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Jul 21, 2023

Eau

Publié le 31 juillet 2022 à 17h59 par

Publié le 31 juillet 2022 à 17 h 59 par The Maritime Executive

(Article initialement publié dans l'édition de mai/juin 2022.)

Nous vivons dans un monde hyper-connecté et axé sur le numérique.

Grâce à la mondialisation et aux progrès technologiques, nous sommes mieux connectés et avons un meilleur accès aux biens, aux services et à l'information que jamais auparavant. Il est donc facile d'oublier que 90% de tout voyage encore exactement comme il y a 500 ans.

Par bateau.

Ce commerce est assuré par les quelque 55 000 navires marchands qui font du commerce international. Qu'il s'agisse de marchandises générales, de conteneurs ou de pétroliers, chacun d'eux est équipé d'une ou plusieurs hélices qui propulsent le navire dans l'eau. L'hélice à son tour est reliée au moteur via un arbre, et cet arbre est supporté par divers roulements pour le maintenir en rotation en douceur.

Ces roulements nécessitent souvent une lubrification à la graisse ou à l'huile. Un système de tube d'étambot lubrifié à l'huile a été introduit dans les années 1950 pour aider à contrôler la durée de vie des roulements d'arbre. L'un des composants du système est connu sous le nom de palier de tube d'étambot, et sa tâche principale est de sceller le tube d'étambot rempli d'huile et d'empêcher que l'huile ne pénètre dans la mer et ne cause de pollution marine.

Pourtant, des accidents se produisent encore.

Des filets de pêche, des arbres d'hélice mal alignés, des joints mal entretenus ou des défauts de fabrication peuvent tous provoquer la défaillance du joint. La perte de confinement d'hydrocarbures qui en résulte peut être coûteuse pour l'armateur et entraîner des amendes, voire des peines de prison pour l'équipage.

Les systèmes de tube d'étambot lubrifiés à l'huile ont été développés apparemment pour contrôler la durée de vie des roulements. Et si ces systèmes n'avaient pas du tout besoin d'huile ?

Roulements refroidis à l'eau

Les roulements refroidis à l'eau ont l'avantage de ne pas nécessiter de lubrification à l'huile ou d'EAL (lubrifiants acceptables pour l'environnement), réduisant ainsi le risque de pollution à zéro. Pendant que l'arbre tourne à grande vitesse, l'eau crée un coin qui sépare complètement l'arbre du matériau du roulement, ramenant le coefficient de frottement à moins de 0,001. Cela réduit l'usure du système à une quantité négligeable.

L'eau a également deux fois la chaleur spécifique de l'huile. Un poids égal d'eau absorbe deux fois la chaleur des lubrifiants à l'huile, ce qui rend les propriétés de refroidissement bien supérieures. En utilisant de l'eau comme lubrifiant, les joints anti-contamination ne sont pas nécessaires. Si les joints ne sont pas nécessaires, les pompes et les réservoirs peuvent ne pas être nécessaires. Cela conduit à un système de roulement d'arbre plus simple et à des économies de coûts immédiates dans la phase de construction.

Les roulements du tube d'étambot sont conçus avec une série de méplats et de rainures, s'étendant longitudinalement. Lorsqu'un contaminant tel que du sable ou des gravillons pénètre dans le système, l'eau le lave dans une rainure où il est évacué. En raison de la construction matérielle de ce style de roulement, il évite de marquer l'arbre d'hélice, contrairement à un roulement métallique, qui n'a pas de jeu.

De plus, un arbre graissé emprisonnera les contaminants, le transformant essentiellement en un composé de rodage. Cela usera continuellement l'arbre à chaque rotation.

Les roulements refroidis à l'eau ont été développés en utilisant la technologie la plus moderne disponible et l'une des plus anciennes ressources durables connues de l'homme.

Roulements composites

Thordon Bearings, une entreprise de Thompson Gordon, est un fabricant ontarien spécialisé dans la production de roulements et de joints sans huile ni graisse. La société utilise un matériau polymère exclusif, sans graisse et lubrifié à l'eau. Ce matériau de roulement à faible coefficient aide à réduire la friction arbre/roulement et élimine le glissement du manche. Thordon a récemment produit le plus grand roulement de gouvernail jamais fabriqué - en vingt-quatre heures, pas moins !

