à deux mathématiciens qui n’avaient
science pouvait être un « amplificateur » de puissance,
jamais construit un navire de leurs vies de développer
c’est-à-dire, que son application permettrait à chaque
« une théorie sur le sujet de la construction de navires ».
navire français de surpasser son adversaire britannique ;
ainsi serait compensé le déséquilibre numérique entre les
Premières « théories du navire », 1679-1697
deux marines.
Colbert trouva « une théorie sur le sujet de la construction
Avec une meilleure stabilité, une vitesse plus élevée et une
de navires » dans les travaux de Renau d’Elissagaray, un
plus grande manœuvrabilité les navires pourraient « frap-
jeune ingénieur qui réalisa les premières recherches jamais
per plus vite ». Les constructeurs ont donc été requis de se
entreprises sur la théorie du navire et qui proposa en 1679
former aux principes de la théorie du navire.
que les ellipses soient à la base des formes de carène. En
1680, Colbert commissionna la construction d’un modèle
Colbert et la science
de « navire ellipsoïdal » sous la direction de l’Amiral
Colbert, qui en 1669 cumulait les portefeuilles des
de Tourville. Ce navire devait être testé comparativement
Finances et de la Marine, entreprit de reconstruire « La
avec un modèle d’un navire plus conventionnel, dans le
Royale », qui ne comptait que 26 navires face aux
grand canal du château de Versailles au début de l’année
133 navires de la Royal Navy britannique. Mais son désir
1681. Les essais effectués furent peu concluants.
d’utiliser les sciences comme outil de puissance a été
Jusque dans les années 1690, pratiquement aucun travail
entravé par le refus des constructeurs d’adopter des prin-
scientifique n’avait été effectué sur la théorie du navire.
cipes communs de conception et de construction.
Quelques principes de base sur l’équilibre hydrostatique et
Colbert et son fils Seignelay prirent une série de règle-
sur la mécanique des fluides avaient bien été développés
ments sur les dimensions des navires et de leur mode de
par des mathématiciens et des scientifiques tels que Stevin
construction, dans un effort pour créer un contrôle central
et Newton, mais la plupart de ces résultats furent contes-
sur le processus de conception du navire. Mais ces instruc-
tés par Huygens. Aussi, quand en 1697 un mathématicien
tions restèrent sans suite et les constructeurs navals conti-
jésuite relativement peu connu, du nom de Paul Hoste,
RESEARCH_1
07
AVANT-PROPOS
publie sa Théorie de la construction des vaisseaux, il
diriger tous les aspects de la conception et la construction
aborde de façon originale les domaines de la résistance des
des navires. Avec le soutien de Maurepas, Bouguer et
fluides, de la stabilité du navire, de ses mouvements et de
Duhamel du Monceau allaient « inventer » l’architecture
la résistance de la poutre-navire. Bien que presque tous les
navale moderne.
principes de base utilisés par Hoste se soient aussi révélés
erronés, il s’agissait là d’une première tentative en vue
Bouguer, Duhamel du Monceau et la première
d’établir une synthèse mathématique du sujet et de prépa-
synthèse de l’architecture navale, 1735-1765
rer le terrain pour des recherches ultérieures.
C’est sur les hauteurs des Andes péruviennes, au cours de
la Mission Géodésique sur l’Équateur entre 1735 et 1744,
08
Maurepas et la science dans « La Royale »
que Bouguer a écrit la première vraie synthèse de l’archi-
Maurepas est devenu Ministre de la Marine en 1723. Il fut
tecture navale, Traité du Navire, de sa construction, et
immédiatement confronté au manque de navires de com-
ses mouvemens. Il a repris, là où Hoste l’avait laissée près
bat. « La Royale » n’avait alors que 33 vaisseaux de guerre
d’un demi-siècle plus tôt, l’étude scientifique de la concep-
contre 155 dans le « Royal Navy ». Comme Colbert,
tion et de la construction des navires.
Maurepas a rapidement cherché à augmenter l’efficacité de
Le Traité du Navire décrit pour la première fois de nom-
sa flotte avec un budget limité, en donnant à chaque navire
breux concepts nouveaux, en établissant certaines bases
de meilleures performances. Et comme Colbert, Maurepas
de la théorie du navire encore en vigueur aujourd’hui tels
se tourna vers la Science pour y arriver.
que le concept de « moment fléchissant » pour déterminer
Maurepas était vice-président de l’Académie des Sciences,
la résistance de la poutre-navire ou la notion de méta-
et il fit de l’Académie une sorte de laboratoire pour sa
centre pour la stabilité. Le génie de Bouguer a été d’écrire
Marine. Il a soutenu la recherche scientifique dans l’archi-
son livre, non pas pour les mathématiciens, mais pour les
tecture navale, la navigation et la botanique (le bois et le
constructeurs, en fournissant chaque fois que nécessaire
chanvre étaient les matériaux de base pour les navires).
des exemples et des expériences pratiques.
Maurepas fit rapidement appel à deux scientifiques, Pierre
La publication du Traité du Navire suit la création de
Bouguer et Henri-Louis Duhamel du Monceau, qui
l’École des Ingénieurs-Constructeurs de la Marine, en
ensemble soutiendront sa vision d’une Marine construite
1741, destinée à donner aux constructeurs les bases scien-
sur des fondations scientifiques.
tifiques et pratiques de la conception et de la construction
Pierre Bouguer était professeur royal d’hydrographie. Très
des navires et c’est Duhamel du Monceau, nommé par
vite, il commença à contribuer à des travaux de l’Académie
Maurepas directeur de l’école, qui se charge de définir son
des Sciences sur des sujets maritimes et remporta plu-
programme d’enseignement. L’école est aménagée dans
sieurs prix. Bouguer devint conseiller scientifique de
une salle du Louvre, à côté de la salle des séances de l’Aca-
Maurepas.
démie des Sciences.
En même temps, Maurepas demandait à l’Académie des
Duhamel du Monceau écrira un manuel pour l’école en
Sciences de rechercher de nouvelles méthodes de préser-
1752, Élémens de l’architecture navale, ou Traité
vation du bois. Il fut impressionné par le travail de
Pratique de la construction des Vaisseaux, comme un
Duhamel du Monceau, un jeune botaniste qu’il nomma en
mélange de pratique et de théorie du navire. Il travaille en
1739 Inspecteur Général de la Marine, poste où il devait
étroite collaboration avec Bouguer et fait souvent allusion
RESEARCH_1
AVANT-PROPOS
au Traité du Navire pour les concepts les plus difficiles.
L’Arsenal de Venise ouvre une Sculoa di Naval Architettura
La grande originalité des Élémens est de fournir des for-
copiée sur l’école française.
mulaires utilisables avec des exemples numériques, et de
Le grand constructeur suédois Fredrik Chapman adopte
réduire l’analyse des différents problèmes à des protocoles
un grand nombre d’idées françaises pour ses propres
de calcul facilement applicables à la conception.
navires et crée un corps de constructeurs sur la base du
Ces calculs devinrent partie intégrante de l’ingénierie des
modèle français. Aux Pays-Bas les constructeurs tels que
vaisseaux français dans l’ordonnance de 1765 qui créé le
Glavimans sont formés à l’École des Ingénieurs-
Corps des Ingénieurs-Constructeurs de la Marine. Ainsi un
Constructeurs de la Marine et plus tard forment leur
nouveau système de professionnalisation et de normalisa-
propre école.
tion fut mis en place réalisant l’objectif initial de Colbert.
Le Corps des Ingénieurs-Constructeurs de la Marine a été
À partir des années 1760, Daniel et Jean Bernoulli,
rebaptisé Corps du Génie Maritime en 1799, titre qu’il por-
d’Alembert, Clairaut, Euler, développèrent la théorie de la
tera jusqu’en 1971. Au XIXe siècle, le « Royal Corps of Naval
résistance des fluides, mettant notamment en évidence les
Constructors » britannique et l’« US Navy Construction
concepts de lignes de courant et de pression, en remplace-
Corps » seront tous deux créés sur le modèle français.
ment de la théorie – erronée – des chocs de Newton.
Ainsi s’est perpétuée pendant trois siècles l’influence des
À la même époque, les expériences pratiques, de Borda,
sciences navales françaises.
Thévenard, Bossut, d’Alembert et Condorcet, développèrent la pratique des essais comparatifs sur maquettes.
Cet article est issu de la conférence donnée par le professeur Ferreiro lors du colloque
« Trois siècles de Génie Maritime » – Paris, 2011.
Le rayonnement de l’architecture navale française
À la fin du XVIIIe siècle, Les marines européennes, y compris
la « Royal Navy », attribuaient la supériorité des navires de
guerre français à leur utilisation de la théorie hydrodynamique. Dès lors, les autres marines calquèrent leurs
règles de conception sur celles de la France. Les vaisseaux
de 74 canons des marines britannique et espagnole ont été
largement copiés du « gabarit » français. En fait, la majorité des navires qui ont combattu à la bataille de Trafalgar
en 1805 étaient des « 74 canons », basés sur la conception
française. L’organisation de la construction navale française
a également été rapidement adoptée dans toute l’Europe.
En Espagne, Jorge Juan y Santacilia poursuivit les travaux
Discrétisation d’une carène par éléments plans pour calculer
la résistance à l’avancement. Duhamel du Monceau, Élémens
de l’architecture navale, 1752.
de Bouguer avec son propre traité Examen Maritimo et,
en 1765, le constructeur français Jean-François Gautier fut
appelé afin de standardiser les navires de l’Armada. Il créa
un Cuerpo de Ingenieros de Marina, sur le modèle du
Corps des Ingénieurs-Constructeurs.
RESEARCH_1
_RÉFÉRENCE
LARRIE D. FERREIRO, Ships and Science : the birth of Naval
Architecture in the scientific revolution 1600-1800, The MIT Press,
2007.
09
ACTUALITÉS
DCNS Research étend
sa collaboration à l’international
Accord de coopération avec l’Institut Indien de Technologie de Mumbai (IIT Bombay)
DCNS a signé, par l’intermédiaire de DCNS Research, un protocole d’accord avec l’Indian
Institute of Technology Mumbai, l’un des plus grands instituts universitaires d’Inde, spécialisé dans l’enseignement et la recherche technologiques.
Ce protocole d’accord ouvre de nouvelles perspectives de coopération pour DCNS en Inde
pour des programmes d’enseignement et de recherche dans les secteurs du naval de
défense et de l’énergie. Compte tenu de leurs domaines d’expertise respectifs, DCNS et l’IIT
Bombay misent sur le déploiement rapide de plusieurs projets, et notamment :
tle parrainage de programmes de recherche et développement qui seront effectués en
coopération entre des équipes d’IIT Bombay et de DCNS Research ;
tle parrainage de projets pédagogiques et l’attribution de bourses de recherche à l’IIT
Bombay ;
tla formation de collaborateurs de DCNS grâce à des « Programmes de formation continue » assurés par l’IIT Bombay.
ACOUSTIQUE 2012
Marie Pomarede
« Investigation et application
des méthodes d’ordre réduit pour
les calculs d’écoulement dans
les faisceaux tubulaires d’échangeurs
de chaleur »
Thèse de Doctorat à l’Université
de La Rochelle, février 2012.
Samuel Tregouët
« Lois de positionnement dynamique
pour opérations arctiques »
Travaux de Master à l’école des Mines
de Nantes, le 31 juillet 2012.
Maud Bullier
« Étude de revêtements acoustiques
réflecteurs ou absorbeurs par
la méthode des éléments finis
en géométrie périodique 1D »
Rapport de stage INSA Lyon, août 2012.
Céline Ducatel
DCNS Research, partenaire d’Acoustics 2012
Assurer une veille technique et présenter
les avancées technologiques ou scientifiques
de DCNS sont les principales motivations
des experts de DCNS Research présents
à la Cité Internationale des Congrès de Nantes
du 23 au 27 avril lors de la convention
internationale Acoustics 2012.
Le congrès Acoustics 2012 est coorganisé par
la Société Française d’Acoustique (SFA) et
l’Institute of Acoustics (IOA) du Royaume-Uni.
Il est également parrainé par l’Association
TRAVAUX DE RECHERCHE 2012
Européenne d’Acoustique (EAA). Cet événement
est l’occasion d’aborder les dernières avancées
dans l’ensemble des domaines de l’acoustique.
DCNS Research a présenté les résultats de
cinq travaux dont un exposé des travaux réalisés
depuis plusieurs années en collaboration
avec le Prof. Serguei Iakovlev – Université
Dalhousie à Halifax. Dans la continuité de cette
contribution active, DCNS Research participera
à Acoustics 2013 qui se déroulera à New Delhi
(Inde) du 10 au 15 novembre 2013.
« Méthodes d’évaluation préliminaires
des impacts acoustiques d’une
centrale ETM sur les mammifères
marins »
Rapport de stage ENSTA Bretagne,
août 2012.
Mathieu Le Pajolec
« Développement et validation
d’algorithmes de calcul pour
simulations couplées fluide/
structure »
Travaux de Master à l’Université
de La Rochelle, septembre 2012.
Laurent Valade
« Réalisation et traitement d’essais
sur un profil portant déformable
en tunnel hydrodynamique »
Travaux de Master à l’École Centrale
de Nantes, septembre 2012.
Romain Fargere
« Simulation du comportement
dynamique des transmissions
par engrenages sur paliers
hydrodynamiques »
Thèse de Doctorat à l’INSA Lyon,
décembre 2012.
10
RESEARCH_1
ACTUALITÉS
FAITS MARQUANTS
MAST 2011
Présentation des résultats des
travaux menés sur la « prédiction
des accalmies des mouvements
de navires ».
FLOW-INDUCED
VIBRATION 2012
Participation au comité
scientifique et présentation
de deux communications
scientifiques sur
l’hydrodynamique et IFS et les
faisceaux de tubes et les IFS.
FORUM DCNS RESEARCH
Rencontres industrie-université
sur la recherche collaborative
à Nantes en juin 2012.
NAVYCORR 2012
Les premières applications des travaux de
recherche en 2012
Gowind®
DCNS Research a embarqué sur le patrouilleur hauturier
L’Adroit, un drone naval de surveillance.
Ce drone naval est constitué d’une embarcation semi-rigide équipée de radars, capteurs, caméras… à pilotage à distance. Il peut effectuer des missions de surveillance de champs d’éoliennes ou de contrôle des
routes maritimes.
DCNS Research a également livré à la marine singapourienne des systèmes de positionnement dynamique
de navire pour des chasseurs de mines. Ce système permet de suivre une trajectoire extrêmement précise
ou de tenir un point fixe lors des opérations de détection et de destruction de mines. Un nouveau contrat
pour des équipements du même type a été signé avec la marine de Corée du Sud.
Remise de prix
Marie Pomarede, Doctorante à DCNS Research a reçu le 3e prix MICADO de la
Simulation Numérique à l’occasion de Virtual PLM’12 à Reims, le 13 novembre 2012.
Marie Pomarède a développé des méthodes
d’ordre réduit pour les calculs d’écoulement
dans les faisceaux tubulaires d’échangeurs
de chaleur. Ces problématiques sont cruciales car les systèmes étudiés sont des éléments majeurs des centrales nucléaires
civiles et des chaufferies embarquées dans
RESEARCH_1
les sous-marins. Pour la réalisation de ces
travaux, une collaboration a été mise en
place avec EDF R&D, les deux entreprises
ayant un objectif commun de réduire les
temps de calcul pour leurs études d’interactions fluide-structure à visée industrielle.
DCNS est à l’initiative de
la première journée Navycorr
consacrée à la lutte contre
la corrosion des navires. Elle s’est
déroulée le 11 juillet 2012 au
Palais des Congrès Neptune de
Toulon.
OMAE 2012
Présentation des avancées sur
Model DP System for Ice Tank
Research à la conférence Ocean
Offshore and Arctic Engineering
à Rio de Janeiro en juin 2012.
FORUM INNOVATION DGA
Présentation du projet Prédiction
des périodes d’accalmies
des mouvements navires lors
du 1er Forum Innovation DGA
en novembre 2012 au CNIT
de la Défense
PROJET EUROPÉEN
DCNS Research s’implique dans
les projets européens en pilotant
le projet AQUO pour une durée de
trois ans, lancé par la Commission
Européenne dans le cadre
de l’initiative « The Oceans
of Tomorrow ».
11
12
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PERFORMANCES
NAUTIQUES ET
DYNAMIQUE
DES PLATEFORMES
MARINES
Du calcul de traînée de carène aux essais de
maquettes en bassin hydrodynamique, de la simulation de la tenue à la mer d’une structure, à l’optimisation des propulseurs, de la conception des
systèmes de stabilisation dynamique à l’analyse du
lancement des armes sous-marines : cet axe
regroupe toutes les activités qui permettent de
rendre les plateformes marines, propulsées ou non,
plus efficaces et plus sûres dans les missions qu’elles
ont à mener.
RESEARCH_1
13
PERFORMANCES NAUTIQUES
La simulation
des Interactions
Fluide-Structure
AUTEURS : Jean-François SIGRIST, Fabien GAUGAIN, Lucie ROULEAU, Cédric LEBLOND
Afin de concevoir des systèmes complexes dont les performances mécaniques doivent être évaluées
par calcul numérique, DCNS travaille de longue date sur la modélisation et la simulation des interactions fluide-structure, lesquelles influencent grandement le comportement dynamique des structures navales. La grande variété des problématiques étudiées en interaction fluide-structure impose
de développer une gamme de méthodes numériques étendue.
