RÉUSSIR LA TRANSITION
 

Ce site essaye d'analyser l'impact de l'énergie et de sa production sur le développement.
L'auteur de ce site se considère comme prônant l'écologie, bien qu'il soit favorable à l'énergie nucléaire.
La justification de ce point de vue est l'un des sujets abordés dans ce site.

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Le transport maritime

Le transport maritime a longtemps utilisé le vent comme énergie pour assurer la propulsion des bateaux. Nous allons montrer qu'il est possible de revenir, d'un point de vue technique, à cette énergie si la pénurie de carburants fossiles en augmentait le prix de façon conséquente.

On se propose d'illustrer le concept avec un pétrolier, car c'est pour ce genre de navire que le besoin en énergie est minimum pour une masse donnée.

Les types de navires sont caractérisés par leur nombre de Froude :


 

Figure 1 (source)

 
Ce nombre caractérise la résistance à l'avancement que subira le bateau dans son déplacement. Il dépend de la géométrie du bateau et de sa vitesse ou ce qui revient au même de la puissance de sa propulsion. On voit sur le graphique que les paquebots ont un nombre de Froude de l'ordre de 0,4 ce qui implique une résistance à l'avancement spécifique de l'ordre de 20 alors que pour les pétroliers cette résistance est de l'ordre de 3. Il faut donc 7 fois plus d'énergie à un paquebot qu'à un pétrolier de même masse.

 

Figure 2 (source)

 
En fait la résistance à l'avancement ne croit pas de manière linéaire avec le nombre de Froude, et il y a des valeurs critique de la vitesse en fonction de la longueur du bateau qui optimisent l'énergie dépensée pour le déplacement. Ces valeurs correspondent aux vitesse où la vague créée par le déplacement du bateau a une crête qui coïncide avec l'arrière du bateau ce qui compense la dépression qui est due à ce même déplacement.

On voit sur le graphique qu'on a intérêt à placer les pétroliers à la valeur 0,266 du nombre de Froude, les cargos à la valeur 0,357 alors que les paquebots sont à 0,4 comme cela a déjà été indiqué.

Pour illustrer cette différence on peut comparer l'Amoco Cadiz et le Queen Mary II, ce sont des bateaux qui ont la même longueur à 10 m près (345m contre 334m) mais l'Amoco Cadiz est trois fois plus lourd en charge que le Queen Mary II alors qu'il est 5 fois moins puissant.

Système propulsif

On propose d'utiliser des rotors Flettner afin de capter l'énergie du vent, ces dispositifs sont plus pratique que des voiles et à surface égale ils sont cinq fois plus efficaces.

Les rotors de Flettner sont des grands cylindres avec une dimension typique d’une vingtaine de mètres de hauteur et de 3 mètres de diamètre. Ces cylindres sont animés d’un mouvement de rotation à raison de 100 à 120 tours à la minute


 
 
Lorsque le vent frappe un cylindre vertical tournant autour de son axe, il tend à le déplacer latéralement, avec une force qui varie suivant la vitesse de rotation, et qui est maximum lorsque la vitesse de la surface du cylindre est  égale à 2 pi (6,28) fois celle du vent. Dans ces conditions, l’effort que subit le cylindre est environ cinq fois plus grand que la poussée sur une voile ayant la même surface.

 

 
Le dessin représente deux gréements équivalents sur un même navire, l'un à base de voiles traditionnelles et l'autre à base de rotor de Flettner.

Ce genre de dispositif a été utilisé sur l'E Ship 1 et cela permet d'avoir une expérience réelle pour dimensionner la propulsion du pétrolier que l'on envisage et estimer les économies d'énergie possibles.

L'E Ship 1 est Long de 130 m, large de 22, 50 m, et son port en lourd est de 10 500 t. La puissance en ligne est de 7 Mw (deux moteurs électriques synchrones d'une puissance de 2 X 3 500 kW). Il est équipé de rotors de Flettner soit quatre mâts de 27 m de haut et 4 m de diamètre, permettant un mode de propulsion éolien par effet magnus. L'exploitant dit qu'il économise 30 à 40% de fuel grâce à ses rotors.

La société THiiiNK propose des rotors de Flettner rétractable à la vente. Les performances pour le rotor T620 sont les suivantes:


 
  
 
Ils proposent aussi à titre d'exemple l'équipement d'un pétrolier de 80 000 tonnes, normalement propulsé par un moteur de 9 Gw, par des rotors T620.
Le pétrolier est supposé naviguer à 14 nœuds et le vent est latéral, à 90° de la route du bateau. La consommation électrique du T620: entre 135 et 140KW.

Suivant le nombre de rotors installés on a le tableau de caractéristiques suivants:

1) 3 x T620 50% à BF5.3 / 100% à BF7.2 Poussée max à BF10 74t Correspondant à une puissance de 11 GW
2) 4 x T620 50% à BF5.1 / 100% à BF6.3 Poussée max à BF10 98t Correspondant à une puissance de 15 GW
3) 5 x T620 50% à BF4.9 / 100% à BF5.9 Poussée max à BF10 124t Correspondant à une puissance de 19 GW
4) 6 x T620 50% à BF4.7 / 100% à BF5.5 Poussée max à BF10 148t Correspondant à une puissance de 23 GW

Le rotor peut être mis en œuvre jusqu'à un vent de force BF 10.

Le diagramme pour 6 rotors en fonction de la force et de la direction du vent est le suivant :


 



 

On voit que si il y a des situations où l'on manque de vent, en particulier en dessous de force 5,5, il y en a d'autre où la puissance disponible est excédentaire.

Dans ces conditions on pourrait équiper le bateau de bulbes propulsifs qui seraient réversibles (un peu comme ceux de l'usine marémotrice de la Rance) afin d'utiliser l'énergie disponible par fort vent pour recharger des batteries. En contrepartie la propulsion serait assurée par ces bulbes par temps calme.

Les rotors de Flettner dégageant une surface qui peut être aplanie, on pourrait aussi l'utiliser pour installer des cellules solaires.

 


 

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