Étude numérique des efforts hydrodynamiques impactant la manœuvrabilité des navires en canaux confinés incurvés

Le transport par voies navigables joue aujourd'hui un rôle important grâce aux divers avantages qu'il présente par rapport aux autres modes de transport, par exemple son faible coût, sa faible pollution environnementale et sa grande capacité, etc. Cependant, les voies navigables intérieures ne sont pas seulement naturellement courbées, mais aussi étroites et peu profondes, ce qui entraîne des environnements d'écoulement et des conditions de navigation complexes. Les bateaux de navigation intérieure sont donc susceptibles d'avoir des accidents dans les voies d'eau à courbure limitée. Ces dernières années, ce mode de transport a connu des progrès significatifs avec l'arrivée de la nouvelle génération de navires (plus grands et plus puissants), ce qui rend la manœuvrabilité des navires plus difficile dans ces eaux sensibles. Pour réaliser cette étude, le modèle CFD basé sur un solveur Navier-Stokes instationnaire dans STARCCM+ est utilisé. La vérification et la validation de ce modèle sont réalisées en respectant les recommandations du CTI. Ce dernier est ensuite utilisé pour effectuer une série de simulations en testant les paramètres clés suivants : une série de paramètres environnementaux de navigation, comprenant l'angle du chenal, la largeur du fond du chenal, l'angle de pente du chenal ; une série de paramètres liés au comportement et à la géométrie du navire, contenant le rapport entre la profondeur d'eau et le tirant d'eau, la vitesse du navire, l'angle de dérive et le type de navire (longueur du navire) sur l'hydrodynamique du navire dans les chenaux courbes restreints. Les mouvements du cadre relatif sont appliqués aux domaines de calcul pour produire la force centrifuge dans les chenaux courbés. L'objectif de la présente thèse est d'abord de caractériser les variables liées à la topologie d'un canal circulaire qui ont un impact substantiel sur la manœuvrabilité d'un navire. Deuxièmement, elle permet de bien comprendre les comportements d'écoulement qui se produisent autour d'un navire dans les zones de flexion. Troisièmement, les fluctuations de la force hydrodynamique (phénomènes de coussin de berge et de succion) et la sensibilité d'un certain nombre de variables dans les zones de flexion sont étudiées. Enfin, le simulateur de navire intérieur est amélioré en ajoutant l'effet de zone de flexion pour les pilotes, de sorte que les comportements des navires dans les régions sensibles peuvent ainsi être corrigés.Inland waterway transport is now playing a significant role thanks to its various advantages over the other transportation modes, for example, low cost, low environmental pollution, and large capacity, etc. However, inland waterways are not only naturally curved but also narrow and shallow, which causes complex flow environments and navigational conditions. Inland ships are consequently susceptible to accidents in restricted curved waterways. Especially during these years, this mode of transport has seen significant progress by the arrival of the new generation of ships (larger size and more powerful), and this makes ships’ maneuverability in such sensitive waters severer. To conduct this investigation, the CFD model based on an unsteady Navier-Stokes solver in STARCCM+ is used. The verification and validation of this model are realized by respecting the ITTC recommendations. The latter is then used to perform a series of simulations by testing the following key parameters: a series of navigational environmental parameters, including channel angle, channel bottom width, channel slope angle; a set of parameters related to ship behaviors and geometry, containing water depth to draft ratio, ship speed, drift angle and ship type (ship length) on ship hydrodynamics in restricted curved fairways. Relative frame motions are applied to the computational domains to produce centrifugal force in bending fairways. The aim of the present thesis is firstly to characterize the variables connected to a circular channel's topology that have a substantial impact on a ship's maneuverability. Second, it helps to well understand the flow behaviors that occur around a ship in bending zones. Thirdly, the fluctuations in hydrodynamic force (bank cushion and suction phenomena) and the sensitivity of a number of variables in bending zones are investigated. Finally, the inland ship simulator is improved by adding the bending zone effect for pilots, so that the behaviors of ships in the sensitive regions can thus be corrected