Modélisation Physique du Comportement du Navire par Mer de l'Arrière

Ensuring the safety of life at sea by assessing the ship ability not to be vulnerable to capsize in rough seas is the major motivation of this PhD. The course stability of the ship in following waves, the surging, the surf-riding and the broaching-to phenomena were studied using a system based model coupled with an experimental model.The numerical part of this model uses the instantaneous immersed surface capture that takes into account the non-linearities of the wave profile in the calculation of the hydrostatic forces and the Froude Krylov forces.The experimental part brings the interactions between the fluid flow and the hull through semi-captive model tests. The motion in the horizontal plane can be generated by this apparatus with the model free in roll, pitch and heave.In addition to the tests in calm water, the measurement of the hydrodynamic loads for different encounter frequencies and zero encounter frequency can be done performing captive model tests in regular following waves. The main difficulty lies in the synchronization of the relative position of the model with the wave trough.The post-processing of the experimental data shows that forces in following waves can be derived from forces in calm water by adding some wave encounter frequency, wave parameters, heading and relative position dependent terms.At the end of this PhD, a simulation tool, a physical model for the prediction of the ship behavior in following waves, an experimental apparatus, a methodology for tests in waves and the experimental test program to calibrate the model was established. A dedicated study using the physical model would be comparable to a third level to the IMO second generation criteria.Assurer la sécurité des hommes en mer en évaluant la capacité des navires à résister au chavirement par mer forte est la motivation majeure de ce travail de thèse. La stabilité de route d’un navire par mer de l’arrière et plus particulièrement les phénomènes du surging, du surf-riding et du broaching ont été étudiés à l’aide d’une approche modèle de comportement couplée à une approche expérimentale. La partie numérique de ce modèle utilise la capture de surface immergée instantanée qui consiste à prendre en compte les non-linéarités du profil de la houle dans le calcul des efforts hydrostatiques et de Froude Krylov. La partie expérimentale permet de mesurer les interactions entre l’écoulement fluide et la carène par le biais d’essais en modèle semi-captif. Le type de montage utilisé permet d’imposer des mouvements dans le plan horizontal en conservant le roulis, le tangage et le pilonnement libres.En complément des essais sur eau calme, les essais sur houle régulière de l’arrière permettent de mesurer les chargements hydrodynamiques pour différentes pulsations de rencontre et particulièrement à pulsation de rencontre nulle. La principale difficulté réside alors dans la synchronisation de la position relative de la maquette par rapport au creux de la vague.L’analyse des mesures expérimentales montre que les efforts sur houle de l’arrière se différencient des efforts en eau calme par leur dépendance à la pulsation de rencontre, aux paramètres de vague, au gisement du navire et à la position relative du navire par rapport au creux de la vague.A l’issue de ces travaux de thèse, un outil de simulation, un modèle de comportement du navire par mer de l’arrière, un montage d’essai, une méthodologie expérimentale ainsi que le programme d’essais permettant de calibrer le modèle mathématique ont été définis. Une étude dédiée utilisant le modèle développé serait assimilable à un troisième niveau pour les critères de seconde génération de l’OMI