Ce mémoire présente le calcul des effets de boucles d'immunisation dans les navires par la méthode des éléments finis. Le système 'd'immunisation est constitué de circuits électriques intérieurs au navire et destinés à compenser l'anomalie magnétique générée par le bâtiment sous l'effet du champ terrestre. La difficulté rencontrée réside dans la proximité entre les circuits électriques et les tôles ferromagnétiques, n en résulte une aimantation très localisée de ces tôles, qui ne peut être correctement calculée qu'en utilisant un maillage extrêmement fin. Sans outil numérique adapté, cette modélisation se révèle donc coûteuse, voire irréalisable dans un cas réel. Une nouvelle technique, la méthode de saut ou de coupure de potentiel, est proposée pour résoudre le problème. Physiquement, l'effet u an circuit sur une tôle se traduit par une quasi-discontinuité du potentiel scalaire j réduit, inconnue principale du système et représentant la réaction du matériau ferromagnétique. Cet effet local, compte tenu de la ( disproportion entre les dimensions des tôles et les distances tôles - circuits, peut être ramené à un problème bidimensionnel et calculé par une méthode analytique ou numérique simple. Le saut de potentiel réduit ainsi calculé est imposé dans la modélisation tridimensionnelle globale comme contraint sur les noeuds des éléments finis de la tôle proches de la boucle. Les différentes validations "■Amériques effectuée:: révèlent des résultats très satisfaisants sur des géométries simplifiées et prometteurs sur une géométrie complexe proche de celle d'un navire réel. Le gain en temps de calcul et en nombre d'inconnues du système est très important par rapport à une résolution s'appuyant sur un maillage très fin. Les validations expérimentales mettent en évidence la cohérence des modèles mathématiques utilisés et le comportement linéaire des matériaux sous ('effets des boucles, rendant inutile la prise en compte de l'hystérésis dans leur modélisation en général et dans le calcul des sauts de potentiel en particulier.

L'éco-conception est aujourd'hui une démarche qui interpelle de plus en plus le monde industriel. C'est l'un des meilleurs moyens pour prendre en compte les impacts d'un produit sur l'environnement, i.e. les évaluer et les améliorer. Or intégrer l'éco-conception dans un processus de conception et pouvoir en faire dès l'avant-projet, s'avère extrêmement difficile lorsque les produits sont très complexes car soumis à de nombreuses contraintes (réglementaires, techniques, technologiques,...). C'est à cette problématique qu'ont été confrontés les concepteurs de DCNS, constructeur naval, et à laquelle, par le biais de cette thèse, nous avons essayé de répondre. En créant des briques de données, basées sur le modèle de briques technologiques auxquelles sont ajoutées les informations nécessaires à une évaluation environnementale, il devient possible d'intégrer le paramètre environnemental dans le processus de conception, en tant qu'outil d'aide à la décision. La méthodologie proposée permet alors s'affranchir des habituels points faibles d'une démarche d'évaluation environnementale (l'accès aux bases de données) et d'amélioration environnementale (le manque de connaissances métiers spécifiques aux produits). Ainsi, un outil d'éco-conception " complet ", l'OCEAN, basé sur l'ACV et dédié aux navires a été développé sur ce principe.

