Concilier vitesse, sécurité et voies maritimes pour protéger les écosystèmes marins

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Décisions opérationnelles susceptibles de rendre les navires plus silencieux

Les changements opérationnels peuvent être efficaces pour ce qui est de réduire le bruit des navires. Toutefois, les propriétaires de navires doivent tenir compte de la sécurité, de la manœuvrabilité et d’autres contraintes opérationnelles lorsqu’ils décident des ajustements à adopter, le cas échéant. Les changements opérationnels suivants, cernés dans le cadre des projets de l’Initiative pour des navires silencieux, sont fournis à titre de lignes directrices générales.

Ralentir

Comme le souligne le deuxième article de cette série, Conception plus silencieuse des navires : options de construction et de modernisation, l’hélice est une source de bruit importante. En fonctionnement normal, le bruit lié à l’hélice se situe dans les bandes de basse fréquence. Si une hélice commence à montrer des signes de cavitation, un bruit de haute fréquence est créé. Le fait de ralentir pourrait réduire le bruit de basse fréquence et empêcher le bruit de cavitation de haute fréquence de se produire.

Cependant, certains navires commencent à afficher une cavitation à des vitesses très faibles en raison de leur conception. Dans certaines situations, la cavitation peut s’étendre sur toute la durée du voyage. Par exemple, dans le cadre du projet conjoint de JASCO Applied Sciences Ltd. et d’AllSalt Maritime, « Onboard Cavitation Monitoring », on a noté que pour le vraquier MV Ferbec, la cavitation commence à 6 nœuds seulement. Lorsque le navire emprunte des voies navigables comme le fleuve Saint-Laurent, où la vitesse peut atteindre 6 nœuds, ralentir pour éviter la cavitation entraînerait une perte de capacité de pilotage.

Pour de tels navires, il serait nécessaire de modifier l’hélice afin de réduire le bruit de haute fréquence causé par la cavitation. En dépit des considérations de sécurité et autres, les projets qui recommandent de ralentir comprennent, entre autres, l’analyse des technologies des navires silencieux de VARD Marine. Pour les petits navires, le projet a révélé qu’en général, une vitesse de 5 nœuds ou moins génère beaucoup moins de bruit qu’une vitesse de plus de 15 nœuds.

Maintenir l’équilibre

Le maintien de l’équilibre, ou la gestion de l’assiette et du tirant d’eau d’un navire, peut également minimiser le bruit en permettant au navire de fonctionner comme prévu. L’assiette désigne l’angle d’orientation d’un navire dans l’eau, en particulier la différence de profondeur entre la proue (avant) et la poupe (arrière). Si la poupe est plus profonde que la proue, on dit que le navire a une assiette positive, tandis qu’un navire dont la proue est plus profonde a une assiette négative. Le tirant d’eau désigne la distance verticale entre la ligne de flottaison et le fond de la coque du navire. Il indique la profondeur d’un navire dans l’eau et varie en fonction de la charge du navire. Plus le poids du navire est élevé, plus son tirant d’eau est important.

L’optimisation de l’assiette et du tirant d’eau peut améliorer les performances du navire et le rendement énergétique et, comme le montre le projet conjoint de JASCO Applied Sciences Ltd. et d’AllSalt Maritime, « Onboard Cavitation Monitoring », réduire le bruit sous-marin. Le réglage de l’assiette et du tirant d’eau modifie la façon dont l’eau s’écoule autour de la coque en direction de l’hélice (le champ de sillage). Une assiette et un tirant d’eau bien équilibrés permettent un écoulement de l’eau plus régulier, réduisant les turbulences et améliorant l’efficacité de l’hélice. Quand l’eau s’écoule uniformément vers l’hélice, il y a moins de risques de cavitation et de vibrations.

S’éloigner

Lorsqu’un navire fait du bruit, ce bruit se propage dans l’eau. La distance parcourue par le bruit dépend de nombreux facteurs différents. En règle générale, le bruit est ressenti différemment dans l’eau et dans l’air, et les bruits à basse fréquence se propagent plus loin que les bruits à haute fréquence.

Pour en savoir plus sur la propagation du bruit dans l’océan, consultez le premier article de cette série, Détection et mesure du bruit rayonné sous-marin.

