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CONSTRUCTIONS NAVALES Prof. Dr. Ir. Yasar Argun ISIN CONSTRUCTIONS NAVALES Par Prof. Dr. Ir. Yasar Argun ISIN Constructions Navales ii Préambule Le présent livre est essentiellement destiné aux personnes intéressées par la construction navale et tout spécialement d'architecture navale qui regrou...

Description

CONSTRUCTIONS NAVALES

Prof. Dr. Ir. Yasar Argun ISIN

CONSTRUCTIONS NAVALES

Par Prof. Dr. Ir. Yasar Argun ISIN

Constructions Navales

ii

Préambule Le présent livre est essentiellement destiné aux personnes intéressées par la construction navale et tout spécialement d'architecture navale qui regroupe succinctement les différentes notions et les grands principes du domaine des constructions métalliques et plus spécialement de ses applications aux constructions navales. Il est rédigé de manière à servir comme manuel de cours pour des étudiants des facultés des sciences appliquées et des instituts polytechniques des universités, et ainsi que des écoles techniques supérieures d'ingénieurs. Certaines notions qu'y sont reprises nécessitent de la part du lecteur des connaissances approfondies acquises au cours de sa formation antérieure, notamment, des notions de mécanique et de résistance des matériaux. La nomenclature et les conversions des unités reprises en fin de l'ouvrage peuvent être d'une grande utilité au lecteur pour suivre avec facilité les notions exposées, et de même que la bibliographie présentée lui permettra de les compléter et les approfondir s'il en éprouve le besoin. Pour une meilleure compréhension et une plus grande facilité de lecture, nous suggérons au lecteur de se familiariser, avant tout, avec les notions et termes se trouvant dans les volumes I & II de l'ouvrage "Théorie du Navire" du même auteur. Bonne lecture………..

Kinshasa, le 16.12.2010

Yasar Argun ISIN Docteur en Sciences Appliquées Ingénieur Civil des Constructions Navales Océanologue.

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Table des Matières Introduction • •

Historique Types de navires • Les navires commerciaux • • • • •

Les navires cargo général Les navires transporteurs en vrac Les navires transporteurs gaz liquéfié Les navires à passagers Les ferries, car ferries

• Les navires industriels • Les navires de service • Les bateaux d'intérieur

Section 1

STRUCTURE DU NAVIRE

Chapitre I - Les charges sur la structure • Forces • Classification des forces • Forces statiques dues au chargement et poids propre • • • • • •

Distribution de la poussée et du poids Efforts tranchants Moments de flexion Effet de l'inclinaison sur les contraintes Modification de la résistance de la section couple Interaction coque-superstructure

• Autres forces ou couples • Pression hydrostatique • Couple de torsion • Forces hydrodynamiques, aérodynamiques, chocs, etc.

Chapitre II - Structure du navire • Conception des structures • Eléments du système longitudinal • Eléments du système transversal

• Structures de fond • • • •

Quille Quille de bouchain Double fond Fondations des machines

• Bordé extérieur (murailles) • Structures de pont • • • •

Ponts Bordé de pont Ecoutilles et panneaux d'écoutille Pavois et rambardes

• Superstructures de pont • Superstructures pontées • Superstructures des navires à passagers • Roufles • Portes étanches d'intempéries

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• Cloisons et épontilles • • • • • •

Cloisons Epontilles Portes étanches Cofferdams Deep tank (Réservoir de ballast) Tunnel d'arbre

• Structures avant • Structure de l'étrave • Puits à chaîne • Écubiers • Structures arrière • Structure de l'étambot • Gouvernails • Appareil à gouverner • Tube d'étambot • Ailerons et supports de l'arbre d'hélice • Hélices

Chapitre III - Vibrations • Méthodes de calcul • Méthodes analytiques • Méthodes empiriques

• Formules empiriques • Formule de Schlick • Formule de Burrill • Formule de Todd & Marwood

Section 2 CONCEPTION DES NAVIRES Chapitre I - Conception • Programme du navire • Fonctions spécifiques et étapes d’élaboration

Chapitre II - Eléments d'avant projet • Paramètres de base de dimensionnement • Dimensions initiaux et leur rapport • Rapport L/B • Rapport B/C • Rapport B/T • Rapport L/C

• Coefficients de forme • • • • •

Block coefficient CB Coefficient du maître couple CM Coefficient prismatique CP Coefficient de la surface de flottaison CW Coefficient prismatique vertical CPV

• Propriétés hydrostatiques • Hauteur du centre de poussée KB • Rayon métacentrique BM • Centre longitudinal de poussée LCB

• Estimation du poids • • • •

Poids de la structure Poids de la machinerie Poids des équipements Poids des éléments de port en lourd

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• Coordonnées des centres de gravité • • • •

