Les paliers hydrodynamiques marins sont des organes mécaniques assurant le guidage en rotation des lignes d’arbres de navires (SM & BS). Lubrifiés à l’eau de mer, ces éléments cruciaux de la chaine cinématique de propulsion subissent des conditions d’utilisation très sévères qui peuvent perturber le fonctionnement des navires.

L’objectif de cette thèse, qui s’inscrit dans le cadre du PEA INCOLA (INteractions COque Ligne d’Arbres) financé par la DGA, est d’étudier via une approche numérique/expérimentale les paliers marins. Un banc d’essais représentatif (échelle 1/10e) conçu pour l’occasion permet de caractériser les conditions de fonctionnement d’un palier (vitesse, température, désalignement, chargement) et d’identifier ses phases critiques.

Ces résultats seront comparés à ceux prédits par un code de calcul hybride développé pour l’occasion mêlant i) éléments finis pour la déformée d’ensemble de l’arbre et ii) contact sec, lubrifié ou mixte selon les conditions. Les conditions nominales sont étudiées, de même que l’influence de l’usure et des régimes transitoires.

Au niveau tactique, la planification d’une mission navale consiste à concilier le choix de la route optimale et la gestion des menaces potentielles. Cette planification est réévaluée en continu lors de la conduite de mission.

Le commandement analyse les informations relatives au navire et à son environnement afin de (1) décider de nouvelles actions à entreprendre et (2) évaluer en temps réel le succès de la mission. Il s’aide pour cela d’indicateurs et de méthodes de conduite, telles que le « Recognition Primed Decision » (RPD).

Même si le RPD est de plus en plus difficile à appliquer du fait du nombre croissant de données à intégrer, de la surcharge cognitive que cela engendre et des contraintes de temps qui s’imposent à l’opérateur, cette méthode reste la plus utilisée pour la conduite de missions navales. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons de formaliser un environnement d’aide à la décision reposant sur le RPD afin d’assister le commandement durant une mission.

Le système analysera en temps réel l’environnement dynamique d’évolution du navire et proposera au commandement les actions répondant aux exigences de la mission au niveau tactique. Les propositions sont générées à l’aide d’apprentissage par renforcement profond, dont l’entrainement intègre des scénarios diversifiés, permettant ainsi au système de s’adapter à des situations inédites.

Enfin, une interface cartographique permettra d’évaluer les propositions et de prendre la décision tactique appropriée.

Au plan de la discrétion acoustique, la composante périodique du bruit rayonné par les hélices marines est particulièrement préoccupante, parce qu’elle peut être captée à longue distance par les antennes linéaires passives remorquées, qui sont particulièrement sensibles aux bruits à ultra basses fréquences.

Les grandes longueurs d'onde associées à ces fréquences conduisent par ailleurs à des phénomènes d’interaction complexes avec la surface (miroir de Lloyd) et avec la coque, qui nécessitent une analyse théorique dédiée. Le montage des hélices dans la proximité immédiate de la coque est en effet susceptible d’amplifier fortement le son rayonné.

L’environnement d’intégration du propulseur est ainsi crucial pour la performance de discrétion acoustique.

Le sujet de cette thèse est la génération de la composante périodique du bruit rayonné par les hélices de navire, son amplification par la coque du navire et le rayonnement de ces ondes acoustiques dans l’eau.

Le principal objet de cette présentation sera la mise en évidence de l’effet d’installation acoustique. Ce phénomène est en effet particulièrement prononcé pour les sources de bruit tonal en ultra basse fréquence, pour lesquelles un modèle analytique élémentaire suggère une amplification pouvant aller jusqu’à +20dB.

Dans le cadre de la transformation digitale et de l’IoT (Internet of Things), la constitution de bases de données volumineuses obtenues à partir du parc capteurs permet d’envisager de nouvelles opportunités pour la maintenance.

La méthodologie PHM (Prognosis Health Management) permet notamment le passage d’une maintenance systématique à une maintenance conditionnelle afin d’opérer les remplacements en fonction de la durée de vie restante des différents équipements. Il est alors possible d’adapter la politique de maintenance pour promouvoir une logistique et un maintien en condition opérationnelle plus dynamiques.

Dans le cadre de cette thèse, nous étudions l’application de la méthodologie PHM à des systèmes propulsifs. Nous utilisons en particulier des méthodes d’apprentissage profond pour détecter des anomalies de séries temporelles en grande dimension ainsi que différentes architectures permettant de prédire la durée de vie restante.

L’emploi de ce type de modèles sera par la suite étendu à la construction d’indicateurs et de données synthétiques à la disposition des acteurs de la maintenance, permettant le suivi de l’état de santé moteur.

L’interaction entre un écoulement turbulent et un système immergé conduit à l’apparition d’un rayonnement acoustique large-bande dont la connaissance est primordiale à toutes les phases de vie du système.

Ce rayonnement acoustique comprend une contribution vibro-acoustique (excitation de la structure par l’écoulement turbulent), mais aussi une contribution purement hydrodynamique, dite hydro-acoustique, spécifiquement régie par les équations de Lighthill, qui décrivent la propagation du bruit rayonné par la turbulence, prise comme terme source, en présence de la structure.

L’objectif de ces travaux de thèse est de développer une nouvelle méthode prédictive, semianalytique, de cette composante hydro-acoustique, qui puisse être appliquée sur des géométries réelles à bas nombre de Mach et à haut nombre de Reynolds. Nous utilisons à cet effet une formulation intégrale permettant de ramener le problème aux frontières, et une fonction de Green bien choisie qui permet de simplifier encore le problème.

Nous proposons par ailleurs un nouveau modèle statistique de turbulence pour approximer le terme source de l’équation de Lighthill, et nous estimons enfin le bruit rayonné à l’aide d’une méthode de quadrature stochastique.

Les prédictions ont été validées sur des configurations académiques et le modèle est en cours de vérification sur des géométries industrielles réalistes.