L’Interaction Fluide-Structure : au cœur des thèmes
scientifiques d’intérêt pour DCNS
La simulation des Interactions Fluide-Structure (IFS) constitue
un enjeu scientifique d’importance pour DCNS, en raison de la
grande variété des problématiques rencontrées lors du développement de ses produits [1]. Que cela soit sur le cœur de métier
historique (naval militaire) ou sur les domaines de croissance
(énergies marines renouvelables ou nucléaire civil), les exemples
abondent : tenue des plateformes navales aux explosions sousmarines, performances hydrodynamiques des systèmes propulsifs, discrétion acoustique des navires, stabilité des systèmes de
récupération d’énergie thermique des mers, rendement des systèmes de production d’énergie, sûreté des composants nucléaires,
etc. Chaque situation concrète posant un problème particulier, il
est nécessaire de développer un ensemble de méthodes et outils
numériques pour s’adapter à chaque cas d’étude ; les recherches
menées à DCNS Research dans le domaine de l’IFS s’étendent
ainsi des approches semi-analytiques aux méthodes de réduction
de modèle, en passant par l’adaptation de méthodes aux éléments
finis [2] et de méthode de couplage de codes.
Modélisation de l’interaction entre
une onde de choc et une coque immergée
Un modèle analytique décrivant l’interaction entre une onde de
choc, laquelle peut résulter d’une explosion sous-marine, et une
coque immergée est développé afin de disposer d’une solution
de référence pour ce problème modèle. Cette modélisation
14
trouve par exemple son application à la vérification du dimensionnement des coques et à la validation des hydro-codes (1).
Les modèles ainsi développés peuvent également être exploités
pour comprendre les phénomènes de rayonnement acoustique
des coques immergées [3].
Prédiction du rayonnement acoustique
de structures immergées
La maîtrise des signatures acoustiques des navires militaires
passe par la compréhension des mécanismes physiques mis en
jeu dans les vibrations de structures mixtes métalliques/viscoélastiques couplées avec un fluide. Pour proposer un modèle
prédictif de ce comportement, il est nécessaire de travailler de
façon transverse : de la modélisation mathématique du comportement des matériaux à l’implémentation d’une méthode
numérique adaptée, en passant par l’identification des propriétés physiques pertinentes pour renseigner les modèles mathématique et numérique.
Avec leur partenaire du CNAM Paris, les équipes « matériaux
et structures » de DCNS Research ont ainsi développé une
modélisation éléments finis multiphysique pour répondre à ce
besoin.
Étude des performances hydrodynamiques
des profils portants
Un chargement hydrodynamique important peut induire des
déformations plus ou moins significatives d’un profil portant
RESEARCH_1
PERFORMANCES NAUTIQUES
souple (en composite par exemple) et modifier ses performances ; afin de quantifier l’importance de ces interactions, DCNS
Research développe une méthode de calcul par couplage entre
un code de dynamique des fluides et des structures. Les simulations sont validées par comparaison avec des résultats d’essais
réalisés au tunnel hydrodynamique de l’IRENav (laboratoire de
recherche de l’École Navale).
Modélisation semi-analytique du comportement d’une coque
assujettie à une onde de pression : calcul du champ de contraintes.
Analyse des écoulements dans les faisceaux
tubulaires d’échangeurs de chaleur
Les écoulements de fluide caloporteur au sein d’échangeurs de
chaleur peuvent engendrer des vibrations incontrôlées des tubes
dans le faisceau ; afin de comprendre les mécanismes d’IFS responsables de ces instabilités potentielles, il est nécessaire d’appréhender la complexité de l’écoulement. En ciblant la
modélisation sur les modes de l’écoulement les plus énergétiques,
les méthodes de réduction de modèle – comme la Proper
Orthogonal Decomposition – permettent de construire un cadre
d’analyse potentiellement adapté à ce type de problèmes. Une
évaluation de cette méthode pour l’IFS en grands déplacements
d’un tube en faisceau a été conduite, en collaboration avec l’Université de la Rochelle et EDF R&D, avec qui DCNS partage un
intérêt scientifique sur ce sujet.
(1) Un « hydro-code » est un outil de calcul numérique utilisé pour la simulation de
l’interaction fluide-structure dans de structures immergées soumises aux effets
d’explosions sous marines distantes.
_RÉFÉRENCES
[1] J.F. SIGRIST Overview of Coupled Fluid-Structure Numerical
Methods Applied to Naval Propulsion Systems. Computational
Methods for Coupled Problems in Science and Engineering,
Ischia Island, 8-11 June 2009.
[2] J.F. SIGRIST. Interactions fluide-structure. Analyse vibratoire
par éléments finis. Ellipses, 2011.
[3] S. IAKOVLEV, J.F. SIGRIST, C. LEBLOND, H. A.F.A. SANTOS,
A. LEFIEUX, K. WILLISTON. Mathematical Modeling of the Acoustic
Radiation by Submerged Elastic Structures. Acoustics 2012, Nantes,
23-27 April 2012.
[4] L. ROULEAU, J.F. DEÜ, A. LEGAY, J.F. SIGRIST. Vibro-Acoustic Study
of a Viscoelastic Sandwich Ring Immersed in Water. Journal of
Sound and Vibration, 331, 522-539, 2012.
[5] F. GAUGAIN, A. ASTOLFI, J.F. SIGRIST, F. DENISET. Numerical and
Experimental Study of the Hydroelastic Behaviour of an Hydrofoil.
Flow Induced Vibration, Dublin, 2-6 July 2012.
[6] M. POMAREDE, E. LIBERGE, A. HAMDOUNI, E. LONGATTE,
J.F. SIGRIST. Numerical Study of Tube-Bundle Flow-Induced
Vibrations with Multiphase-POD Approach. Flow Induced
Vibration, Dublin, 2-6 July 2012.
RESEARCH_1
Rayonnement acoustique d’une structure mixte métallique/viscoélastique : développement d’un modèle numérique éléments finis
prédictif [3].
Simulation du couplage fluide-structure pour un profil
déformable dans un écoulement subcavitant : influence des
déformations sur les performances hydrodynamiques [5].
Caractérisation des modes d’énergie prépondérante pour un
écoulement au sein d’un faisceau tubulaire : analyse avec méthode
de « Décomposition Orthogonale aux Valeurs Propres » (POD) [6].
15
PERFORMANCES NAUTIQUES
Comportement des navires
et structures en mer
AUTEURS : Jean-Jacques MAISONNEUVE, Antoine PAGÈS, Camille YVIN
Une activité importante de DCNS Research est dédiée à la maîtrise du comportement à la mer des
navires ou des structures. Cette activité couvre la maîtrise des phénomènes ainsi que leur modélisation physique et numérique. Elle a pour objectifs la mise au point d’outils de prédiction utilisables
pour la conception des navires et des structures, et de leurs systèmes de contrôle. Deux exemples de
projet dans ce domaine sont décrits ci-dessous.
Le projet SOS-stabilité
Le projet SOS-stabilité est un projet collaboratif visant à mieux
connaître et à améliorer la stabilité dynamique des petits navires
de pêche. Ce projet illustre la complémentarité des compétences
de DCNS Research (modélisation hydrodynamique, essais physiques et contrôle du navire). En effet, il inclut :
tla conception et la réalisation de modèles libres fortement
instrumentés et téléopérés, à différentes échelles (2 m et
8 m de long), avec des capacités de simulation de pêche, et
d’envahissement ;
tla caractérisation de la tenue à la mer d’un navire (chalutier),
y compris sur mer forte, à partir d’essais : essai en mer sur un
navire existant, essais sur modèle libre en bassin de houle, essais
en mer sur plate-forme grande échelle instrumentée ;
tla conception et le développement de modèles numériques
se traduisant par un outil de simulation du comportement nonlinéaire du navire sur houle ;
tl’intégration de ce noyau de simulation dans un simulateur
de démonstration (console avec commandes navire et visualisation du navire et de la mer) ;
tla conception d’algorithmes permettant de connaître l’état instantané du navire vis-à-vis des problèmes de stabilité dynamique,
à partir de capteurs disponibles à bord ;
tla conception de loi de commandes visant à améliorer le pilotage
automatique du navire dans les conditions de mer fortes et de
stabilité dynamique délicates.
Les objectifs poursuivis, au travers de ces différents travaux, sont :
tune meilleure connaissance des phénomènes impliqués dans les
problèmes de stabilité dynamique ;
16
tdes moyens de simulation permettant de modéliser ces aspects,
de les démontrer et d’en informer les équipages, de mettre au point
des systèmes embarqués visant à les réduire, et à terme d’évaluer
des critères réglementaires ;
tdes systèmes embarqués permettant de mesurer l’état du navire,
d’anticiper des situations à risque, et au final de mieux contrôler le
comportement du navire dans les conditions de mer fortes.
2012 est la quatrième année du projet, qui se termine mi 2013. Les
travaux réalisés lors de cette année ont concerné principalement la
validation du noyau de simulation de comportement du navire, le
développement du simulateur de démonstration et le développement de la plate-forme grande échelle.
Cette dernière est munie d’un grand nombre de capteurs : mouvements du navire suivant les 6 degrés de liberté, commandes de
propulsion et de barre, torseur des efforts sur la mèche de safran,
efforts de traction sur les funes et orientation des funes, hauteur
relative entre le navire et la surface de l’eau en différents points,
vitesses (trois composantes) au voisinage du safran, vent, (houle
mesurée par bouée houlographe), caméras externes, et internes
(envahissement de cale). La maquette est contrôlée à distance, et
possède une autonomie de 3 à 5 heures.
2013 verra la réalisation des derniers essais avec la plate-forme
grande échelle, et l’exploitation des résultats (essais, simulations,
systèmes) avec l’ensemble des partenaires. Ce projet, labellisé par
les Pôles de compétitivité Mer-Bretagne, Mer-PACA et EMC-2, a été
financé par le ministère du Redressement Productif et les régions
Bretagne, PACA et Pays de la Loire. Il a été réalisé en partenariat
entre DCNS Research, Bureau Veritas, Ifremer, IMP, Mauric, Merré
et Principia.
RESEARCH_1
PERFORMANCES NAUTIQUES
Couplage réponse couplée des grands mouvements d’un corps maintenu par un ressort en torsion.
Couplage fluide-mécanique multicorps
Les travaux concernent la prédiction des mouvements de corps dans
un fluide, en présence de liaisons pouvant être complexes, et éventuellement contrôlés par des actionneurs hydrodynamiques (ex. :
structure multicorps pour EMR, remorquage de dispositifs sousmarins, navires contrôles par ailerons, navires amarrés, etc.).
L’approche classique, consistant à résoudre le problème mécanique
avec des chargements hydrodynamiques supposés indépendants du
mouvement lui-même atteint rapidement ses limites, dès lors que les
mouvements sont de grande amplitude, les liaisons non-linéaires, et
les écoulements complexes.
L’objectif des travaux est de développer une méthode couplant les
résolutions mécanique et hydrodynamique de manière suffisamment souple et générique pour pouvoir traiter une grande variété
de problèmes. L’approche retenue est le couplage du code CFD ISIS
développé par le laboratoire de mécanique des fluides de l’École
Centrale de Nantes, avec un code de résolution mécanique multicorps Open Source, MBDYN. Ceci doit permettre de résoudre de
manière globale le comportement d’un système à n degrés de
liberté, éventuellement muni d’un système de commande, et évoluant dans un fluide. Les travaux ont commencé fin 2011. Lors de
cette première année, l’approche théorique appropriée a été
recherchée et établie et la chaîne de calcul ISIS/MBDYN a été mise
en place, avec un couplage physique fort. La procédure a ensuite
été appliquée à des cas élémentaires de la littérature, puis à un cas
plus complexe (bouée amarrée dans la houle) pour lequel des
résultats expérimentaux sont disponibles.
Les résultats obtenus sont très encourageants. Les travaux suivants
vont consister à tester la méthode sur des cas plus complexes,
représentatifs de différentes problématiques industrielles. Ceci
devra passer par un travail sur le maillage du fluide lors des grands
déplacements des corps, y compris pour des corps articulés. Ces
travaux font l’objet d’une thèse CIFRE réalisée au laboratoire de
mécaniques des fluides de l’École Centrale de Nantes.
_RÉFÉRENCE
Antoine PAGÈS, Jean-Jacques MAISONNEUVE, (Sirehna®), Clève
WANDJI, Philippe CORRIGNAN, (Bureau Veritas), Benoît VINCENT
(Ifremer), Small fishing vessels study and modelling for the
improvement of the behaviour in extreme seas, STAB 2012,
11th International Conference on the Stability of Ships and Ocean
Vehicles, 23-28 Sept 2012, Athens, Greece.
RESEARCH_1
SOS-stabilité essais en bassin.
SOS-stabilité essais en mer – Simulateur.
Couplage réponse sur houle d’un flotteur ancré,
avec couplage fort.
17
PERFORMANCES NAUTIQUES
Le bassin numérique
AUTEURS : Jean-Jacques MAISONNEUVE, Luc BORDIER, Fabian PÉCOT, Pol MULLER
Le développement d’un projet de navire, bâtiment de surface ou sous-marin, et des engins sousmarins en général, nécessite l’évaluation des performances hydrodynamiques de ces engins à différents stades de conception, de manière itérative. Jusqu’à présent, une grande partie de ces
performances ne peut être évaluée qu’au moyen d’essais sur modèle, en bassin, induisant ainsi des
coûts et des délais importants. L’objectif est ici de développer et qualifier les approches numériques
susceptibles de calculer ces performances, de manière à réduire au maximum le recours aux essais
physiques, et par conséquent les coûts et délais de conception. DCNS Research a pour mission de
développer ce type d’approche. Ceci s’appuie à la fois sur des projets de R&D interne, et sur des projets externes, et en particulier l’action « Bassin numérique » de l’IRT Jules Verne.
Pour développer ce type d’approche, on a recours à des codes de
résolution des équations de la mécanique des fluides (NavierStokes), dont les évolutions récentes permettent d’appréhender
une gamme importante de problèmes. Le calcul de la résistance à
l’avancement des navires est désormais très précis. Les performances en termes de propulsion, de manœuvrabilité, et de tenue à
la mer sont également abordables avec ces outils, que ce soit pour
les bâtiments de surface ou les sous-marins.
Ceci est réalisé jusqu’à présent à l’aide du logiciel STAR-CCM+,
mais l’objectif est de disposer à terme des outils les plus adaptés au
problème à traiter, à l’instant donné. D’autres logiciels sont ainsi
amenés à être utilisés ou suivis (FINE/MARINE, OpenFOAM…).
Bassin numérique « sous-marin »
Les travaux réalisés en 2012 concernent essentiellement la mise
au point, et la qualification des méthodes vis-à-vis de la manœuvrabilité des sous-marins, en particulier dans un objectif de
dimensionnement de l’appareil à gouverner. Ceci peut passer par
le calcul des coefficients de manœuvrabilité à partir de configurations « modèle captif », de la même manière qu’avec des essais en
bassin. Mais une méthode plus directe, ne nécessitant pas de
procédure d’identification complexe et délicate, est également
recherchée : la modélisation de la trajectoire du sous-marin,
barres braquées, que ce soit en giration dans le plan horizontal,
ou en changement d’immersion dans le plan vertical. Le problème
de la stabilité du mouvement du sous-marin barres dans l’axe,
après perturbation, est également traité de la même manière.
18
La qualification en cours consiste à vérifier les résultats obtenus
pour ces différentes configurations, par rapport aux résultats
connus par d’autres moyens sur différents types de
sous-marins.
Ces travaux vont être poursuivis en 2013, et étendus à des configurations plus larges.
Bassin numérique « lancement de projectiles »
Le domaine de la modélisation du lancement d’armes, et plus particulièrement de la prédiction de trajectoire après éjection, a
démarré récemment au sein de DCNS Research. Il est complémentaire de la modélisation de l’éjection proprement dite, qui est assurée par DCNS Ruelle.
Dans le même esprit « bassin numérique », l’objectif est de mettre
au point des méthodes numériques qualifiées, utilisables par DCNS
pour la conception des systèmes de lancement d’armes et des
porteurs.
Le domaine est actuellement développé suivant deux axes
complémentaires :
tune modélisation simplifiée, basée sur l’exploitation de modèles
de manœuvrabilité de l’arme, mais prenant en compte le champ
d’écoulement autour du porteur. L’objectif est de disposer d’un outil
pouvant être facilement utilisé au stade de l’avant-projet pour
balayer de nombreuses solutions, ou évaluer de nombreuses configurations de lancement ;
RESEARCH_1
PERFORMANCES NAUTIQUES
tla modélisation plus complète du lancement et de la trajectoire,
basée sur une approche CFD, et prenant en compte l’écoulement
autour du mobile, autour du porteur, et les interactions entre les
deux.
Les travaux réalisés en 2012 ont concerné ces deux domaines.