Un porte-conteneurs en cale sèche à Dubaï s'est avéré avoir des dégagements de palier de gouvernail à la limite. La fin de la période de maintenance approchant à grands pas, le propriétaire devait décider s'il devait retourner en cale sèche ou remplacer le palier métallique existant par la technologie de lubrification à l'eau de Thordon. Le partenaire local de Thordon, Ocean Power International, a assuré au chantier naval qu'il pourrait livrer le roulement à temps.

Avec seulement un dessin de mèche de gouvernail comme référence, l'équipe de Thordon basée à Burlington, en Ontario, a coulé une pièce surdimensionnée avec une marge de sécurité suffisante. La pièce finie mesurait 1 250 mm x 1 050 mm x 1 350 mm et pesait 2 500 livres. Bien que le plus gros roulement jamais livré, il était encore sept fois plus léger qu'un roulement en bronze comparable et suffisamment léger pour être chargé sur un avion de ligne commercial cette nuit-là.

Vingt-quatre heures plus tard, le roulement est arrivé à Dubaï où l'équipe locale a terminé l'usinage final selon les spécifications exactes. La pièce a ensuite été surfondue à l'aide d'azote liquide, ce qui a entraîné un rétrécissement du diamètre extérieur de 21,93 mm et a permis de mettre facilement le roulement en place.

Contrat multi-navires

Les avantages des roulements refroidis par eau associés au délai de livraison rapide de Thordon ont conduit à un accord multi-navires avec Maritime Partners, le plus grand opérateur mondial de bateaux de navigation intérieure.

Douze bateaux pousseurs à double vis doivent être livrés par le chantier naval FMT basé en Louisiane avec des équipements comprenant des roulements d'arbre de queue RiverTough, des roulements de gouvernail ThorPlas-Blue avec Pucker Seals, des bagues de tringlerie de direction ThorPlas-Blue, des rondelles de butée SXL et des joints d'arbre de queue TG100. risque zéro pollution.

Roulements en bois

À l'autre extrémité du spectre se trouve la solution de roulement refroidie à l'eau la plus ancienne de l'histoire : des roulements en bois fabriqués à partir de lignum vitae.

Lignum vitae est en service depuis plus de trois siècles. Il a reçu son premier brevet en 1852. Inscrit au SNAME en 1882. Utilisé dans toute la flotte pendant la Première Guerre mondiale, puis à nouveau pendant la Seconde Guerre mondiale. Il a été choisi pour être utilisé sur l'USS Nautilus, le premier sous-marin à propulsion nucléaire au monde. Le paquebot le plus rapide du monde, le SS United States, a reçu le ruban bleu pour la traversée la plus rapide de l'Atlantique lors de son voyage inaugural en 1952, un record qu'il détient à ce jour.

Son palier d'arbre était en lignum vitae.

Aucun autre matériau de roulement n'a l'histoire ou la longévité de LV. Et parce qu'il s'agit d'une ressource totalement renouvelable, elle a l'honneur d'être la solution la plus écologique disponible.

Qu'est-ce qui le rend si bon ?

Le lignum vitae est le plus dur de tous les bois commercialisés, affichant 4 390 lbf sur l'échelle de Janka, ce qui équivaut à l'aluminium. C'est aussi le plus dense de tous les bois durs à 6,8 lb/bd ft. Comparé à l'ébène à 5,8 lb/bd ft. Il faut des siècles pour qu'un de ces arbres atteigne la maturité.

Il contient des huiles naturelles provoquant une autolubrification et une résistance à l'usure. Une étude de l'US Navy a révélé que LV avait le coefficient de frottement le plus bas jamais enregistré. Ces huiles offrent également une résistance à la pourriture et, étant un bois, il n'est pas susceptible d'être endommagé par l'électrolyse.