Coque Moteurs Equipements Eléments du port en lourd

• Fréquences naturelles des mouvements du navire • Roulis • Tangage • Pilonnement

• Résistance et propulsion

Chapitre III - Paramètres usuels pour remorqueurs • • • • • • •

Dimensions principales Vitesse économique Coefficients des formes Stabilité Valeurs et rapports pour un design optimal LCB et Ld en % de L Les diagrammes usuels

Section 3 CONSTRUCTION DES NAVIRES Chapitre I - Pratique du chantier naval • Organisation du chantier naval • Etapes de la construction des navires • • • • • • • • •

Bureau d'études Tracée des formes en vraie grandeur (Mould loft) Conception et fabrication assistées par ordinateur (CAD/CAM) Préparation des tôles et des profilés Découpage et formage des tôles et des profilés Cintrage des tôles Cintrage des poutres et des profilés Préfabrication des composantes de la structure Assemblage des sections du navire

Chapitre II - Armement et équipements des navires • Engins de levage

• Mâts et mâts de charge • Le gréement • Grues de pont

• Accès aux cales, manutention et dispositifs de sécurité • • • • • •

Portes d'accès avant et arrière Rampes d'accès Portes latérales et chargeurs Ponts amovibles Monte-charge et élévateur à ciseaux Dispositions de sécurité d'arrimage de la cargaison

• Installations d'assèchement, ballastage et dalotage • • • •

Installations d'assèchement des cales et des compartiments Circuits de ballastage Tuyauteries, crépines et puisards des circuits d'assèchement Pompes et éjecteurs

• • •

Ventilation Réfrigération Isolation

• Systèmes de ventilation, réfrigération et isolation

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Chapitre III – Corrosion et systèmes de protection • • • •

Nature et formes de corrosion Contrôle de la corrosion Systèmes antisalissure (anti-fouling) Peintures

Chapitre IV - Mise à l'eau des navires • • • • •

Lancement sur plan incliné Dispositifs de sécurité Lancement latéral Cale sèche Dock flottant et ascenseur

Bibliographie - Références Nomenclature - Unités

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I. 1

Introduction Navires Le navire est un moyen de transport sur mer et sur les voies fluviales et lacustres universellement utilisé, et ce depuis plusieurs millénaires. Il est essentiellement destiné à transporter un chargement: marchandises ou passagers ou les deux. Il peut aussi être utilisé comme engin de combat sur mer.

 Historique La plus ancienne représentation connue d’un voilier serait celle qui figure sur un vase égyptien remontant au 18ème siècle avant J.C. Le plus ancien navire retrouvé semble être la barque de Chéops, construite en bois de cèdre vers le 17ème siècle avant J.C. En dehors de l'Egypte, la Crète fut probablement la plus ancienne puissance maritime de la Méditerranée. Ce sont par contre les Phéniciens qui se taillèrent la réputation d’avoir été les meilleurs marins et marchands de leur temps, mais nous ne savons pratiquement rien de leurs navires. Construits en bois jusqu’au milieu du 19ème siècle, les grands navires marchands contemporains sont presque exclusivement construits en métal. D'une manière chronologique, nous pouvons résumer l'architecture navale comme suit: Epoque

Lieu

Néolithique Age de fer Age de bronze Anc. Egypte - 5000 - 3000 1000 1200

1500

~1600

Phénicie Grèce Rome Vikings Gênes et Venise Espagne France Hollande Angleterre Indonésie

1840

1900 1940 1952

Etats-Unis

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Observations Radeaux et pirogues monoxyles Idem et embarcations en roseaux papyrus, ou osier, étanchées et recouvertes de peaux - Bateaux en bois. Virures assemblées par chevilles. Manœuvre par pagaies et rames (+ voilure: voile carrée à 2 vergues – Galères) - Renforcement de la coque pour la navigation maritime (Polynésie) - Bateaux de guerre: galères à rames - Bateaux marchands à voiles Petits bateaux à mer non pontés (Drakkars). Construction remarquablement évoluée. Assemblages couturés. Importance historique de la marine de guerre (galères), voiliers: galions, ème caraques, lourques, caravelles, frégates, jusqu'au 17 sc. Marine marchande à voile. (Le gouvernail date du 13ème siècle). Les sultans musulmans d'Indonésie et les rois des Célèbes possédaient des galères du type méditerranéen. Faits dominants simultanés: Avènement de la construction en fer et utilisation de la vapeur. Avantages et inconvénients de la construction métalliques. Développement parallèle de la marine de guerre et de la marine marchande. - Evolution rapide et profonde. ème - Accélération dans l'évolution après la 2 guerre mondiale. Moteur Diesel - Développement de la construction soudée et de la préfabrication. - Accroissement des dimensions et des vitesses. (dimensions des ouvrages portuaires. er Construction du 1 navire à propulsion nucléaire (Nautilus).

