Coordinateurs du projet
Contexte
Les bio-salissures marines peuvent avoir de nombreux effets nocifs sur les structures offshore et représentent donc un défi pour les ingénieurs dans les phases de conception et de maintenance. Plusieurs méthodes standardisées d’inspection et de mesures in-situ des caractéristiques des organismes marins ont donc été développées afin d’obtenir des paramètres pertinents tels que : la composition en pourcentage de couverture des différentes espèces, le pourcentage de couverture total, le poids et l’épaisseur des bio-salissures. Un des verrous identifiés dans ce projet se situe au niveau de la définition de la rugosité.
L’objectif est de proposer une nouvelle formulation de la rugosité aux certificateurs des systèmes EMR et par là de se détacher des règlements de l’offshore pétrolier. Le second objectif est de fournir un logiciel de calcul des coefficients hydrodynamiques en fonction de la rugosité et des conditions de houle.
Ruptures scientifiques et innovation
Depuis plus de 20 ans, une seule définition de la rugosité due à la bio-colonisation est utilisée pour les espèces rigides. Or les mesures in situ réalisées par Nantes Université montrent une forte hétérogénéité en taille et en densité des individus en surface. Des études préliminaires menées avec Total et Ifremer ont montrés une augmentation de 20% des efforts hydrodynamiques due à des microrugosités. L’innovation consiste en la redéfinition de la rugosité permettant une mise en relation plus facile avec les mesures in-situ notamment le dispositif Aksi-3D développé par Nantes Université et MAREI (Irlande).
Impact technique et économique attendu
- Améliorer la modélisation des coefficients d’interaction fluide structures pour l’ingénierie, en présence de bio-colonisation.
- Pour réduire les coûts de conception / maintenance des systèmes EMR.
- En améliorant la définition de la rugosité occasionnée par des organismes marins rigides.
Démonstrateur
Deux moyens d’essais ont été utilisés pour caractériser la biocolonisation : les deux sites en mer SEMREV (Ecole Centrale de Nantes) et UN@SEA avec la station de mesure Biocolmar (Université de Nantes). Les mesures ont été réalisés avec le protocole Aksi3D de l’Université de Nantes. Les bassins d’essais de l’IFREMER ont été utilisés pour la caractérisation des effets hydrodynamiques.
Résultats
Dans le cadre du projet Lehero-MG, un examen approfondi de l’effet du biofouling sur les forces hydrodynamiques a été effectué. L’effort s’est principalement porté sur l’influence de la biocolonisation sur la force de traînée des éléments fixes sous les courants stables et oscillants.
Cette étude a mis en évidence le fait que les forces hydrodynamiques sur les éléments cylindriques pouvaient être considérablement modifiées en introduisant tous les paramètres physiques d’encrassement marins pertinents. La plupart des études précédentes ont calculé le coefficient de traînée uniquement sur la base du rapport de rugosité de surface, en particulier dans la région du coefficient de Reynolds critique. Cependant, ces travaux montrent que la dépendance de l’encrassement biologique uniquement vis-à-vis de la rugosité de surface est sujette à un débat majeur. Par conséquent, bien que la plupart des modèles ne dépendent que de la rugosité de surface relative, les CD doivent être définis en fonction de plusieurs paramètres.
Ainsi, une nouvelle approche, s’appuyant sur les données recueillies, est proposée pour calculer le coefficient de force de traînée en fonction de la rugosité de surface, du taux de couverture de surface, du type d’agrégation ainsi que des espèces d’encrassement biologique. Une équation à paramètres multiples a été proposée pour estimer le coefficient de traînée des éléments circulaires recouverts d’encrassement biologique. Les modèles numériques proposés sont capables de prédire les effets de l’encrassement biologique d’une manière plus réaliste et fiable.
Des méthodes ont été testés pour identifier la meilleure mesure de la rugosité. On a démontré que le Madogram était le plus pertinent. On a démontré par ailleurs qu’une variation de rugosité de moules d’un centimètre pouvait causer une augmentation d’efforts de 10% sur une configuration réaliste d’ancrage testé en bassin.
Biocolonisation sur UN@SEA
Perspectives
- Analyse d’autres espèces, en particulier souples
- Analyse des effets dynamiques
- SHM de la biocolonisation