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C’est pas nouveau, quoique !

Le Polar-POD de Jean-Louis Etienne testé à Centrale Nantes

Jean-François Preveraud
Le Polar-POD de Jean-Louis Etienne testé à Centrale Nantes

Dériver dans le Courant Circumpolaire Antarctique pour mesurer sans perturber

© DR

Le futur engin océanographique qui devrait permettre à Jean-Louis Etienne de partir explorer le Courant Circumpolaire Antarctique dès 2017 est en essais au laboratoire d’hydraulique de l’Ecole Centrale de Nantes. Coup de projecteur sur la conception de cette Perche de Froude similaires à celles utilisées par Jacques-Yves Cousteau voici plus de 50 ans.

L’explorateur Jean-Louis Etienne teste dans le bassin du Laboratoire de recherche en hydrodynamique, énergétique et environnement atmosphérique (LHEEA, CNRS) de l’Ecole Centrale Nantes, la maquette de son futur navire océanographique, le Polar-POD, qui l’accompagnera dans sa prochaine expédition, en janvier 2017, dans les ‘‘Cinquantièmes Hurlants’’ autour de l’antarctique.

Un navire étrange puisque qu’il est vertical et sans motorisation. De fait, c’est une bouée laboratoire dérivant au gré des courants qui utilise le même principe que le bouchon du pécheur à la ligne. Un lest immergé en profondeur, ici 150 tonnes de béton, situé à 80 m de profondeur, permet de la maintenir verticale et d’atténuer très fortement les effets des vagues en surface.

Le principe n’est pas nouveau, c’est celui de la Perche de Froude, du nom d’un ingénieur hydrodynamicien et architecte naval britannique, William Froude, qui théorisa les lois de résistance à l’avancement des navires et défini un nombre sans dimension portant son nom, permettant de calculer des phénomènes hydrauliques réels à partir des mesures faites sur une maquette à l'échelle. La Perche de Froude est une structure verticale comportant à sa base un lest, à mi-hauteur un flotteur immergé et en haut une plate-forme pouvant servir à implanter un laboratoire d’observation.

Plusieurs Perche de Froude ont été construites par le passé. Le RV FLIP (FLoating Instrument Platform) est un navire océanographique américain lancé en 1962 appartenant à l'Office of Naval Research (ONR) et toujours utilisé par le Marine Physical Laboratory (MPL) de l'Institut californien d'océanographie Scripps. Ce navire, long de 108 m peut être placé à la verticale grâce à système de ballasts, laissant l’une de ses extrémités dépasser de 17 m la surface de l’eau.

                       
                          Le Flip une fois basculé en position verticale

De Jacques-Yves Cousteau à Jean-Louis Etienne

Mais l’une des Perches de Froude les plus médiatisée fut celle utilisée par l’Equipe Cousteau dès 1963. Cette Bouée Océanographique de Recherche Habitée (Borha) de 250 tonnes et 60 m de long du Centre National pour l’Exploitation des Océans (Cnexo) fut mouillée en baie de Villefranche puis à mi-chemin entre St Tropez et Calvi sur des fonds de plus de 2 000 m. Elle était équipée de 5 niveaux de laboratoires d’observation, placés dans le flotteur de 8 m de diamètre situé à 25 mètres sous la surface de l’eau. Un vingtaine de hublots étanches y facilitaient l’observation sous-marine directe. Un ascenseur permettait de remonter vers la partie supérieure comportant les locaux de vie pour 8 personnes et disposant d’une plate-forme pour recevoir un hélicoptère. La partie supérieure fut détruite par un incendie dans la salle des machines en 1965 et remplacée. Finalement la bouée fut désarmée en 1970 après avoir subi les assauts de plusieurs tempêtes hivernales.