La plupart de ces propriétés sont le résultat de sa structure cellulaire unique. Contrairement à la plupart des bois, qui forment leurs grains selon un motif longitudinal, le LV se présente sous la forme d'une matrice tissée avec un angle de 60 degrés des grains. Cela agit comme un ressort préchargé. Il peut être compressé à l'aide d'une presse de 100 tonnes et rebondira et reprendra sa forme avec une mémoire parfaite après quelques jours.

C'est cette dernière propriété qui le rend parfait pour une utilisation dans les tubes d'étambot. Le roulement en bois se conforme à l'arbre au fil du temps, essentiellement en rodage, c'est-à-dire lorsque le coefficient le plus bas est formé. Et parce que les vibrations de l'arbre sont fonction d'un trop grand jeu, cette propriété éliminera presque totalement les vibrations, même avec un arbre mal aligné.

Développement constant

Bob Shortridge, le fondateur de Lignum Vitae North America, repousse constamment les limites du matériau. Il fait actuellement tester ses roulements par la société canadienne HydroTech, une entreprise spécialisée dans la technologie des roulements pour les industries marine et hydroélectrique.

Travaillant pour développer le meilleur roulement possible pour toutes les conditions, la paire teste LV contre tous les types de matériaux et toutes les conceptions. Trouver un matériau capable de développer le coin d'eau le plus efficace à haute vitesse tout en limitant l'usure à basse vitesse est l'objectif ultime, et les premiers résultats de lignum vitae montrent qu'il atteint le sommet.

Shortridge est également une passionnée d'histoire avec une fascination de longue date pour le SS United States et ce qui l'a rendue si rapide. Au moment d'écrire ces lignes, il fait don de matériel de roulement de lignum vitae à exposer au musée SS United States Conservancy et attend l'autorisation de monter à bord du navire pour inspecter le roulement du tube d'étambot dans le but d'affiner ses conceptions. L'application de méthodes de production modernes à l'un des plus anciens matériaux fiables est la recette d'un succès durable.

Quand les choses vont mal

Réinstaller ou installer des roulements et des joints en cale sèche est une chose. Les réparer ou les remplacer alors que le navire est à l'eau après une panne est une toute autre chose.

Spécialisée dans les joints de poupe et les systèmes de propulsion, Aegir Marine propose une approche flexible de la maintenance des navires. Bien qu'il soit heureux de correspondre à votre calendrier de cale sèche, il se démarque vraiment des réparations sous-marines flottantes et d'urgence.

Le SealDock exclusif d'Aegir est un habitat sous-marin qui crée un environnement de travail sec sous la ligne de flottaison. Conçu sur mesure pour répondre aux exigences du projet, SealDock utilise un mécanisme d'étanchéité en caoutchouc associé à une pression d'air positive. Cela permet à ses techniciens formés d'accéder au chantier et d'effectuer les réparations.

Aegir fait fabriquer sa marque interne Prime ou ses pièces de rechange dans ses installations approuvées par DNV. Avec un réseau de distribution mondial, il est idéalement positionné pour réparer, réaménager et remettre en route votre navire.

Ces capacités ont conduit à un partenariat en 2022 avec Spliethoff pour fournir des pièces et des services d'étanchéité de tube d'étambot. Exploitant une flotte mondiale de cargaisons sèches de plus de 50 navires, Spliethoff livre des cargaisons de grande valeur et nécessite une disponibilité maximale de la flotte. Le partenariat avec Aegir contribuera à assurer un approvisionnement et une réponse mondiaux pour toutes les pièces et services d'étanchéité du tube d'étambot nécessaires pour maintenir la cargaison en mouvement.

Technologie respectueuse de l'environnement

Lorsqu'il s'agit de progrès dans le domaine maritime, la mission est claire : développer et fournir des solutions écologiquement durables pour l'industrie mondiale du transport maritime. La technologie des roulements refroidis par eau est le choix le plus respectueux de l'environnement avec un risque de pollution nul.

Que vous utilisiez la dernière technologie en matière de polymères ou un bois ancien aux propriétés encore inconnues, il existe d'excellents choix pour faire le travail. – MarEx Collaborateur fréquent Sean Hogue est vice-président directeur des opérations chez Baker Marine Solutions.

Les opinions exprimées ici sont celles de l'auteur et pas nécessairement celles de The Maritime Executive.