Liaisons dangereuses

Transport
Liaisons
dangereuses
La propulsion contrarotative Azipod® d’ABB ouvre de nouveaux
débouchés aux ferries de la compagnie japonaise Shin Nihonkai
Lars Anderson, Thomas Hackman
L
Shin Nihonkai Ferry, principal opérateur japonais de ferries, a réceptionné
en 2004 deux bâtiments flambant neufs et de technologie innovante.
Les nouveaux ferries RoPax furent les premiers au monde à être dotés
du système de propulsion contrarotative Azipod® d’ABB. Au cours des
premiers mois en mer, l’opérateur annonce une baisse notable de la
consommation de carburant et une exploitation plus économique.
a compagnie Shin Nihonkai Ferry
(SNF) encadré 1 , pionnière du trafic
ferry rapide, fut la première à ouvrir
une liaison dans la mer du Japon en
1970. En 1995, elle faisait construire
deux navires rapides (31 nœuds), le
Suzuran et le Suisen. Plus récemment,
fidèle à son esprit d’innovation, elle
décidait d’équiper deux nouveaux ferries rapides du système de propulsion
électrique par pod CRP Azipod®.
Toujours plus
Les deux bâtiments venus grossir la
flotte de la compagnie SNF, le Hamanasu et le Akashia, ont été livrés en
2004 par les chantiers navals Mitsubishi Heavy Industry (MHI) de Naga64
Revue ABB 3/2006
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saki. D’une longueur hors-tout de
224,5 m pour une vitesse en service
de 31,5 nœuds, ces deux navires
RoPax (ferries rouliers à passagers)
sont les plus grands et les plus rapides du Japon encadré 2 . Ils sont également les premiers navires au monde à
bénéficier du système de propulsion
contrarotative CRP Azipod® d’ABB.
Avantages de la propulsion par
CRP Azipod®
une solution à stabilisateur anti-roulis
à un aileron et système propulsif
CRP Azipod® qui combine une hélice
principale et une hélice Azipod® de
17,6 MW en arrière dans le même
axe 1 .
Construire un prototype suppose toujours une prise de risque. Toutefois, la
propulsion CRP Azipod® étant la seule
solution permettant d’assurer une
liaison quotidienne, la SNF et les
chantiers navals MHI « se jetèrent à
l’eau », décidant par la même occasion
de sortir d’une impasse de plusieurs
décennies en voulant concrétiser les
potentiels de la propulsion contrarotative encadré 3 .
ABB Marine a ainsi livré pour chacun
des deux navires une hélice Azipod®
de 17,6 MW, fonctionnant en tandem
avec une hélice orientable en nacelle
(pod) immergée. ABB a également
fourni les systèmes de contrôlecommande ainsi que les systèmes de
production et de distribution
d’énergie de 27 MW et 6,6 kV.
Le japonais SNF exploite de nombreuses liaisons maritimes entre
les îles d’Honshu et d’HokEncadré 1 Shin Nihonkai Ferry (SNF)
kaido au nord du pays. La
®
propulsion CRP Azipod ,
Raison sociale
Shin Nihonkai Ferry Co., Ltd.
choisie principalement pour
Effectifs
585 personnes (231 à terre, 354 en mer)
réduire les dépenses de carSiège
Osaka (Japon)
burant, offre de nombreux
Succursales
9 au Japon
autres avantages.
Président
Yasuo Iritani
Avec ses 573 miles nautiques,
la liaison Maizuru-Otaru est
la plus longue de l’opérateur.
Son exploitation quotidienne
a toujours nécessité trois ferries qui faisaient la traversée
en 30 heures à la vitesse de
20 nœuds, avec une ponctualité quasi irréprochable.
Pour assurer cette liaison
quotidienne avec seulement
deux ferries, il fallait des
navires d’une plus grande
capacité et plus rapides
(30,5 nœuds). Or, en essayant de résoudre le problème, la SNF s’est vite rendue
compte qu’une telle vitesse
entraînerait une consommation de carburant prohibitive.
Pour qu’une liaison à deux
ferries soit viable, la SNF
devait trouver une solution
permettant de faire des économies de carburant substantielles (en restant dans le
domaine du possible).