Un outil de simulation rapide a été développé (modèle mathématique paramétrique), permettant de prendre en compte des configurations variées de lancement, de mobiles, de manœuvres du
porteur, incluant le champ de vitesse autour du porteur (importé
d’un résultat CFD). L’ensemble des vérifications possibles a été
réalisé. Une validation plus aboutie, par rapport à des essais, reste à
effectuer.
En parallèle, les différentes méthodes de modélisation CFD de
l’éjection ont été explorées. Une méthode particulièrement prometteuse a été sélectionnée et développée (méthode « chimère », ou
maillages superposés) et testée sur différentes configurations. Les
résultats obtenus ont été vérifiés autant que possible, mais restent
également à valider plus précisément.
Sillage sous-marin en giration – trajectoire.
Propulseurs marins
Dans le domaine des « propulseurs marins », un certain nombre
d’outils de calcul des performances d’hélices ont été intégrés
(méthodes de ligne portantes, OpenProp, de singularités, PROCAL,
et de résolution Navier-Stokes, STAR-CCM+). Ceci fait partie intégrante de l’action « Bassin Numérique ».
L’approche CFD a été validée du point de vue de sa capacité à prédire les performances d’hélices en eau libre, sur des cas de référence DCNS (sous-marin et bâtiment de surface).
Prédiction de trajectoire d’une arme.
Perspectives
L’activité bassin numérique en est a ses débuts, et va constituer une
activité structurante sur les prochaines années, avec l’extension du
domaine d’application pour chaque type de performance (propulsion, tenue à la mer, etc.), la prise en compte d’engins variés (sousmarins, bâtiments de surface, projectiles divers, drones, EMR, etc.),
et la modélisation de phénomènes plus complexes (interactions
entre corps, phénomènes diphasiques, cavitation, interaction avec
l’acoustique, etc.).
Prédiction de trajectoire d’une arme – Approche CFD, maillage
chimère.
Modélisation CFD d’une hélice de sous-marin.
RESEARCH_1
19
20
RESEARCH_1
TENUE DES
STRUCTURES
EN SERVICE
Au cours de leur vie, les structures, qu’elles soient
métalliques ou non, subissent des agressions naturelles ou accidentelles : la corrosion, l’impact des
paquets de mer, le feu, le choc. Jour après jour, elles
font aussi face à des phénomènes de fatigue et de
vieillissement. Ces agressions et autres phénomènes liés au temps nécessitent des calculs et des
essais permettant d’évaluer la durabilité des structures ainsi que d’identifier et tester des solutions
technologiques permettant de l’augmenter.
RESEARCH_1
21
TENUE DES STRUCTURES EN SERVICE
Comparaison
calcul/expérience
de l’éclatement
d’un réservoir HP
présentant un défaut
AUTEURS : Thierry MILLOT, Marc BOUSSEAU
De nombreuses bouteilles d’air HP sont utilisées à bord des sous-marins afin de stocker l’air nécessaire
pour chasser l’eau des ballasts et permettre la remontée du submersible. En service, ces bouteilles sont
soumises à une pression élevée, dans le cas étudié ici, à 250 bars.
La DGA ayant pu disposer d’une bouteille d’air comprimé en acier
forgé, d’une capacité de 200 l, rebutée suite à la détection de zones
corrodées lors d’un contrôle endoscopique, a confié ce réservoir
à DCNS Research afin de :
tGBJSFFGGFDUVFSBQSÒTSÏBMJTBUJPOEVOEÏGBVUQBSÏMFDUSPÏSPTJPO
une épreuve hydraulique jusqu’à éclatement ;
tBOBMZTFSMFTDPOEJUJPOTEFSVQUVSF
tEÏUFSNJOFSMFTDBSBDUÏSJTUJRVFTNÏDBOJRVFTEVNBUÏSJBVFUËQBSUJS
de ces données, d’évaluer par le calcul la pression d’éclatement.
Données relatives à la bouteille
La bouteille, en acier forgé, réalisée au début des années 80, a été
rebutée suite à la mise en évidence lors d’un contrôle endoscopique
de zones corrodées (figure 1).
Les dimensions de la bouteille sont indiquées figure 2. Afin de per
mettre l’éclatement de la bouteille, dans une zone déterminée, lors
EVOFÏQSFVWFIZESBVMJRVFVOEÏGBVUTFNJFMMJQUJRVFEFMPOHVFVS
53 mm et de profondeur 13 mm, débouchant en surface externe a été
usiné suivant une génératrice. La largeur de l’entaille est de 0,1 mm.
Estimation de la pression d’éclatement
Dans le cadre du Groupe Rupture du Comité Consultatif de
Recherche en Soudage (CCRS), structure miroir de la Commission X
22
de l’International Institute of Welding (IIW), un test comparatif
a été organisé entre les participants disposant d’un logiciel
d’évaluation de l’aptitude à l’emploi d’une structure présentant
un défaut. Les logiciels utilisés s’appuient sur le concept de
Failure Assessment Diagram et nécessitent de disposer des
caractéristiques de traction et de la ténacité du matériau. Dans
un premier temps les caractéristiques ont été évaluées à partir
de résultats d’essais réalisés dans le passé.
"VDPVSTEFTEJYEFSOJÒSFTBOOÏFTVOFQBSUJFEFTUSBWBVYEFMB
Commission X a porté sur l’évaluation de l’aptitude à l’emploi
(Fitness for Service) de structures, soudées ou non, présentant
un défaut.
K. Wallin a présenté dans le Thematic Network FITNET une
méthode permettant d’évaluer la ténacité d’un acier de
DPOTUSVDUJPOEBOTMFEPNBJOFEFUSBOTJUJPONBTUFSDVSWF
Ë
partir de la connaissance de la température TK28J au point
particulier de la courbe de transition ductile – fragile obtenue
par des essais de flexion par choc. Cette température sert à la
détermination de la température dite de référence T0 pour
laquelle la ténacité est égale à 100 MPa√m. Cette démarche est
intéressante car, dans la pratique, on dispose au mieux,
accompagnant la fourniture d’un produit, d’un certificat de
conformité dans lequel figurent uniquement les caractéris
RESEARCH_1
TENUE DES STRUCTURES EN SERVICE
tiques de traction à la température ambiante et l’énergie de
flexion à une température donnée.
La méthode a été appliquée pour déterminer les courbes de
USBOTJUJPOEVDUJMFGSBHJMFEVOBDJFSGPSHÏ/J$S.P7VUJMJTÏ
dans les années 80 pour la fabrication de bouteilles d’air HP. À
partir des résultats expérimentaux obtenus à deux tempéra
tures (100 °C et – 60 °C) et aux limites d’élasticité il a été pos
sible de tracer les courbes et de déterminer les températures
TK28J. Pour l’évaluation de la ténacité du matériau au niveau
ductile à partir de KVmax plusieurs formules sont données dans
la littérature. Compte tenu des dispersions observées il est
apparu que la ténacité pouvait être estimée entre 130 MPa√m et
280 MPa√m. À partir des caractéristiques estimées (tableau 1),
les participants au test comparatif ont évalué des pressions
d’éclatement qui sont assez proches d’un logiciel à l’autre
(figure 3).
Conclusion
Les logiciels, basés sur le concept de Failure Assessment Diagram,
conduisent à des valeurs conservatives.
On notera que la pression d’éclatement obtenue expérimentale
ment est sensiblement supérieure à la pression de service
(250 bars) et ce malgré un défaut débouchant dont la profondeur
dépasse la moitié de l’épaisseur de la paroi et la présence de zones
corrodées.
Tableau 1 : données d’entrée
Rp0,2
MPa
Rm
MPa
800
E
MPa
200 000
Kmat
MPa√m
130
280
Figure 1. Zone corrodée mise en évidence par endoscopie.
Essais d’éclatement et travaux complémentaires
L’épreuve hydraulique a été réalisée à l’École des Mines de
Douai qui dispose de moyens d’essais. La pression d’éclate
NFOUBÏUÏEFCBSTËDPNQBSFSBVYWBMFVSTDBMDVMÏFT-B
rupture est partie du défaut usiné et s’est propagée de façon
TFNJGSBHJMF
Des éprouvettes de traction, de flexion par choc et de ténacité
POUÏUÏQSÏMFWÏFTBWFDMFOUBJMMFEBOTEFVYTFOTEFQSÏMÒWFNFOU
Les essais de flexion par choc réalisés à trois températures –
60 °C, 20 °C et 100 °C ont permis de tracer les courbes de tran
sition et de déterminer les températures TK 28J à partir
EFTRVFMMFTPOUÏUÏDBMDVMÏFTMFTNBTUFSDVSWFT$FMMFTDJTPOU
GPSUFNFOUJOnVFODÏFTQBSMFTFOTEFQSÏMÒWFNFOU
Les valeurs de KImat ont été estimées à partir de l’énergie de
flexion par choc déterminée au palier ductile au moyen de
quatre formules. La formule de Rolfe et Novak conduit à une
WBMFVSEF.1BîNQSPDIFEFDFMMFTPCUFOVFTFYQÏSJNFOUBMF
NFOUTVSÏQSPVWFUUFT$5FOUSFFU.1BîN
-FTBVUSFT
formules conduisent à des valeurs sensiblement inférieures à
celles déterminées expérimentalement.
À partir des caractéristiques du matériau, les pressions d’éclate
ment ont été calculées par les participants. Elles sont comprises
FOUSFFUCBSTFUTPOUEPODTFOTJCMFNFOUJOGÏSJFVSFTËMB
WBMFVSPCUFOVFFYQÏSJNFOUBMFNFOUCBST
RESEARCH_1
Figure 2. Dimensions de la bouteille d’air comprimé.
Figure 3. Pressions d’éclatement évaluées à partir de différents
logiciels pour deux niveaux de ténacité.
23
TENUE DES STRUCTURES EN SERVICE
Application de l’ingénierie
incendie à l’évaluation
du niveau de sécurité
des structures composites
navales
AUTEUR : Joëlle GUTIERREZ
L’utilisation de composites à matrice polymère dans les structures de navires reste limitée du fait de
l’obligation réglementaire d’utiliser des matériaux incombustibles pour ces applications. Une solution
pour s’affranchir des règles prescriptives en matière de comportement au feu est d’effectuer une
démonstration de sécurité en passant par l’ingénierie de sécurité incendie (ISI). C’est dans ce contexte
qu’une méthodologie ISI en accord avec les exigences dans les domaines naval civil (Organisation
Maritime Internationale) et militaire (BV Rules for the Classification of Naval Ships) a été développée.
Les composites présentent divers avantages pour la réalisation de
structures navales. On peut citer en particulier :
tune faible masse volumique, ce qui peut permettre d’abaisser le
centre de gravité du navire et ainsi augmenter sa stabilité, mais
contribue également à la réduction des coûts en carburant ;
tun bon comportement au vieillissement en milieu marin, ce qui
a pour conséquence une diminution des coûts d’entretien ;
tla possibilité de réaliser des formes complexes ou parfaitement
planes ;
tl’intégration possible de capteurs ou de fonctions pour des
applications spécifiques, etc.
Cependant, ces matériaux sont susceptibles de s’enflammer en
cas d’incendie. La réglementation prescriptive dans le domaine
naval ne permettant pas l’utilisation de matériaux combustibles
dans les cloisonnements, une alternative possible est de passer
par l’ingénierie de sécurité incendie (ISI), comme le permet la
24
réglementation en vigueur depuis 2002, pour justifier qu’un
niveau de sécurité suffisant peut être atteint malgré l’emploi de
composites.
Dans ce contexte, le projet MP08 a eu pour principal objectif la
mise en place d’une méthodologie ISI qui permette de démontrer qu’un niveau de sécurité suffisant peut être atteint avec des
composites, et qui rende ainsi possible l’utilisation de ces matériaux dans des domaines nouveaux ou difficilement accessibles
du fait des réglementations prescriptives en vigueur. Ce principal axe de travail a été complété par des travaux sur le renforcement des performances vis-à-vis du feu des structures
composites, que ce soit par l’amélioration des matériaux euxmêmes ou par l’utilisation de systèmes de protection active
adaptés (détection, extinction).
La méthode retenue pour la démonstration de sécurité s’appuie
sur la Règle 17 « Alternative design and arrangements » du
RESEARCH_1
TENUE DES STRUCTURES EN SERVICE
Superstructures d’une corvette incluant le hangar hélicoptère et les locaux adjacents : simulation d’un incendie commençant à se développer à partir d’un atelier
adjacent au hangar. Le logiciel de CFD (Computational Fluid Dynamics) utilisé pour les simulations incendie est FDS (Fire Dynamics Simulator, version 5).
Chapitre II-2 « Construction – Fire Protection, Fire Detection and
Fire Extinction » de la Convention SOLAS (1). Elle est basée sur
l’évaluation de l’accroissement du niveau de risque entre la
conception alternative en composites et une conception prescriptive de référence en acier. On peut ajouter que le principe de base
pour son développement a été de pouvoir minimiser le coût et
la masse des systèmes de protection. De la sorte, on s’est
attaché à définir une approche qui permette :
td’une part, d’adapter le niveau de protection au niveau de
risque réel dans chaque local ;
td’autre part, de combiner les systèmes de protection passive (de
type ajout d’isolant incendie) aux systèmes de protection active.
Ceci par comparaison à des méthodes utilisant pour la protection
incendie des systèmes passifs définis non pas sur la base d’un
risque réel mais sur un risque générique et majoré pour rester
conservatif, en effectuant des équivalences en terme d’exigence
par rapport à une conception prescriptive en acier. Ce dernier
type d’approche, même s’il a le mérite d’une plus grande simplicité, a pour inconvénient de pénaliser les constructions composites par rapport aux constructions acier en définissant des
exigences conservatives qui ne sont pas forcément nécessaires,
mais qui ne vont pas pour autant permettre de faire une démonstration de sécurité rigoureuse. Par ailleurs, cela conduit concrètement à utiliser des quantités importantes d’isolation incendie, et
donc à augmenter la masse et le coût.
(1) SOLAS : réglementation internationale (Organisation Maintien Internationale) pour
la sécurité des personnes en mer.
RESEARCH_1
25
TENUE DES STRUCTURES EN SERVICE
Par contre, adapter le niveau de protection au niveau de risque
réel dans chaque local implique d’évaluer le risque et la performance au feu de la construction composite local par local, en la
comparant à une construction acier équivalente. C’est une originalité importante de la méthode développée dans le projet MP08,
qui implique d’effectuer l’évaluation principalement par simulation vu le nombre de locaux à traiter. À noter qu’un intérêt de
l’approche comparative composite/acier utilisée est de permettre
d’éliminer un certain nombre de biais dans les calculs. Une part
importante du travail réalisé a donc été de développer un modèle
de pyrolyse permettant de prendre en compte la dégradation du
composite lors d’un incendie. Ce modèle a été validé à différentes
échelles.
Utiliser des systèmes actifs comme alternative aux systèmes passifs n’est pas permis par la réglementation. Afin de pouvoir envisager cette possibilité, et après avoir vérifié l’efficacité des
systèmes actifs pour lutter contre des feux dans des locaux composites, une approche basée sur la détermination du risque inhérent à leur utilisation a été développée, le risque étant défini
comme le produit de la probabilité de défaillance du système actif
par un index de sévérité pour les personnes. L’index de sévérité
est obtenu en évaluant les conséquences du feu par couplage du
logiciel de développement de l’incendie (FDS) avec un logiciel
d’évacuation du navire (Exodus). Le risque ainsi calculé ne doit
pas être supérieur en composite par rapport à une construction
acier. Dans ce but, on peut diminuer la probabilité de défaillance
des systèmes actifs (par exemple en les redondant ou en le
modifiant).
En conclusion, les travaux menés ont démontré qu’il était possible d’atteindre un niveau de sécurité incendie satisfaisant dans
des constructions composites, tout en optimisant les protections
utilisées.
Présentation des principales étapes de la méthodologie
d’ingénierie de sécurité incendie définie dans le projet MP08.
_RÉFÉRENCES
[1] J. GUTIERREZ, A. BREUILLARD, D. MARQUIS, C. CHIVAS-JOLY, Fire
Safety Engineering Applied to the Evaluation of the Safety Level of
marine composite structures, Fire and Materials 2013, San
Francisco
[2] J. GUTIERREZ, A. BREUILLARD, B. LOUIS-TISSERAND, F. JANVIER,
Utilisation des matériaux composites dans les navires : justification
des choix matériaux par l’ingénierie de sécurité incendie, ATMA
2011, Paris
[3] A. BREUILLARD, P. CORRIGNAN, Alternative Design
Methodology for the Fire Safety of Composite Super-structures,
SNAME 2009, Rhode Island
[4] D. MARQUIS, Caractérisation et modélisation multi-échelle
du comportement au feu d’un composite pour son utilisation
en construction navale, Doctorate thesis de l’École des Mines
de Nantes, 25 March 2010
_CRÉDITS
Cette étude a été réalisée dans le cadre du projet MP08, projet
collaboratif français, subventionné par l’État (DGCIS, DGA) et la
Région Pays de la Loire. Il a été piloté par DCNS Research. Les
partenaires étaient les suivants : DCNS, STX, Bénéteau, Bureau
Veritas, LNE, École des Mines de Nantes, ISMANS, SAITEC.
