Module subsea sur un câble de grue lourd franchissant la zone de déferlement au crépuscule, l'eau ruisselant sur la structure

CENTRE DE CONNAISSANCES / COMPENSATION PASSIVE DE PILONNEMENT

Notions de base sur la compensation passive de pilonnement

Comprendre le matériel, puis lire le modèle de réponse.

Par Tord Martinsen, Directeur général · Octobre 2025 · Révisé Août 2026 · 15 min de lecture

Application pratique : cette physique est le fondement de notre gamme passive : découvrez RIGEL Basic PHC et ANTARES Adaptive PHC.

La compensation passive de pilonnement (PHC) est une technique utilisée dans les opérations offshore pour réduire le mouvement vertical transmis du crochet de grue à une charge utile suspendue. Elle fonctionne sans alimentation externe grâce à un système de ressort à gaz et d’amortisseur hydraulique qui absorbe le mouvement induit par la houle.

Lorsqu’un navire monte et descend avec les vagues, le crochet de grue suit ce mouvement. Sans compensation, la charge utile subit le même mouvement — créant des charges dynamiques dangereuses lors des franchissements de la zone de déferlement, des poses subsea et d’autres opérations critiques. Un compensateur passif de pilonnement agit comme un tampon, absorbant une grande partie de ce mouvement.

Vous comparez des systèmes ? Comparez les compensateurs passifs de pilonnement (RIGEL, CYGNUS et ANTARES) les plages de capacité, le contrôle de l’amortissement et la manière dont chacun est dimensionné selon DNV-RP-N202.

Comment fonctionne un compensateur passif de pilonnement ?

Un PHC se compose de trois éléments principaux :

Ressort à gaz — l’azote sous pression fournit une force de rappel qui soutient le poids de la charge utile
Vérin hydraulique — contient de l’huile qui s’écoule à travers des orifices contrôlés
Vannes d’amortissement — restreignent le débit d’huile pour produire l’amortissement, dissipant l’énergie de la houle

Intérieur de l’unité : vérin et accumulateur de gaz

Une recherche de « vérin de compensation de pilonnement » ne trouve que la moitié de la machine. Le vérin de travail est en tension dans le câble de levage — mais le ressort ne se trouve pas du tout à l’intérieur du vérin. Il se trouve dans un accumulateur de gaz séparé, relié à celui-ci :

L’unité est suspendue dans le câble, tige vers le bas en direction de la charge. Au-dessus du piston de travail, le vérin est mis sous vide. Sous le piston, la chambre côté tige est remplie d’huile et reliée par un étranglement à l’accumulateur, où l’azote surmonte l’huile. Lorsque le crochet et la charge s’écartent, l’unité s’allonge : l’huile côté tige est chassée à travers l’étranglement vers l’accumulateur, l’azote se comprime, et la tension du câble augmente — cette courbe pression–volume est le ressort à gaz. L’étranglement est l’amortissement : l’énergie de la houle quitte le système sous forme de chaleur dans l’huile forcée à travers celui-ci.

Les différences entre familles se situent du côté gaz de l’accumulateur : ANTARES ajoute une vanne de charge et des bouteilles de gaz permettant de réajuster le ressort entre les phases de levage ; CYGNUS est équipé d’une vanne de purge pour le réglage du point de référence. La géométrie ci-dessus est commune à toute la famille passive.

Applications clés

Franchissements de la zone de déferlement — réduction des charges dynamiques lorsque la charge utile traverse la zone de vagues
Poses subsea — contrôle de la vitesse de pose pour un positionnement précis
Évitement de la résonance — empêche l’amplification du mouvement à certaines périodes de vague
Gestion de la tension — réduction des variations de tension dans un câble tendu ou un riser, dans la course et la plage opérationnelle configurées
Absorption des chocs — protège la charge utile et la grue contre les charges d’impact

Facteurs de performance du PHC

L’efficacité d’un compensateur passif de pilonnement dépend de la raideur (taux de ressort), du réglage de l’amortissement, de la longueur de course et de l’adéquation avec le poids de la charge utile.

