Effet d'une bathymétrie variable sur la réponse linéaire et sur le mouvement de dérive lente d'une structure ancrée dans la houle

Effect of variable bathymetry on the linear anf slow-drift wave responses of floating bodies

• Auteur / Autrice : Ya Nan Liu
• Direction : Bernard Molin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et physique des fluides
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 1
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Provence. Section sciences - Institut de Recherche sur les Phénomènes Hors Equilibre (IRPHE) (Marseille)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Navires -- Hydrodynamique

Ondes -- Propagation

Résumé

Le problème considéré dans ce mémoire a trait au comportement sur houle irrégulière des structures flottantes opérant en relativement faible profondeur d’eau. Une situation de référence est un terminal méthanier, où les navires viennent se charger ou décharger de GNL (Gaz Naturel Liquéfié). La consommation mondiale de gaz étant en augmentation constante, et les pays producteurs éloignés des pays consommateurs, le transport de GNL par navires méthaniers est en forte croissance. De plus en plus fréquemment, faute d’espace et pour des raisons de sécurité, les terminaux ne sont plus en zone portuaire mais déportés au large, en mer ouverte, dans des profondeurs d’eau de 15 à 30 mètres. Les systèmes d’amarrage des navires doivent suffisamment restreindre leur mouvement pour permettre leur (dé)chargement, même pour des états de mer de quelques mètres de hauteur significative. Typiquement les périodes propres des mouvements horizontaux des méthaniers amarrés se situent entre 30 et 100 secondes : ceci signifie que non seulement leur réponse linéaire à la houle mais aussi leur réponse dite de ”deuxième ordre à basse fréquence” doit être correctement prédite dans le dimensionnement du système d’amarrage (aussi ères, ducs d’Albe, etc. ). L’industrie pétrolière offshore a maintenant acquis un grand savoir-faire dans le dimensionnement des systèmes d’ancrage en grande profondeur, pour ses unités de forage et de production. Il est rapidement apparu que les outils numériques développés pour ces applications n’étaient pas transposables au cas des terminaux méthaniers en zone côtière. En particulier des écarts importants ont été observés entre les prédictions des modèles numériques et les mesures faites en bassin d’essais, sur le comportement basse fréquence (aux fréquences propres du mouvement horizontal) du navire amarré. La raison la plus souvent invoquée de ces écarts est associée à la bathymétrie : la houle incidente évolue depuis le large sur des fonds variables, en profondeur d´ecroissante. Les variations bathymétriques sont le plus souvent lentes, avec des pentes de l’ordre du pour mille ou du pour cent, si bien qu’en première approximation les modèles classiques dits de faible pente prédisent correctement l’évolution de la houle ; mais cela n’est pas vrai de son contenu basse fréquence qui, localement, n’est pas le même que celui prédit par les théories de référence qui supposent une profondeur constante depuis l’infini. Il y a aussi des situations où le fond marin ne peut pas être considéré de faible pente, par exemple consécutivement à des opérations de dragage. Un cas de référence est le départ, depuis la côte, d’un pipeline o`u il s’avère souvent nécessaire de draguer un chenal pour que la barge de pose puisse opérer. Typiquement le chenal va avoir une profondeur de 10 à 15 mètres avec des fonds environnants beaucoup plus faibles. Là aussi des outils fiables sont necessaires pour prédire la réponse à la houle de la barge, dimensionner son ancrage, et vérifier que les contraintes dans le pipe sont admissibles. Le travail de thèse effectué ambitionne de faire avancer la connaissance sur ces problèmes de tenue à la houle de structures ancrées en bathymétrie variable, et de contribuer à l’amélioration des outils de dimensionnement.