Compensation active du heave
Par Tord Martinsen, CEO · Octobre 2025
La compensation active du heave (AHC) est une méthode de réduction du mouvement vertical d’une charge suspendue à une grue ou un treuil lors d’opérations offshore. Contrairement à la compensation passive du heave, qui repose sur des systèmes mécaniques ressort-amortisseur, la compensation active du heave utilise des actionneurs hydrauliques ou électriques commandés par des capteurs et des algorithmes pour contrecarrer activement le mouvement induit par les vagues.
Les systèmes AHC sont couramment utilisés dans la construction sous-marine, la pose de canalisations, le déploiement de ROV, le forage en eaux profondes et les opérations de levage lourd dans des conditions maritimes difficiles.
Comment fonctionne la compensation active du heave ?
Un compensateur actif de heave se compose au minimum de :
- Un actionneur, qui peut être linéaire (par ex. vérin) ou rotatif (par ex. treuil), avec mesure de position.
- Une unité de référence de mouvement (MRU), qui peut être placée sur l’AHC dans le cas d’un AHC inline ou sur le navire dans le cas d’un AHC intégré.
- Une forme de manipulation de la position de l’actionneur, suffisamment rapide pour suivre le mouvement du navire (par ex. moteur hydraulique).
Lorsque le mode de compensation active du heave est activé, le système de contrôle maintient la charge stationnaire vue depuis un référentiel fixe, en contrecarrant activement le mouvement des vagues à l’aide de l’actionneur.
La compensation active du heave peut atteindre des rendements supérieurs à 90 %. Les compensateurs actifs de heave fonctionnent généralement mieux pour les périodes de houle plus longues.
Les principaux types d’AHC
Il existe de nombreux types de compensateurs actifs de heave, voici quelques-uns des principaux :
- AHC rotatif électrique, généralement le plus adapté aux charges légères.
- AHC rotatif hydraulique, pour les charges lourdes.
- AHC à poulie sur pont, pour la modernisation.
- AHC inline topside, pour les tâches AHC de base en surface.
- AHC inline sous-marin, combine l’AHC avec de nombreuses propriétés d’un PHC adaptatif.
Compensation Active vs Passive du Heave
| Caractéristique | Active (AHC) | Passive (PHC) |
|---|---|---|
| Source d’énergie | Nécessite une alimentation externe (HPU) | Autonome (ressort à gaz) |
| Précision | Très élevée (>95%) | Bonne (70-90%) |
| Complexité | Élevée | Faible |
| Coût | Plus élevé | Plus bas |
| Idéal pour | Positionnement précis, pose de canalisations | Zone de splash, atterrissages sous-marins |
Pour de nombreuses opérations de levage offshore, la compensation passive du heave offre des performances suffisantes à moindre coût et complexité. Norwegian Dynamics est spécialisé dans les compensateurs passifs de heave avancés qui atteignent des niveaux de performance proches des systèmes AHC.
Quelle quantité d’énergie est consommée ?
Un exemple simple : 100 t sont compensées dans l’air pour un mouvement sinusoïdal d’amplitude 1 m et de période 10 s. Supposons que l’AHC est un AHC inline avec les propriétés suivantes :
- Rapport gaz-huile de 10:1 et course de 4 m.
- Rendement des composants AHC de 90 %.
- 50 % de régénération d’énergie.
Pour un AHC inline, la charge est maintenue en position centrale par la pression passive du gaz. Elle est déplacée de la position centrale par le moteur hydraulique. Notre consommation d’énergie sera donc :
Dans la première zone rouge, nous devons ajouter de l’énergie pour étendre le vérin, puis nous laissons le vérin se rétracter et régénérer de l’énergie jusqu’à atteindre la course médiane où nous devons ajouter de l’énergie pour rétracter davantage, enfin nous régénérons de l’énergie en laissant le vérin s’étendre jusqu’à la position médiane. On peut montrer que la force que le système AHC doit fournir est :
Puisque S suit le mouvement sinusoïdal, nous pouvons réécrire comme :
F = m g \left[ \left( \frac{S_\mathrm{max}(R – 0.5)}{S_\mathrm{max}(R – 0.5) – \zeta\cos{\omega t}} \right)^{\gamma} – 1 \right]Notre intégrale peut alors s’écrire :
En raison de la symétrie, nous pouvons intégrer ainsi :
W = \int_{0}^{10\,\mathrm{h}}
\left|
m g
\left[
\left(
\frac{S_\mathrm{max}(R – 0.5)}
{S_\mathrm{max}(R – 0.5) – \zeta\cos{(\omega t)}}
\right)^{\gamma}
– 1
\right]
\, \zeta \omega \sin{(\omega t)}
\right|
\, dt
Et finalement nous ajustons pour les rendements et obtenons :
W = \int_{0}^{10\,\mathrm{h}}
\left|
m g
\left[
\left(
\frac{S_{\mathrm{max}}(R – 0.5)}
{S_{\mathrm{max}}(R – 0.5) – \zeta \cos(\omega t)}
\right)^{\gamma}
– 1
\right]
\, \zeta \omega \sin(\omega t)
\right|
\, dt \cdot \frac{(1-\eta_{\mathrm{regen}})}{\eta_{\mathrm{AHC}}}
\
Par intégration numérique, nous trouvons que cela représente 207 MJ ou 57 kWh.
Ainsi, comme nous pouvons le constater, même pour une charge lourde compensée pendant une durée significative, la capacité de batterie requise n’est pas très importante, comparable à une batterie de véhicule électrique.
Pour des calculs plus précis incluant le frottement, les pertes hydrauliques, des modèles de rendement plus précis pour pompes/moteurs/batterie, l’équation d’état précise, etc., veuillez contacter Norwegian Dynamics.
Quand choisir AHC vs PHC
Choisissez la compensation active du heave quand :
- Une très haute précision de compensation est requise (>95%)
- L’opération implique un positionnement sous-marin précis
- Une compensation continue est nécessaire sur de longues périodes
- Le navire dispose déjà d’une HPU
Choisissez la compensation passive du heave quand :
- La préoccupation principale est le franchissement de la zone de splash
- Le coût et la simplicité sont prioritaires
- Le compensateur doit être autonome
- L’absorption des chocs est l’exigence principale
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