Version courte

Vous lisez ceci pour choisir une unité ?

Ce qui suit est la dérivation — utile si vous dimensionnez vous-même un compensateur. Si vous choisissez du matériel, c’est ce qui distingue réellement les trois gammes passives.

Le plus simple

Franchissements courants de la zone de déferlement

Le cas simple : une seule fonction de compensation, amortissement réglé sur le pont et laissé inchangé pendant le levage.

SWL: 55 – 1 000 t
Course: 1.0 – 6.0 m
Amortissement: Manuel, réglé sur le pont

Plage de capacité la plus large

Poses lourdes et en eaux profondes

Grandes structures subsea et poses profondes — la plage de SWL la plus large de la famille, des petites unités jusqu’aux levages les plus lourds.

SWL: 12.5 – 10 000 t
Course: 1.0 – 6.0 m
Amortissement: Manuel, réglé sur le pont

Le plus adaptable

Levages qui évoluent en cours d’opération

Levages subsea multi-étapes où la charge évolue au cours de l’opération — contrôle automatique de l’amortissement et capacité de levage rapide, sur batterie, sans ombilical.

SWL: 30 – 4 000 t
Course: 2.5 – 8.0 m
Amortissement: Automatique

Côte à côte, y compris l’alimentation et la certification : RIGEL, ANTARES ou CYGNUS — en un coup d’œil. Pour associer une unité à une charge utile, une course et un état de mer spécifiques, utilisez le sélecteur de produits.

Comment la compensation passive de pilonnement réduit-elle la vitesse de pose ?

Le pilonnement désigne un mouvement vertical, dans notre contexte le mouvement vertical du crochet de grue, causé par la houle. La compensation passive de pilonnement peut être vue comme un système masse-ressort-amortisseur ayant pour objectif de réduire le mouvement induit par la houle sous le compensateur. Le schéma simplifié ci-dessous illustre notre scénario :

Figure 1 — Le modèle simplifié à l’origine de la dérivation. Le crochet de grue impose ζ cos(ωt) ; le PHC apporte une raideur k (amortissement négligé, selon la liste d’hypothèses ci-dessous) ; la charge utile immergée de masse m, de masse volumique ρ et de section A⊥ porte un poids mg, une poussée d’Archimède F_B et une masse ajoutée m_A dans une eau de masse volumique ρ_w. La direction positive de z est vers le bas.

Le mouvement du crochet de grue suit la sinusoïde donnée par $\zeta \cos(\omega t)$ , le PHC a une raideur $k$ , l’eau a une masse volumique $\rho_w$ , tandis que la charge utile a pour propriétés de base $\rho, m, A_\perp$ , respectivement la masse volumique, la masse et l’aire perpendiculaire au mouvement de pilonnement de la charge utile.

Puisque dans cet exemple nous supposons que la charge utile est subsea, il est important de prendre en compte la poussée d’Archimède, la traînée et la masse ajoutée qui affectent la charge utile. Ces trois effets modifient la réponse de différentes manières (la poussée d’Archimède déplace la charge d’équilibre, la masse ajoutée modifie l’inertie effective, la traînée dissipe de l’énergie) et chacun peut être bénéfique ou défavorable selon le cas et la fréquence.

Masse ajoutée

m_A = \rho_w C_A V_R

Où $C_A$ est le coefficient de masse ajoutée (peut être trouvé dans DNV RP-N103) et $V_R$ est le volume de référence.

Traînée

F_D = \tfrac{1}{2}\rho_w C_D A_\perp \dot z |\dot z|

Où $C_D$ est le coefficient de traînée et $\dot z$ est la vitesse verticale de la charge utile.

Poussée d’Archimède

F_B = \rho_w V g

Où $V$ est le volume déplacé par la charge utile et $g$ est l’accélération de la pesanteur.

