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 l’Université de Nantes 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 l’Université  de Nantes 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.

Dates clés du projet

  • Avril 2017 - Lancement du projet
  • Octobre 2017 - Synthèse bibliographique Définition unifiée rugosité
  • Avril 2018 - Cahier des charges essais et réalisation piloté par calcul
  • Avril 2020 - Nouvelle définition et modèle

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

Plateforme Biocolmar sur le site UN@SEA

Publications et communications produites

Communications orales
  • Unified Approach For Estimating Of The Drag Coefficient In Offshore Structures In Presence Of Bio-Colonization, Bakhtiari A., Schoefs F., Ameryoun H. Proc. of 37th int. conf. on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, (O.M.A.E’18), paper 78757, June 17-22, 2018, Madrid, Spain, 7 pages, proc. On CD-Rom (ASME 2018).
  • A review of the biofouling parameters influencing the drag force coefficient of offshore structures. Bakhtiari, A., Schoefs, F. & Ameryoun, H. 3rd International Conference on Renewable Energies Offshore (RENEW 2018), session Tuesday Morning ‘Wind Energy Devices I’, 8 pages, 8 – 10 October 2018, IST Congress Centre, Lisbon, Portugal, (2018).
  • Evaluation of marine growth parameters effects on offshore structures loading, Bakhtiari A., Schoefs F., Berhault C., Ameryoun H. paper #29, 54th ESReDA Seminar on Risk, Reliability and Safety of Energy Systems In Coastal and Marine Environments, organized by Université de Nantes, Sea and Litoral research Institute – FR CNRS 3473, MSH Ange Guepin, April 25th – 26th, 2018, Nantes, France (2018).
  • Assessing and modeling the thickness and roughness of marine growth for load computation on mooring lines, Schoefs, F., Bakhtiari, A., Hameryoun, H., Quillien, N., Damblans, G., Reynaud, M., Berhault, C., O’Byrne M., Floating Offshore Wind Turbine conference (FOWT 2019), session Friday Morning ‘Wind Energy Devices I’, 24 – 26 April 2019, Le Corum, Montpellier, France, (2019).
  • Marine growth: Full-scale Experimental investigations on the Dynamic Influence of Mussels on Dynamic Cable. Schoefs, F., Damblans G. ’Floating Offshore Wind Turbines’ Conference, FOWT 2020, Academic session, September 8-9 2020
  • Marine growth effect on the hydrodynamical behavior of a submarine cable under current and wave conditions. Marty, A., Berhault, C., Damblans, G., Facq, J-V., Gaurier, B., Germain, G., Soulard, T., and Schoefs F., 17èmes Journées de l’Hydraudynamique, JH2020, 24-26 Novembre 2020, Cherbourg-en-Cotentin.
Publications
  • Towards an Understanding of the Marine Fouling Effects on VIV of Circular Cylinders: Partial Coverage Issue, Zeinoddini M., Bakhtiari A., Schoefs F., Zandi A. P., Biofouling, 33:3, 268-280 – 2017.
  • Unified Approach For Estimating Of The Drag Coefficient In Offshore Structures In Presence Of Bio-Colonization. Bakhtiari A., Schoefs F., Ameryoun H. Proc. of 37th int. conf. on Offshore Mechanics and Arctic Engineering, (M.A.E’18), paper 78757, June 17-22, 2018, Madrid, Spain, 7 pages, proc. On CD-Rom (ASME 2018).
  • A review of the biofouling parameters influencing the drag force coefficient of offshore structures. Bakhtiari, A., Schoefs, F. & Ameryoun, H., Proceedings 3rd International Conference on Renewable Energies Offshore (RENEW 2018), (2019)
  • Feature-Driven Modelling and Non-Destructive Assessment of Hard Marine Growth Roughness from Underwater Image Processing, Schoefs F., O’Byrne M., Pakrashi V., Ghosh B., Oumouni M., Soulard T., Reynaud M., JMSE, revision requested janv 2021
  • A new approach to evaluate hydrodynamic force coefficients in presence of biofouling on marine/offshore structures, Schoefs F., Bakhtiari A., Ameryoun H. , Biofouling, manuscript ID is GBIF-2018-0196, Submitted october 12th 2018, revision required.
  •  Feature-Driven Modelling and Non-Destructive Assessment of Hard Marine Growth Roughness from Underwater Image Processing, Schoefs F., O’Byrne M., Pakrashi V., Ghosh B., Oumouni M., Soulard T., Reynaud M. JMSE, revision requested janv 2021.
  • Effect of roughness of mussels on cylinder forces from a realistic shape modelling, A. Marty, F. Schoefs, J-V. Facq, B. Gaurier, G. Germain, T. Soulard,  Journal of Marine Science and Engineering, section Ocean Engineering, Volume 9, Issue 6, # 558 – 2021.
  • Experimental study of marine growth effect on the hydrodynamical behaviour of a submarine cable. A. Marty, C. Berhault, G. Damblans, J-V. Facq, B. Gaurier, G. Germain, T. Soulard, F. Schoefs, Applied Ocean Research, 114 (Sept. 2021).
Workshops :
  • Workshop ‘Morinson Day’ est organisé par l’UN et l’ECN le 21 novembre 2018 : il est réservé aux partenaires ANR MHM, ANR OMDYN. Durant 3 heures, il a vocation à reprendre les bases de la formulation de Morison et hypothèses associées, d’étudier les capacités d’extrapolations hors hypothèses et de disposer des éléments clés de prise en compte de la bio-colonisation dans cette formulation.
  • Workshop ‘Environmental monitoring webinar, focusing on marine life and biofouling, 1st April 2020 dans le cadre du projet Interreg Atlantic Area ‘BlueGIFT’ (Blue Growth And Innovation Fast Tracked), destiné aux sites d’essais de la façade Atlantique de l’Europe. 20 participants, essentiellement du personnel technique et de recherche, dans le but d’initier des collaborations sur ce sujet.
  • Workshop en fiabilité (F. Schoefs : Président du Comité d’Organisation et Chraiman du Technical Program Committee (20 pers.)), de 54th ESReDA Seminar on Risk, Reliability and Safety of Energy Systems In Coastal and Marine Environments, April 25-26th 2018, Nantes: 61 participants.

Perspectives

  • Analyse d’autres espèces, en particulier souples
  • Analyse des effets dynamiques
  • SHM de la biocolonisation