Au cours d’une année typique, les eaux entourant le port de Vancouver en Colombie-Britannique accueillent environ 3 000 navires commerciaux de haute mer et 19 des 35 traversiers exploités par BC Ferries, l’un des plus grands exploitants de traversiers au monde. Ces eaux abritent également une grande variété de faune aquatique, y compris les épaulards résidents du sud (SRKW), qui sont répertoriés comme étant en voie de disparition au Canada depuis 2003.

Les perturbations acoustiques générées par les navires étant identifiées par Pêches et Océans Canada comme l’une des quatre principales menaces pour la SRKW, l’Administration portuaire de Vancouver Fraser a lancé le programme d’amélioration de l’habitat et de l’observation des cétacés (ECHO) en 2014 pour mieux comprendre et gérer les impacts des navires commerciaux. le trafic sur les baleines en péril, avec un accent particulier sur le bruit sous-marin généré par les navires.

Pour atteindre cet objectif, en 2015, le programme ECHO a commencé à surveiller le bruit sous-marin grâce à un système d’hydrophone câblé installé dans le détroit de Georgia, près de la voie maritime internationale. Le système d’hydrophones a mesuré en continu le bruit sous-marin, montrant que les niveaux de bruit de pointe étaient fortement corrélés avec l’horaire des traversiers de BC Ferries entre Tsawwassen et Nanaimo (figure 1). Cette étude initiale a obligé BC Ferries, l’un des membres fondateurs du groupe de travail consultatif du programme ECHO, à entreprendre des recherches pour mieux comprendre les contributions au bruit sous-marin de sa flotte.

Figure 1 : Niveaux de pression acoustique mesurés dans le détroit de Georgia au cours d’une journée type. Source : BC Ferries

Mesurer et fixer des objectifs pour les niveaux de bruit sous-marin

Entre 2015 et 2017, BC Ferries a passé un contrat avec des mesures d’essais acoustiques de navires dédiés en plus des possibilités de mesure via le système d’hydrophones des voies de navigation. Dans le cadre de cet effort de référence, une tendance inhabituelle a été observée dans les plus gros navires de BC Ferries : ses navires de classe C (navires Queen), de classe Spirit et de classe Celebration. Dans chaque cas, le niveau des niveaux de bruit rayonné (RNL) n’a pas changé, voire augmenté, à mesure que la vitesse du navire diminuait. Ce résultat est différent de la tendance observée dans la plupart des navires, où une diminution de la vitesse a un impact significatif sur la réduction du bruit rayonné sous-marin.

À la suite de cet effort de référence, BC Ferries a identifié la réduction du bruit sous-marin comme objectif et a fixé un objectif ambitieux à l’échelle de la flotte d’une réduction de 50 % du bruit sous-marin en fonction des niveaux sonores typiques des traversiers traversant le détroit de Georgia dans les mesures de 2016.
En 2018, BC Ferries a fait progresser cet effort en incluant des exigences de performance en matière de bruit rayonné sous-marin (URN) dans les spécifications d’un nouvel approvisionnement de navire majeur destiné à remplacer ses ferries de classe C existants.

Pour traiter les gammes de fréquences les plus sensibles au SRKW, BC Ferries a développé des cibles spécifiques basées sur les gammes de fréquences utilisées par les baleines. Cela a abouti à trois cibles de bruit rayonné sous-marin basées sur le spectre : une cible à large bande générale, une cible de bande de communication SRKW et une cible de bande d’écholocation SRKW (Figure 2).

Malgré le fait que les navires de remplacement prévus sont destinés à être plus grands et plus rapides que les anciens ferries de classe C, BC Ferries a défini une réduction ciblée du bruit rayonné sous-marin à large bande très agressive de 14 dB. Cela équivaut à une réduction de 97 pour cent de l’intensité sonore totale rayonnée sous l’eau (tableau 1).