Ressort à gaz du PHC

Nous pouvons définir une raideur de dimensionnement pour le ressort à gaz du PHC — une valeur sécante : la différence de force entre la course d’équilibre et la course complète, divisée par la variation de course :

k = \frac{p_1 A_0 – p_0 A_0}{\Delta S}

Où $p_0$ est la pression d’équilibre et $A_0$ est la surface du piston du PHC. Une valeur sécante est une simplification de dimensionnement — la raideur en petits mouvements autour de l’équilibre diffère, de sorte que tout ce qui en découle ci-dessous est une estimation linéaire équivalente plutôt qu’une propriété exacte.

Posons les hypothèses suivantes :

La longueur de course complète est $S$ , et nous sommes à mi-course à l’équilibre.
Nous utilisons la loi des gaz parfaits avec compression adiabatique pour calculer la variation de pression.
La force d’équilibre doit être égale à la force de gravité moins la poussée d’Archimède.

À partir de ces hypothèses, nous obtenons :

k = \frac{(\rho – \rho_w) \, V \, g}{0.5 \, S}\left[\left( \frac{V_{\mathrm{eq}}}{V_{\mathrm{eq}} – 0.5 \, A_0 \, S} \right)^\gamma – 1\right]

$\gamma$ est l’exposant adiabatique.

Nous pouvons en outre supposer que le volume d’équilibre peut être défini comme :

V_{\mathrm{eq}} = (R – 0.5) \, A_0 \, S

Où $R$ est le rapport gaz/huile, fixé par la configuration spécifique de l’accumulateur et du vérin. Une valeur plus élevée de $R$ correspond à un ressort plus souple.

Nous obtenons alors l’expression suivante pour la raideur du PHC $k$ :

k = \frac{2 (\rho – \rho_w) \, V \, g}{S}\left[\left( \frac{R – 0.5}{R – 1} \right)^\gamma – 1\right]

Que nous pouvons réécrire comme :

k = \frac{2 \, m \, g}{S}\left( 1 – \frac{\rho_w}{\rho} \right)\left[\left( \frac{R – 0.5}{R – 1} \right)^\gamma – 1\right]

Restriction du débit hydraulique du PHC

Le débit du fluide à travers une restriction est généralement donné par :

Q = A_f \, \alpha \, \sqrt{\frac{2 \, \Delta p}{\rho}}

Où :

$Q$ est le débit volumique du fluide,
$A_f$ est la plus petite section de passage,
$\alpha$ est le coefficient de perte de charge, et
$\Delta p$ est la perte de charge.

Sur cette base, nous pouvons déterminer la force due à la restriction hydraulique :

F_h = A_0 \, \Delta p= A_0 \, \frac{\rho}{2}\left( \frac{A_0 \, \dot{S}}{A_f \, \alpha} \right)^2

Notez également que le signe de la force hydraulique dépend de l’extension ou de la rétraction de la tige.
De plus, son amplitude peut différer en présence de clapets anti-retour.

La difficulté de cette équation est de connaître $\alpha$ , ce qui n’est pas facile à calculer.
Il doit être déterminé par CFD ou par mesures, et peut également dépendre de nombreuses variables.

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Frottement des joints du PHC

Le frottement des joints est un sujet très complexe. Il dépend de nombreux facteurs, tels que :

Pression du fluide
Précontrainte de l’élément élastique
Matériau du joint
Vitesse du piston ou de la tige de piston
Rugosité de surface
Type de fluide
Largeur du joint
Configuration du joint

Un modèle complet de frottement des joints dépasse le cadre de cette introduction ; le point pratique est que le frottement varie avec chacun des facteurs ci-dessus.

Équation différentielle

Utilisons maintenant ce qui précède avec les hypothèses suivantes :

Le frottement des joints est négligé (en réalité, il peut être significatif).
La restriction hydraulique est négligée ici pour garder un modèle illustratif — dans l’unité réelle, cette restriction constitue l’amortissement conçu, et c’est précisément ce qui limite le pic de résonance et contrôle la réponse à la pose.
La traînée est négligée (pour un PHC performant, cette hypothèse est acceptable).
Négliger la raideur et l’amortissement du gréement/câble de levage.
Négliger l’hydrodynamique du PHC.
Négliger le poids propre du PHC.

