Modélisation numérique des conditions d’approche d’écluses

Contexte

Lorsqu’un navire traverse un canal ou un cours d’eau équipé par exemple de centrales hydroélectriques, il est amené à franchir une ou plusieurs écluses. Ces ouvrages sont généralement composé d’un sas, dans lequel le navire entre. Par un circuit hydraulique, le niveau d’eau est réhaussé ou abaissé. La porte opposée s’ouvre alors et le navire continu son trajet.

L’approche des navires aux écluses est réglementée et, en particulier, une vitesse d’approche maximale doit être respectée. Les écluses considérées sont équipées d’un fusible à leur extrémité amont afin de protéger la porte de l’écluse au cas où un navire ne pourrait pas s’arrêter avant la porte.

Objectif

L’objectif de cette étude est de fournir des informations pour définir les règles d’admission concernant la vitesse d’entrée des bateaux dans les écluses.

Des simulations numériques ont été réalisées afin de vérifier la vitesse finale du navire à l’entrée de l’écluse, en tenant compte du fait que le navire entre dans l’écluse à une vitesse déterminée et stoppe le moteur sans freiner à l’entrée de l’écluse.

Simulation et résultats

La présente étude se concentre sur l’entrée amont de deux navires différents, respectivement un cargo et un bateau de tourisme. Des modèles 3D d’écluses ont été conçus en tenant compte de la bathymétrie du cours d’eau.

Les deux navires ont été accélérés jusqu’à une vitesse donnée, puis relâchés à l’entrée de l’écluse. La simulation est instationnaire afin de capturer la dynamique et les décélérations des navires le long de l’écluse. Une méthode de remaillage avec adaptation du maillage est utilisée pour prendre en compte le mouvement du navire dans le domaine numérique. Une méthode de type « Level-Set » est utilisée pour traiter les simulations d’écoulement à surface libre. Les effets turbulents sont pris en compte.

L’étude comporte deux volets :

1. la détermination de la vitesse d’entrée maximale autorisée sur la base des spécifications du fusible
2. considérer la vitesse d’entrée du navire la plus fréquente et déterminer la vitesse finale du navire au niveau du fusible

Le principal résultat de la simulation est la vitesse/l’énergie cinétique du navire après la décélération due à la seule force de traînée dans les écluses, afin d’évaluer l’énergie que le fusible doit absorber.

La vidéo ci-dessous montre l’approche d’écluses par un navire, résultat des simulations réalisées par OptiFluides.