Apprenez-en plus sur les causes du bruit des machines et les solutions pour des navires plus silencieux.
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Le projet de DW-ShipConsult « Development of Noise Reduction Measures for Conventionally Propelled Whale Watching Vessels » (élaboration de mesures de réduction du bruit pour les navires d’observation des baleines à propulsion conventionnelle) a mis en évidence le fait que le bruit de la cavitation domine souvent à des vitesses élevées, alors que le bruit des moteurs et des machines à basse fréquence occupe le devant de la scène à des vitesses plus faibles. Les bruits à basse fréquence se propageant plus loin que les sons à haute fréquence, il est tout aussi important de s’attaquer à ces sources de bruit qu’à la cavitation.
Plateforme d’essais en milieu contrôlé pour l’évaluation des mesures d’atténuation du bruit et des vibrations générés par les navires
Le projet « Plateforme de tests en milieu contrôlé pour l’évaluation de mesures de mitigation du bruit et des vibrations générés par les navires », d’Innovation Maritime, en partenariat avec l’Université de Sherbrooke et Davie Shipyard, s’est penché sur la conception d’une plateforme qui permettra aux chercheurs et aux ingénieurs de tester différents moyens de réduire le bruit généré par les machines dans un environnement contrôlé tel qu’une piscine. Les avantages d’utiliser une plateforme plutôt que de tester les mesures d’atténuation du bruit directement sur un navire sont notamment la rentabilité, un meilleur contrôle des facteurs mesurés et des résultats plus rapides.
La plateforme est composée d’une structure en acier – représentant la section d’un navire à laquelle différentes structures peuvent être attachées – et d’instruments comme des accéléromètres et des microphones pour prendre des mesures à l’intérieur de la structure. Des hydrophones et d’autres instruments peuvent être ajoutés directement dans la piscine à différents endroits pour obtenir un profil complet du bruit rayonnant à l’extérieur de la structure. Plutôt que d’attacher des machines réelles à la structure, la plateforme est équipée de vibrateurs et de haut-parleurs pour simuler le bruit et contrôler les niveaux exacts de bruit et de vibration produits, ainsi que de différents poids pour simuler les machines.
La plateforme a subi plusieurs tests avec différentes mesures d’atténuation, à la fois des solutions traditionnelles (isolateurs de vibrations, isolation acoustique et tuiles d’amortissement) et des solutions innovantes fondées sur des métamatériaux résonants comme des résonateurs acoustiques et mécaniques.1,2,3 Dans le cas des isolateurs de vibrations – dispositifs conçus pour réduire la transmission des vibrations des moteurs, génératrices et autres machines à la coque du navire (et donc à l’eau) – les résultats ont démontré que la plateforme peut évaluer avec précision les niveaux de bruit et donner un aperçu des différents chemins par lesquels les vibrations sont transmises à travers le navire et dans la colonne d’eau.
Le projet a élaboré une méthodologie pour évaluer la capacité des mesures d’atténuation à réduire le bruit sous-marin, le bruit aérien et les vibrations. Ces renseignements peuvent aider à déterminer les types d’isolateurs de vibrations les plus appropriés et leur emplacement.
Atténuer tous les bruits : Suppression active du bruit sous-marin
Alors que de nombreux projets liés à l’INS se sont concentrés sur des composants plus silencieux, Rising Tide BioAcoustics Inc. a adopté une approche différente dans le cadre de son projet « Active Underwater Noise Cancelling » (annulation active du bruit sous-marin). L’entreprise a mis au point un système actif d’annulation du bruit sous-marin qui cible les bruits de basse fréquence générés par les hélices et les moteurs.
Le système se compose de deux éléments principaux : un algorithme de traitement des signaux et un ensemble de projecteurs basse fréquence (haut-parleurs) fixés à l’extérieur du navire. Mis au point par GeoSpectrum, partenaire de Riding Tide, ces haut-parleurs produisent des bruits de très basse fréquence à des niveaux de pression acoustique élevés. L’algorithme analyse le bruit produit par le navire, puis les haut-parleurs produisent une fréquence précise pour annuler ou absorber ce bruit. Le fonctionnement est similaire à celui d’un casque anti-bruit.
Le système ne peut pas supprimer complètement le bruit, mais les tests effectués jusqu’à présent indiquent que les niveaux de bruit continu à basse fréquence des hélices et des moteurs, qui sont les plus susceptibles de nuire à la vie marine, peuvent être réduits d’environ 20 décibels, soit un facteur de 100.
Le système ne doit pas non plus être limité aux navires. Les ports, par exemple, pourraient être équipés d’une installation portable similaire pour atténuer le bruit des génératrices des navires lorsqu’ils sont à quai. Le bruit des génératrices peut se propager dans l’eau jusqu’au fond de la mer et, de là, dans le sol, provoquant une pollution sonore à basse fréquence dans les bâtiments avoisinants. La réduction du bruit sous-marin dans les ports est également bénéfique pour les communautés portuaires.