Le Rhône, prolongé de la Saône, forme un axe de pénétration à l’intérieur de la Gaule emprunté à l’époque romaine pour mettre en relation la Méditerranée avec le nord de l’empire. De brèves connections terrestres (portages) permettaient de poursuivre les échanges vers les bassins de la Loire, de la Seine, du Rhin et les lacs alpins. Seul le quart sud-ouest semble avoir échappé à l’influence rhodanienne. Ce corridor formait très clairement l’artère majeure du réseau fluvial gaulois, et cela avant-même la conquête romaine. La voie fluviale était à l’époque le principal vecteur de transport de marchandises à l’intérieur des terres, et cela jusqu’à l’arrivée du chemin de fer. Le Rhône et la Saône auraient détenu à eux seuls près de la moitié du trafic fluvial de toute la Gaule. Ces cours ont par ailleurs clairement contribué au développement des villes riveraines correspondant souvent à des haltes fluviales et des nœuds de redistribution. L’intérêt du sujet est donc de toute première importance. Les intentions de ce travail sont triples. Tout d’abord, présenter une synthèse de la navigation du Rhône et de la Saône actualisée des grandes séries de découvertes des années 2000 (épaves lyonnaises et arlésiennes) ; ensuite réhabiliter l’image du « marin d’eau douce » antique qui souffre d’un double a priori, l’archaïsme technique antique, et la facilité de la navigation en milieu fluvial ; enfin, l’intention principale est de montrer les spécificités de la navigation sur le Rhône et la Saône à l’ époque romaine. Pour y parvenir nous procédons en trois temps. Une première partie consacrée aux paramètres de la navigation (marchandises, emballages, embarcations, corporations, milieu fluvial) permettant de cerner en détail les différentes variables de la question. Une seconde partie est dédiée aux conditions de la navigation (conditions climatiques, conditions morphologiques – tirant d’eau, tirant d’air – conditions dynamiques – modes de propulsion autorisés –, conditions juridiques, religieuses, risque d’attaque, etc.). La dernière partie est consacrée aux possibilités de la navigation. Il s’agit en fait d’un outil permettant de simuler des situations de transport. Le lecteur a la possibilité de « composer » un scénario de transport en sélectionnant les variables de la première partie, et en le confrontant aux conditions de navigation de l’axe fluvial défini en seconde partie. Ainsi, il est possible de prendre position sur un certain nombre de sujet comme la remonte du fleuve à la rame ou à la voile, les tirants d’eau autorisés, la présence des navires maritimes ou des navires à dolia en amont d’Arles, les moments propices à la navigation pour les chalands, les vitesses et les temps de transport, etc. / The Rhone River, in conjunction with its tributary the Saone River, form an axis of penetration inside the Gaul used during the Roman period to link the Mediterranean sea to the north of the empire. Short land connections enabled the trades to flourish over the basins of the Loire, the Seine, the Rhine and the alpine lakes. Short land connections have allowed the pursuit of the trades over the basins of the Loire, the Seine, the Rhine and the alpine lakes. Only the southwest quarter seems to have escaped the influence of the Rhone. This corridor formed the major artery of the Gallic river network, even before the Roman conquest. The waterway at the time was the primary means for transporting goods inland, up until the arrival of the railway. The Rhône and Saone rivers alone would have conveyed nearly half of river traffic of all Gaul. These waterways have also clearly contributed to the development of riverside towns often corresponding to river stops and points of cargo redistribution. The interest of the subject is of paramount importance. The intention of this work is threefold. First, provide an overview of the navigation of the Rhone and the Saone as evidenced by series of discoveries of the 2000s (Lyon and Arles wrecks) ; then disprove two commonly held misconceptions of the Roman "landlubber": the use of archaic navigation technique and the ease of the river environment. Finally, the main intention is to show the specifics of navigation on the Rhone and Saone in Roman times. This will be covered in three parts. A first part related to the navigation parameters (goods, packaging, crafts, corporations, river environment) to identify in detail the characteristics and issues related to each of them. A second part is dedicated to given navigation conditions : weather, boat morphology (draft, air-draft), dynamic conditions (possible propulsions), legal and religious conditions, risk of attack, etc. Based on the navigation parameters and navigation conditions presented, the last part describes the possibilities of navigation that were offered at that period. It is a tool to simulate transport situations. The reader has the option to "compose" a transport scenario by selecting the parameters of the first part, and by confronting them to the navigation conditions of the fluvial axis defined in the second part. In the end, it is possible to to give answers to several questions such as the use of oar or sail against the current, the possible drafts that could be used, the presence of marine ships or dolia ships upstream of Arles, the most favorable conditions to barge navigation, the speed or travel time.

