Comment fonctionne la compensation passive du heave ?

Un compensateur de heave passif est essentiellement un ressort à gaz. Il se compose d’un vérin hydraulique relié à un ou plusieurs accumulateurs de gaz remplis d’azote. Le poids de la charge comprime le gaz à une pression de travail, et le piston se stabilise à une position d’équilibre à mi-course.

Lorsque le navire se soulève, la pointe de la grue monte mais le gaz se dilate, permettant au piston de s’étendre et à la charge de rester stationnaire. Lorsque le navire s’abaisse, le gaz se comprime et le piston se rétracte. La charge, ayant une inertie importante, bouge à peine.

Le principal défi technique est d’atteindre une raideur quasi nulle au point de travail. Si le ressort à gaz est trop raide, il transmet le mouvement du navire à la charge. S’il est trop mou, le système dérive vers la fin de la course. Les ingénieurs dimensionnent le volume de gaz et la pression de précharge de manière à ce que la raideur du ressort corresponde étroitement au poids de la charge, créant ainsi un ressort mou efficace qui isole le heave. Pour les mathématiques détaillées, consultez notre page sur les principes fondamentaux de la compensation passive du heave.

Un ressort à gaz pur sans amortissement oscillerait incontrôlablement près de sa fréquence naturelle. Les compensateurs de heave passifs incluent des vannes d’amortissement hydrauliques — généralement basées sur des orifices — qui résistent au flux d’huile entre le vérin et les accumulateurs.

L’amortissement remplit deux fonctions critiques:

• Contrôle de la résonance — Si la période de vague s’approche de la période naturelle du système, la réponse serait amplifiée sans amortissement. La résistance hydraulique limite cette amplification à des niveaux sûrs.
• Contrôle de l’atterrissage — Lors de l’atterrissage sous-marin, un amortissement accru ralentit la descente de la charge pour un atterrissage contrôlé.

Le niveau d’amortissement est un compromis: trop peu et la résonance devient dangereuse; trop et le système devient rigide, réduisant l’efficacité de la compensation aux périodes de vague typiques.

Un système PHC bien conçu atteint généralement une efficacité de compensation de 70–90%, ce qui signifie que le mouvement résiduel de la charge ne représente que 10–30% du mouvement de la pointe de la grue. L’efficacité dépend de plusieurs facteurs:

• Période de vague — PHC fonctionne mieux quand la période de vague est courte par rapport à la période naturelle du système. À très longues périodes, le système tend à suivre le navire.
• Volume de gaz — Les volumes de gaz plus grands produisent des ressorts plus mous et une meilleure efficacité, mais augmentent la taille et le coût du système.
• Niveau d’amortissement — Un amortissement plus élevé améliore la sécurité de résonance mais réduit l’efficacité en dehors de la résonance.
• Adaptation de charge — Le système fonctionne mieux quand la charge réelle correspond à la charge de conception. Si les conditions changent, une PHC basique ne peut pas s’adapter.

Cette dernière limitation est à l’origine de l’intérêt pour la compensation passive du heave adaptative, où le ressort à gaz est automatiquement ajusté pour maintenir des performances optimales à mesure que les conditions changent.

Les compensateurs de heave passifs sont utilisés dans un large éventail d’opérations offshore:

• Levages sous-marins et installation
• Traversée de zone d’éclaboussure
• Tension des colonnes montantes, câbles et ombilicaux
• Absorption de choc de grue pour l’installation d’éoliennes

Norwegian Dynamics propose des solutions PHC allant de la RIGEL économique pour les tâches de levage simples, au système adaptif ANTARES pour les opérations exigeantes nécessitant des performances constamment élevées dans des conditions variables.