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Azipod

propulseur azimutal électrique

Azipod est une marque déposée de propulseur azimutal, un système de propulsion marine composé d'une hélice à pas fixe montée sur une nacelle orientable (« pod ») contenant le moteur électrique qui entraîne l'hélice, ce qui améliore la manœuvrabilité des navires. Il a été développé en Finlande à la fin des années 1980 par Wärtsilä Marine, Strömberg et l'Office national de la navigation finlandais[1].

Gros plan d’une unité Azipod de 3,3 MW du USCGC Mackinaw.

Azipod est parfois utilisé comme terme générique pour désigner des systèmes de propulsion à nacelle fabriqués par d'autres entreprises, bien que « Azipod » soit une marque déposée appartenant à ABB[2],[3],[4],[5].

Principe

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Dans les propulseurs azimutaux conventionnels, tels que les propulseurs en Z et en L, l'hélice est entraînée par un moteur électrique ou diesel logé dans la coque du navire. L'hélice est reliée au moteur principal par des arbres et des engrenages coniques permettant sa rotation autour d'un axe vertical. Ce type de système de propulsion est largement répandu depuis les années 1990 et est produit par de nombreuses entreprises à travers le monde[6].

Dans une unité Azipod, le moteur électrique est monté à l'intérieur du bloc de propulsion et l'hélice est directement reliée à l'arbre moteur[7]. L'alimentation électrique du moteur de propulsion est assurée par des collecteurs tournants permettant à l'unité Azipod de pivoter à 360 degrés autour de son axe vertical[8]. Les unités Azipod utilisant des hélices à pas fixe[9], l'alimentation est toujours fournie par un variateur électronique de vitesse ou un cycloconvertisseur permettant le contrôle de la vitesse et du sens de rotation des moteurs de propulsion[10].

L'hélice du pod est généralement orientée vers l'avant car, dans cette configuration tractive, elle est plus efficace grâce à un flux d'eau non perturbé. Pouvant pivoter autour de son axe de fixation, le pod peut appliquer sa poussée dans n'importe quelle direction. Les propulseurs azimutaux améliorent la manœuvrabilité des navires et leur permettent de reculer avec une efficacité presque équivalente à celle de la marche avant. Pour que les unités de propulsion par pods puissent pleinement exploiter leur potentiel en service commercial, une formation de l'équipage à la manœuvre des navires sur simulateurs et modèles réduits est indispensable[11].

Lors de ses premières installations dans les années 1990, la propulsion par pods permettait généralement une consommation de carburant inférieure de 9 % à celle des systèmes de propulsion conventionnels. Depuis, les améliorations apportées aux conceptions conventionnelles ont réduit cet écart à 6-8 %, mais, d'autre part, l'écoulement hydrodynamique autour de l'Azipod a été amélioré par la modernisation des pales et l'optimisation informatique dynamique des angles de fonctionnement respectifs des pods dans les installations multipods, ce qui a permis d'obtenir des gains d'efficacité globaux de l'ordre de 18 %[12].

Historique

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Développement

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La première unité Azipod, installée en 1990 sur le navire de soutien aux voies navigables finlandaises Seili, est exposée au musée maritime Forum Marinum de Turku, en Finlande.

En 1987, l’Office national de la navigation finlandais a proposé une collaboration à l’entreprise d’équipements électriques Strömberg (devenue ABB) et au chantier naval finlandais Wärtsilä Marine pour le développement d’un nouveau type de système de propulsion électrique[13]. Auparavant, ces entreprises collaboraient depuis des décennies dans le domaine des systèmes de propulsion diesel-électriques et avaient produit, dans les années 1980, les premiers brise-glaces équipés de moteurs à courant alternatif et de cycloconvertisseurs[14].

Le développement du prototype a débuté en 1989 et la première unité était prête à être installée l’année suivante[15]. L'unité de 1,5 MW, baptisée « Azipod » (abréviation de « azimuting electric podded drive[16] »), a été installée sur le Seili, navire de soutien aux voies navigables finlandaises construit en 1979, au chantier naval de Hietalahti d'Helsinki, en Finlande. Après sa modernisation, les performances de brise-glace du navire ont été considérablement améliorées et il a également été démontré qu'il était capable de briser la glace en marche arrière. Cette découverte d'un nouveau mode de fonctionnement a finalement conduit au développement du concept de navire à double-action au début des années 1990[17],[18],[19]. Lorsque le Seili a été modernisé avec un nouveau système de propulsion dans les années 2000, l'unité Azipod prototype a été donnée au Forum Marinum et exposée à Turku, en Finlande.

Suite aux expériences encourageantes de l'installation du prototype, le développement du concept Azipod s'est poursuivi et les unités suivantes ont été installées sur deux pétroliers finlandais, l'Uikku et le Lunni, respectivement en 1993 et 1994. Près de huit fois plus puissants que le prototype, les groupes Azipod de 11,4 MW ont considérablement amélioré la capacité de navigation dans la glace des navires déjà conçus pour être autonomes en matière de brise-glace[17]. Depuis les années 1990, la grande majorité des navires capables de naviguer dans les glaces sans brise-glace pour les escorter sont équipés d'un système de propulsion Azipod[20].

Les trois premiers groupes Azipod étaient de type « propulsif », l'hélice étant montée derrière la nacelle. Pour les installations suivantes, ABB a adopté la configuration « tractive », plus efficace, similaire à celle de la plupart des avions à hélice.