Une solution numérique plus précise, incluant tous les effets (et une équation d’état plus précise pour la pression du gaz), est disponible auprès de Norwegian Dynamics.

Nous pouvons appliquer la deuxième loi de Newton à la masse de la charge utile pour déterminer son mouvement par rapport au crochet de grue.
Supposons que le sens positif soit vers le bas :

(m + m_A) \, \ddot z = m g – F_B – k \, [ z + z_0 + \zeta \cos(\omega t) ]

Ceci admet une solution en régime permanent donnée par :

z(t) = \frac{k \, \zeta}{(m + m_A)\, \omega^2 – k} \, \cos(\omega t)

Ce que nous voulons connaître, c’est le rapport entre le mouvement de la charge utile et le mouvement du crochet.

\frac{z(t)}{\zeta \, \cos(\omega t)} = \frac{k}{(m + m_A)\, \omega^2 – k}

Nous pouvons ensuite remplacer $\omega$ par $\frac{2 \pi}{T_P}$ , où $T_P$ est la période de vague, et remplacer $k$ par notre expression ci-dessus :

\frac{z(t)}{\zeta \cos\!\left(\frac{2\pi t}{T_p}\right)}=\frac{1}{\displaystyle\underbrace{\left(\frac{m+m_A}{m}\right)}_{\text{Added mass}}\underbrace{\frac{\rho}{\rho-\rho_w}}_{\text{Buoyancy}}\underbrace{\frac{2\pi^2}{g\,T_p^2}}_{\text{Wave period}}\underbrace{\frac{S}{\left[\left(\frac{R-0.5}{R-1}\right)^{\gamma}-1\right]}}_{\text{PHC}}-1}

Ce rapport permet de définir l’efficacité de la compensation passive de pilonnement. Si le rapport est 0, la charge utile ne bouge pas du tout ; en dessous de 1, le compensateur isole la charge utile ; au-dessus de 1, le mouvement est amplifié. La résonance est la condition spécifique où le dénominateur du modèle non amorti tend vers zéro ; une amplification proche de cette période en est le signe avant-coureur. Le calculateur ci-dessous évalue cette expression de dimensionnement non amortie, à fréquence unique, avec la raideur sécante ci-dessus. Il est prérempli avec les valeurs de l’exemple résolu — remplacez-les par votre cas. Il ne permet pas de dimensionner une unité : l’amortissement, la traînée, les mers irrégulières, les limites de course et de pression, la vitesse de pose et les charges structurelles sortent du cadre de ce modèle et proviennent d’une étude de levage dans CONSTELLATION.

Figure 2 — Amplitude du rapport de mouvement d’après l’expression ci-dessus, avec les données de l’exemple résolu (m = 100 t, m_A = 20 t, ρ = 7 850 kg/m³, ρ_w = 1 030 kg/m³, S = 6 m et γ = 1.4) pour des rapports gaz/huile R = 4, 8 et 12. En dessous de 1.0, le PHC isole la charge utile ; à T_n le modèle non amorti entre en résonance. L’amortissement réel limite le pic, et les résultats du projet sont propres à chaque cas.

Calculateur d’efficacité de la compensation passive de pilonnement

Constantes fixes de dimensionnement : masse volumique de l’eau de mer ρ_w = 1 030 kg/m³, exposant adiabatique γ = 1.4 et g = 9.81 m/s².

Masse de la charge utile m (tonnes) :

Masse ajoutée mₐ (tonnes) :

Masse volumique de la charge utile ρ (kg/m³) :

Période de vague Tₚ (s) :

Longueur de course S (m) :

Rapport gaz/huile R :

Saisissez les valeurs et sélectionnez Calculer.

