L’hydrodynamique navale
Les programmes nationaux :
Dans le cadre du programme de sous-marin nucléaire d’attaque (SNA) Barracuda, le Duguay-Trouin, second des six exemplaires, a débuté ses essais à quai en 2022, puis les premiers essais en mer début 2023, auxquels DGA TH a apporté son concours notamment par la simulation des essais à la mer d’ouverture du DIV (Domaine Immersion Vitesse) pour en dérisquer la réalisation. Le Suffren, premier de série, a poursuivi ses essais avec notamment les premières navigations avec le Dry Deck Shelter (DDS) embarqué sur le pont du sous-marin. Cet élément modifiant fortement les performances du sous-marin, DGA TH a été sollicité pour poursuivre son exploitation des performances à la mer et garantir la pertinence du DIV existant. En prévision de ces essais, le concours de DGA TH a notamment été demandé pour évaluer les performances manœuvrières en eaux très resserrées et le comportement dynamique sous houle en surface, en présence du DDS.
Navigation en surface avec le DDS embarqué sur le pont
Le Duguay-Trouin, 2nd des six exemplaires des SNA Barracuda
Le programme de sous-marins SNLE 3G, préparant le remplacement des SNLE actuellement en service, a débuté sa phase de développement-réalisation en 2021. Différentes études numériques ont été confiées à DGA TH en 2022, qui ont notamment porté sur : la conception du propulseur principal, des calculs de performances manœuvrières en immersion pour différentes variantes d’appareils à gouverner (AGO), des études concernant les mâts implantés dans le massif (évaluation de différents profils de mâts en termes de traînée et de sillage induits) et des calculs d’éjection de sondes.
Des programmes nationaux de bâtiments de surface ont également sollicité les équipes et moyens numériques et expérimentaux de DGA TH. Dans le cadre du programme de frégates de Défense et d’Intervention (FDI), DGA TH a réalisé des essais d’évaluation de performances en configuration géométrique « as built » (performances propulsives, acoustique et cavitation des propulseurs). D’autre part, une activité importante a concerné les études d’avant-projet sommaire pour le porte-avions nouvelle génération (PA Ng) ; les prestations de DGA TH ont principalement porté sur l’optimisation des performances propulsives d’une esquisse à trois lignes d’arbres propulsée par hélices (conception d’hélices centrale et latérales, d’une variante d’hélice centrale, qualification expérimentale …), d’études de comportement sur houle (évaluation du système de stabilisation en houle oblique, roulis paramétrique, résistance et poussée ajoutée sur houle) et de performances manœuvrières ; sur ce dernier sujet, un des enjeux est le dimensionnement d’un système de compensation de gîte en giration
PA-Ng : Essais de performances manœuvrières (capacités de giration sous contrainte de gîte réduite)
PA-Ng :Essais de tenue à la mer en houle oblique
Les experts de DGA TH sont également sollicités pour des programmes de bâtiments de surface de second rang dans le cadre du renouvellement de la flotte en service. DGA TH a notamment participé à des essais de réception du premier de la série des Patrouilleurs Outre-mer (POM), l’Auguste Bénébig, qui doit remplacer la Glorieuse, dernier P400 en service. Le POM n°1 a ensuite rejoint début 2023 son port d’attache en Nouvelle-Calédonie
Arrivée en Nouvelle-Calédonie du POM n°1, l’Auguste Bénébig
Les études amont :
Compte tenu des nombreux programmes nationaux en cours, la part d’activités d’études amont est plus limitée. Trois exemples variés d’études illustrent ce domaine d’activité.
Un thème historique d’étude concerne l’amélioration des performances propulsives des navires de surface (minimisation de puissance à vitesse donnée, augmentation de l’autonomie). Des travaux récents ont porté sur deux axes : les performances de peintures anti-fouling (carène voire hélice) d’une part, et l’apport d’appendices au tableau arrière d’autre part ; ce second axe visait notamment à évaluer les gains procurés par un dispositif de plan portant arrière de type Hull Vane®, et à le comparer à des solutions plus classiques (trim-wedge, flap, intercepteurs). L’étude comparative a été conduite par des moyens numériques ou expérimentaux, pour deux gabarits de navire (frégate et porte-avions), et a permis de déterminer la gamme de nombre de Froude pour lequel ce dispositif est efficace. En complément, une évaluation du gain procuré par ce dispositif en tenue à la mer (réduction de tangage notamment) a été réalisée.
Essai d’une maquette de frégate équipée d’un Hull Vane® au tableau arrière
Frégate équipée d’un flap
Un axe important d’études amont de DGA TH, conduit en collaboration avec d’autres entités de la DGA, concerne l’amélioration des performances acoustiques de propulseurs ; un axe de travail actuel porte sur les évolutions de dessin et de conception offertes par de nouveaux moyens de fabrication (fabrication additive métallique par exemple) ou l’emploi de nouveaux matériaux (structuraux, fonctionnels). A titre d’exemple, un concept d’actionneurs piézoélectriques implantés sur une pale de propulseur a été testé ; le rôle de ces actionneurs (« patchs ») est d’atténuer des modes vibratoires de la pale, et ainsi d’atténuer le bruit rayonné par couplage vibro-acoustique. Une qualification expérimentale (essais de sonnage en air puis en eau) de ce concept été réalisé dans le cadre d’un projet impliquant deux centres de la DGA (DGA TH et DGA TN) et un laboratoire du CNAM.
Essai de comportement vibratoire de la pale équipée des patchs piézoélectriques
(surfaces orangées sur la pale)
Une autre étude impliquant DGA TH porte sur la propulsion Magnétohydrodynamique (MHD) d’une plateforme navale ; ces travaux, de nature pluridisciplinaire, sont conduits en collaboration avec DGA Techniques Navales et des laboratoires de l’université de Grenoble. La propulsion MHD est un mode de propulsion par réaction étudié dès les années 60 pour réaliser une propulsion sans hélice ou autre pièce mécanique en mouvement. Au sein d’un canal où circule l’eau de mer (électrolyte), on impose un champ B généré par un aimant supraconducteur. En y faisant circuler une densité de courant J, on crée une force électromagnétique de valeur . Une force s’exerce par réaction sur les bobines créatrices du champ B et réalise la poussée du sous-marin.
Compte tenu des progrès technologiques des matériaux supraconducteurs, qui permettent de faire circuler un courant de grande intensité dans des bobines très peu volumineuses, ce système est à nouveau étudié aujourd’hui pour réactualiser un état des lieux de cette technologie appliquée à la propulsion navale.
Géométrie académique d’un sous-marin sans appendices, et son propulseur MHD
Tuyère MHD du sous-marin avec champ B et J
La coopération :
La coopération avec le Royaume-Uni (en application du traité de Lancaster House), portant sur le partage de moyens d’essais de DGA TH (GTH) et de QinetiQ (Bassin océanique à Haslar), n’est pas remise en cause par le Brexit. Deux campagnes d’essais conséquentes ont été réalisées en 2022.
DGA TH est impliqué dans divers groupes de recherche internationaux : Cooperative Research Sphip (CRS), Cooperative Research Navies (CRNAV), International Towing Tank Conference (ITTC)…