Le premier navire de croisière au monde équipé de groupes de propulsion Azipod, le Carnival Elation, a été livré par le chantier naval Kværner Masa d'Helsinki au printemps 1998[21]. Bien que l'Azipod ait été initialement conçu pour les brise-glaces, les navires de croisière constituent depuis les années 1990 le principal type de navires équipés de ce système de propulsion. Le succès de ces nacelles de propulsion électrique a ouvert la voie à des concurrents tels que la Rolls-Royce Mermaid. Parmi les navires équipés d'Azipod figurent les paquebots des classes Voyager, Freedom, Oasis et Icon de Royal Caribbean International, qui détenaient chacun le titre de plus grand paquebot du monde au moment de leur mise en service[20].

Une autre évolution du concept original de propulsion électrique par pods est l'Azipod Compact, une unité Azipod plus petite introduite au début des années 2000. Il est destiné aux navires de petite taille tels que les navires de recherche et les yachts, ainsi qu'aux plateformes de forage à positionnement dynamique, qui peuvent utiliser jusqu'à huit propulseurs de ce type[20],[22]. L'Azipod Compact se distingue de l'unité standard par son moteur synchrone à aimant permanent, refroidi directement par l'eau de mer. Pour les navires de forage, l'Azipod Compact est également disponible en configuration propulsive et peut être équipé d'une tuyère Kort pour augmenter la poussée de traction au point fixe lors des opérations de maintien de la position[23]. Contrairement aux unités Azipod standard assemblées en Finlande, les unités Azipod Compact sont fabriquées en Chine[24].

Problèmes liés aux paliers

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Durant les premières années de service, des perturbations importantes dans le service des navires de croisière, largement médiatisées, ont été observées avec le modèle Azipod V, plus grand[25].

Le modèle le plus récent, l’Azipod X, intègre ces améliorations, avec un intervalle d’entretien de cinq ans, et il est doté de paliers démontables et réparables de l’intérieur du module, pendant que le navire est à quai[26],[27].

Voir aussi

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Notes et références

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  1. ↑ (en) Katariina Rönnqvist, « ABB's Azipod® azimuth thruster system wins the Finnish Engineering Award and 30 000 euros », sur TEK, (consulté le ).
  2. ↑ (fi) « MAO:249/18 », sur Markkinaoikeus, (consulté le ).
  3. ↑ (en) Richard H. Wagner, « Inside view: What makes QM2 go ? » [archive], sur Beyond Ships, (consulté le ).
  4. ↑ Marine Propulsion & Auxiliary Machinery: The Journal of Ships' Engineering Systems, vol. 27, Riviera Maritime Media, (lire en ligne).
  5. ↑ Brian J. Cudahy, The Cruise Ship Phenomenon in North America, Cornell Maritime Press, , 366 p. (ISBN 978-0-87033-529-7, lire en ligne), p. 53.
  6. ↑ (fi) Erkki Tammiaho, « Ruoripotkurilaitteiden liiketoiminta Suomessa » [archive du ], sur TEKES, (consulté le ).
  7. ↑ Risto Pakaste, Kari Laukia, Max Wilhelmson et Jukka Kuuskoski, « Experience with Azipod propulsion systems on board marine vessels » [archive du ], sur ABB, (consulté le ).
  8. ↑ Transactions – The Society of Naval Architects and Marine Engineers, vol. 101, Society of Naval Architects and Marine Engineers, (ISBN 978-0939773152, lire en ligne).
  9. ↑ Cruise Travel, Lakeside Publishing Co., , p. 42.
  10. ↑ Mukund R. Patel, Shipboard Propulsion, Power Electronics, and Ocean Energy, CRC Press, , 289 p. (ISBN 978-1439888506, lire en ligne), p. 188.
  11. ↑ « Port Revel Pod Shiphandling course » (consulté le ).
  12. ↑ (en) Morten Halvorsen, « Azipod propulsion drives take the next step » [archive du ], sur Skipsrevyen, (consulté le ).
  13. ↑ Anssi Hepo-oja et Viktor Mäki-Kuutti, Mekaanisen ja sähköisen propulsiojärjestelmän esittely, Satakunta University of Applied Sciences, (lire en ligne).
  14. ↑ « Cycloconverters for the new icebreaker from Kymmene-Strömberg », Navigator,‎ .
  15. ↑ « 1. Dynamosta Azipodiin – vuosikymmenien kokemukset jäänmurtajista », sur ABB Group (consulté le ).
  16. ↑ « ABB-teknologiat: Azipod®-propulsiojärjestelmät », sur ABB (consulté le ).
  17. 1 2 Kimmo Juurmaa, Tom Mattsson et Göran Wilkman, « The development of the new double acting ships for ice operation » [archive], 12-17/08/2001 (consulté le ).
  18. ↑ (en) 2Tom Mattsson, Noriyuki Sasaki et Göran Wilkman, « The development of the double acting tanker for ice operation » [PDF], sur Aker Arctic, (version du sur archive.org).
  19. ↑ Juurmaa, K et al., « New ice breaking tanker concept for the arctic (DAT) » [archive], (consulté le ).
  20. 1 2 3 « References – Propulsion Products » [archive du ], sur ABB (consulté le ).
  21. ↑ « 6.11. Azipod ® propulsion » [archive du ], sur ABB (consulté le ).
  22. ↑ « Compact Azipod » [archive du ], sur ABB (consulté le ).
  23. ↑ « Azipod C » [archive du ], sur ABB (consulté le ).
  24. ↑ « ABB Propulsion Products for Main Propulsion and Thrusters » [archive du ], sur ABB, (consulté le ).
  25. ↑ Fredrickson, Tom, « Carnival's Paradise Coming To Yard For Repairs », sur Daily Press, (consulté le ).
  26. ↑ Antti J. Lehtelä, « Industry Features - Experiences with Azipod propulsion (ABB) » [archive du ] (consulté le ).
  27. ↑ (en) « Propulsion Systems by ABB Marine » [archive du ], sur Wplgroup.com, (consulté le ).
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