26
RESEARCH_1
TENUE DES STRUCTURES EN SERVICE
Application de l’ozonation
pour la maîtrise du
biofouling dans les circuits
eau de mer
AUTEURS : Anne-Marie GROLLEAU, Alexia BONNIFET, David ROUXEL
L’ozone est un biocide puissant utilisé depuis des décennies pour le traitement de l’eau douce et des
eaux usées. L’ozonation de l’eau de mer est à l’étude depuis juin 2012 à DCNS Research. Les études
menées devront à terme permettre une meilleure compréhension de la chimie des traitements, des
processus de dégradation, des effets de l’ozone sur la tenue à la corrosion des matériaux et de son
action biocide sur les films bactériens.
Le développement de biofouling sur les surfaces des structures
immergées (carène de navires, installations pétrolières et portuaires) ou soumises à circulation d’eau de mer naturelle (circuits
eau de mer, échangeurs de chaleur) peut conduire à de nombreux phénomènes aux conséquences variables en fonction des
installations : augmentation de la traînée des navires, pertes
d’efficacité d’échange thermique ou encore phénomènes de
corrosion.
L’Énergie Thermique des Mers (ETM ou OTEC en anglais pour
Ocean Thermal Energy Conversion) utilise la différence de température entre l’eau chaude de surface et l’eau froide venant des
profondeurs (~ 5 °C pompée à env. 1 000 m) pour faire fonctionner une machine thermique. L’application est limitée à la ceinture
intertropicale pour avoir une eau chaude d’au moins 25 °C afin
d’obtenir un rendement « acceptable ». Dans ces conditions, la
maîtrise de la corrosion et celle du développement du biofouling
sont des objectifs majeurs, qui doivent être aussi atteints dans un
complet respect de l’environnement.
Il existe aujourd’hui de nombreuses techniques de traitement de
l’eau de mer pour lutter contre les phénomènes d’encrassement
et de développement des salissures : systèmes biocides, traite-
RESEARCH_1
Énergie Thermique des Mers : la centrale pilote de démonstration
16 MW en mer (vue d’artiste).
27
TENUE DES STRUCTURES EN SERVICE
ments ultraviolets ou encore ultrasons. Cependant, de nombreux
travaux restent à mener, en particulier pour comprendre les
mécanismes de développement du biofilm au cours du temps et
ses impacts sur les échanges thermiques.
L’électrochloration est un des biocides oxydants les plus largement utilisés aujourd’hui et consiste en la génération d’hypochlorite de sodium à partir des chlorures de l’eau de mer, par réaction
électrochimique. Des études ont déjà été menées à DCNS [1, 2,3]
pour identifier les dosages efficaces mais non dommageables à
la tenue en eau de mer de certains matériaux, tels que cupronickels, aciers inoxydables ou alliages base nickel.
L’ozone est aussi un biocide particulièrement puissant, mis en
œuvre depuis de nombreuses années pour la désinfection de l’eau
douce et le traitement des eaux usées. Si son utilisation remonte
à la fin du XIXe siècle pour les circuits d’eau potable, les applications en eau de mer naturelle sont restées beaucoup plus limitées, en particulier parce que la chimie y est différente et
beaucoup plus complexe qu’en eau douce. La différence essentielle est la présence du brome en eau de mer, qui conduit à la
formation de produits secondaires oxydants et biocides. Par ailleurs, des études ont été menées sur l’efficacité de l’ozone sur le
macrofouling mais n’ont pas permis d’en évaluer l’efficacité sur le
maintien de la qualité des échanges thermiques [4,5].
Système d’ozonation de l’eau de mer – DCNS Cherbourg.
L’étude pilotée par DCNS Research, et réalisée au CETEC (1),
devra permettre d’identifier le système biocide le plus efficace, en
fonction de la qualité de l’eau de mer, ses mécanismes d’action et
de dégradation au cours du temps. Les paramètres de fonctionnement de l’installation devront aussi être déterminés de manière à
éviter la formation du film bactérien sans engendrer de phénomènes de corrosion, à un coût d’énergie optimisé et sans impact
sur l’environnement.
(1) Cette étude est menée dans le cadre du projet Énergie Thermique des Mers.
_RÉFÉRENCES
[1] V. DEBOUT et al: Corrosion Properties of an highly alloyed
stainless steel and a based nickel alloy in chlorinated sea water;
Eurocorr 2009, Nice – Paper 7799.
[2] A.M. GROLLEAU et al: Electrochemical characterization of low
carbon steels during long term immersion in natural sea water;
Nace 2010, San Antonio, USA – Paper N°10395.
[3] V. DEBOUT et al: Corrosion properties of copper nickel alloys
in chlorinated sea water; Eurocorr 2011, Stockholm.
[4] Y. FAUVEL, G. PONS, J.P. LEGERON (1982). Ozonation de l’eau
de mer et épuration des coquillages. Science et Pêche, 320, 1-16.
[5] K. URATA; Y. IKEGAMI: Effect of ozonation for OTEC on
macrofouling organisms; Renewable Energy Proceedings 2006.
28
RESEARCH_1
TENUE DES STRUCTURES EN SERVICE
OPTIMISATION
ÉNERGÉTIQUE
En ces temps où l’énergie fossile devient de plus en
plus rare et coûteuse, il est vital d’envisager toutes
les solutions pour diminuer la consommation
d’énergie. Cela passe par une optimisation des
formes de carènes, des systèmes de conduite économique, des structures allégées, ou encore la récupération de l’énergie de stabilisation d’un navire.
Les énergies nouvelles, dont les énergies marines
renouvelables, en quête de meilleurs rendements,
sont elles aussi à la pointe des recherches de solutions permettant de mieux récupérer l’énergie, la
stocker et la transférer.
RESEARCH_1
29
OPTIMISATION ÉNERGÉTIQUE
Optimisation de formes
en hydrodynamique
AUTEURS : Jean-Jacques MAISONNEUVE, Luc BORDIER, Pol MULLER, Fabian PÉCOT, Florent SAINCLAIR
DCNS Research a une activité dans le domaine de l’optimisation de conception que ce soit pour le développement des méthodologies dans différents domaines (optimisation paramétrique incluant des
calculs coûteux, optimisation d’agencement…) via de nombreux projets collaboratifs ou pour leur
application à des problématiques particulières. DCNS Research dispose désormais de l’expérience et
des outils permettant de réaliser des études d’optimisation de formes dans le domaine de l’hydrodynamique, en liaison avec l’activité Bassin Numérique qui fournira de plus en plus les outils d’évaluation de performance à intégrer dans le processus d’optimisation de conception.
Ces travaux s’appuient entre autres sur des outils logiciels. En
particulier, l’environnement d’optimisation de conception modeFRONTIER est utilisé de manière courante pour réaliser des
études. Par ailleurs, DCNS Research s’est doté en 2012 du logiciel
Friendship-Framework, dédié à la modélisation géométrique
paramétrique, et particulièrement adapté à la modélisation de
navires, et d’hélices. L’efficacité et la robustesse de cette phase de
modélisation sont en effet des points cruciaux dans un processus
d’optimisation de formes.
Ces capacités sont illustrées par les applications récentes ci-après.
Optimisation de formes de navire – projet COCHISE
Ce projet, soutenu par la DPMA (Direction des pêches maritimes
et de l’aquaculture) mené par le Bureau Mauric, avec des acteurs
du domaine de la pêche, visait à concevoir un navire de pêche optimisé du point de vue énergétique. Les travaux ont consisté à
rechercher une solution optimale du point de vue de la résistance à
l’avancement du navire et de sa tenue à la mer, en agissant sur les
formes globales du navire, et ses formes locales avant et arrière, à
longueur hors tout constante. Cette recherche est contrainte par
des limitations liées au programme et à la conception du navire,
prises en compte de manière directe ou indirecte dans la modélisation, en lien étroit avec l’architecte.
Les étapes classiques suivantes ont été réalisées : mise en place
d’un modèle paramétrique de la géométrie du navire et de ses
variations (de l’ordre de 10 paramètres principaux), mise en
place de la chaîne de calcul de résistance et de tenue à la mer,
30
intégration dans un environnement d’optimisation, et enfin définition et réalisation de la stratégie de recherche. Il faut en effet
noter qu’une telle optimisation n’est pas un processus automatique, mais une combinaison de méthodes et d’analyses, basées
sur des techniques variées (plans d’expérience, méta-modèles,
algorithmes d’optimisation), pilotés par le concepteur, et permettant au final d’explorer le maximum de solutions avec le minimum
de calculs. Cette approche a permis un gain de traînée de l’ordre
de 30 % à longueur hors tout constante, avec une conservation
des performances de tenue à la mer. Ceci a été réalisé avec les
logiciels STAR-CCM+, Catia v5 et modeFRONTIER, et des
moyens de distribution de calcul. Les résultats ont été vérifiés par
des essais en bassin.
Optimisation résistance et accélérations.
RESEARCH_1
OPTIMISATION ÉNERGÉTIQUE
Vérification expérimentale.
Quelques variantes de géométries d’hélice.
Hélices marines
misation de conception, et une stratégie de recherche d’optimum a
été définie et appliquée.
Plusieurs centaines de variantes ont été testées numériquement, ce
qui a abouti à un gain significatif de rendement, dans la limite des
contraintes structurelles ou opérationnelles imposées.
Le modèle paramétrique et la chaîne de calcul développés à cette
occasion peuvent désormais être exploités pour adapter au mieux
le concept à des nouvelles conditions ou à un nouveau site.
En complément de la mise en place des outils de conception et de
modélisation des hélices (voir article « Bassin numérique »), une
approche optimisation de conception est en cours de mise au point.
Celle-ci est basée sur des méthodes et outils similaires à ceux
décrits précédemment : modélisation géométrique paramétrique de
l’hélice à l’aide de Friendship-Framework, calcul des performances
avec une approche potentielle (PROCAL) et/ou visqueuse (STARCCM+), intégration de l’ensemble dans un environnement d’optimisation de conception (modeFRONTIER).
Optimisation d’une hydrolienne.
Optimisation du rendement et de la cavitation d’une hélice.
Une application de la méthode sur un cas d’application réel a
conduit à une augmentation du rendement d’environ 5 % tout en
réduisant le risque de cavitation de 40 %. Ceci permet de traiter
d’ores et déjà la conception et la modélisation de propulseurs
conventionnels, et d’aborder le domaine connexe des machines
tournantes (voir cas de l’hydrolienne ci-après).
Optimisation d’hydroliennes
Les technologies développées précédemment ont été appliquées en
particulier à l’optimisation d’une hydrolienne de type axiale carénée. Après une phase de qualification de l’outil de prédiction de
performances basé sur STAR-CCM+, un modèle paramétrique de
l’hydrolienne – tuyère, moyeu et pales, environ 20 paramètres – a
été construit. L’ensemble a été intégré dans l’environnement d’opti-
RESEARCH_1
_RÉFÉRENCE
Fabian PÉCOT, Camille YVIN, Riccardo BUIATTI, Jean-Jacques
MAISONNEUVE, Shape Optimization of a Monohull Fishing Vessel,
IMDC2012, 11th International Marine Design Conference,
11-14 June 2012, Glasgow, UK.
31
OPTIMISATION ÉNERGÉTIQUE
Démonstrateur générique
d’actionneur électrique
AUTEURS : David-François SAINT-CYR, Julien BÉNABÈS
Le démonstrateur générique, conçu dans le cadre du projet POSE²IDON par DCNS Research, a vocation
à tester des nouvelles architectures électriques hybrides comprenant un système de stockage d’énergie
servant à fournir l’énergie aux équipements et à filtrer les appels de puissance pour leur intégration
sur un réseau bord. Différentes stratégies d’optimisation d’énergie sont également pilotables par la
station de contrôle du démonstrateur qui intègre le modèle d’un équipement avec son environnement
et ses conditions opérationnelles de fonctionnement réelles. Ce démonstrateur permet également de
simuler les solutions de récupération d’énergie de la mer agissant sur ces actionneurs électriques.
Le démonstrateur générique a pour principal objectif le développement, la démonstration de faisabilité et de performance des nouvelles architectures électriques hybrides. Les architectures
permettent en particulier la récupération et l’optimisation de
l’énergie au niveau des différents auxiliaires du navire, en intégrant
un système de filtre des appels de forte puissance et un système de
stockage d’énergie. Le système de filtre, qui s’appuie sur un système de batteries et/ou supercondensateurs, permet l’intégration
d’actionneurs électriques sur le réseau de bord du navire. Le système de stockage, qui utilise également ces mêmes batteries, vise à
fournir l’énergie nécessaire au fonctionnement d’équipements installés sur le navire.
Le démonstrateur est structuré en quatre parties principales :
tdeux moteurs asynchrones de 75 kW qui simulent la puissance
transmise par la charge (état de mer par exemple) ;
tdeux moteurs synchrones de 40 kW qui simulent le fonctionnement des actionneurs électriques en test sur le démonstrateur ;
tune chaîne de transmission mécanique et logicielle qui modélise
la réaction entre la charge et l’actionneur électrique (comportement dynamique réel du navire : Inertie, Amortissement) ;
tun système de management de l’énergie permettant le filtre des
fortes puissances et le stockage de l’énergie.
Le démonstrateur générique est un simulateur représentatif d’un
système réel d’un point de vue matériel (Hardware In the Loop),
dynamique (Model In the Loop) et fonctionnel (Simulations In
the Loop). Le comportement dynamique du système est intégré
32
au niveau du démonstrateur par d’une part un modèle logiciel du
capteur d’énergie (Navire, WEC, véhicule) prenant en compte
l’hydrodynamique, l’inertie, la friction, l’amortissement et le bilan
des efforts au niveau du capteur et d’autre part un modèle matériel permettant l’adaptation de volants d’inertie sur la chaîne de
transmission mécanique. Le démonstrateur dispose également
d’une chaîne de mesure globale permettant le suivi du rendement
énergétique du système et de chaque équipement.
Ce démonstrateur s’adapte aux conditions opérationnelles de
l’équipement simulé car il est reconfigurable facilement d’un
point de vue mécanique, électrique et logiciel. Le démonstrateur
permet donc la simulation de modèles de composants seuls mais
également de systèmes entiers quel que soit l’environnement de
développement (DYMOLA, AMESYM, Matlab, etc.) car il permet
la cosimulation dans un même environnement, le test des équipements mécaniques et électriques et l’optimisation des lois de
commande du système en temps réel ou accéléré.
En résumé, l’intérêt de ce démonstrateur est multiple :
tévaluation d’actionneurs innovants avec stockage d’énergie
remplaçant des systèmes hydrauliques ;
tévaluation de la consommation électrique et de la récupération
d’énergie dans des conditions de fonctionnement proche du réel :
tévaluation des perturbations engendrées sur un réseau électrique AC ou DC ;
tévaluation de l’impact environnemental à travers la consommation électrique ;
RESEARCH_1
OPTIMISATION ÉNERGÉTIQUE
Schéma de l’architecture globale du démonstrateur.
tévaluation de solution de propulsion hybride ;
tévaluation de nouvelles architectures de système de production
d’énergie par des systèmes EMR incluant du stockage d’énergie
électrique et intégrant les fluctuations des consommations ;
tévaluation d’un navire tout électrique à courant continue
(Navire tout DC) incluant des câbles supra.
Ces évaluations permettent de dérisquer de nouvelles technologies comme par exemple la propulsion hybride avec batteries : la
charge composée de 2 moteurs de 75 kW simule les fluctuations
de couple sur ligne d’arbre propulsive du fait du passage du
navire dans la houle ; les autres moteurs électriques simulent les
MEP de propulsion ; l’étage de batteries servant de tampon pour
absorber les surcouples.
Ce démonstrateur générique est simplement reconfigurable et de
nombreuses applications sont donc possibles : intégration d’apparaux électriques à bord d’un navire (rudder-roll électrique avec
batterie par exemple), test de nouveaux actionneurs redondants,
évaluation des performances d’une propulsion hybride de
véhicule…
RESEARCH_1
Vue CAO 3D du démonstrateur générique d’actionneur électrique.
_CRÉDITS
Les développements ont été réalisés dans le cadre du projet
européen POSE²IDON (7e programme-cadre de Recherche
de l’Union Européenne).
33
34
RESEARCH_1
INTELLIGENCE
EMBARQUÉE
La complexité croissante des opérations en mer
associée à la réduction des équipages nécessite que
les opérateurs soient aidés par des systèmes,
partiellement ou totalement automatisés, faisant
appel à des lois de commandes avancées, qu’il faut
perpétuellement améliorer et adapter aux nouvelles
situations. Les impératifs de sécurité et d’économie
d’énergie doivent également être intégrés dans les
algorithmes de commandes et les architectures
des systèmes. Si l’on pousse cette logique encore
plus loin, on arrive dans le monde des drones ou
Unmanned Vehicules (UxVs), ces engins autonomes,
capables de mener des missions sans intervention
humaine.
RESEARCH_1
35
INTELLIGENCE EMBARQUÉE
Positionnement dynamique
de navires dans la glace
AUTEUR : Xavier DAL SANTO
DCNS Research développe une technologie ouvrant la voie aux opérations arctiques à grande échelle.