Nous pouvons également définir la période propre du PHC comme :

T_n = \pi \sqrt{\frac{m + m_A}{m} \,\frac{\rho}{\rho – \rho_w} \,\frac{2S}{\,g\!\left(\left(\dfrac{R – 0.5}{R – 1}\right)^{\!\gamma} – 1\right)}}

Exemple résolu : lecture du rapport de mouvement

Prenons le type de cas du calculateur : une charge utile de 100 t en acier (ρ = 7 850 kg/m³) avec 20 t de masse ajoutée, sur un PHC avec 6 m de course et un rapport gaz/huile R = 12, dans des vagues de période T_p = 8 s (γ = 1.4):

Souplesse du ressort. Le facteur du ressort à gaz ((R − 0.5)/(R − 1))^γ − 1 ≈ 0.064 — un R élevé et une course longue produisent un ressort souple.
Période propre. T_n ≈ 16 s, confortablement au-dessus des vagues de 8 s — le système fonctionne dans sa plage d’isolation.
Rapport de mouvement. L’expression ci-dessus donne ≈ 0.33: la charge utile subit environ un tiers du mouvement du crochet — environ les deux tiers du mouvement induit par la houle sont supprimés.

Le modèle analytique est non amorti et conservateur près de la résonance — l’amortissement réel limite le pic et ajoute une certaine transmission dans la plage d’isolation. Pour le dimensionnement, la solution numérique complète (état du gaz, amortissement, traînée, gréement) est ce qu’une étude CONSTELLATION permet d’obtenir.

Amortissement : quel type, et quelle quantité

Le ressort à gaz stocke l’énergie — l’amortisseur décide où elle va. Sans amortissement, le compensateur est un système masse-ressort qui oscillerait à sa période propre après chaque perturbation. Lorsque le piston se déplace, l’huile est forcée à travers des orifices ou des vannes de contrôle, et la résistance à l’écoulement convertit l’énergie cinétique en chaleur : une force qui croît avec la vitesse, limitant la résonance, amortissant les régimes transitoires et permettant de contrôler la vitesse de descente lors de la pose.

Types d’amortissement dans les compensateurs passifs de pilonnement — loi de force caractéristique et contexte d’utilisation de chacun.
Type d’amortissement	Caractéristique	Où on le rencontre
Linéaire	Force ∝ vitesse	Simple à modéliser — rare dans le matériel réel
Quadratique	Force ∝ vitesse²	Le comportement naturel de l’écoulement à travers un orifice — fort à grande vitesse, doux à faible vitesse
Variable	Orifices réglables / vannes proportionnelles	Amortissement modifié selon la phase opérationnelle — l’approche adaptative

TROP FAIBLEEntre en résonance dangereusement — les régimes transitoires persistent

DANS LA PLAGE≈ 5 – 15 % de l’amortissement critique dans les modèles de dimensionnement de ND pour une descente normale — défini au cas par cas ; augmenté temporairement pour la zone de déferlement et la pose

TROP ÉLEVÉLe système devient rigide — le mouvement du navire se transmet, l’efficacité chute

Amortissement variable en pratique : ANTARES ajuste automatiquement son niveau entre les phases de levage ; RIGEL et CYGNUS sont réglés manuellement sur le pont.

Autres usages subsea

Les unités de compensation passive de pilonnement peuvent également apporter d’autres avantages pour les installations subsea :

Capacité à maintenir la tension du câble tout au long de la phase de pose, ce qui évite une gîte soudaine du navire.
Réduction des charges de pointe en cas de relevage de la charge utile.
Assure une mise en tension pendant la récupération subsea afin d’éviter une surcharge lorsque la charge est fixée au fond marin.