                        
                               La bouée Borha I de l'Equipe Cousteau

Elle fut remplacée en 1973 par la Borha II, équipée pour des travaux de physique et de dynamique des mers et l’étude des mécanismes d’échange entre l’océan et l’atmosphère. Cette structure de 870 tonnes haute de 65 m, ne comportait plus de laboratoires dans le flotteur immergé. Tous étaient situés dans les 3 niveaux de la tête, culminant à 17 m qui abritaient aussi les locaux de vie pour 6 personnes. Elle fut réformée dans les années 80. Sa partie supérieure fut reconvertie à terre en bureau d'études sur le site des anciens chantiers de la Seyne-sur-Mer (83). Elle est devenue aujourd'hui la Capitainerie de port. La structure fut quant à elle immergée dans la rade de Marseille pour servir de centre d'entrainement aux travaux sous-marins.

                       
                                                  La bouée Borha II

Un très faible impact sur l’environnement

Le Polar-POD est bâti sur un principe similaire aux Borha, tout en synthétisant l'expérience du FLIP américain et la technologie des flotteurs des futures grandes éoliennes offshore. Cet engin de 100 m de long et 720 tonnes, conçu par le bureau d'études lorientais Ship-St, utilisera un lest de 150 tonnes qui lui permettra de se dresser à 19 m au-dessus de la surface. L’objectif est, malgré les conditions de mer dantesques des régions australes, de ne pas giter de plus de 5°. De plus, sa période de pilonnage, plus longue que celle de la houle, lui permettra de ne pas entrer en résonance avec les mouvements de la mer. De fait, le mouvement vertical ne dépassera pas 10 % de la hauteur des vagues qui peuvent atteindre les 30 m, si l’on se fie aux données issues des observations par satellite.

La nacelle est équipée pour héberger 7 personnes avec 6 mois d'autonomie. C’est un habitat à ‘‘énergie positive’’ grâce à la performance de son isolation thermique. La production d'électricité pour les capteurs et instruments de mesure, l'éclairage, les télécommunications, l'informatique, le dessalement d'eau de mer, l'eau chaude et la cuisine, sera assurée par 4 éoliennes de 3,2 kW et stockée dans des packs de batteries lithium-ion.

Les moyens du LHEEA

Il est équipé d’un bassin de houle de 50 m de long, 30 m de large et 5 m de profondeur avec un puits central de 5 m sur 5 m sur 5. Un batteur de houle composé de 48 volets indépendants permet de créer des houles multidirectionnelles de 1 m de haut. Il est également doté d’un générateur de vent pour simuler les conditions extrêmes auxquelles sont soumises les structures marines.

 

Ce Polar-POD va permettre d’explorer le Courant Circumpolaire Antarctique. Long de 24 000 km et large de 1 000 km, c'est le plus puissant courant de la planète. Poussé par des vents légendaires, les fameux ‘‘cinquantièmes hurlants’’, rien n'arrête sa grande houle autour de l'Antarctique. L'activité biologique y est intense, c'est un immense refuge d'oiseaux de mer et de mammifères marins. Ses eaux froides absorbent une part importante du CO2 émis par les activités humaines. Véritable courroie de transmission, il relie les eaux des océans, Atlantique, Indien et Pacifique avec les eaux froides de l'Antarctique. Il contribue à isoler le froid du continent Antarctique des flux de chaleur des moyennes latitudes. C'est la principale source de formation des eaux profondes de l'océan Mondial. Les périodes de gel et dégel à proximité de l'Antarctique alimentent la formation des eaux profondes.

Programme Scientifique

Contrairement à un navire classique, les mouvements du Polar-POD ne perturbent pas la surface de la mer et il est très silencieux, ce qui en fait une plate-forme spécialement adaptée pour :

  • Mesures des échanges Air / Océan (CO2) ;
  • Dynamique des vagues ;
  • Validation en mer des mesures satellitaires ;
  • Mesures de courants et profil d'océan ;
  • Collectes de planctons et évaluation de l'impact de l'acidification ;
  • Enregistrement des transmissions acoustiques des mammifères marins, du krill, et du bruit de fond de l'océan ;
  • Mesures des aérosols et leurs sources ;
  • Observation de la faune marine, baleines, oiseaux de mer...

La mise à l’eau du Polar-POD est prévue à la fin du printemps 2016.

Et ça c’est nouveau !

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : http://www.jeanlouisetienne.com/polarpod/

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