Ce mémoire présente une étude expérimentale des effets de confinement de la voie d'eau et de courant sur les sillages et la résistance à l'avancement des navires. Deux formes de carènes génériques et représentatives de navires maritimes et fluviaux ont fait l'objet de mesures dans le bassin des carènes de l'Institut Pprime dans différentes configurations bathymétriques. Des méthodes de mesure de déformée de surface libre par moyens optiques stéréoscopiques ont été mises en place pour caractériser les sillages générés. L'étendue spatiale et la résolution des mesures optiques permet de mener une analyse fine du sillage dans l'espace spectral, afin de le décomposer en une composante hydrodynamique dans le champ proche de la carène et une composante ondulatoire dans le champ lointain. Les résultats obtenus dans une configuration de voie d'eau profonde mettent en évidence la non-linéarité des sillages. Les résultats obtenus dans une configuration de voie d'eau peu profonde mettent en avant une modification de la forme des sillages et une répartition différente de l'énergie entre les différents systèmes de vagues. L'influence de la forme et de la vitesse des navires sur l'amplitude de la réponse hydrodynamique et du courant de retour est mise en avant. Des mesures en présence de contre-courant montrent une augmentation de l'amplitude des vagues du sillage et un élargissement de la zone de réflexion au niveau des parois du canal. Des mesures de forces de traînée avec un dynamomètre donnent accès aux courbes de résistance dans chaque configuration. L'augmentation de la résistance à l'avancement en eau peu profonde est mise en parallèle avec l'augmentation de l'amplitude et de la longueur d'onde des ondes transverses. / This thesis presents an experimental study of the effects of the waterway confinement and the current on ships wakes and drag. Two generic hulls representative of maritime and river ships have been studied in several bathymetric configurations in the towing tank of the Institut Pprime. Optical measurement methods based on a stereovision principle have been set up to measure the free surface deformations. The spatial extent and the resolution permits to lead a fine analysis of the wakes in the spectral space in order to decompose them into a hydrodynamic component and an undulatory component, respectively in the near-field and the far-field of the ship hull. The results obtained in a deep waterway configuration highlight the non-linearity of the ship wakes, which results in a modification of the shape of the envelop of the wave field in the real space. The results obtained in a shallow waterway configuration show a modification of the shape of the ship wakes and a different distribution of the energy between the wave systems. The influence of the shape and the speed of the ships on the amplitude of the hydrodynamic response and the return current is also identified. The comparison of the measurements in the presence of a counter-current with the results in calm water show an increase of the amplitude of the waves and an enlargement of the wash zone on the walls of the canal. Drag forces measurements with a multicomponent dynamometer give access to resistance curves for each configuration. The increase of the ship resistance in shallow water is put in parallel with the increase of the amplitude and the wavelength of the transverse waves.

Le Sous-comité de la conception et de la construction navale de l'Organisation maritime internationale (OMI) a entrepris l'élaboration de critères de stabilité intacts de deuxième génération (SGISC). Le SGISC est une règle supplémentaire qui complète les règles actuelles.En outre, ces critères sont structurés en trois niveaux, à savoir le premier niveau, le deuxième niveau et l'évaluation directe. Les procédures d'évaluation directe pour chaque échec de stabilité sont développées avec la technologie de pointe la plus avancée disponible soit par analyse numérique, soit par travail expérimental pour une analyse quantitative. Dans cette thèse, on présente une implémentation des niveaux 1 et 2 du SGISC dans le solveur hydrostatique, une approche expérimentale pour le navire en détresse dans une tempête et des simulations RANS du même critère. En conclusion, il est possible de mettre en oeuvre les critères de stabilité du navire intact de deuxième génération dans le code de stabilité GHS ©, un code couramment utilisé par les industriels dans le domaine. Cinq navires ont été considérés pour vérifier cette mise en oeuvre. Une méthode expérimentale utilisant une grande soufflerie et une méthode de calcul CFD simplifiée ont été appliquées sur deux modèles. Dans les deux cas, les résultats montrent que l'angle de roulis maximal atteint par les deux navires étudiés est inférieur à celui donné par le calcul réglementaire. La méthode expérimentale est certainement plus proche de la réalité et le calcul CFD reste conservateur sans être aussi contraignant que la réglementation. En conclusion les méthodes expérimentale et numérique développées et utilisées dans ce travail de thèse peuvent être proposées pour l’évaluation directe du critère. / The Sub-Committee of Ship Design and Construction of International Maritime Organisation (IMO) has undertaken the development of Second Generation Intact Stability Criteria (SGISC). The GISC is an additional rule that complement present rules. Five failure modes will be address in SGISC are excessive roll in dead ship condition, pure loss of stability, broaching, parametric roll, and excessive acceleration. Moreover, these criteria are structured in three levels namely, first level, second level and direct assessment. Direct assessment procedures for every stability failure are developed with the most advanced state-of-the art technology available either by numerical analysis or experimental work for quantitative analysis. In this thesis, implementations of Level 1 and Level 2 of the SGISC in the hydrostatic solver, experimental approached for dead ship condition and RANS simulation are presented.In conclusion, it was possible to implement the stability criteria of the intact second-generation vessel in the GHS © code of stability, a code commonly used by industrialists in the field. Five vessels were considered to verify this implementation. An experimental wind tunnel method and a simplified CFD calculation method were used on two different models. In both cases, the results show that the maximum roll angle reached by the two vessels studied is lower than the one given by the regulatory calculation. The experimental method is certainly closer to reality and the calculation CFD remains conservative without being as binding as the regulation.Therefore, the two approaches, numerical and experimental can be proposed to be used for Direct Assessment of the criterion.