Choisir le bon PHC

Norwegian Dynamics propose trois gammes de compensateurs passifs de pilonnement :

ANTARES Adaptive PHC — compensateur passif adaptatif de pilonnement avancé, avec contrôle automatique de l’amortissement, plusieurs modes de fonctionnement et une profondeur nominale jusqu’à 3000 m. Idéal pour les opérations exigeant performance et flexibilité élevées.
RIGEL Basic PHC — compensateur passif de pilonnement simple, fiable et économique. Idéal pour les franchissements simples de la zone de déferlement et les tâches de compensation basiques.
CYGNUS PHC — compensateur passif de pilonnement pour les levages lourds et en eaux profondes, avec des capacités de 12.5 à 10,000 tonnes. Idéal pour les grandes structures subsea et les poses en eaux profondes.

→ Besoin d’aide pour choisir ? Consultez notre Guide de sélection des compensateurs de pilonnement ou contactez nos ingénieurs.

RIGEL, ANTARES ou CYGNUS — en un coup d’œil

Comparatif des compensateurs passifs de pilonnement RIGEL, ANTARES et CYGNUS — type, amortissement, plage de SWL, course, alimentation, points forts, certification et usage type.
Propriété	Propriété	Propriété	Propriété
Type	Passif	Passif adaptatif	Passif
Amortissement	Manuel, réglé sur le pont	Contrôle automatique de l’amortissement	Manuel, réglé sur le pont
Plage de SWL	55 – 1 000 t	30 – 4 000 t	12.5 – 10 000 t
Course	1.0 – 6.0 m	2.5 – 8.0 m	1.0 – 6.0 m
Alimentation	Aucune alimentation externe	Batterie — sans ombilical	Batterie — sans ombilical
Point fort	Unité la plus simple et la plus légère	Capacité de levage rapide	Plage de capacité lourde / eaux profondes
Certification	Conçu et classé · DNV-ST-0378 (homologation de type en cours)	Conçu et classé · DNV-ST-0378	Conçu et classé · DNV-ST-0378
Idéal pour	Franchissements simples de la zone de déferlement et compensation basique	Levages multi-phases exigeants nécessitant un amortissement automatique	Levages subsea lourds et en eaux profondes

Orientation initiale — le guide comparatif entre compensation passive et active de pilonnement vous guide question par question dans ce choix.

Compensation passive de pilonnement — questions fréquentes

Qu’est-ce que la compensation passive de pilonnement ?

Un moyen de réduire le mouvement vertical transmis du crochet de grue à la charge utile, sans alimentation externe : un ressort à gaz à l’azote supporte le poids tandis qu’un amortissement hydraulique dissipe l’énergie de la houle.

Quels sont les principaux composants d’un compensateur passif de pilonnement ?

Un ressort à gaz (azote sous pression), un vérin hydraulique dans lequel l’huile circule à travers des orifices contrôlés, et des vannes d’amortissement qui restreignent le débit pour dissiper l’énergie.

Quelle est l’efficacité de la compensation passive de pilonnement ?

Un PHC correctement dimensionné ne transmet qu’une fraction du mouvement du crochet — dans l’exemple résolu ci-dessus, environ un tiers à T_p = 8 s. L’objectif de conception est de maintenir la période propre du système bien au-dessus des périodes de vague de l’opération ; le calculateur de cette page donne une première indication.

Quand un compensateur passif est-il préférable à un compensateur actif ?

Le passif l’emporte par sa simplicité, sa fiabilité et l’absence d’alimentation externe pour les franchissements de zone de déferlement, la pose, la mise en tension et la récupération ; l’actif est réservé aux cas où le mouvement résiduel doit être ramené à zéro. Le comparatif actif contre passif détaille les compromis.

Quel compensateur Norwegian Dynamics convient à quel levage ?

RIGEL pour une compensation passive simple ; ANTARES lorsque le contrôle automatique de l’amortissement ou le levage rapide compte ; CYGNUS pour les levages lourds et en eaux profondes jusqu’à 10 000 t. Le tableau ci-dessus les compare ligne par ligne.

Vous sélectionnez un compensateur passif pour votre prochain levage ?

Nous dimensionnons les PHC selon la plage opérationnelle — Hs, Tp, charge utile, profondeur d’eau. Envoyez le cas et nous reviendrons vers vous avec un produit recommandé.

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