Plusieurs projets de l’Initiative pour des navires silencieux ont recommandé que les navires réduisent le risque que pose le bruit en s’éloignant des zones d’habitat essentiel pour les populations d’animaux marins réputées être sensibles au bruit.

Dans le cadre du projet de station d’écoute sous-marine du passage Boundary, JASCO Applied Sciences Ltd. a analysé la distance d’écoute des épaulards résidents du Sud, c’est-à-dire la distance à laquelle une baleine peut se trouver par rapport à une source de bruit tout en l’entendant. Comme les épaulards communiquent vocalement entre eux, de plus grandes distances d’écoute sont plus favorables à leur communication et à leur bien-être. Si l’on considère le bruit créé par les bateaux d’observation des baleines, faire passer de 200 à 400 mètres la distance entre le bateau et les baleines pourrait augmenter la distance d’écoute de l’épaulard de 55 % à 140 %. Malgré cela, certaines des fréquences de communication utilisées par les épaulards pourraient encore être influencées par une source de bruit située à 400 mètres ou plus. JASCO note que ces estimations sont fondées sur des données recueillies à proximité de la voie de navigation dans le détroit de Haro, ce qui signifie qu’il y avait également un bruit de fond provenant d’autres navires. Dans les zones côtières plus calmes et peu profondes, les navires d’observation des baleines pourraient avoir une incidence plus importante sur les distances d’écoute; il peut par conséquent s’avérer bénéfique d’augmenter la distance d’écoute dans ces endroits.

Le projet de JASCO Applied Sciences Ltd., « Summary of Modelling of Operational Measures to Reduce Underwater Noise » (résumé de la modélisation des mesures opérationnelles visant à réduire le bruit sous-marin), a mis en lumière les évaluations réalisées au cours des 20 dernières années à l’aide de modèles spécialisés permettant de prédire le bruit dans un lieu donné. Le travail de modélisation de JASCO a été l’un des éléments de preuve utilisés pour créer le ralentissement volontaire du programme ECHO de l’Administration portuaire Vancouver-Fraser. D’autres travaux effectués par JASCO suggèrent que le déplacement des routes de transit des navires vers des eaux plus profondes, où le bruit se dissipe plus rapidement que dans les eaux peu profondes, aurait un effet marqué sur le bruit. Ils recommandent notamment d’éloigner les routes de transit des remorqueurs de la côte et de les rapprocher des voies de navigation. Cette mesure a été mise en œuvre à titre volontaire en 2018 dans le détroit de Juan de Fuca dans le cadre du programme ECHO et a continué d’être observée pendant la saison de juin à novembre, lorsque les épaulards résidents du Sud sont plus susceptibles d’être présents. Avec une participation de 99 % des remorqueurs, cette mesure a permis de réduire de 60 à 80 % l’intensité du bruit sous-marin, soit une baisse de 4 à 7 décibels par transit, selon le rapport du programme ECHO de 2024.

Les remorqueurs : de petits navires avec une grande empreinte sonore

Si les navires plus petits ont généralement une empreinte sonore plus faible que les grands navires, les remorqueurs, qui peuvent escorter et même remorquer de grands navires, constituent une exception. Les remorqueurs ont besoin d’une puissance importante lorsqu’ils remorquent et manœuvrent de grands navires, par exemple lors des opérations d’accostage. Le bruit produit lors des opérations à forte charge peut être similaire à celui des grands navires. Les essais menés par Robert Allan Ltd. pour évaluer la différence de niveau de bruit sous-marin entre les remorqueurs électriques à batterie et les remorqueurs traditionnels à moteur diesel ont montré que le bruit créé quand les différents remorqueurs étaient sous charge était presque identique en raison de la cavitation des hélices. Les niveaux de bruit créés dans des conditions de transit étaient beaucoup plus faibles pour les remorqueurs électriques à batterie, puisque les vibrations et le bruit du moteur étaient éliminés.

Pour en savoir plus, consultez l’article précédent sur les systèmes alternatifs de propulsion.

Outre le déplacement des voies de circulation, l’une des recommandations de l’analyse des technologies des navires silencieux effectuée par VARD Marine concerne les zones d’exclusion et de contrôle. Ces zones seraient destinées à réduire le bruit dans les habitats critiques ou à proximité des populations sensibles de faune et de flore marines.