Lors de la présentation du
concept CRP Azipod® et de
son haut rendement propulsif qui autorise d’importantes
économies de carburant, les
dirigeants de la SNF se sont
montrés intéressés. A l’issue
d’une étude approfondie, les
chantiers MHI ont opté pour
Revue ABB 3/2006
Principales filiales du groupe Kanko Kisen, Hankyu Ferry, Kampu
Ferry, Orient Ferry, Japan Cruise
Line, Kyowa Shoji
Encadré 2
Caractéristiques techniques
Ferries RoPax Hamanasu et Akashia
Longueur
224,82
Largeur
26,0
10,0
Profondeur jusqu’au 2ème pont
Tirant d’eau
7,4
Tonnage
34 131
Port en lourd
6649
Capacité passagers
820
Cabines passagers
144
Capacité remorques
158
Capacité voitures
65
Vitesse maximale
32,04
Vitesse en service
30,5
Puissance installée
50 400
Puissance propulsive totale
42 800
17 600
Hélice Azipod®
m
m
m
m
t
t
L’appareil propulsif comprend
deux moteurs Wärtsilä 12V46
entraînant une hélice orientable par l’intermédiaire d’un
réducteur à double étage.
Deux autres moteurs 12V46
entraînent des alternateurs qui
alimentent l’hélice Azipod®.
La puissance fournie par
l’hélice orientable est de
25,2 MW et de 17,6 MW par
l’hélice Azipod®, soit au total
42,8 MW. Pour atteindre la
même vitesse, un système de
propulsion classique à double
ligne d’arbre aurait exigé une
puissance installée totale
d’environ 47 MW.
Avis de tempête
nœuds
nœuds
kW
kW
kW
Equipements fournis par ABB pour chaque navire
1 alternateur principal (3 450 kVA, 6,6 kV)
2 alternateurs principaux (14 353 kVA, 6,6 kV)
3 armoires point neutre
3 armoires régulateur de tension
1 tableau de distribution principal 6,6 kV
2 transformateurs de propulsion
1 transformateur d’excitation
1 convertisseur de propulsion
1 système de propulsion CRP Azipod® 17,6 MW
2 moteurs de propulseur
2 transformateurs de distribution
2 dispositifs de prémagnétisation des transformateurs de propulsion
2 alimentations sans interruption (UPS)
1 système de contrôle-commande de la propulsion contrarotative
La mer du Japon connaît deux
saisons très marquées : l’hiver
et l’été. L’hiver (novembre à
mars), la navigation y est particulièrement difficile avec
des tempêtes tristement célèbres, des températures qui
chutent sous zéro et la formation de glace sur les navires,
bien que la mer ne gèle jamais vraiment. Les vents qui
soufflent lors des tempêtes
hivernales dépassent fréquemment 30 m/s avec des vagues
de plus de 8 m de haut.
Lorsque les vagues atteignent
plus de 5 m, la SNF retarde ou
annule normalement les départs. Toutefois, les liaisons
maritimes étant très longues,
les conditions climatiques peuvent varier en cours de route et
les navires être ralentis par des
tempêtes imprévues. Maintenir
65
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une vitesse de croisière élevée est donc
indispensable ; en effet, toute réduction
de 1,5 nœud de la vitesse se traduit par
un retard d’une heure à l’arrivée.
Si le temps est plus clément en été,
c’est également la saison des typhons,
certes plus faciles à anticiper car se
déplaçant plus lentement. Néanmoins,
il arrive que les ferries doivent braver
la tempête pour assurer leurs liaisons
quotidiennes.
Promesses tenues
Pour Yasuo Iritani, président de la
SNF, ce sont les résultats prometteurs
des études menées sur le concept
Azipod® qui ont emporté sa décision.
« Si ces navires coûtent un peu plus
cher à construire que les ferries classiques, les économies en exploitation
Encadré 3
suffisent à rentabiliser le surcoût de
départ », précise-t-il, ajoutant que ces
nouveaux ferries ont également permis d’atteindre l’objectif principal :
l’exploitation d’une liaison quotidienne Maizuru-Otaru.
Par rapport à la desserte
précédente, le temps de
rotation a été réduit de
25 %.
