Depuis de nombreuses années, les Chantiers de l’Atlantique travaillent sur Silenseas (voir ci-contre), un paquebot de croisière à voile. Pour accompagner le constructeur dans ses travaux, l’équipe de recherche en sciences mécaniques de l’ENSTA (Institut de Recherche Dupuy de Lôme) a mené une étude de 2 années permettant de modéliser la conception de voiles rigides 100% composites.
Ce programme baptisé SOLID SAIL 2.0 a été mené avec les entreprises qui développeront et fabriqueront les voiles rigides. L'ENSTA a conçu et testé une chaîne de calculs tenant compte du comportement au vent et des performances de traction attendues, sur un prototype à l’échelle 1 : 5e. Cette première phase se termine pour laisser place à un nouveau programme qui permettra de finaliser les outils numériques de conception à l’échelle réelle, en intégrant encore plus de paramètres.
SOLID SAIL 2.0 a pour objectif d’implanter des voiles rigides en composite facilement hissables et affalables sur des gros navires de croisière. Ce projet inédit s’inscrit dans un programme plus vaste, dirigé par les Chantiers de l’Atlantique. Depuis de nombreuses années, l’entreprise de construction marine travaille sur Silenseas, paquebot de croisière à voile.
Pour accompagner les Chantiers de l’Atlantique dans le développement des voiles rigides SOLID SAIL 2.0, un consortium de quatre partenaires a été créé en 2018. Il réunit le centre de recherche ENSTA (équipe « structures, fluides & interactions » du laboratoire Institut de Recherche Dupuy de Lôme) et trois entreprises (Chantiers de l’Atlantique, G-Sea Design, Multiplast). Cinq sous-traitants (Awentech, Capacités SAS, Incidence, Mer Vent, Ocean Data System) ont contribué à la réussite des actions menées par le consortium.
Le programme SOLID SAIL 2.0 est labellisé par deux pôles de compétitivité, le pôle EMC2 et le Pôle Mer Bretagne Atlantique, et co-financé par l’Europe et la région Bretagne.
L'ENSTA : du codage à la modélisation finale, en passant par l’expérimentation
L'ENSTA apporte à ce consortium un savoir-faire expérimental et une expertise étendue sur le sujet des interactions fluide-structure. Ces compétences de haut niveau permettent de modéliser les contraintes subies par les panneaux rigides qui forment la voile afin de prédire les déformations et les efforts de propulsion. Cette modélisation prédictive des performances de la voile rigide permet ensuite de concevoir le jeu de voiles le mieux adapté à la propulsion de Silenseas.
Pour assurer la réussite du projet, le modèle numérique de conception doit contenir une chaîne de calculs Fluide-Structure permettant un dimensionnement détaillé du composite (i.e. déterminer son épaisseur, le sens des fibres), mais aussi déterminer la géométrie de la voile, le nombre de panneaux et la géométrie des panneaux eux-mêmes,
détaille Alain Nême, maître de conférences et coordinateur du projet SOLID SAIL 2.0 à l’ENSTA, campus de Brest.
Après avoir créé les premiers codes de calcul en laboratoire, des essais ont été réalisés, à la fois à l’ENSTA au sein de la plate-forme MASMECA et à Pornichet, sur un prototype de voile rigide en composite à l’échelle 1:5e, selon le concept breveté par les Chantiers de l’Atlantique. Le comportement de la voile rigide, en particulier les phénomènes de déformation et de tension dans la voile, ont été mesurés et comparés au calculs initiaux, afin d’aboutir à un premier modèle numérique de prédiction.
Les résultats de ces travaux de recherche, initiés en 2018, ont fait l’objet, en octobre 2020, d’une publication dans la revue internationale « Ocean Engineering ».
JIB SEA, un second programme de recherche
Un deuxième programme de recherche succède à SOLID SAIL 2.0, baptisé JIB SEA. Incluant de nouveau fortement l’ENSTA Bretagne, il vise la mise au point du modèle de conception de la voile rigide à l’échelle 1 :1, en tenant compte de paramètres complémentaires comme l’influence de la voile d’avant (foc) sur les efforts qui transitent par l’ensemble des panneaux de la grand voile (GV) ou le vieillissement aux UV et l’endurance sous sollicitations cycliques de la grand voile.
Ce deuxième volet s’étale sur 18 mois, avec une échéance fixée à décembre 2021. Cette nouvelle étape vient rappeler une fois encore l’expertise de l’équipe de recherche en sciences mécaniques de l’école d’ingénieurs, et de l’Institut de Recherche Dupuy de Lôme dont elle fait partie (UMR CNRS 6027), qui s’est déjà faite connaître en développant des solutions maritimes innovantes comme la modélisation de cerfs-volants géants pouvant tracter des navires de grande taille.
