Contexte
Du point de vue de la sécurité, la probabilité de collision d’un navire lors d’une manœuvre d’évitement d’un autre navire ou dérivant suite à une avarie de propulsion peut être considéré comme non négligeable.
D’autre part, des simulations numériques de collisions de navires contre des supports d’éoliennes fixes de type jacket (Le Sourne, 2015) ou monopile (Bela, 2017) et flottants (Echeverry, 2019) ont clairement montré que pour certains scénarios parfaitement réalistes, un impact à relativement faible vitesse peut conduire à l’effondrement de l’éolienne sur le pont du navire. Les conséquences peuvent être importantes : perte de vies humaines, perforation des cuves du navire entraînant une pollution voire une explosion dans le cas d’un méthanier, endommagement des éoliennes impactées, rupture des lignes d’ancrage conduisant à la dérive de la plateforme et à une collision de celle ci contre d’autres éoliennes du parc.
Ruptures scientifiques et innovation
Le projet de recherche ColFOWT a pour objectif de développer et de valider un outil de simulation fiable et rapide pour l’analyse des collisions de navires contre des éoliennes flottantes. Cet outil couplera des formulations analytiques issues de l’analyse limite plastique (super éléments) à un solveur dédié aux mouvements d’ensemble des flotteurs, en incluant l’action des lignes d’ancrage sur les mouvements de plateforme, pendant et après la collision.
Impact technique et économique attendu
L’outil développé dans le cadre du projet ColFOWT permettra aux bureaux d’étude d’estimer, au stade de l’avant projet, les conséquences d’une collision en termes d’endommagement du navire, de l’éolienne et des lignes d’ancrage. La rapidité d’un tel outil permettra également aux sociétés de classification et aux organismes de régulation du trafic maritime de traiter l’ensemble des scénarios prescrits dans une analyse de risque d’un parc éolien. Ainsi, les conséquences des situations à risques non seulement pour les fermes éoliennes mais aussi pour les navires naviguant à proximité de celles ci pourront être identifiées.
Dates clés du projet
- Octobre 2019 - Démarrage du projet
- Septembre 2022 - Clotûre du projet
Résultats
Dans un premier temps, la simulation par éléments finis de la collision d’un navire de servitude contre une éolienne flottante de type SPAR a permis d’une part d’identifier les différents mécanismes d’endommagement ainsi que leur enchainement au cours du temps et d’autre part de confirmer l’importance de l’action des forces hydrodynamiques. L’étude approfondie du bilan d’énergie incluant cette dernière a également permis de souligner certaines limitations du code Ls-Dyna / MCOL.
Dans un second temps, des modèles analytiques basés sur l’analyse limite ont été développés afin d’estimer la force résistante plastique pour les modes d’endommagement successifs. Ces modèles ont été validés par comparaison aux résultats numériques pour de fortes énergies d’impact. En revanche, on a montré que lorsque l’énergie d’impact reste modérée, il devient nécessaire de prendre en compte (aussi) le comportement élastique de l’éolienne.
En parallèle, la réponse à l’impact d’un panneau en béton renforcé a été simulée et plusieurs lois de comportement proposées dans Ls-Dyna ont été comparées à des résultats expérimentaux issus de la littérature. Les modèles analytiques existants permettant de déterminer la force résistante du panneau ont également été étudiés. Un modèle d’impact d’un bulbe déformable contre une plaque béton a été développé et validé par confrontation à des résultats expérimentaux et numériques.
Enfin, la future campagne d’essais d’impacts d’une structure en béton renforcé (prévue en fin d’année) a été préparée.
Publications et communications produites
Publications écrites :
- Echeverry, S., Márquez, L., Rigo, P., Le Sourne, H. Numerical crashworthiness analysis of a spar floating offshore wind turbine impacted by a ship. Developments in the Collision and Grounding of Ships and Offshore Structures, Proceedings of the 8th International Conference on Collision and Grounding of Ships and Offshore Structures (ICCGS) 004(2004), 85–95, 2020.
- Le Sourne, H. The super-element method for ship collision and grounding fast analysis, Keynote Lecture, Proceedings of the 5th International Conference on Ships and Offshore Structures (ICSOS), Glasgow, Sept. 2020.
- Ladeira, I., Le Sourne, H., Echeverry, S., Rigo, P. Assessment of the energy balance gap for ship-FOWT collision simulations with LS-DYNA/MCOL. Proceedings of the 8th International Conference on Marines Structures (MARSTRUCT), Trondheim, June 2021.
- Marquez, L.., Rigo, P. Le Sourne, H. Ship Collision Events Against Reinforced Concrete Offshore Structures. Proceedings of the 8th International Conference on Marines Structures (MARSTRUCT), Trondheim, June 2021.