« Par rapport à la desserte précédente,
le temps de rotation a été réduit de
25 %, ouvrant des opportunités pour
le fret maritime. Ainsi, nous constituons une alternative au fret aérien
pour les denrées alimentaires périssables chères. Non seulement nous amé-
20 % de carburant en moins
L’objectif de départ était de réduire de
10 % la consommation de carburant
des ferries Hamanasu et Akashia par
rapport aux traditionnels navires à
deux lignes d’arbre.
En mai 2004, le Hamanasu est le premier à prendre la mer pour des essais
très attendus. Lors des essais de vitesse, réalisés avec une répartition 55/45
de la puissance entre les hélices avant
(55 %) et arrière (45 %), le navire atteignit 32,04 nœuds, un véritable exploit !
Encore plus exceptionnel, le faible
niveau de consommation de carburant,
sans équivalent pour le secteur. Les
essais en mer validèrent ainsi les résul-
Les avantages de la propulsion contrarotative
La propulsion contrarotative intéresse les
armateurs à double titre : le rendement propulsif accru grâce à la récupération par
l’hélice contrarotative arrière de l’énergie et la
meilleure répartition de la charge de poussée
sur un plus grand nombre de pales d’hélice
dans un espace confiné. L’accroissement de
la surface totale balayée par les pales permet
d’améliorer les caractéristiques de cavitation
et donc de fournir plus d’énergie à un système de propulsion contrarotative à hélices de
diamètre plus petit, point particulièrement
important pour les navires puissants à faible
tirant d’eau. Pour les hélices de diamètre
standard, la propulsion contrarotative présente un troisième avantage, à savoir une
réduction du bruit et de la cavitation. Enfin,
l’utilisation d’une propulsion Azipod à l’arrière
améliore notablement la manœuvrabilité.
Avantages pour la SNF
Les navires RoPax Akashia et
Hamanasu sont les premiers à
être équipés de la propulsion
contrarotative Azipod®. Ils
consomment 20 % de carburant
en moins que leurs prédécesseurs pour une capacité de transport supérieure de 15 %. La
réduction des coûts de maintenance et de pièces de rechange
des moteurs Diesel devrait induire
des économies supplémentaires.
66
liorons nos performances, mais en
plus nous élargissons nos débouchés ».
Liaison maritime :
Desserte quotidienne Maizuru-Otaru :
573 miles nautiques
Deux possibilités :
3 ferries à la vitesse de 20 nœuds pour une
traversée en 30 h
2 ferries à la vitesse de 30,5 nœuds pour
une traversée en 20 h
Le cahier des charges : puissance propulsive accrue et économies de carburant
La solution : une hélice principale à 4 pales
orientables (diam. 5,6 m) et une hélice
Azipod® à 5 pales (diam. 4,8 m).
Avec leur coque à haut rendement hydrodynamique, leur stabilisateur anti-roulis à un
aileron et leur système de propulsion en
nacelle immergée CRP Azipod®, ces navires
sont particulièrement stables et performants.
La puissance étant répartie entre les deux
3,1 kV
6,6 kV
Variateur
W 12V46C12600 kW
W 12V46C12600 kW
2910 kW
W 12V46C12600 kW
W 12V46C12600 kW
CRP AZIPOD 17,6 MW
3,1 kV
Variateur
6,6 kV
hélices, la taille de chaque hélice peut être
réduite, permettant de diminuer d’autant le
bruit et les turbulences.
L’hélice Azipod® peut également servir de
gouvernail, contribuant à un écoulement en
aval plus régulier et une puissance accrue.
Le navire est plus facile à manœuvrer à
vitesse réduite et dans les ports, ce qui
raccourcit les temps d’escale.
Ferries de la compagnie SNF –
Agencement des machines
La puissance propulsive installée totale est
de 42,8 MW dont 25,2 MW (60 %) fournis
par l’hélice avant et 17,6 MW (40 %) par
l’hélice Azipod®.
Les ferries Hamanasu et Akashia affichent
un gain de rendement hydrodynamique de
10–15 % par rapport aux navires
classiques à double ligne d’arbre.