L'augmentation continue des concentrations atmosphériques de CO2 due aux activités anthropogéniques est un des principaux facteurs responsable du changement climatique. De par leur forte propension à stocker ce CO2 anthropogénique, les océans jouent un rôle essentiel dans le cycle global du carbone. La quantification des échanges air-mer de CO2 et de leur variabilité à diverses échelles spatio-temporelles représentent encore aujourd'hui un défi majeur dans l'étude du cycle global du carbone. Alors que les flux air-mer de CO2 sont relativement bien quantifiés en milieu océanique, les études réalisées en milieu marin côtier demeurent insuffisantes au regard de l'importante variabilité spatio-temporelle de ces échanges et de la diversité de ces écosystèmes. L'objectif de cette thèse est de mener une étude approfondie de la dynamique du système des carbonates et des échanges air-mer de CO2 à de multiples échelles spatio-temporelles au sein des écosystèmes contrastés du plateau continental nord-ouest européen. Ces systèmes particulièrement dynamiques d'un point de vue biogéochimique présentent l'avantage d'être représentatifs des principales structures hydrographiques des marges continentales tempérés. A ce jour, les études portant sur la dynamique du CO2 dans les eaux de la partie occidentale du plateau continental nord-ouest européen restent peu nombreuses. Du cycle diurne à une échelle multi-annuelle, d'une station fixe au large de Roscoff au plateau continental nord-ouest européen, et d'échantillons d'eau de mer à des données satellitaires, cette thèse offre un aperçu exhaustif de la complexité de la dynamique du système des carbonates et des flux air-mer de CO2 en milieu côtier. / The raise of atmospheric CO2 due to anthropogenic activities is a major driver of the climate change. The ocean plays a key role in the uptake of this anthropogenic CO2. The constraint of air–sea CO2 fluxes and their variability at various time and spatial levels remain a central task in global carbon cycle and climate studies. The contribution of open ocean to this uptake is presently rather well quantified, whereas the role of the coastal ocean to this process remains ambiguous due to the diversity and the high spatio-temporal variability of the CO2 system and air-sea CO2 fluxes in these ecosystems. This PhD thesis investigated the spatial and temporal variability of the CO2 system and air-sea CO2 fluxes in contrasted ecosystems of the north-west European continental shelf. These highly dynamic biogeochemical ecosystems host numerous key hydrographical structures (permanently well-mixed, seasonally stratified, frontal structures, estuarine) of temperate zones, in which the dynamic of the CO2 system were poorly documented. From tidal to multi-annual variability, from a fixed station off Roscoff to the north-west European continental shelf and from seawater samples to satellite data, this PhD thesis provides an integrative overview of the complexity of the CO2 system dynamics in coastal seas and the ongoing challenges to achieve.

