Développement d'un outil statistique pour évaluer les charges maximales subies par l'isolation d'une cuve de méthanier au cours de sa période d'exploitation

Development of a statistical tool to determine sloshing loads to be applied on cargo containment system of a LNG carrier for structural strength assessment

• Auteur / Autrice : Blandine Fillon
• Direction : Marc Arnaudon, Serge Huberson, Jean-François Dupuy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques et leurs interactions
• Date : Soutenance le 19/12/2014
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie pour l'information, mathématiques (Limoges ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mathématiques et applications (Poitiers ; 2000-...)
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Hermine Biermé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marc Arnaudon, Serge Huberson, Jean-François Dupuy, Guy Parmentier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Girard, Clément Dombry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Essais

Modèles réduits

Impact

Gaz naturel liquéfié

Ballottement (hydrodynamique)

Valeurs extrêmes, Théorie des

Mots clés libres

Méthanier à technologie membrane

Ballottement (hydrodynamique)

Interaction fluide-Structure

Essais sur maquette

Pression d'impact

Loi de Weibull

Loi des valeurs extrêmes généralisée

Loi de Pareto généralisée

Maximum par bloc

Excès au-Dessus d'un seuil (POT)

Membrane type LNG carrier

Sloshing

Fluid-Structure interaction

Model tests

Impact pressure

Weibull distribution

Generalized extreme value distribution

Generalized Pareto distribution

Block maximum

Peaks over threshold (POT)

Résumé

Ce travail de thèse porte sur les outils statistiques pour l'évaluation des maxima de charges de sloshing dans les cuves de méthaniers. Selon les caractéristiques du navire, son chargement et les conditions de navigation, un ballotement hydrodynamique est observé à l'intérieur des cuves, phénomène communément appelé sloshing. La détermination des charges qui s'appliquent à la structure est basée sur des mesures de pression d'impact au moyen d'essais sur maquette. Les maxima de pression par impact, extraits des mesures, sont étudiés. La durée d'un essai est équivalente à 5 heures au réel et insuffisante pour déterminer des maxima de pression associés à de grandes périodes de retour (40 ans). Un modèle probabiliste est nécessaire pour extrapoler les maxima de pression. Le modèle usuel est une loi de Weibull. Comme ce sont les valeurs extrêmes des échantillons qui nous intéressent, les ajustements sont aussi effectués par les lois des valeurs extrêmes et de Pareto généralisées via les méthodes de maximum par bloc et d'excès au-dessus d'un seuil.L'originalité du travail repose sur l'emploi d'un système alternatif, plus pertinent pour la capture des maxima de pression et d'une quantité de 480 heures de mesures disponible pour les mêmes conditions d'essai. Cela fournit une distribution de référence pour les maxima de pression et nous permet d'évaluer la pertinence des modèles sélectionnés. Nous insistons sur l'importance d'évaluer la qualité des ajustements par des tests statistiques et de quantifier les incertitudes sur les estimations obtenues. La méthodologie fournie a été implémentée dans un logiciel nommé Stat_R qui facilite la manipulation et le traitement des résultats.

This thesis focuses on statistical tools for the assessment of maxima sloshing loads in LNG tanks. According to ship features, tank cargo and sailing conditions, a sloshing phenomenon is observed inside LNG tanks. The determination of sloshing loads supported by the tank structure is derived from impact pressure measurements performed on a test rig. Pressure maxima per impact, extracted from test measurements, are investigated. Test duration is equivalent to 5 hours in full scale. This duration is not sufficient to determine pressure maxima associated with high return periods (40 years). It is necessary to use a probabilistic model in order to extrapolate pressure maxima. Usually, a Weibull model is used. As we focus on extreme values from samples, fittings are also performed with the generalized extreme value distribution and the generalized Pareto distribution using block maximum method and peaks over threshold method.The originality of this work is based on the use of an alternate measurement system which is more relevant than usual measurement system to get pressure maxima and a 480 hours measured data available for same test conditions. This provides a reference distribution for pressure maxima which is used to assess the relevance of the selected probabilistic models. Particular attention is paid to the assessment of fittings quality using statistical tests and to the quantification of uncertainties on estimated values.The provided methodology has been implemented in a software called Stat_R which makes the manipulation and the treatment of results easier.