Ce rendement propulsif remarquable est obtenu en combinant deux
systèmes de propulsion distincts
dans une configuration à ligne
d’arbre unique : une hélice contrarotative, placée dans une nacelle
immergée orientable à 360°, dans
l’axe direct d’une hélice principale à
entraînement mécanique située en
amont, les deux hélices n’étant pas
accouplées mécaniquement.
Revue ABB 3/2006
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tats prometteurs des essais exhaustifs
menés par MHI dans son bassin de
Nagasaki. Après plusieurs mois d’exploitation, l’armateur annonçait une
économie de carburant de l’ordre de
20 % par rapport aux deux anciens ferries à double ligne d’arbre et propulsion Diesel-mécanique temporairement
exploités sur la même liaison. La vitesse en service de ces derniers n’atteignait que 29,4 nœuds, pour une capacité de transport inférieure de 15 %.
Une manœuvrabilité accrue
Autre atout : la grande manœuvrabilité
du navire. Lors des manœuvres à
vitesse réduite et dans le port, l’hélice
Azipod® peut servir de gouvernail et
de propulseur transversal. Restreinte
en vitesses de croisière, la course de
direction de l’Azipod permet, en revanche, aux gros navires Hamanasu
et Akashia de manœuvrer à vitesse
réduite sans l’aide d’un remorqueur
dans des vents pouvant atteindre
18 m/s, ce qui est impossible pour
des ferries à double ligne d’arbre,
pourtant plus petits.
Souplesse d’exploitation
L’appareil propulsif offre également
une grande souplesse en termes de
distribution d’énergie. Ainsi, par
exemple, les navires acheminent depuis Hokkaido de grandes quantités
de denrées alimentaires périssables
(produits laitiers et légumes) transportées en remorques réfrigérées qui
doivent être branchées sur le réseau
électrique de bord. Au retour, ces
remorques sont vides et l’électricité
1
Hélices contrarotatives
peut, au besoin, être utilisée pour les
besoins de la propulsion. A l’inverse,
lorsque les conditions météorologiques sont favorables, le navire peut
effectuer le trajet en n’utilisant que
trois moteurs, sans prendre aucun
retard.
La consommation de
carburant des deux
navires est inférieure de
20 % à celle des deux
anciens ferries à double
ligne d’arbre.
Paroles d’expérience
Kiyoshi Takaoka, responsable du
département Marine, confirme que le
client est ravi des performances des
nouveaux navires qui, de surcroît,
offrent une excellente manœuvrabilité
et une grande stabilité par gros temps.
M. Takahashi, capitaine du Hamanasu,
se déclare lui aussi plus que satisfait :
« Dans des conditions météorologiques
normales, la stabilité de route est
excellente. Nous ne sortons généralement pas lorsque les vagues dépassent 5 m de haut, mais il est parfois
impossible d’éviter les typhons. L’été
dernier, nous avons ainsi affronté des
vagues de plus de 8 m accompagnées
de vents extrêmement violents. Nous
avons réduit notre vitesse à 20 nœuds,
et malgré les conditions difficiles, le
navire est resté totalement manœuvra-
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ble. De même, les manœuvres de port
se font en toute sécurité grâce à la
forte propulsion assurée par l’hélice
Azipod®, équivalente à la poussée
fournie par deux remorqueurs ».
« La manœuvrabilité de l’Azipod reste
tout aussi remarquable à des vitesses
de cinq nœuds ou moins. L’accélération à la sortie du port est bien
meilleure qu’avec d’autres navires,
et à vitesse maximale, la vague de
poupe est très réduite, signe d’une
faible consommation de carburant ».
Les chantiers navals MHI, qui ont
construit les deux bâtiments, peuvent
désormais préconiser la propulsion
CRP Azipod® pour les ferries comme
pour les bâtiments fortement sollicités
(ex., navires méthaniers), pour lesquels une propulsion redondante est
importante.
Lars Anderson
Wärtsilä Switzerland, Ltd.
Winterthur (Suisse)
[email protected]
Thomas Hackman
ABB Oy
Helsinki (Finlande)
[email protected]
Bibliographie
[1] Matti Turtiainen : Le transport maritime se met au
vert, Revue ABB 3/2005
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