Thèse soutenue

Evaluation des limites d’utilisation des navires tractés par kite par l’étude des mouvements de tenue à la mer et de manoeuvrabilité

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Auteur / Autrice : Nedeleg Bigi
Direction : Christian JochumKostia RoncinJean-Baptiste LerouxAlain Nême
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique
Date : Soutenance le 15/12/2017
Etablissement(s) : Brest
Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme
Jury : Président / Présidente : Sandrine Aubrun-Sanches
Examinateurs / Examinatrices : Christian Jochum, Sandrine Aubrun-Sanches, Dominic A. Hudson, Carlos Manuel Pancada Guedes Soares, Xavier Carton, Richard Leloup, Sime Malenica, Serge V. Sutulo
Rapporteurs / Rapporteuses : Dominic A. Hudson, Carlos Manuel Pancada Guedes Soares

Résumé

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Afin de réduire les émissions de gaz à effet de serre et le coût du transport maritime, l'utilisation des cerfs-volants comme système de propulsion auxiliaire des navires est prometteuse. Pour estimer les performances et l’opérabilité d’un navire tracté par cerf-volant, une modélisation dynamique du système est alors mise en oeuvre. Une modélisation analytique de cerf-volant est utilisée. Ce modèle néglige la masse du cerf-volant et suppose que les lignes sont droites et indéformables. Ces hypothèses conduisent à un modèle cinématique dépendant du coefficient de portance et de la finesse aérodynamique. Une évolution linéaire des coefficients aérodynamiques en fonction de la courbure de la trajectoire de vol est proposée. Par ailleurs, en développant un modèle quasi analytique de ligne, il est montré qu’à partir de 2 m.s-1 de vent relatif que l’hypothèse de ligne droite est raisonnable. En se basant sur un modèle de ligne, un critère analytique de vitesse de vent minimum permettant un vol quasi-statique est présenté. Dans le but de résoudre l’ensemble des termes d’interaction entre le cerf-volant et le navire, un modèle linéarisé de tenue à la mer temporelle est développé. Le produit de convolution de la réponse impulsionnelle du navire est calculé avec des systèmes d’états. Cependant comme celle-ci représente mal les mouvements horizontaux des navires, le modèle développé est alors couplé à un modèle de manoeuvrabilité. Pour étudier les interactions entre le cerf-volant et le navire un couplage monolithique et un couplage dissocié sont comparés. Le couplage dissocié néglige l’influence des mouvements du navire sur le vol du cerf-volant. En cas de mer calme, les résultats obtenus par les deux types de couplage sont très proches. En cas de houle régulière les mouvements du navire sont principalement causés par la houle. Le couplage monolithique montre qu’un réseau de sous-harmoniques basse fréquence apparait alors dans le spectre d’excitation du navire. La fréquence fondamentale des sous-harmoniques est donnée par la différence entre la fréquence de vague et la fréquence de l’harmonique la plus proche de l’excitation du kite. Quand cette différence est suffisamment petite, un phénomène d’accrochage apparait. Ce phénomène est bénéfique pour le cerf-volant et le navire quand le décalage des harmoniques d'excitation correspond à une augmentation. Par ailleurs, une étude de la stabilité de route montre qu'il est nécessaire de contrôler activement le safran.