Contrairement à l’ensemble des océans où les activités maritimes ne semblent plus connaître de
limites, les zones polaires, qui offrent un environnement hostile, restent un défi pour la quasi-totalité
des opérations actuelles. Vents violents, froid extrême, présence de glace, autant de contraintes fortes
pour les navires ou les plateformes qui nécessitent des développements technologiques. Renforcer la
structure de la coque et la puissance des propulseurs permet certes de pénétrer dans ces régions, mais
cela n’est pas suffisant pour les exploiter. La réalisation de projets scientifiques ou industriels de grande
envergure passe premièrement par la sécurité et, en ce sens, des moyens précis de contrôle et de pilotage des navires sont absolument requis.
DP-in-ICE : positionnement dynamique dans la glace
Ce projet a pour origine le savoir-faire en matière de construction
de systèmes de positionnement dynamique (DP) développé
depuis plusieurs années à Sirehna®, PME innovante intégrée à
DCNS Research. Depuis plus de quarante ans, des systèmes de ce
type, toujours plus perfectionnés, sont employés dans diverses
opérations maritimes. Dans l’optique de développer les capacités
de ce produit et de se positionner sur des marchés émergents,
des activités de R&D sur le sujet ont été lancées en 2009, d’abord
à travers le projet européen DYPIC (www.dypic.eu), puis au profit du groupement des industries pétrolières françaises
(CITEPH). Il a fallu tout d’abord apprendre les caractéristiques
de l’environnement et appréhender le type d’efforts que les
navires subissent dans ces régions. Si les efforts de vent et de
courant sont déjà compensés par les systèmes DP classiques, les
efforts exercés par la glace, de toute autre nature, peuvent
mettre en danger la tenue de route ou de position du navire. Ce
retour d’expérience et le constat de l’inadéquation des systèmes
DP « standards » ont été effectués lors de tentatives d’opérations
arctiques menées au cours des vingt dernières années.
Si la tenue de position et de cap nécessite une attention de tous
les instants de la part des opérateurs, la surveillance des évolutions des conditions de glace s’est avérée cruciale. Ainsi, de nombreuses dispositions, assez expérimentales, ont été prises par les
équipages comme le morcellement des blocs de grande taille en
36
amont du navire par un trajet circulaire répété de brise-glace,
analyse d’images satellite, ou la prédiction des directions de
dérive. Ces dispositions sont une aide précieuse pour améliorer
les conditions externes et anticiper les situations dangereuses,
mais il demeure le besoin d’un contrôle précis et rapide des
actionneurs du navire pour réagir au moindre écart. Si par
exemple le navire présente un angle, même minime, à la direction
de dérive des glaces, il serait presque immédiatement impossible
de compenser les efforts latéraux résultants. Accroître la réactivité d’un tel système ne peut se résumer simplement en des gains
de contrôle forts, devenant alors pourvoyeurs d’instabilité. Une
prise d’informations rapide, un contrôle prédictif de la dynamique
du navire, et une utilisation intelligente des propulseurs ont donc
été privilégiés et développés.
Afin de valider les lois de commande développées spécifiquement
pour ce type d’application, des essais à échelle réduite ont été
menés au bassin d’essai à glace de Hambourg (HSVA). Deux
types de navires ont été testés : un vaisseau de recherche arctique (type Navire Support), et un concept expérimental de
Statoil (type Navire de Forage). Les deux maquettes sont équipées respectivement de 3 et 6 propulseurs azimutaux pilotés en
Wi-Fi depuis une console installée dans le chariot du bassin. Cette
console, similaire à un système DP tel qu’il serait installé à bord
d’un navire, a été développée par DCNS Research. Elle offre la
possibilité à un pilote opérateur de manœuvrer en similitude tout
RESEARCH_1
INTELLIGENCE EMBARQUÉE
type de maquette comme il le ferait à bord d’un navire réel.
Divers conditions de glace et angles de dérive ont ainsi été testés. D’abord peu contraignante (concentration et épaisseur
faibles), la glace a été ensuite de plus en plus limitative. Les
manœuvres ont consisté en de simples lignes droites pour simuler un courant de glace, mais comportaient aussi des manœuvres
élaborées dans de la banquise uniforme non morcelée. Les résultats recueillis montrent la faisabilité d’opérations arctiques avec
un tel système de pilotage de navire, et ce malgré des conditions
de glace assez fortes.
Désormais, en préparation d’une future campagne d’essais à
échelle réelle, des réglages et des améliorations sont effectués sur
le système par simulation. En effet, à partir des résultats des
essais à échelle maquette le NTNU, université Norvégienne partenaire du projet, a développé un simulateur 3D de navire en milieu
arctique que les ingénieurs de DCNS Research ont interfacé avec
un système DP virtuel. Ainsi des milliers de scénarios divers ont
pu être joués depuis les derniers essais, ce qui permet d’améliorer
la performance et d’aborder des problématiques complémentaires comme la maîtrise de la consommation d’énergie du système. Simultanément à ces travaux de recherche, de nouveaux
composants et modules sont ajoutés au système DP, ce qui permet de concevoir une solution intégrée comportant : modes de
contrôle spécifique dans la glace, navigation par hybridation GPS
– centrale inertielle, fusion des informations sur l’environnement
et prédiction des capacités manœuvrières du navire.
_RÉFÉRENCES
[1] Kathryn Moran, Jan Backman, John W. Farell : Deepwater
drilling in the arctic ocean’s permanent sea ice, 2006, Integrated
Ocean Drilling Programm (IODP).
[2] P.Jochmann, X. Dal Santo : Model DP system for ice tank
research. Ocean Offshore and arctic engineering conference 2012,
Rio de Janeiro, 1-6 July 2012.
[3] N.A. Jenssen, T. Hals, P. Jochmann, A. Haase, X. Dal Santo,
S. Kerkeni, O. Doucy, A. Gürtner, S. Stole-Hetschel, P.O. Moslet,
I. Metrikin, S.Loset : DYPIC – A multinational R&D project
on DP technology in ice. Marine Technology Society Dynamic
Positioning Conference 2012, Houston, 9-10 October 2012.
Exemple d’opération arctique en 2004. Le navire principal,
procédant à des forages exploratoires, est accompagné de trois
brise-glace (cercles jaunes) décrivant des cercles en amont
du courant de glace [1].
Le poste de contrôle des maquettes installé et livré au HSVA.
Un joystick et un écran tactile servent d’interface à l’opérateur
qui dispose de toutes les informations sur l’état du navire
et des propulseurs.
Un essai du concept de Navire de Forage dans une banquise
uniforme. Le système DP pour maquette de DCNS Research
maintien avec précision la position du navire malgré une dérive
de la plaque de glace.
Le simulateur 3D développé en partenariat avec le NTNU
et la comparaison de ses résultats avec des vidéos d’essais.
Le haut niveau de représentation de la physique de la glace
permet d’adapter son utilisation à tous types de scénario.
RESEARCH_1
37
INTELLIGENCE EMBARQUÉE
Évitement d’obstacles
pour Unmanned Surface
Vehicule (USV)
AUTEUR : Guillaume JACQUENOT
Les drones de surface (Unmanned Surface Vehicle) sont une alternative pour intervenir dans un milieu
hostile ou pour effectuer des tâches répétitives. Pour être utilisés sur un théâtre opérationnel, ils
doivent être capables de détecter les éventuelles collisions et adapter leur route afin de les éviter. DCNS
Research a développé un tel système d’évitement d’obstacles.
Le point clé dans le développement des USV réside dans leurs
capacités à évoluer dans un environnement complexe avec des
obstacles statiques et dynamiques. Le système de gestion d’évitement d’obstacles est pour cela primordial pour assurer l’autonomie décisionnelle du drone.
Le système d’évitement réactif fournit un secteur de déroutement pour éviter un obstacle avec un simple changement de
route. Les règles COLREG (3) sont prises en compte : l’USV est
considéré comme non privilégié, c’est à lui de manœuvrer en
fonction des obstacles.
L’évitement d’obstacles se déroule généralement en quatre
phases :
tla première consiste à acquérir et rassembler les données environnementales à l’aide des outils classiques du bord. Le radar de
navigation fournit pour chaque obstacle une distance, une vitesse
et une course ;
tdurant la seconde le système de pilotage évalue les risques de
collision potentiels. Cette détection est basée sur les concepts de
DCPA (1)/TCPA (2). Ces deux grandeurs permettent de déterminer
le moment où le drone passera au plus proche de l’obstacle ;
tquand un ou plusieurs obstacles sont détectés, le système
détermine le premier qui risque d’entrer en collision avec l’USV.
En fonction de plusieurs paramètres, le système détermine si une
manœuvre doit être exécutée (Évitement réactif), ou si la route
peut être adaptée/replanifiée (Évitement prédictif) ;
tenfin, le système informe l’opérateur de l’USV de la modification de route et calcule les ordres à transmettre aux actionneurs
pour exécuter cette manœuvre.
Le système d’évitement prédictif a pour objectif de modifier localement la trajectoire du drone afin d’éviter les obstacles rencontrés. Pour l’instant, ces modifications sont des variations de
routes. Des modifications du profil de vitesse sont également
envisagées.
La procédure d’évitement d’obstacles est basée sur des algorithmes robustes et efficaces afin de répondre à des contraintes
de temps réel. Les méthodes utilisées pour effectuer ses tâches
sont des algorithmes de géométrie euclidienne et des heuristiques spécifiques couplées. Le choix de la route d’évitement
optimale est réalisé grâce à des algorithmes connus comme les
algorithmes de plus courts chemins dans les graphes ou encore
des algorithmes de replanification de trajectoires, tels que
Rapidly-Exploring Random Tree.
Le système d’évitement d’obstacles a été validé en mer dans le
cadre du PEA ESPADON sur le Sterenn Du en 2011.
(1) Distance of Closest Point of Approach.
(2) Time of Closest Point of Approach.
(3) COLREG : réglementation internationale (Organisation Maritime Internationale)
pour la prévention des collisions.
38
RESEARCH_1
INTELLIGENCE EMBARQUÉE
Figure 1. USV Remorina sur lequel le système d’évitement est installé.
Figure 2. Manœuvre réactive anticipée par l’USV pour éviter une collision
avec un navire. L’ensemble des routes représentées en vert forme le secteur
de déroutement de l’USV pour éviter le navire venant sur tribord.
Figure 3. Deux obstacles (disques rouges) sont présents sur la route du drone (étoile bleue), dont la mission est représentée par la ligne bleue. Ils sont détectés
comme tel, et des routes d’évitement sont générées autour de ces obstacles, la route permettant d’éviter au mieux ces obstacles est ensuite sélectionnée.
RESEARCH_1
39
40
RESEARCH_1
MAÎTRISE DE
L’INFORMATION
La multiplication des capteurs électromagnétiques, optroniques et acoustiques, dans des
situations opérationnelles très variées, a pour conséquence l’augmentation massive des données
disponibles. La maîtrise de l’information devient
donc essentielle et nécessite des traitements automatisés pour localiser, identifier, caractériser, poursuivre… Le but est de mettre à disposition de
l’opérateur des informations sûres, pertinentes
et en temps réel, lui permettant de prendre la
meilleure décision possible.
RESEARCH_1
41
MAÎTRISE DE L’INFORMATION
Extraction automatique
d’objets mobiles dans
des vidéos
AUTEURS : Adrien NEGRE, Dann LANEUVILLE
L’emploi de capteurs passifs type caméras s’est accéléré ces dernières années et leur utilisation dans les
cadres de la surveillance maritime, de la menace asymétrique et à bord de drones est grandissante.
L’utilisation de tels capteurs nécessite un premier traitement important dit d’extraction qui consiste à
détecter automatiquement et de la manière la plus fiable et robuste possible tous les objets mobiles
vus par le capteur. En environnement naval, le problème est encore plus difficile de par la complexité
des phénomènes naturels en présence (variation de la lumière, mouvements des vagues, vent, sillage…)
qui doivent être pris en considération afin de produire des détections avec un niveau acceptable de
fausses détections.
42
Des caméras : pourquoi ?
Travaux et résultats
Utiliser des capteurs passifs de type caméra présente plusieurs
avantages par rapport aux capteurs de type radar. En surveillance
côtière, les radars (intéressants pour leurs grandes portées de
détection) peuvent poser deux problèmes : parce qu’ils émettent
des ondes, ils ne peuvent pas être positionnés n’importe où, et en
particulier dans des zones à forte densité d’habitations. Deuxième
inconvénient, à l’exception de quelques prototypes aujourd’hui, ils
détectent difficilement de toutes petites embarcations, des jets ski
ou des planches à voile. Les caméras au contraire présentent plusieurs avantages : elles sont moins coûteuses et ne présentent
aucune contrainte environnementale de déploiement en zone habitée ; elles peuvent détecter de très petites embarcations et en
retour ne sont pas détectables par les navires sur le plan d’eau
puisqu’elles n’émettent pas. D’où l’idée de déployer des caméras
utilisées comme capteurs passifs qui rendent le dispositif totalement discret. De plus, par rapport aux radars, c’est un senseur privilégié pour faire de la classification. En contrepartie, il faut en
disposer plusieurs afin de reconstruire une situation en 3
dimensions.
Dans le cadre de ces travaux, nous avons développé de nouveaux
algorithmes pour faire l’extraction vidéo. Il existe en effet plusieurs
méthodes d’extraction, mais qui sont plus adaptées à des environnements terrestres, pour des surveillances de hangars, parking ou
de zones piétonnes. En matière de surveillance maritime, nous
sommes confrontés à la difficulté de détecter des objets mobiles sur
un fond non statique : certains paramètres comme les vagues,
l’écume, la lumière changeante, génèrent un fond dynamique qui
évolue au fil de la journée. Ce sont autant de variables qu’il faut
intégrer. La méthode que nous utilisons permet de séparer le fond
de la scène des objets de premier plan et utilise un algorithme
d’extraction basé sur une technique dite de « background substraction » que nous avons adaptée pour être robuste vis-à-vis de ces
paramètres changeants (fond dynamique). Le fond est alors explicitement modélisé par un système dynamique linéaire
(1)
RESEARCH_1
MAÎTRISE DE L’INFORMATION
Figure 2. Les pixels correspondants aux objets mobiles sont mis en alarme par un seuillage sur la différence entre l’image courante et l’estimation courante du fond.
Le bloc « Background update » représente la mise à jour du fond (2).
Avec x(t) la luminance du fond de la scène, z(t) la luminance de
l’image courante et v(t), w(t) des bruits gaussiens. Le fond est mis
à jour avec l’image courante grâce à un filtre de Kalman robuste qui
estime en plus les paramètres du modèle de fond (1) par l’adjonction au filtre robuste d’une phase EM (voir [3]). Ces paramètres
sont a(t) la matrice de modèle et les covariances q(t) et r(t) des
bruits de modèle v(t) et de mesure w(t). En voici les équations
principales (phase E), avec X^ l’estimation du fond, P la covariance
associée et W un poids dépendant de l’innovation qui rend le filtre
robuste aux données aberrantes que sont les objets mobiles vis-àvis du fond de la scène,
(2)
Figure 1. Exemple de résultats d’extraction vidéo brute.
Les rectangles rouges représentent les objets mobiles
automatiquement détectés par l’algorithme.
(Traitement de sillage non activé).
La figure 2 illustre la méthode.
En outre, notre méthode intègre des fonctions automatisées qui
tiennent compte de caractéristiques propres à l’environnement
maritime susceptibles de générer de fausses détections, comme le
scintillement ou encore le sillage d’un bateau. Elle permet aussi de
corriger d’autres perturbations locales aux caméras (vibrations,
vent…). Pour être pertinentes, les détections doivent être les plus
précises possibles.
RESEARCH_1
43
MAÎTRISE DE L’INFORMATION
Figure 3. Chaîne de pistage globale avec positionnement de l’extracteur vidéo. Les détections (plots) sont transmises
au bloc de fusion de données pour construction de la situation tactique en 3D.
Ces détections produites par la chaîne d’extraction vidéo sont
ensuite fusionnées. Toutes les détections brutes (les plots) produites par les caméras, à une période donnée, sont transmises au
bloc de fusion de données (voir figure 3) pour construire un
ensemble de pistes ponctuelles décrivant la trajectoire des embarcations. La fusion vise en fait à combiner des points de vue différents issus des capteurs, pour donner une information globale plus
précise et plus pertinente. Dans le cas du pistage passif, l’exercice
est loin d’être facile. À la différence d’un radar, la caméra est par
exemple incapable de donner l’information de distance de l’objet.
Tout au plus, sait-elle donner un angle par rapport à l’horizontale et
au nord. Faute d’avoir cette information, se pose le délicat problème de la reconstruction de pistes ponctuelles (c’est-à-dire renseignées avec une distance) par fusion de capteurs passifs en
évitant au maximum la création de pistes fantômes. Pour améliorer
les performances de cette reconstruction, nous utilisons une
méthode innovante de pistage appelée PHD filter (Probability
Hypothesis Density). C’est cet algorithme qui fusionne les données
issues des caméras, construit des pistes et les présente à un opérateur sous forme de synthèse.
Ces travaux en extraction vidéo ont déjà fait l’objet d’applications
préindustrielles. En effet, la chaîne d’extraction vidéo a été utilisée
dans le cadre du projet PROPAGATION, subventionné par l’ANR.
La chaîne d’extraction vidéo complète a été testée en juillet 2012 et
l’évaluation a donné de très bons résultats.