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I. 2

Le développement des connaissances scientifiques, l'introduction des nouveaux matériaux et de nouveaux moyens de mise en œuvre, les leçons apprises de l'expérience du temps de paix et des nécessités de la guerre, contribuent chacune pour leur part aux progrès rapides de la construction navale. Ainsi on évolue actuellement vers des navires spécialisés et automatisés, avec grande capacité et grande vitesse.

 Types de navires

Les navires, en faisant abstraction des navires de guerre, peuvent être classés en quatre grandes catégories: les navires commerciaux, les navires industriels, les navires de service et les bateaux d'intérieur. Chaque catégorie est formée de différents types de navires ou bateaux que l'on peut distinguer selon sa fonction, sa spécificité ou encore selon la nature de son chargement.

 Les navires commerciaux Les navires de commerce présentent une grande diversité et montrent une tendance de plus en plus marquée à la spécialisation, destinés à transporter toute sorte de produits et/ou des passagers, sans être exhaustif, on distinguera notamment: Les navires cargo général (Fig.I.1-2) : Désignés ainsi du fait qu'ils peuvent transporter une grande variété de marchandises et sous différents formes comme sacs, boite, palettes, caisses, barils, voir même des marchandises conteneurisées, réfrigérés ou non, des cargaisons en vrac comme céréales dans des compartiments prévus pour et des huiles spéciales dans des compartiments citernes.

(Fig.I.1)

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Les navires cargo ont en général des longueurs de 137 à 168 m, des déplacements de 15.000 à 25.000 dwt et des vitesses tournant autour de 16-20 nœuds. Parmi ces navires, on appelle: - Les liners des navires cargo fonctionnant selon un horaire défini en trajet direct et généralement entre deux ports. Certains, de faibles capacités (12.000 à 15.000 dwt) peuvent atteindre des vitesses de 23-25 nœuds. - Les tramp ships (vagabonds) des navires cargo de 15.000 à 20.000 dwt ayant des

vitesses tournant autour de 16 nœuds et fonctionnant d'un port à l'autre selon les aléas du fret sans horaire et trajet définis. - Les caboteurs destinés à la navigation à proximité des côtes et même à l'intérieur des

terres, sont des navires de dimensions réduites adaptés dans chaque cas à un service particulier entre deux ports.

(Fig.I.2)

Une série de navires spécialisés sont directement apparentés aux navires cargo, notamment :  Les navires à conteneurs (Fig.I.3) : en tant que variantes des navires du type cargo général, ils sont conçus pour transporter uniquement des conteneurs standards de 20 et 40 pieds, réfrigérés ou non selon le type. Ils ont des longueurs de 100 à 350 m, des vitesses de 14 à 33 nœuds et des capacités de 700 à 6.800 TEU. Les plus petites unités faisant du cabotage (feeders) ont des longueurs inférieures à 130 m et des capacités maximales de 400 TEU.

(Fig.I.3)

 Les navires Roll-on/Roll-off (Fig.I.4): ces navires communément appelés Ro/Ro constituent une variante des navires à conteneurs. Ils sont conçus pour transporter des véhicules et des trailers (trailership) de ce fait ils ont des rampes d'accès de poupe ou de proue et parfois de coté (pour des petits véhicules). Les dimensions, vitesses et capacités dwt de ces navires tournent autour des valeurs respectives de celles des navires cargo général. Prof. Dr. Ir. Yasar Argun ISIN

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(Fig.I.4)

 Les navires transporteurs de barges (Fig.I.5-6) : Les navires variantes des ceux à conteneurs standards. Ils sont conçus pour transporter des conteneurs étanches et auto flottants. Les opérations de chargement et déchargement se font en mer par les propres moyens des navires; portique pour le type Lash et l'élévateur pour le type Seabee.

(Fig.I.5)

Chaque type possèdent ses propres conteneurs spécifiques notamment des barges de 40.000 pieds cube pour Seabee et de 20.000 pieds cube pour Lash, or un conteneur standard 20 pieds à une capacité d'environ 1.200 pieds cube. Ces navires sont très pratiques pour le transport mer  voies navigables intérieures (fleuve, canaux). Les dimensions, les proportions et les dwt de ces navires sont similaires à celles des navires à conteneurs, par contre leurs vitesses varient de 14 à 25 nœuds (inférieures à celles des navires à conteneur classiques et supérieures à celles des navires cargo général).