Les zones d’exclusion et de contrôle pourraient être particulièrement bénéfiques à certaines périodes, par exemple pendant les saisons de reproduction et d’élevage des petits, et pourraient réduire l’impact du bruit produit par des navires de grande et de petite taille. Une zone de restriction obligatoire a été établie dans le golfe du Saint-Laurent pendant l’été, lorsque les baleines noires de l’Atlantique Nord se rassemblent pour se nourrir dans les eaux de la vallée de Shediac, au nord de l’Île-du-Prince-Édouard. Les navires de plus de 13 m de long sont priés d’éviter complètement la zone ou de ralentir à moins de 8 nœuds pendant la période où la zone réglementée est en vigueur.

Voyage groupé

Le projet « Summary of Modelling of Operational Measures to Reduce Underwater Noise » (résumé de la modélisation des mesures opérationnelles visant à réduire le bruit sous-marin) de JASCO Applied Sciences Ltd. a également suggéré que le regroupement des navires lors des transits dans une zone pourrait contribuer à atténuer les effets du bruit. Par exemple, si quatre navires traversent une zone ensemble au lieu d’un navire toutes les quelques heures, il est possible de créer de plus longues périodes de calme. Cette approche nécessite une gestion plus coordonnée et plus active du trafic dans une zone afin d’éviter d’introduire des risques pour la sécurité en rapprochant les navires les uns des autres.

Le projet « Summary of Modelling of Operational Measures to Reduce Underwater Noise » (résumé de la modélisation des mesures opérationnelles visant à réduire le bruit sous-marin) de JASCO Applied Sciences Ltd. suggère que le regroupement des transits de navires en convois pourrait créer des périodes de calme plus longues entre les groupes de navires.

Par exemple, si quatre navires traversaient une zone à intervalles rapprochés (par exemple, quatre navires en une heure plutôt qu’un navire toutes les trois heures sur une période de douze heures), la zone serait plus calme plus souvent. Cependant, la modélisation montre également que les avantages de cette approche dépendent fortement des conditions de trafic locales. Dans les zones où de nombreux autres navires continuent de fonctionner selon leurs horaires habituels, les périodes de calme potentielles entre les convois peuvent être comblées par le trafic non convoqué, ce qui limite les réductions globales de bruit.

L’étude note que dans certains endroits, le convoyage peut offrir des avantages significatifs, mais dans d’autres, où l’activité des navires est dense ou diversifiée, les améliorations peuvent être faibles ou incohérentes. Si le convoyage reste un outil potentiellement utile, son efficacité dépend du niveau d’activité de la zone et du degré de coordination possible entre les différentes classes de navires. La mise en place de convois nécessiterait également un niveau de coordination plus élevé et une gestion active du trafic afin d’éviter les risques pour la sécurité liés au regroupement des navires. En outre, le convoyage pourrait augmenter le temps d’immobilisation des navires dans les zones d’ancrage et contribuer à une augmentation de la pollution sonore ambiante, selon la manière dont le système est mis en œuvre.

Demeurer propre

Des navires bien entretenus offrent un triple avantage en réduisant le bruit sous-marin, les émissions de gaz à effet de serre et la propagation des espèces envahissantes.

L’encrassement biologique – la présence de plantes, d’animaux et d’autres formes de vie marine sur les coques, les hélices et d’autres composants sous-marins des navires – crée de la friction et augmente la traînée. Plus la traînée est importante, plus il faut de puissance pour déplacer le navire à la même vitesse que s’il était propre. Cette demande de puissance supplémentaire consomme plus de carburant, ce qui augmente les émissions de gaz à effet de serre. En ce qui concerne le bruit rayonné sous-marin, l’hélice tourne plus vite, ce qui augmente le risque de cavitation, et la traînée accrue crée plus de turbulences dans la colonne d’eau. Les hélices encrassées et endommagées peuvent également provoquer la cavitation à des vitesses plus faibles.

Des machines de bord – moteurs, génératrices, etc. – bien entretenues contribuent à minimiser les vibrations involontaires et autres bruits liés aux machines qui se propagent dans la colonne d’eau.

Cet article a été rédigé par Clear Seas pour le compte de Transports Canada dans le cadre de l’Initiative pour des navires silencieux. Il fait partie d’une série de quatre articles sur les changements opérationnels visant à limiter le 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