Nous travaillons actuellement sur une chaîne d’extraction vidéo
permettant de détecter les objets mobiles avec une caméra embarquée (sur un bâtiment de surface ou un drone). C’est un problème
plus difficile car en plus de toutes les difficultés évoquées plus haut,
on ajoute une difficulté supplémentaire avec le mouvement de la
44
caméra qui n’est plus fixe par rapport au sol. L’utilisation d’une solution algorithmique de type « background substraction » n’est plus
possible dans ce cas. Nous sommes en train d’étudier une méthode
récente où l’extraction se fait en détectant les pixels qui ont un
mouvement différent du flux optique global de déplacement entre
deux images consécutives (voir référence [5]). Les premiers résultats sont attendus pour cette année.
_RÉFÉRENCES
[1] J. ZHONG and S. SCLAROFF, Segmenting foreground objects
from a dynamic textured background via a robust Kalman filter,
Proceedings of the Ninth IEEE International Conference on
Computer Vision (ICCV 2003), Nice, France 2003, Vol. 1, pp. 44-50.
[2] S. SOATTO, G. DORETTO and Y. N. WU, Dynamic textures,
Proceedings of the Eight IEEE International Conference on
Computer Vision (ICCV 2001), Vancouver, BC, Canada 2001,
Vol 2, pp. 439-446.
[3] J.O TING, E. THEDOROU and S. SCHAAL, Learning an
Outlier-Robust Kalman Filter, Machine Learning : ECML 2007,
Vol 4701/2007, pp. 748-756.
[4] A. NÈGRE, J. HOUSSINEAU and D. LANEUVILLE, Passive
Surveillance with Geographically Distributed Cameras and
GM-PHD filter, Proceedings of IEEE International Conference
on Oceanic Engineering Society (Passive 2010), Brest, France 2010.
[5] A. BUGEAU, P. PÉREZ, Detection and segmentation of moving
objectsin highly dynamic scenes, Proceedings of IEEE International
Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR),
2007.
RESEARCH_1
MAÎTRISE DE L’INFORMATION
Pistage Multicapteur
par PHD Filter
AUTEURS : Dann LANEUVILLE, Adrien NEGRE
Le pistage est une composante essentielle des systèmes de surveillance et de poursuite. C’est un procédé complexe qui a pour but d’établir une situation tactique, sous forme de pistes, à partir de données brutes issues de différents senseurs (radars, veille panoramique IR…). Cela permet de présenter à
un opérateur sur une console des informations synthétiques de plus haut niveau sémantique (piste =
liste de plots corrélés spatio-temporellement et censés provenir du même objet) que les mesures
brutes afin de prendre des décisions. Nous étudions actuellement une technique de pistage en plein
essor : le Probabilistic Hypothesis Density Filter.
Le pistage classiquement utilisé aujourd’hui dans nos systèmes opérationnels fait appel à différents traitements (1) et s’organise schématiquement en quatre grandes étapes qui sont : les techniques
d’initialisation de pistes, la plus récente dans nos systèmes étant
basée sur la théorie des graphes, les techniques d’association plotpiste comme le MHT (Multiple Hypothesis Tracking), les techniques
de filtrage basées sur des méthodes récursives type EKF (Extended
Kalman Filter) ou encore des méthodes batch type régression
linéaire et finalement une dernière étape de destruction de pistes
non rafraîchies depuis un certain temps. Pour une revue détaillée de
ces différentes techniques, le lecteur pourra consulter avec profit [1].
La volonté de développer un cadre unifié pour l’étude des problèmes de pistage multisenseur et multicible a abouti ces dernières
années à la création d’un formalisme théorique spécifique appelé
FInite Set STatistics (FISST) qui manipule des objets mathématiques élémentaires, les Random Finite Sets ou RFS. Un RFS est un
ensemble de taille variable de vecteurs aléatoires et permet de
représenter simplement un état multicible ou un ensemble de
mesures provenant d’un ou plusieurs senseurs. Le PHD filter, introduit initialement par Mahler ([2]), est une technique de pistage qui
s’appuie sur cette théorie et qui fait toujours l’objet de nombreuses
recherches. Elle unifie et intègre au sein du même algorithme les
différents traitements de pistage énumérés ci-dessus, initialisation
de pistes, association plot-piste, filtrage, destruction de piste voire
même aujourd’hui de détection/pistage avec des applications en
sonar et radar (techniques dites « Track Before Detect »).
Dans ce cadre, l’approche théorique optimale pour la poursuite
multicible se traduit par la généralisation suivante du filtre Bayesien
récursif. Tout d’abord, partant du PHD (densité de probabilité multicible) à l’instant k, Dk|k (x)=Dk|k (x|Z(k)), on extrapole le PHD à
l’instant suivant,
(1)
où
t fk+1|k (y|x) est le noyau de transition monocible ;
t ps (x) est la probabilité que la cible d’état x à l’instant k va survivre jusqu’à l’instant k+1 ;
t bk+1|k (y) est un RFS qui décrit l’apparition de nouvelles cibles.
Puis Dk+1|k (x) est mis à jour vers un nouveau PHD D k+1|k+1
(x)=Dk+1|k+1 (x|Z(k+1)) par l’équation de correction Bayesienne
suivante
(2)
où
t pD (x) est la probabilité de détection du senseur ;
t Lz (x)=fk+1 (z|x) est la fonction de vraisemblance du senseur ;
(1) Pour une architecture type fusion de plots (il existe d’autres architectures type fusion de pistes ou mixte plots/pistes).
RESEARCH_1
45
MAÎTRISE DE L’INFORMATION
tλ=λk+1FTUMFOPNCSFNPZFOEFGBVTTFTBMBSNFTQBSTDBOQBSBNÒUSFEVOFMPJEF1PJTTPO
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Application au pistage passif par caméra
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QBSTFDPOEFFUVOFBEBQUBUJPOFTUEPODOÏDFTTBJSF
_RÉFÉRENCES
[1] Y. BAR-SHALOM, P. WILLETT AND XINTIAN, Tracking and Data
Fusion, YBS Publishing, 2011.
[2] R. MAHLER, Multitarget Bayes Filtering via First-Order
Multitarget Moments, IEEE Trans. on Aerospace and Electronic
Systems, Vol. 39, No. 4, pp. 1152-1178, October 2003.
[3] B. RISTIC, D. CLARK and B.N. VO, Improved SMC implementation
of the PHD Filter, Proc. Of 2010 IEEE International Conference
on Information Fusion, Edinburgh July 2010.
[4] D. CLARK, K. PANTa and B.N. VO, The GM-PHD Filter Multitarget
Tracker, Proc. Of 2006 IEEE International Conference on
Information Fusion, Florence July 2006.
[5] J. HOUSSINEAU, D. LANEUVILLE, PHD Filter with diffuse spatial
prior on the birth process with applications to GM-PHD filter, Proc.
Of 2010 IEEE International Conference on Information Fusion,
Edinburgh July 2010.
[6] D. LANEUVILLE, J. HOUSSINEAU, Passive Multi Target Tracking
with GM-PHD Filter, Proc. Of 2010 IEEE International Conference
on Information Fusion, Edinburgh July 2010.
RESEARCH_1
MAÎTRISE DE L’INFORMATION
Figure 1. Scénario.
Figure 4. Mesures issues de la caméra S3.
Figure 2. Mesures issues de la caméra S1.
Figure 5. Pistes estimées (rouge) et vraies trajectoires (noir).
Figure 3. Mesures issues de la caméra S2.
Figure 6. Phénomène de duplication de pistes lors
de croisement spatio-temporel.
RESEARCH_1
47
MAÎTRISE DE L’INFORMATION
Optimisation de trajectoires
par contrôle optimal
stochastique
AUTEURS : Adrien NEGRE, Dann LANEUVILLE
Pour conserver sa position de leader européen dans la conception et la réalisation de sous-marins
DCNS doit investir de façon continue dans la conception et le développement de nouveaux systèmes de
combats. Les clients de DCNS réclament toujours plus d’aide à la mise en œuvre des différentes parties
de ce système. C’est pourquoi il est indispensable de proposer de nouvelles fonctions. L’objectif visé de
cette étude consiste à proposer en temps réel à un commandant de sous-marin la meilleure idée de
manœuvre en fonction de sa mission (approcher une force navale, se dérober sans se faire détecter…).
Étant donné le nombre de paramètres en cause, les possibilités de manœuvre sont très nombreuses. Il
s’agit de trouver la meilleure d’entre elles et de la présenter de façon intelligible.
Présentation du problème
Modélisation et résolution
Considérons une situation générale avec un sous-marin entouré de
plusieurs cibles (d’autres sous-marins ou bâtiments de surface). Ce
sous-marin a un ou plusieurs capteurs (voir figure 1).
Ces problèmes de recherche de trajectoires sont des problèmes
de contrôle optimal. Ayant en entrées des données incertaines
(diagrammes de propagation, estimations des positions et
vitesses des cibles…) nous avons recours à du contrôle optimal
stochastique (prise en compte d’incertitudes sur les données du
problème). Ce problème de contrôle optimal stochastique a été
traité en utilisant le formalisme puissant des processus markoviens décisionnels (plus connus sous le terme anglo-saxon de
Markov Decision Processes, MDP en abrégé). Le modèle de
Markov utilisé est le suivant
La trajectoire de ce sous-marin doit être contrôlée afin de satisfaire
les objectifs de sa mission. L’objectif du sous-marin est représenté
d’un point de vue mathématique par une fonction coût J qui doit
être minimisée par le contrôle optimal. On suppose avoir les entrées
suivantes : la position et vitesse du sous-marin, les positions et
vitesses des cibles estimées par la fonction de trajectographie des
informations sur l’environnement (vitesse du son dans l’eau, profondeur et type de fond…) et un code de propagation du son dans
l’eau (voir un exemple figure 2).
Dans des situations complexes, le sous-marin peut avoir à remplir
plusieurs missions conflictuelles sur différentes cibles. Par
exemple, il peut avoir pour objectif de se rapprocher d’une cible
pour mieux l’entendre tout en restant le plus éloigné possible des
autres cibles pour ne pas être entendu.
(X,A,{A(x)|x∈X},Q,c,CN)
(1)
X l’espace des états, A l’ensemble des commandes applicables
au sous-marin, Q une fonction de transition d’un état à un autre,
c le coût d’une transition et CN le coût terminal. Si on note π une
suite de commandes at appartement à A, la fonction à minimiser
est de la forme suivante
(2)
48
RESEARCH_1
MAÎTRISE DE L’INFORMATION
Le formalisme des MDP représenté par le modèle (1), très pertinent pour notre problème, est bien connu sur le plan théorique
(existence et unicité d’une solution sous certaines conditions) mais
relativement peu sur le plan numérique pour aboutir à des
méthodes performantes de résolution de (2) par ordinateur.
Grâce à un partenariat avec un laboratoire de recherche de l’INRIA
Bordeaux (équipe CQFD), des méthodes numériques de calculs de
trajectoires optimales ont été développées et ont montré leurs
capacités à résoudre numériquement ce problème complexe et cela
de manière fiable malgré toutes les incertitudes sur les données.
Après discrétisation de l’espace d’état on obtient au final, grâce à
des méthodes « backward dynamic programming », l’optimum suivant pour (2)
(3)
qui représente la suite des commandes optimales à appliquer au
sous-marin. La figure 3, où nous avons en abscisse la distance en
km, en ordonnée l’immersion en m et enfin le niveau de perte du
signal en code couleur en dB, représente un diagramme de propagation du son dans l’eau d’une cible qui insonorise le milieu (cible à
droite de la figure à 35 km de distance du sous-marin et à 500 m de
profondeur). La trajectoire blanche représente la trajectoire optimale proposée au sous-marin pour entendre au mieux la cible. On
constate visuellement que l’algorithme fonctionne bien et place le
sous-marin aux immersions ou le bruit rayonné par la cible est le
plus fort (zones rouges dans la figure, qui correspondent au minima
de perte de propagation).
_RÉFÉRENCES
[1] F. DUFOUR, B. DE SAPORTA et H. ZHANG. Contrôle Optimal
Stochastique application à l’optimisation de trajectoire.
Rapport Technique INRIA Bordeaux Sud Ouest, avril 2011.
[2] O. HERNANDEZ-LERMA et J.B. LASSERRE. Discrete Time Markov
control processes, volume 30 of Application of Mathematics.
Springer Verlag, New York 1996.
[3] G. PAGES et H. PHAM. Optimal quantization methods
for non linear filtering with discrete observations.
Bernouilli, 11(5) : 892-932, 2005.
[4] A. NÈGRE, O. MARCEAU, D. LANEUVILLE, H. ZHANG,
B. DE SAPORTA et F. DUFOUR. Stochastic Control for Underwater
Optimal Trajectories, Proceedings of the IEEE Aerospace
International Conference, Big Sky, MT, Mars 2012.
RESEARCH_1
Figure 1. Situation avec un sous-marin entouré de cibles et ayant
trois chaînes sonar : sonar coque (Cylindrical Array), sonar de
flanc (Flank Array) et une antenne linéaire remorquée (Towed
Array).
Figure 2. Exemple de diagramme de propagation du son dans
l’eau d’un mobile qui insonorise le milieu à 300 mètres de
profondeur (à gauche dans la figure).
Figure 3. Exemple de trajectoire optimale calculée. La trajectoire
blanche représente la trajectoire optimale proposée au
sous-marin.
49
50
RESEARCH_1
DISCRÉTION
ET FURTIVITÉ
Comment être là sans que d’autres ne le sachent ?
Comment ne pas perturber l’environnement dans
lequel on évolue ? Que ce soit dans le domaine de
l’électromagnétisme ou celui de l’acoustique, de
nombreuses solutions technologiques sont proposées. Elles font appel à des matériaux spéciaux, des
formes étudiées, des positionnements et des découplages astucieux. La recherche et l’identification de
ces solutions nécessitent, en amont, de modéliser
les phénomènes en jeu, avec des outils et des méthodologies évoluant pour s’adapter aux menaces et
aux besoins d’analyse.
RESEARCH_1
51
DISCRÉTION ET FURTIVITÉ
Matériaux acoustiques
pour la furtivité
AUTEURS : Christian AUDOLY, Ygaal RENOU, Mathieu PRISER
L’objectif général de cette étude est de rechercher et valider en laboratoire de nouvelles solutions de
matériaux pour l’acoustique sous-marine, en rupture technologique ou présentant des performances
améliorées par rapport à l’état de l’art. En 2012, les travaux ont porté sur la mise au point de méthodes
prédictives des caractéristiques acoustiques de matériaux de type micro-inclusionnaires, en prenant
en compte des inclusions de différents types, sur l’évaluation des effets apportés par l’incorporation de
nanotubes de carbone dans une matrice visco-élastique, et la prise en compte d’inclusions sous forme
de microbilles de verre creuses. Les performances techniques impactées sont la discrétion et la furtivité
acoustiques, l’intégration acoustique des antennes sonar au porteur et le phénomène de bruit propre.
Les applications concernent tous les types de navires ou sous-marins, mais peuvent également s’appliquer à d’autres systèmes navals (torpilles, drones, systèmes de production d’énergie en mer).
L’amélioration constante des performances de discrétion et furtivité
acoustique sous-marine des navires et des sous-marins conduit à
rechercher des solutions technologiques de plus en plus performantes. L’une de solutions efficaces consiste à recouvrir la coque
d’un navire avec des revêtements acoustiques qui ont pour but soit
de réduire le bruit rayonné par la coque (effet de masquage) soit de
réduire la réflexion des ondes acoustiques incidentes (effet
anéchoïque). Ces revêtements se présentent généralement sous la
forme d’une ou plusieurs couches de matériau viscoélastique comportant des inclusions d’air ou d’autres matériaux. Bien que ces
solutions existent depuis déjà assez longtemps, des améliorations
sont nécessaires, notamment pour atteindre de meilleures performances à basse fréquence. D’autre part, comme ces revêtements
sont situés à l’extérieur de la coque, ils peuvent se déformer sous
l’effet la pression hydrostatique, et voir leurs performances évoluer.
Outils pour la formulation des matériaux
micro-inclusionnaires
La disponibilité de tels outils permet à DCNS de maîtriser la formulation de revêtements (caractéristiques de la matrice viscoélastique,
nature et concentration volumique des inclusions et additifs), puis
de les réaliser en partenariat avec des fabricants spécialistes des
matériaux organiques. La méthode mise en place est basée sur les
techniques d’homogénéisation, et plus particulièrement le modèle
de Kuster-Toksöz, qui a été étendu au cas de plusieurs types
52
d’inclusions. Après examen de différentes hypothèses on a retenu
une extension du modèle qui ne privilégie pas un type d’inclusion
par rapport aux autres. Les formules théoriques des caractéristiques équivalentes (ou homogénéisées) sont données ci-dessous,
où K et G représentent les modules de compressibilité et de cisaillement dynamiques, ρ la masse volumique et φ la concentration
volumique de chaque type d’inclusion :
La figure 1 ci-contre présente un exemple de résultat obtenu avec 5 %
d’inclusions en plomb et 5 % de microporosités.