En plus des critères URN de BC Ferries, une notation URN de la société de classification a également été spécifiée; cela a permis de garantir que la classe sous contrat (ABS) était engagée dans le processus de conception de l’URN.

Les cibles de bruit sous-marin ne sont qu’une mesure de performance indiquée dans les exigences de construction du nouveau traversier et doivent être prises en compte conjointement avec les autres caractéristiques de performance requises de BC Ferries. Il y avait peu de recherches disponibles sur la façon dont les limites de bruit rayonné sous-marin pourraient être atteintes de concert avec d’autres exigences de performance critiques telles que la vitesse et l’efficacité opérationnelle essentielles au maintien d’un service de traversier régulier.

BC Ferries a engagé Det Nortske Veritas (DNV) en tant qu’expert tiers en matière de bruit rayonné sous-marin. En 2019, BC Ferries a également publié une demande mondiale de manifestations d’intérêt (RFEOI) pour le programme de remplacement de navires majeurs afin de solliciter l’intérêt, la capacité et la capacité à prendre en compte pour l’approvisionnement. Pour de nombreux chantiers navals, cela aurait été le premier ensemble d’exigences de performance pour une construction de ferry qui incluait des cibles et des exigences en matière de bruit rayonné sous-marin.

Dans un contrat de conception-construction, le chantier naval assumerait le principal risque en répondant aux exigences en matière de bruit sous-marin. Contrairement à d’autres exigences de performance, la réalisation de l’exigence du contrat URN peut ne pas être pleinement évaluée au stade de la conception. Une fois les mesures obtenues lors des essais en mer suivant la construction, il se peut que le chantier naval ait peu d’opportunités d’appliquer des solutions correctives. Ainsi, le développement d’outils de conception (logiciels et bases de données) est un élément essentiel pour atteindre les objectifs du programme.

Évaluation de la conception des hélices et des systèmes d’hélices en tant que contributeurs au bruit sous-marin

Avec le soutien de Transports Canada, BC Ferries et DNV ont mené une étude pour comprendre comment le bruit sous-marin pourrait être réduit dans la flotte actuelle en modélisant les hélices à l’aide du dernier outil numérique et en modifiant les paramètres de conception pour observer les changements dans les signatures URN. Des études ont estimé que jusqu’à 80 pour cent du bruit sous-marin produit par un navire provient de la cavitation au niveau de l’hélice ; par conséquent, l’étude s’est concentrée sur la conception de l’hélice (Figure 3). La cavitation est causée lorsque les régions de basse pression créées pendant le mouvement de l’hélice créent des bulles de vapeur qui implosent ou éclatent et peuvent générer des ondes sonores de haute intensité sur de longues distances. Cette action se produit à des fréquences beaucoup plus élevées que d’autres bruits provenant des navires (p.
En explorant des options pour reconcevoir les hélices existantes optimisées principalement pour l’efficacité de la propulsion, l’étude de BC Ferries, Transports Canada et DNV a montré qu’une conception soignée pouvait réduire le bruit sous-marin émis par l’agencement de l’hélice et de la coque. L’étude a également montré qu’une hélice conçue pour minimiser le bruit rayonné sous-marin sacrifierait de la puissance ou de l’efficacité, ce qui entraînerait une réduction de la vitesse et/ou une augmentation de la consommation de carburant. La principale leçon apprise est que le bruit rayonné sous-marin doit être équilibré avec d’autres exigences et variations du profil opérationnel du navire et doit être pris en compte dans le processus pour optimiser la conception d’un nouveau navire.

Au-delà de l’étude sur la conception des hélices, BC Ferries a également entrepris des consultations préliminaires avec des fournisseurs clés pour déterminer comment les systèmes de propulsion pourraient être optimisés au mieux pour un fonctionnement le plus silencieux. Une opportunité potentielle avec les ferries à entraînement électrique, par exemple, consiste à combiner un entraînement à fréquence variable (VFD) avec une conception d’hélice à pas contrôlable conventionnelle, ce qui permettrait à la vitesse de l’arbre d’hélice d’être adaptée au pas de l’hélice pour minimiser la cavitation indésirable à des vitesses plus lentes. . Comme pour toute solution potentielle, il existe des impacts sur les performances au-delà du bruit rayonné sous-marin qui doivent être pris en compte.