(Fig.I.6)

Les navires transporteurs en vrac , navires de conception spéciale et de dimensions et capacités variantes, sont destinés à transporter soit des produits secs en vrac (minéraliers, céréaliers) ou des produits liquides en vrac (tankers, pétroliers, bateaux citernes), ou encore produits secs et/ou liquides en vrac donc transporteurs multi-produits OBO (ore/bulk/oil) minerais/céréales/huiles. On distingue ainsi:  Les tankers (Fig.I.7-8 ) sont des navires de formes spécialement conçues pour le transport des produits liquides en vrac comme pétrole brut, produits pétroliers, huiles végétales, mélasse, latex, voir même des produits chimiques liquides. Ils portent des noms selon leur spécificité notamment le pétrolier pour le transporteur de pétrole brut en vrac.

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(Fig.I.7)

Bien qu'on rencontre des tankers de toutes les dimensions et capacités, en général leurs vitesses restent autour de 15-16 nœuds. Les plus gros d'entre eux atteignent et dépassent les 500.000 dwt.

(Fig.I.8)

 Les navires transporteurs en vrac sec (Fig.I.9 ) sont des navires qui ont de larges écoutilles et des cales de formes et de structures spéciales, ils sont conçus pour le transport des produits secs en vrac notamment des minerais de fer, de plomb, de manganèse, etc., des céréales comme orge, maïs, blé, etc. et des produits divers tels que sel, kaolin, ciment, bauxite, potasse, etc.

(Fig.I.9)

 Les navires transporteurs en vrac sec et/ou liquide OBO (Fig.I.10) sont des navires spécialement conçus pour pouvoir transporter des combinaisons de cargaisons sèches et/ou liquides, notamment minerais et céréales, charbon et huile, etc.

(Fig.I. 10) Prof. Dr. Ir. Yasar Argun ISIN

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Les navires transporteurs gaz liquéfiés (Fig.I.11), navires extrêmement sophistiqués servant à transporter des produits gazeux liquéfiés; LNG, LPG, méthane, éthane, éthylène, ammoniac, etc. Ces navires équipés de systèmes de refroidissement pour maintenir, pendant le transport, la température de liquéfaction des gaz transportés (-1 à -162°C selon le gaz), ont des capacités allant de 5.000 à 300.000 m3 et peuvent atteindre des vitesses de 20-23 nœuds.

(Fig.I.11)

Les navires à passagers sont destinés au transport des passagers sur de courtes ou longues traversées, généralement selon un horaire et route définis. En principe des navires transportant plus de 12 passagers s'appellent paquebots. Jadis les paquebots transocéaniques comme le Titanic, le France, le United States, le Queen Elisabeth II, etc., avaient des déplacements de 45.000 à 85.000 t. des longueurs de 315 m et des vitesses de 30-35 nœuds. De nos jours, les paquebots sont principalement destinés aux croisières touristiques. Ceux de courtes traversées s'appellent malles. Ils transportent, généralement à grande vitesse, uniquement des passagers souvent entre deux ports et selon un horaire établi. Les ferries, car ferries : Les ferries sont des navires à grande vitesse transportant des passagers ou du cargo sur de courtes traversées entre les deux rives d'un fleuve, d'une baie, entre les îles côtières et le continent ou encore dans on port selon un horaire à grande fréquence. Par contre, les car-ferries sont des navires spécialisés qui transportent, entre deux destinations et selon un horaire établi, des véhicules de tous types avec leurs passagers. Ils peuvent être symétriquement accessibles et propulsés à l'avant et à l'arrière (courtes traversées) ou propulsés à l'arrière mais accessibles soit par l'avant soit par l'arrière ou soit des deux (longues traversées).

 Les navires industriels Les caractéristiques de ces navires sont dictées par la spécificité de leurs missions. Ainsi les formes, accommodations, équipements, puissances, dimensions et déplacements varient d'un navire à l'autre selon sa spécificité. On en distingue:  Les bateaux de pêches, tant côtier que de haute mer ils portent des noms selon leur mode de pêche et de spécialisation : chalutier, trawler, morutier, thonier, etc.  Les unités spéciales qui sont des navires et bateaux généralement très spécialisés servant à une tâche précise notamment bateaux baliseurs, bateaux hydrographiques, navires câbliers, bateaux de recherche et d'exploration comme bateaux océanographiques, bateaux sismiques, et différents types de dragues, etc.

 Les navires de service Les caractéristiques de ces navires comme dans le cas des navires industriels varient selon les services pour lesquels ils sont destinés.

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Ils portent des noms désignant leur mission notamment; remorqueurs (de port ou de haute mer), pousseurs, brises glaces, bateaux de sauvetage, bateaux d'incendie, bateaux pilote, bateaux d'approvisionnement offshore, engins flottants comme grues flottantes, bigues flottantes, ponton grue, etc.

 Les bateaux d'intérieur Ce sont des bateaux destinés au transport fluvial des chargements de produits variés: cargo, produits en vrac, minéraux, produits pétroliers, gaz liquéfiés, etc. Ils so...