Les travaux ont également permis de mettre en place un modèle prédictif de la variation volumique des matériaux micro-inclusionnaires
basé sur le modèle de Gaunaurd. Pour une pression hydrostatique
donnée, on en déduit le taux de microporosités à cette pression, qui
est ensuite réinjecté dans l’outil prédictif de la célérité acoustique. Il
est donc possible d’estimer les performances acoustiques d’un revêtement de coque (ou d’optimiser sa définition) en fonction de la gamme
de fréquences et du domaine de pression statique d’intérêt.
RESEARCH_1
DISCRÉTION ET FURTIVITÉ
Détermination des propriétés acoustiques d’un matériau
anéchoïque ou d’un matériau de masquage par
résolution d’un problème inverse à partir de données
expérimentales
Les performances acoustiques d’un revêtement de coque
(anéchoïsme ou masquage) dépendent essentiellement des propriétés acoustiques des matériaux constitutifs. Dans le cas de matériaux micro-inclusionnaires, le paramètre prépondérant est la
célérité des ondes longitudinale. Or, celle-ci est difficile à obtenir de
manière fiable à partir de mesures directes. Une méthode inverse a
donc été développée pour déterminer cette quantité, qui varie en
fonction de la fréquence, à partir de la mesure des coefficients de
réflexion et de transmission d’un panneau test à différentes fréquences. La méthode consiste à rechercher, dans le plan complexe,
la valeur de célérité (définie par sa partie réelle c’ et son facteur
d’amortissement η) qui minimise l’erreur entre les coefficients de
transmission théoriques et expérimentaux (voir figure 1).
Le meilleur critère pour le processus de minimisation est donné par :
|Tcalc – Tmes| + ||Rcalc| – |Rmes||, où T et R sont respectivement les
coefficients de transmission et de réflexion complexe du panneau
test, l’indice « mes » représentant la valeur mesurée et « calc » la
valeur calculée, qui dépend des valeurs de c’ et η recherchées. Du
fait que plusieurs minima locaux peuvent apparaître, il est nécessaire
de sélectionner la bonne solution, ce qui nécessite une bonne
connaissance de la physique de ces matériaux.
L’application de la méthode à un revêtement anéchoïque test a permis de déterminer l’évolution de la célérité en fonction de la fréquence et de la pression hydrostatique. On voit clairement que
cette célérité augmente avec la fréquence, ainsi qu’avec la pression
hydrostatique, sauf pour les faibles valeurs de pression.
Une méthode similaire a été appliquée par G. Lepert sur d’autres
échantillons, dans le domaine ultrasonore, dans le cadre de ses travaux de thèse à l’I2M (Bordeaux). Dans ce cas, la méthode est
appliquée sur des signaux temporels bande large, au lieu de travailler fréquence à fréquence sur des trains d’onde.
_RÉFÉRENCES
[1] C. AUDOLY, Evaluation of sound velocity inside underwater
acoustic materials using test panel acoustic measurements.
J. Phys.: Conf. Ser. 353 012004 (http://iopscience.iop.
org/1742-6596/353/1/012004).
[2] G. LEPERT, C. AUDOLY et al., Recovery of the effective
wavenumber and dynamical mass density for materials with
inclusions. 11e Congrès Français d’Acoustique (CFA 2012), Nantes,
23-27 Avril 2012 – paper N°599.
[3] M. PRISER, C. AUDOLY, Modélisation des propriétés acoustiques
d’un matériau micro-inclusionnaire comportant des inclusions de
différents types. Rapport CESMAN C-11171 Indice À (novembre
2012).
RESEARCH_1
Figure 1. Célérité longitudinale en fonction de la fréquence
– composite formé d’une matricevisco-élastique comportant
5 % de Pb et 5 % de microporosités.
Figure 2. Revêtement anéchoïque – Estimation de la célérité
longitudinale complexe du matériau par résolution d’un
problème inverse à partir de mesures en cuve acoustique.
53
DISCRÉTION ET FURTIVITÉ
Projet AQUO – Achieve
QUieter Oceans by shipping
noise footprint reduction(1)
AUTEURS : Christian AUDOLY, Céline ROUSSET
AQUO est un projet collaboratif subventionné dans le cadre du 7e programme de recherche européen
dans le domaine du transport maritime. L’objectif est d’établir, sur des bases techniques et scientifiques solides, un guide de solutions et de recommandations destiné aux décideurs et acteurs du
domaine maritime, afin de limiter le bruit sous-marin généré par le trafic maritime en constante augmentation, et qui peut induire des conséquences graves sur les animaux marins et la biodiversité. Ce
projet, piloté par DCNS Research pour une durée de trois ans, regroupe une équipe pluridisciplinaire
de 13 partenaires représentant 8 pays européens.
Le bruit sous-marin lié au trafic maritime induit des risques sur la
faune marine (perturbation des flux migratoires, raréfaction de
certaines espèces, échouage de cétacés…). Afin de limiter ces
effets et ainsi conserver pour l’avenir la biodiversité et les ressources halieutiques, les autorités européennes lancent actuellement des actions dont le but est de faire évoluer la réglementation
et les standards de conception. Le projet AQUO (Achieve QUieter
Oceans by shipping noise footprint reduction) a été bâti en réponse
à un appel à projet européen lancé dans le cadre du FP7, thématique « Transport ».
Piloté par DCNS, le consortium AQUO est constitué d’une équipe
pluridisciplinaire issue de l’industrie navale, d’une société de classification, de PME spécialisées et de différents organismes de
recherche et universités.
Comme l’indique la figure ci-après, le projet est organisé en 5 lots de
tâche ou WP permettant de traiter toute la complexité du problème
posé et la diversité des sujets à traiter.
t WP1 – Estimation de l’empreinte sonore : Fournir un outil de
prédiction de l’empreinte sonore du trafic maritime permettant
d’aider la prise de décision des régulateurs en estimant les risques
pour la vie marine.
t WP2 – Sources sonores : Amélioration et validation de modèles et
de méthodes de prédiction du bruit rayonné par les propulseurs de
54
navires, en tenant compte de la cavitation et des effets
d’interaction.
t WP3 – Mesures sur site : Développement de nouveaux outils et
méthodes de mesures expérimentales en mer (incluant la détection
et caractérisation de la cavitation). Proposition d’un standard européen de procédure de mesure du bruit rayonné sous l’eau afin de
combler les lacunes des standards actuels.
t WP4 – Sensibilité de la faune marine : Expériences et définition
de critères bioacoustiques pour la protection de la vie marine
contre le bruit sous-marin. Activité supervisée par un comité
éthique interne et un expert éthique externe.
t WP5 – Guides pratiques pour réduire l’empreinte sonore du trafic
maritime : Les solutions envisagées sont soit à caractère technique
(la réduction du bruit rayonné dans l’eau par les navires en particulier le bruit des propulseurs avec cavitation), soit liées au contrôle
du trafic maritime (par exemple imposer des routes différentes ou
réduire la vitesse).
Dans ce cadre, DCNS Research assure le management du projet, la
dissémination des résultats et contribue à plusieurs tâches techniques, notamment :
tl’élaboration d’un modèle paramétrique représentant le bruit
rayonné de navires en fonction du type de navire, de sa taille et de
sa vitesse ;
tles techniques de mesure du bruit rayonné ;
RESEARCH_1
DISCRÉTION ET FURTIVITÉ
Organisation du projet et présentation des partenaires.
www.aquo.eu
Exemple de traitement de données expérimentales de bruit rayonné.
____ Données expérimentales.
- - - - - Gabarit.
tla prédiction du bruit rayonné par le propulseur en interaction
avec la coque ;
tla recherche de solutions pour la réduction du bruit rayonné et
l’évaluation de leur efficacité.
Sur la plupart de ces tâches, DCNS Research travaille en synergie
avec les ingénieries SMA et SNS afin de bénéficier de l’expérience
du groupe DCNS sur la conception de navires acoustiquement
discrets.
À titre d’exemple, la figure suivante représente un premier résultat
de représentation du niveau spectral de bruit rayonné d’un bâtiment de surface à différentes vitesses, obtenu en superposant le
bruit d’origine mécanique (sources internes au navire), le bruit du
propulseur sans cavitation et le bruit de cavitation.
(1) AQUO – Achieve Quieter Oceans by shipping noise footprint reduction : rendre les
océans plus silencieux par la réduction des empreintes sonores dues au trafic
maritime.
_RÉFÉRENCES
[1] C. AUDOLY, C. ROUSSET, EU FP7 AQUO Project “Achieve Quieter
Oceans by shipping noise footprint reduction”. MARNAV
Conference, Glasgow, 5-7 Sept. 2012.
RESEARCH_1
55
56
RESEARCH_1
PRODUCTIVITÉ
ET COMPÉTITIVITÉ
DES PROCÉDÉS
INDUSTRIELS
Les procédés industriels touchent à l’ensemble des
processus de fabrication des produits et des composants. Ce champ très vaste inclut le choix des matériaux, les procédés de fabrication, les techniques
d’assemblage et les moyens de contrôle adaptés.
Il inclut aussi l’usage extensif de la réalité virtuelle
ou augmentée, autrement dit l’utilisation des
moyens de modélisation et de visualisation pour
choisir la meilleure façon de procéder, bien avant
le prototype. Enfin, l’évolution de l’organisation de
la chaîne globale de production intégrant les nouvelles technologies de fabrication, et les principes
d’organisation complexes fait l’objet au sein des différentes filières industrielles, des recherches sur
« l’usine du futur » et « l’usine étendue ».
RESEARCH_1
57
PRODUCTIVITÉ ET COMPÉTITIVITÉ DES PROCÉDÉS INDUSTRIELS
Nettoyage par un procédé
mousse innovant
d’un échangeur de chaleur
encrassé
AUTEURS : Jean-Michel CORRIEU, Sylvain FAURE (CEA), Emmanuel HERMS (CEA)
Suite à une anomalie de chimie résultant en un relâchement anormal de surfaces en alliages de cuivre,
un échangeur de chaleur a été encrassé par des dépôts adhérents de phosphates métalliques.
Après analyse des dépôts et réalisation d’essais de corrosion des matériaux de structure en présence
du dépôt, et considérant le risque de s’écarter à nouveau des conditions de chimie nominale et donc de
favoriser une corrosion à long terme, il a été décidé de nettoyer les surfaces encrassées.
DCNS Research a participé à la mise au point du procédé qui a comporté des phases d’études et d’essais
en laboratoire relatives à l’efficacité des produits, l’innocuité du procédé vis-à-vis des alliages métalliques en présence, l’enchaînement et la durée des différentes phases de nettoyage.
L’échangeur de chaleur concerné est un récipient sous pression
constitué de parois et plaque à tubes en acier, avec certaines parties
revêtues d’acier inoxydable. Les tubes à travers lesquels se fait
l’échange de chaleur sont en acier inoxydable austénitique
X2NiCrTiAl32-21.
Le traitement chimique normal de l’échangeur de chaleur est un
traitement au phosphate de sodium, formé d’un mélange de phosphate trisodique Na3PO4 et de phosphate disodique Na2HPO4.
De manière classique, ce traitement a pour fonction de tamponner
le pH du milieu et de faire précipiter sous forme de phosphates les
cations métalliques. Ces phosphates qui se précipitent sur la plaque
à tube de l’échangeur sont régulièrement aspirés pour éviter que les
dépôts ne s’accumulent.
Le circuit d’alimentation de l’échangeur de chaleur est constitué
d’éléments en alliages de cuivre. De ce fait, l’eau qui entre dans
l’échangeur contient principalement du cuivre dissous en tant
qu’élément résiduel, à des teneurs de quelques μg/l en fonctionnement normal, lorsque la teneur en oxygène de l’eau d’alimentation
est maintenue en dessous d’une valeur de 50 μg/l.
Pendant une période de quelques semaines, une avarie a eu lieu
dans le fonctionnement de l’échangeur : la teneur en oxygène a
58
connu des valeurs hautes, supérieures à 100 μg/l. Il s’en est suivi
une corrosion généralisée des éléments en alliages de cuivre et une
pollution importante de l’échangeur.
Dans un premier temps, la principale conséquence de cette pollution
a été la difficulté à maintenir la chimie du milieu : la consommation
des phosphates du fait de la précipitation avec les métaux polluants
a entraîné une dérive du pH vers des valeurs élevées.
Dans un second temps, et alors que le traitement était à nouveau sous
contrôle du fait d’un arrêt de la pollution en cuivre, des prélèvements
et analyses de dépôts et des contrôles télévisuels de l’intérieur de
l’échangeur ont pu être effectués. Les conclusions ont été que l’intérieur de l’échangeur était fortement encrassé, par un dépôt formé de
cuivre métallique et de phosphates mixtes de fer et de nickel.
L’extraction d’un tube a permis d’analyser finement les dépôts existant et de vérifier l’absence de corrosion des tubes sous les dépôts.
Des essais en laboratoire ont été effectués pour vérifier l’innocuité
des dépôts vis-à-vis des matériaux en présence. Ces essais de corrosion sous contraintes en autoclave en présence de dépôts prélevés
ou de dépôts recréés artificiellement (mélanges de CuO et Fe3O4)
n’ont pas montré de sensibilité des matériaux.
RESEARCH_1
PRODUCTIVITÉ ET COMPÉTITIVITÉ DES PROCÉDÉS INDUSTRIELS
Photographie des dépôts présents.
Sonde de mesure de corrosion.
Malgré le retour à la normale du traitement chimique, il a été décidé de
démonter l’échangeur de chaleur et de le nettoyer. Deux raisons principales ont dicté ce choix : le risque de corrosion sous dépôts à long
terme et la perturbation des contrôles non destructifs par ces dépôts.
Les procédés dérivés des opérations effectuées sur générateurs de
vapeur de centrales nucléaires électrogènes bénéficient d’un bon
retour d’expérience, mais souffraient dans le cas présent d’un certain
nombre de handicaps, parmi lesquels la difficulté pour un échangeur
démonté de mettre en œuvre des phases de nettoyage comportant
un chauffage de la solution [1-3].
La décision a donc été prise de développer un nouveau procédé de
nettoyage à base de mousses, en profitant des compétences du
CEA dans le domaine [4]. Les principaux avantages de ce type de
procédé sont d’améliorer l’efficacité du nettoyage et de diminuer le
volume de solution utilisée.
Le choix des produits chimiques à utiliser a été fait en s’orientant
vers des produits susceptibles de dissoudre ou déstabiliser les
dépôts, tout en s’interdisant l’utilisation des produits susceptibles
après rinçage de laisser des polluants qui même en faibles quantités
pourraient provoquer des phénomènes de corrosion sous
contraintes sur les tubes d’échanges : les acides chlorhydriques et
sulfuriques ont été par exemple d’emblée écartés.
Il a été mis en évidence au fur et à mesure des essais qu’il était préférable d’alterner plusieurs phases de nettoyage.
L’efficacité des produits chimiques à dissoudre les dépôts a été testée
en réalisant des essais en laboratoire. La cinétique de dissolution a
été mesurée sur des dépôts extraits de l’échangeur et, comme les
masses récupérées étaient trop peu importantes, sur les dépôts artificiels réalisés en autoclave à partir de produits de laboratoire.
L’innocuité des produits utilisés sur les principaux matériaux constitutifs de l’échangeur a été vérifiée. Des essais de perte de masse et
de caractérisation électrochimique ont donc été effectués sur des
coupons de ces matériaux (acier, aciers inoxydables).
Le meilleur compromis entre efficacité vis-à-vis de la dissolution des
dépôts et innocuité vis-à-vis des matériaux a ainsi pu être trouvé
RESEARCH_1
dans les concentrations de produits. La concentration en acide
phosphorique, limitée à l’origine à 0,3 M du fait d’une corrosion trop
importante de l’acier peu allié à des concentrations supérieures, a
pu être augmentée à 0,5 M pour augmenter la dissolution des
dépôts, en utilisant en complément un inhibiteur de corrosion.
Dans ces conditions, la corrosion généralisée de l’acier est acceptable et aucun risque de corrosion par piqûres des aciers ou des
alliages inoxydables n’a été mis en évidence.
Des examens de tubes ayant subi en laboratoire le cycle complet de
nettoyage ont permis de valider la non-agressivité de l’opération.
Un suivi électrochimique par mesure de résistance de polarisation a
été mis au point afin de vérifier à tout moment que la solution de
nettoyage n’est pas trop agressive : une sonde constituée d’une
électrode de travail en acier, d’une électrode de référence en titane
et d’une contre-électrode en titane, est trempée dans la solution. La
résistance de polarisation de l’acier est mesurée et comparée à un
critère d’acceptation.
Le procédé validé a pu être appliqué en donnant satisfaction [5].
_RÉFÉRENCES
[1] K. FUJIWARA et al, “Applicability of Chemical Cleaning Process
to Steam Generator Secondary Side, (I) Outline of the Investigation
and Cleaning Effectiveness”, Journal of NUCLEAR SCIENCE
and TECHNOLOGY, Vol.41, N°1, p. 44-54 (January 2004).
[2] Steam Generator Chemical Cleaning Process Development,
EPRI NP-3009, Project S150-1, Final Report April 1983.
[3] Utility Experience with Steam Generator Chemical Cleaning,
EPRI TR-104553, Project S523-03, Final Report December 1994.
[4] S. FAURE, B. FOURNEL, P. FUENTES, Composition, foam
and method for surface decontamination, World Patent WO
2004/008463.
[5] J.-M. CORRIEU, S. FAURE et E. HERMS, proceedings NPC2012,
paper 150-059.