Le système de réduction du bruit sous-marin est complémentaire à d’autres mesures de réduction du bruit, notamment les rideaux de bulles (ou lubrification à l’air) utilisés sur certaines coques de navires ou pendant la construction dans l’eau pour étouffer les bruits à haute fréquence. Il présente l’avantage supplémentaire de réduire l’encrassement biologique sur les coques des navires lorsqu’ils sont à quai ou qu’ils se déplacent à faible vitesse. D’autres applications sont possibles, notamment dans le domaine des énergies renouvelables extracôtières, du pétrole et du gaz extracôtiers et, possiblement, du battage de pieux.
Les travaux sur le système de Rising Tide se poursuivent. Une fois prêt pour une exploitation commerciale, le système devrait convenir aussi bien aux nouvelles constructions qu’aux modernisations.
Cet article fait partie d’une série de cinq articles sur la technologie de détection et d’analyse du bruit sous-marin des navires.
Pour en savoir plus sur les nouvelles découvertes et les défis à relever pour rendre les navires plus silencieux, consultez les autres sujets de cette série ici.
L’Initiative pour des navires silencieux est financée par le gouvernement fédéral par l’intermédiaire de Transports Canada. Les partenaires industriels et les chercheurs intéressés par d’éventuelles collaborations en matière de recherche et de développement afin de faire progresser les solutions novatrices dans le domaine de la technologie marine sont invités à contacter l’équipe de l’Initiative pour des navires silencieux à l’adresse suivante : Marine-RDD-maritime@tc.gc.ca.
Accéléromètre : Appareil qui mesure la vibration ou l’accélération du mouvement d’une structure. La force causée par la vibration ou un changement de mouvement (accélération) fait que la masse « écrase » le matériau piézoélectrique qui produit une charge électrique proportionnelle à la force exercée sur lui. Étant donné que la charge est proportionnelle à la force et que la masse est constante, la charge est également proportionnelle à l’accélération. Ces capteurs sont utilisés de diverses manières, depuis les stations spatiales jusqu’aux appareils portables comme les téléphones intelligents.
Algorithme : Processus ou ensemble de règles à suivre dans les calculs ou autres opérations de résolution de problèmes, en particulier par un ordinateur. Les algorithmes agissent comme une liste exacte d’instructions qui exécutent des mesures précisées étape par étape dans le cadre de routines matérielles ou logicielles.
Encrassement biologique : Accumulation d’organismes vivants sur la coque et d’autres parties immergées d’un navire, qui entraîne une augmentation de la « traînée » ou de la friction lorsque le navire est en déplacement. Cette traînée augmente le bruit et diminue l’efficacité énergétique du navire.
Décibel : Unité utilisée pour mesurer le niveau de pression acoustique (intensité d’un son) ou le niveau de puissance d’un signal électrique. Il s’agit d’une unité relative et non absolue, utilisée pour exprimer une variation relative. Le décibel est utilisé pour décrire les sons en termes d’intensité. Pour les sons sous-marins de l’océan, une pression de référence de 1 micropascal (μPa) est utilisée pour décrire les sons en termes de décibels.
Hydrophone : Microphone sous-marin qui peut être déployé individuellement ou en groupe. Les groupes d’hydrophones peuvent être disposés horizontalement sur le fond marin ou verticalement à différentes profondeurs de la colonne d’eau. Les hydrophones détectent les variations de pression dans l’eau causées par les ondes sonores. Ces capteurs convertissent les fluctuations de pression sous-marine en signaux électriques, qui peuvent ensuite être analysés pour déterminer les propriétés du son, comme le volume et la fréquence.
- Robin, O., Guy, M. A., Vulliez, M., Kesour, K., & Gauthier-Marquis, J. C. (2024, October). Developing and testing systems for the attenuation of ships’ machinery noise. In INTER-NOISE and NOISE-CON Congress and Conference Proceedings (Vol. 270, No. 3, pp. 8236-8245). Institute of Noise Control Engineering. ↩︎
- Guy, M. A., Kesour, K., Vulliez, M., Gagnon, S., St-Jacques, J., Tremblay, R., … & Robin, O. (2024). Assessment of the effectiveness of ship machinery noise reduction measures using a test platform in a water basin. Ocean Engineering, 313, 119380. ↩︎
- Guy, M. A., Kesour, K., Robin, O., Gagnon, S., St-Jacques, J., Vulliez, M., … & Marquis, J. C. G. (2024, May). Effectiveness of standard mitigation technologies at reducing ships’ machinery noise using a small-scale ship-like structure. In Proceedings of Meetings on Acoustics (Vol. 54, No. 1). AIP Publishing. ↩︎