Les données du profil des émissions sonores des navires et les initiatives de recherche décrites ci-dessus peuvent être partagées avec le chantier naval retenu. Dans tout projet futur, BC Ferries a l’intention de travailler directement avec le chantier naval et la société de classification des navires tout au long des phases de conception et de construction, afin d’améliorer la probabilité que les objectifs de conception puissent être atteints lors des essais en mer.

Figure 2 : Cibles de bruit rayonné sous-marin en fonction de la fréquence. Source : BC Ferries

Leçons apprises

En 2021, le programme ECHO a engagé West Pacific Marine pour travailler avec BC Ferries pour préparer un rapport d’étude de cas afin de saisir les conclusions et les apprentissages résumés dans cet article. Alors que le processus d’approvisionnement du nouveau programme de remplacement des navires majeurs a été retardé en raison des impacts de COVID-19, le rapport d’étude de cas a illustré que les phases initiales de travail entreprises par BC Ferries ont conduit à des apprentissages clés pour d’autres exploitants de navires envisageant la mise en œuvre cibles de bruit :

• Obtenez des mesures de base de votre flotte pour déterminer où se situe votre point de départ avant de définir des objectifs de réduction du bruit sous-marin ;
• Prendre des décisions de conception en tenant compte du système plus vaste. Le bruit sous-marin rayonné est fonction de nombreuses interactions complexes au sein d’un navire et, en tant que tel, il est important de concevoir les systèmes d’hélice et de propulsion de concert avec la conception de la coque pour garantir que les exigences fonctionnelles sont prises en compte ;
• Engagez un expert en bruit rayonné sous-marin pour évaluer les impacts de la conception et effectuer une analyse des compromis. S’assurer que l’expertise est disponible lorsque vous travaillez en étroite collaboration avec le chantier naval sélectionné tout au long du processus de conception détaillée et de construction ;
• Anticipez les exigences contradictoires dans le cadre du processus d’optimisation de la conception. Pour BC Ferries, par exemple, satisfaire aux exigences de réduction du bruit rayonné sous-marin tout en améliorant l’efficacité énergétique est un exercice d’équilibre qui nécessite un examen attentif.

Le bruit sous-marin rayonné est encore un domaine naissant dans le secteur de la navigation commerciale, mais qui retient de plus en plus l’attention et l’attention. Un environnement de travail collaboratif entre l’opérateur, le propriétaire, le chantier naval, l’architecte naval et la société de classification des navires est vital. Alors que nous continuons à améliorer notre compréhension des possibilités et des limites de la conception de navires silencieux, nous nous attendons à ce que des cibles de bruit rayonné sous-marin soient incluses dans un nombre croissant de nouvelles constructions de navires. Comprendre et gérer le risque est nécessaire pour encourager l’innovation.

à propos des auteurs

Greg a 40 ans dans l’industrie maritime dont 15 ans en mer. La carrière professionnelle de Greg s’est concentrée sur la gestion des opérations, l’ingénierie, les systèmes environnementaux, les affaires réglementaires, la gestion de l’énergie et des actifs et est membre du groupe de travail consultatif ECHO depuis 2014
Chanwoo est le directeur de l’architecture navale chez BC Ferries et a 20 ans d’expérience professionnelle dans les opérations de construction navale et de transport maritime.
Derek se concentre sur des projets de recherche de premier plan pour mieux comprendre et atténuer le bruit sous-marin rayonné par la navigation commerciale sur les mammifères marins. Derek a travaillé dans l’industrie du transport maritime, offshore et sous-marin au cours des 17 dernières années