59
PRODUCTIVITÉ ET COMPÉTITIVITÉ DES PROCÉDÉS INDUSTRIELS
Soudage par Faisceau
d’Électrons (FE)
de l’acier inoxydable
X6CrNiMoNb 17.12.2
AUTEUR : François CORTIAL
DCNS a conduit une démarche complète de conception et de réalisation d’un équipement sous pression nucléaire en acier inoxydable austénitique stabilisé au niobium (Nb) en remplacement d’une
technologie acier au carbone revêtu d’acier inoxydable. Ce changement de technologie a conduit en
particulier à des travaux sur la qualification du soudage des soudures principales par faisceau d’électrons (FE) en forte épaisseur, et sur la contrôlabilité de ces soudures en fabrication et en service (1).
Pour réaliser certains équipements sous pression en acier au
carbone 16MND5 revêtu d’aciers inoxydables (309L, 316L), il
était tentant de passer à un monomatériau en acier inoxydable
avec des caractéristiques (mécaniques, tenue à la corrosion,
soudabilité…) compatibles des besoins. Le choix de l’acier
X6CrNiMoNb 17.12.2 (acier 26BN) s’est imposé de par la
connaissance que nous en avions (2) et de ses nombreuses utilisations antérieures. L’exigence de contrôles volumiques des
soudures austénitiques par ultrasons (US) a imposé une limitation de la largeur de la zone fondue et conduit à choisir le soudage FE. Le centre DCNS de Nantes-Indret possédant une
hypermachine FE (800 m3, 63 kW) nous avons donc choisi de
remplacer les soudures de jonction traditionnellement réalisées
à l’arc (anneau fusible + procédés 111 et 121) par des soudures
FE (amélioration de la contrôlabilité, faibles retraits, temps
d’usinage et de soudage considérablement réduits).
La conception s’appuie sur le choix d’ébauches forgées de forte
épaisseur permettant de supprimer des soudures encastrées et
les limitations de l’étendue contrôlée du fait des singularités
géométriques associées à ces soudures, et sur le choix d’une
enveloppe en acier inoxydable permettant la suppression des
60
opérations : de revêtement, des liaisons bimétalliques (LBM) et
de la soudure dite de fermeture… Le dimensionnement a
conduit à une épaisseur maximale de 80 mm.
La fabrication et les contrôles associés présentent des exigences très comparables à celles du RCC-M niveau 1 (3) mais
avec des exigences renforcées (grosseur de grains, seuils de
notation abaissés en contrôle ultrasonore (US), double contrôle
volumique).
L’ensemble de ces exigences a déterminé les principales problématiques à résoudre pour la réalisation de l’équipement : obtention d’ébauches forgées ayant les caractéristiques mécaniques
et la qualité métallurgique requise, (perméabilité aux US),
obtention de joints soudés répondant aux exigences de qualité
pour un équipement sous pression de niveau 1, obtention d’un
niveau de contrôlabilité compatible de cette visée de qualité.
Des ébauches forgées répondant aux critères de qualité métallurgique et de caractéristiques mécaniques dans les dimensions nécessaires ont été obtenues (nombreuses mises au
point-simulations-qualifications techniques de pièces martyres
ou de types) définissant des process validés avec le client
(CEA DAM).
RESEARCH_1
PRODUCTIVITÉ ET COMPÉTITIVITÉ DES PROCÉDÉS INDUSTRIELS
Le soudage FE (figure 1) est passé par les étapes clés de
démonstration de la faisabilité opératoire et métallurgique. Les
paramètres optimaux de soudage dans les différentes phases
représentatives du soudage FE (phase de montée-régime établi-phase d’évanouissement) ont été recherchés en relation
avec 100 % de compacité (absence de défauts plans et volumiques). Ce choix s’est fait en relation avec les dispositifs de
maintien du bain en entrée-sortie de faisceau (dimensionnel,
positionnement). Enfin, les qualifications des modes opératoires de soudage FE et les qualifications des modes opératoires de réparation à l’arc ont été obtenues suivant le
référentiel de DCNS.
La largeur de clou FE (figure 2) est comprise entre 6 et 15 mm.
La ZAT (Zone Affectée Thermiquement) est inexistante compte
tenu du cycle thermique ultrarapide (pas de grossissement de
grains, pas de précipitation, pas de transformation métallurgique de la ferrite du métal fondu). La zone d’évanouissement
révèle une transition de fusion particulièrement propre (détail
figure 2). Les caractéristiques mécaniques du joint FE sont ≈
590 MPa pour Rm à 20 °C et ≈ 460 MPa à chaud pour une énergie KV ≈ 150 J.
Les qualifications de réparations par procédé à l’arc : ≤ 3 mm
par procédé 141 et jusqu’à 40 mm par procédé 111 satisfont les
exigences du référentiel DCNS.
En CND (Contrôles Non Destructifs), l’obtention d’un indice de
taille de grain meilleur que 3 permet une bonne transmission US
pour le métal de base. Le volume de métal fondu FE est très
réduit. Les essais réalisés sur cales représentatives en ondes
longitudinales inclinées à 45°, 60° et 70° montrent qu’en réalisant l’examen par les deux faces du joint, il est possible d’atteindre une sensibilité de – 12 dB par rapport à une génératrice
de diamètre 2 mm située après la traversée du joint (sensibilité
identique à soudures équivalentes en acier ferritique). Pour les
réparations à l’électrode enrobée, la sensibilité se dégrade rapidement avec l’augmentation de l’épaisseur réparée : dans le pire
des cas (réparation jusqu’à mi-épaisseur), les essais ont montré
qu’il était possible d’atteindre localement une sensibilité de
– 6 dB par rapport à une génératrice de diamètre 2 mm (située
dans le métal fondu).
La conduite de la fabrication (figure 3) a été codifiée dans
tous ses détails (usinages des pièces, préparation des bords à
souder, arasages internes après soudage, contrôles dimensionnels, vérification des paramètres à vide, tir de chauffe…). Les
retraits de soudures sont de l’ordre de 0,6 mm en hauteur et
0,2 mm au rayon.
Cette démarche industrielle de conception et de réalisation d’un
équipement sous pression nucléaire en acier inoxydable
X6CrNiMoNb 17.12.2 a été étendue au soudage d’autres composants en acier X6CrNiMoNb 17.12.2 (équipements sous pression
et leurs internes) dans la gamme d’épaisseur 40 à 80 mm.
RESEARCH_1
Figure 1. Soudage FE.
Figure 2. Macrographie du joint FE et détail de l’évanouissement
du faisceau.
Figure 3. Aspect externe sur composant en zone
d’évanouissement.
_RÉFÉRENCES
[1] F. CORTIAL, T. GIRAUD, P. RECOLIN, S. DROBYSZ, Soudage par
faisceau d’électrons de l’acier inoxydable austénitique stabilisé au
niobium X6CrNiMoNb17.12.2. Société Française d’Énergie
Nucléaire, Paris, 22/11/2012 (à paraître dans la Revue Générale
Nucléaire).
[2] F. CORTIAL, J-C. PARPILLON, G. LESUFFLEUR and A. CHEVIET,
Electron beam welding of Z6CNDNb 17.12.2 and 16 MND 5 steels in
thick sections for nuclear applications. 6e CISFFEL, Toulon, France,
1998, Tome 1, 347-354.
[3] RCC-M : Règles de Conception et de Construction des Matériels
mécaniques des îlots nucléaires REP (AFCEN Ed.).
61
NOS COMMUNICATIONS SCIENTIFIQUES
_ Interaction fluide-structure – Analyse vibratoire
par éléments finis (Niveau C)
_M. Pomarede, A. Hamdouni, E. Liberge, E. Longatte, J.-F. Sigrist
Numerical Study of Fluid-Structure Interactions in Tube Bundles
with Multiphase-POD Reduced Order Approach
11th Biennal Conference on Engineering Systems Design
and Analysis, Nantes, 2-4 July 2012
Jean-François Sigrist – éditions ELLIPSES MARKET
Parution : novembre 2011
L’ouvrage présente les méthodes d’éléments finis pour l’analyse
vibratoire de systèmes mécaniques avec prise en compte des
interactions fluide/structure
_A. Tallet, C. Leblond, C. Allery
Anisothermal Flow Control by Using Reduced-Order Models
11th Biennal Conference on Engineering Systems Design
and Analysis, Nantes, 2-4 July 2012
PARUTIONS
_ Hydrodynamique navale (tome 2) : l’hydrodynamique
du sous-marin
Alain Bovis – Presses de l’ENSTA, 2011
L’ouvrage est la suite du tome 1, paru en 2010, Hydrodynamique
navale : théorie et modèles
PARTICIPATION À DES COMITÉS
SCIENTIFIQUES
_Acoustics 2012
Nantes (France), 23-27 avril 2012
_Flow-Induced Vibration 2012
_F. Gaugain, A. Astolfi, J.-F. Sigrist, F. Deniset
Numerical and Experimental Study of the Hydroelastic Behaviour
of an Hydrofoil
Flow Induced Vibration, Dublin, 2-6 July 2012
_M. Pomarede, E. Liberge, A. Hamdouni, E. Longatte, J.-F. Sigrist
Numerical Study of Tube-Bundle Flow-Induced Vibrations
with Multiphase-POD Approach
Flow Induced Vibration, Dublin, 2-6 July 2012
_L. Rouleau, J.-F. Deü, A. Legay, J.-F Sigrist, F. Le Lay, P. -M. Curtoud
A Component Mode Synthesis Approach for Dynamic Analysis
of Viscoelastically Damped Structures
10th World Congress on Computational Mechancis,
São Paulo, 8-12 July 2012
Dublin (Irlande), 2-6 juillet 2012
_Organisation des Journées Acoustique et Applications
Navales (JAAN 2011)
sous l’égide de la SFA (Société Française d’Acoustique),
les 24 et 25 octobre 2011 à Lyon
Site Web http://www.lmp.u-bordeaux1.fr/gapsus/
(rubrique manifestations déjà organisées, année 2011)
_Nomination de Christian Audoly
comme président de la commission de normalisation en
acoustique sous-marine récemment créée par l’AFNOR
COMMUNICATIONS
_L. Rouleau, J.-F. Deü, A. Legay, J.-F Sigrist, P.-M. Curtoud
Reduced Order Model for Noise and Vibration Attenuation of Water
Immersed Viscoelastic Sandwich Structures
Acoustics 2012, Nantes, 23-27 April 2012
_S. Iakovlev, J.-F. Sigrist, C. Leblond, H. A.F.A. Santos, A. Lefieux,
K. Williston
Mathematical Modeling of the Acoustic Radiation by Submerged
Elastic Structures
Acoustics 2012, Nantes, 23-27 April 2012
_R. Fargère, J.-F. Sigrist, R. Bosio, C. Ménard, P. Velex
Simulation of the Dynamic Behaviour of a Geared Transmission
on Hydrodynamic Journal Bearings
Acoustics 2012, Nantes, 23-27 April 2012
62
_M. Pomarede, E. Liberge, A. Hamdouni, E. Longatte, J.-F. Sigrist
Numerical Study of Tube-Bundle Flow-Induced Vibrations
with Multiphase-POD Approach
10th World Congress on Computational Mechancis,
Sao Paulo, 8-12 July 2012
_F. Gaugain, F. Deniset, A. Astolfi, J.-F. Sigrist
Étude numérique et expérimentale du comportement
hydro-élastique d’un profil portant
13e Journées de l’Hydrodynamique, Chatou,
21-23 novembre 2012
_C. Drouet, N. Cellier, C. Fresser, L. Boudet
Prédiction des mouvements d’un navire dus à la houle
en vue d’opérations maritimes
Association Technique Maritime et Aéronautique,
Marseille, 2011
_P. Jochmann, X. Dal Santo
Model DP system for ice tank research. Ocean Offshore and
arctic engineering conference 2012
Rio de Janeiro, 1-6 July 2012
_N.-A. Jenssen, T. Hals, P. Jochmann, A. Haase, X. Dal Santo,
S. Kerkeni, O. Doucy, A. Gürtner, S. Stole-Hetschel, P.-O. Moslet,
I. Metrikin, S.Loset
DYPIC – A multinational R&D project on DP technology in ice
Marine Technology Society Dynamic Positioning Conference 2012,
Houston, 9-10 October 2012
RESEARCH_1
NOS COMMUNICATIONS SCIENTIFIQUES
_I. Metrikin, N.-A. Jenssen, S. Kerkeni
Numerical simulation of dynamic positioning in ice
Marine Technology Society Dynamic Positioning Conference 2012,
Houston, 9-10 October 2012
_A. Nègre, O. Marceau, D. Laneuville, H. Zhang, B. De Saporta,
F. Dufour
“Stochastic Control for Underwater Optimal Trajectories”
Proceedings of the IEEE/AIAA Aerospace International Conference,
Big Sky, MT, Mars 2012
_D. Laneuville, Y. Bar-Shalom
“Maneuvering Target Tracking: A Gaussian Mixture Based IMM
Estimator”
Proceedings of the IEEE/AIAA Aerospace International Conference,
Big Sky, MT, mars 2012
_C. Audoly
“Acoustic characterisation of anechoic or decoupling coatings taking
into account the supporting hull”
RINA Warship 2011 conference, Naval Submarines and UUVs,
29-30 June, 2011, Bath, UK
_C. Audoly, C. Rousset
“AQUO Project – Achieve QUieter Oceans by shipping noise footprint
reduction”
MARNAV 2012 Conference 5-7 September 2012, Glasgow, UK
_C. Audoly
“Determination of efficiency of anechoic or decoupling hull coatings
using water tank acoustic measurements”
11e Congrès Français d’Acoustique (CFA 2012), Nantes,
23-27 avril 2012 – article n° 270
_G. Lepert, C. Audoly
“Recovery of the effective wavenumber and dynamical mass density
for materials with inclusions”
11e Congrès Français d’Acoustique (CFA 2012), Nantes,
23-27 avril 2012 – article n° 599
_Fabian Pécot, Camille Yvin, Riccardo Buiatti,
Jean-Jacques Maisonneuve
Shape Optimization of a Monohull Fishing Vessel
IMDC2012, 11th International Marine Design Conference,
11-14 June 2012 Glasgow, UK
_J. Gutierrez, À. Breuillard, D. Marquis, C. Chivas-Joly,
Fire Safety Engineering Applied to the Evaluation of the Safety Level
of marine composite structures
Fire and Materials 2013, San Francisco
_Antoine Pagès, Jean-Jacques Maisonneuve, (Sirehna®), Clève Wandji,
Philippe Corrignan, (Bureau Veritas), Benoît Vincent (Ifremer)
Small fi shing vessels study and modelling for the improvement
of the behaviour in extreme seas
STAB 2012, 11th International Conference on the Stability of Ships
and Ocean Vehicles, 23-28 Sept 2012, Athens, Greece.
RESEARCH_1
PUBLICATIONS
_J.-F. Sigrist, D. Broc
Méthodes numériques de calcul couplé fluide/structure. Méthode
d’homogénéisation pour l’analyse vibratoire de faisceaux tubulaires
Traité de Mécanique, Dossier BM-5202, Techniques de l’Ingénieur,
Paris, 2012
_L. Rouleau, J.-F. Deü, A. Legay, J.-F. Sigrist
Vibro-Acoustic Study of a Viscoelastic Sandwich Ring Immersed
in Water
Journal of Sound and Vibration, 331, 522-539, 2012
_A. Ducoin, J.A. Astolfi, J.F. Sigrist
An Experimental Analysis of Fluid-Structure Interaction on a Flexible
Hydrofoil in Various Flow Regimes Including Cavitating Flow
European Journal of Mechanics. B/Fluids, 36, 63-74, 2012
_J.-C. Petiteau, E. Verron, R. Othman, H. le Sourne, J.-F. Sigrist,
G. Barras
Large Strain Rate-Dependant Response of Elastomers at Different
Strain Rates: Convolution Integral vs. Internal Variable Formulations
Mechanics of Time-Dependant Materials, **, **-**, 2012
_C. Audoly
“Evaluation of sound velocity inside underwater acoustic materials
using test panel acoustic measurements”
J. Phys.: Conf. Ser. 353 012004 ( http://iopscience.iop.org/
1742-6596/353/1/012004 )
_D. Miret J.-M. Elissalt, G. Soriano, M. Saillard
Rigorous simulations of microwave scattering from finite
conductivity two-dimensional sea surfaces at low-grazing angles
Article soumis à IEEE GeoScience
_Jérémie Raymond
“Sea state estimation based on ship motions measurements
and data fusion”
Proceedings of 2nd International Workshop on Springing and
Whipping, – Split 8 to 10 novembre 2012
_Céline Drouet, Nicolas Cellier, Jérémie Raymond, Denis Martigny
“Sea state estimation based on ship motions measurements
and data fusion”
Proceedings of the 32th International Conference on Ocean,
Offshore and Artic Engineering, 2013
_F. Cortial, T. Giraud, P. Recolin, S. Drobysz
Soudage par faisceau d’électrons de l’acier inoxydable austénitique
stabilisé au niobium X6CrNiMoNb17.12.2.
Société Française d’Énergie Nucléaire, Paris, 21/11/2012
(à paraître dans la Revue Générale Nucléaire)
63
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