Les critères de stabilité à l’état intact de seconde génération sont en cours de finalisation par l’Organisation Maritime Internationale. Ils doivent compléter les critères actuels en apportant une sécurité accrue dans les vagues. Ils sont organisés en cinq modes de défaillance et trois niveaux d’évaluation dans chaque mode de défaillance. Le premier niveau est basé sur une approche déterministe simplifiée des phénomènes et assure des marges de sécurité importantes. Le second niveau requiert des calculs plus complexes basés sur des considérations hydrostatiques dans les vagues. Il est supposé assurer des marges de sécurité réduites. Le troisième niveau, actuellement en cours de développement, devrait consister en des simulations numériques du comportement du navire sur des états de mer réels réalisés par des instituts spécialisés. Les deux premiers niveaux des modes de défaillance perte pure de stabilité et roulis paramétrique ont été implémentés dans un code de stabilité. Les courbes de KGmax associées à ces critères sont calculées pour une sélection de navires civils et militaires de différents types ayant des comportements connus ou supposés différents vis-à-vis de ces modes de défaillance. Les exigences et la pertinence des critères sont analysées. La seconde vérification du critère de niveau deux en roulis paramétrique est étudiée en détail. Une méthode simplifiée de calcul de l’angle maximum de roulis paramétrique supposant un GZ linéaire est proposée et implémentée dans le critère correspondant. / The second generation intact stability criteria are currently under finalization by the International Maritime Organization. They are intended to improve the current intact stability rules by adding safety in waves. They are structured in five failure modes and three levels of assessment in each failure mode. The first level is based on a simplified deterministic approach of the phenomena and ensures high safety margins. The second level requires more complex computations based on hydrostatic considerations with regard to static waves and is expected to provide reduced safety margins. The third level, currently under development, would consist of numerical simulations of the ship’s behavior in real sea states performed by specialized institutes. Level-one and level-two criteria of both pure loss of stability and parametric roll failure modes have been implemented in a stability code. The KGmax curves associated with these future criteria are computed for a selection of different ships of different types, both civilian and military, expected or known to have different behaviors with regard to the considered failure modes. The requirement and the relevance of the criteria are analyzed. The second check of parametric roll level-two criterion is thoroughly analyzed. A simplified method providing the maximum parametric roll angle assuming a linear GZ is developed and implemented in the corresponding criterion.

Cette thèse s’inscrit dans le programme de recherche beyond the sea® visant à développer la traction de navire de commerce par des kites géants. Le but est d’utiliser l’énergie du vent, et ainsi de réduire la consommation de carburant des navires et réduire les émissions polluantes. Un tel projet demande de nombreux développements et actions scientifiques, en particulier pour prédire le comportement des cerfs-volants géants et des navires associés. Pour cela des modèles sont développés, mais ces modèles doivent être confrontés à des mesures pour en estimer la validité. Cette thèse a donc pour objectif de mesurer les interactions entre le kite et le navire, à une échelle limitée par rapports aux navires visés par le programme global. Des mesures ont donc été réalisées sur un navire de pêche de 13 m, puis sur un bateau expérimental de 6 m spécialement conçu à cet effet. De plus, des mesures ont aussi été menées à terre pour évaluer uniquement les performances du kite. Chacune de ces campagnes expérimentales mettait en oeuvre un dispositif de mesure complexe, ainsi qu’un système automatique de contrôle du vol du kite. En plus de fournir des données de qualité à destination de la science, les outils développés au cours de cette étude peuvent être utilisés directement par les partenaires industriels du projet beyond the sea®. / This study is part of the research program beyond the sea® aiming to develop kites as auxiliary propulsion devices for ships. The goal is to use the energy of the wind to save fuel and reduce harmful emissions. Such a project needs numerous developments and scientific actions, particularly to model the behavior of giant kites and associated ships. However these models must be compared to measurements to assess their validity. This study is then focus on the measurements of the interaction between kites and ships, at a limited scale in comparison to the real scope of the project. Thus measurement campaigns were carried out on a 13-meter long trawler, and on a 6-meter long experimental platform specifically designed. Another experimental campaign was also carried out onshore to assess the aerodynamic specs of the kite. Each of these three campaigns was based on a complex experimental set-up, including an automatic kite control system. In addition to provide a valuable data set for further scientific analyses, this study provided also tools which can be used by the industrial partners of the beyond the sea project®.

Rapporté à la tonne de fret, le trafic maritime est un mode de transport relativement « propre ». Néanmoins, par l’intensification des échanges mondiaux, sa part dans les émissions de Gaz à Effet de Serre (GES) au niveau mondial est appelée à augmenter. Conscients des effets néfastes associés aux GES, les pays membres des nations unies, via l’organisation maritime internationale, imposent le cadre réglementaire pour que ce secteur, vital dans une économie mondialisée, demeure écologiquement acceptable. Des objectifs ambitieux sont établis à court (2020) et moyen terme (2050). Or, d’après l’hypothèse faible de Porter, fixer des objectifs environnementaux sans imposer les moyens à mettre en oeuvre favorise l’innovation. Aussi, dans l’industrie du « shipping », les solutions fleurissent au premier rang desquelles figure l’emploi du Gaz Naturel Liquéfié (GNL) en tant que combustible. D’un point de vue thermodynamique, les inévitables infiltrations thermiques à travers les parois des réservoirs cryogéniques entraînent une variation de la pression dans le réservoir et des fluctuations de la qualité du gaz à l’admission moteur. Selon le schéma d’exploitation navire, ces deux phénomènes impactent significativement la pertinence de l’option GNL. En réponse, cette thèse propose un ensemble de modèles 0D pour, à partir d’un profil opérationnel, évaluer :1. l’évolution de la pression dans les réservoirs ;2. l’évolution de la qualité du gaz à l’admission moteur.Dans une première partie, des modèles sont proposés pour simuler les infiltrations thermiques à travers le réservoir, l’évaporation du GNL, son vieillissement (altération des propriétés du gaz par évaporation différenciée des composés) et l’évolution du taux de méthane à l’admission moteur. Puis, les modèles sont assemblés à travers une étude de cas apportée par un acteur du transport maritime. / In proportion to the ton of cargo, shipping is a relatively “clean” transportation mode. Nevertheless, due to global trade intensification, its share in the global greenhouse gas (GHG) emissions should increase. Aware that GHG adverse effects are a major concern for humanity, united nation member states impose, via the international maritime organization, a regulatory framework so that this vital sector in a global economy remains sustainable. Short (2020) and medium (2050)-term goals are set. According to the weak version of Porter’s hypothesis, strict environmental regulations encourage innovations. Hence, in the shipping industry solutions flourish among which the use of Liquefied Natural Gas (LNG) as a fuel. On a thermodynamic basis, the unavoidable heat leaks into the cryogenic tanks cause variations of the tank pressure and the natural gas quality at engine inlet. Depending on the ship’s operational profile, those two phenomena will impact significantly the LNG as a fuel option relevance. One major bottleneck slowing the uptake of LNG as a marine fuel is the lack of methods and models to perform, at a concept design level, the feasibility study. In response, this thesis proposes 0D models to assess from the operational profile:1. the tank pressure evolution;2. the gas quality evolution at engine inlet.In the first part, models are proposed to simulate heat leaks into the tanks, LNG vaporization, ageing (the alteration of natural gas thermophysical properties by a differentiate vaporization of its compounds) and methane number evolution at engine inlet. Then, the models are put together and applied on a case study. The ship concept is proposed by a freight company.

Cette étude vise à comprendre les motifs qui peuvent s’avérer source de conflits dans une situation où il est le plus inattendu : les navires de croisières. Nous analysons les constructions de la propagande de vente de croisières avec l’utilisation des mythes marins. Nous nous questionnons ensuite sur la relation entre l’être humain et la mer à partir de la grande diversité mythologique entourant celle-ci ainsi que l’expérience empirique de la vie sur un navire de croisière (également sur un paquebot, cargo et bateau militaire). Dans ce contexte touristique, nous abordons le thème de la rencontre de l’Autre : l’Autre étant les personnes habitant les destinations visitées, les touristes, et principalement, les employés sur le navire responsables du service à la clientèle. Enfin, nous analysons plusieurs conflits représentatifs vécus à bord d’une croisière afin de comprendre les structures conflictuelles ; l’espace, la subordination, les jeux de rôle, les classes sociales, etc. / This study focuses on causes of conflict in a situation least expected: cruise ships. This analysis illustrates the structure of cruising propaganda and how it is linked to oceanic mythologies. Then, the study reveals the connection between humans and the sea, based on the wide mythology and one's empirical experience on a cruise ship (as well as on a liner, cargo or military ship). In a touristic context, this study focuses on the subject of encounter with The Other which, from point of view of the tourist, refers to the locals of the visited destinations, other tourists and mainly the customer service representatives of the cruise lines. The final analysis demonstrates relevant conflicts on board a cruise ship experienced by several informants. The ultimate objective of this study is to understand the causing structures of conflict such as the space, subordination, social roles, social classes, etc.