L'industrie maritime est confrontée à un défi important du biosouage, qui est l'accumulation d'organismes aquatiques sur les surfaces des navires.Ce phénomène affecte diverses parties d'un navire, y compris les propulseurs, qui sont essentiels pour la maniabilité. Comprendre l'impact du biosouage sur l'efficacité du propulseur et explorer les revêtements antisoudure avancés est essentiel pour maintenir une performance optimale du navire.

Comprendre le biosoulage : des microbes aux macro-organismes

Le biosoulage est l'accumulation indésirable de microorganismes, de plantes, d'algues et d'animaux sur des surfaces mouillées. C'est un processus naturel qui commence à quelques minutes d'une surface propre immergée dans l'eau de mer et qui progresse à plusieurs étapes. L'étape initiale consiste à adsorption de molécules organiques dissoutes, formant un film de conditionnement. Ce film est rapidement colonisé par des bactéries et d'autres microorganismes, créant un biofilm, souvent appelé microsoudure ou slime.

Facteurs influençant le taux et la gravité de la biosouciure

La température de l'eau est un facteur principal : les eaux plus chaudes accélèrent les taux de croissance biologique, ce qui entraîne souvent des salissures plus rapides et plus graves. Salinité, disponibilité des nutriments, pénétration de la lumière (pour les organismes photosynthétiques) et la présence de communautés d'encrassements existantes dans les environs influencent également la colonisation. Des facteurs spécifiques aux navires, tels que le temps passé à l'arrêt au port, la fréquence des échafaudages et la vitesse et la durée des voyages, affectent encore plus l'accumulation d'encrassements.

Conséquences économiques et environnementales du biosalissure

Selon l'Organisation maritime internationale (OMI), la biosoudure devrait augmenter la consommation de carburant de 25 % pour les coques fortement encrassées, avec des sanctions supplémentaires pour les hélices et les propulseurs encrassés, ce qui se traduit par des milliards de dollars de coûts supplémentaires annuels et une augmentation correspondante des émissions de gaz à effet de serre. Au-delà du carburant, la biosoudure contribue au transfert d'espèces aquatiques envahissantes, une menace écologique et économique majeure qui a motivé les mesures de réglementation internationale en vertu des Lignes directrices de l'OMI sur la biosoudure (Résolution MEPC.207(62)).

L'impact du biosalissure sur la performance de Thruster

Les propulseurs sont critiques pour la précision des manœuvres des navires, en particulier dans les ports encombrés, pendant l'amarrage et lorsque le positionnement dynamique est nécessaire. Ils sont présentés dans plusieurs configurations — propulseurs tunnel, propulseurs azimuts et propulseurs rétractables — chacune avec des profils hydrodynamiques uniques.

Augmentation de la consommation de carburant et de traînée

Même une mince couche de scintillement peut modifier de façon significative la rugosité de surface des pales, des buses et des parois des tunnels. Cette rugosité perturbe le débit laminaire près de la surface, augmentant les turbulences et les pertes d'énergie. Pour un propulseur de tunnel typique, des études ont montré qu'une accumulation modérée de biosoudure peut réduire l'efficacité hydraulique du système de 10 à 20 %, forçant le moteur de propulseur à tirer beaucoup plus de puissance pour atteindre la même poussée.

Sortie réduite de poussée

La biosoudure sur les pales d'hélice modifie la lame, l'angle d'attaque et la texture de surface, qui dégradent la capacité de l'hydrofoil à générer l'ascenseur (flûte). Les barnacles et moules attachées aux extrémités de la lame peuvent causer la cavitation et l'érosion prématurée, réduisant ainsi encore l'efficacité. Dans les cas graves, le propulseur peut être incapable de fournir la force latérale nécessaire pour la manoeuvre sécuritaire, posant un risque de sécurité dans les quartiers serrés. La réduction de la puissance de poussée est non linéaire; une petite zone d'encrassement peut affecter de façon disproportionnée les performances dues à la séparation du débit et à la génération de tourbillons.

Port et corrosion accélérés des composants

La présence physique d'organismes à coque dure peut endommager les éléments du propulseur. Les barnacles et les huîtres, avec leurs bords tranchants, peuvent racler et éroder les revêtements polymères protecteurs, exposant le métal sous-jacent à l'eau de mer corrosive. Les crevasses créées par ces organismes piègent également les chlorures et favorisent la corrosion localisée des piqûres. De plus, le poids ajouté d'une couche épaisse de salissure peut déséquilibrer une hélice tournante à grande vitesse, entraînant une vibration excessive et une usure excessive du roulement.

Risques opérationnels et temps d'arrêt imprévu

La perte de poussée due à la biosoudure peut forcer le navire à interrompre une opération, avec des sanctions financières importantes. Par temps violent, les propulseurs compromis peuvent nuire à la capacité de maintien de la station, mettant en danger le navire et son équipage. La nécessité de nettoyer l'eau ou d'amarrage en cas d'urgence ajoute à la perturbation opérationnelle. L'industrie maritime reconnaît de plus en plus que la gestion proactive de la lutte contre les soutènements des propulseurs n'est pas une dépense discrétionnaire, mais une exigence essentielle de fiabilité opérationnelle.

Technologies de revêtement antisalissure : des biocides traditionnels aux solutions avancées

Pour lutter contre les effets coûteux de la biosalissure, l'industrie maritime a développé une vaste gamme de technologies de revêtement, qui sont appliquées au boîtier du propulseur, à la buse, à l'hélice et à d'autres surfaces sous-marines pour empêcher l'attachement des organismes ou pour rendre la surface si glissante qu'elle est facilement éliminée par l'eau.

Aperçu historique et restrictions réglementaires

Pendant des décennies, les revêtements antisalissure les plus efficaces ont été basés sur le tributylétain (TBT), un puissant biocide qui a été lixivié à partir de la peinture et tué des organismes marins. Cependant, le TBT a été trouvé pour causer de graves dommages écologiques - y compris l'imposition de x dans les mollusques et la perturbation endocrinienne des poissons - conduisant à une interdiction globale en vertu de la Convention internationale de l'OMI sur le contrôle des systèmes antisalissures nuisibles (Convention AFS), entrée en vigueur en 2008.

Revêtements biocides

Les revêtements biocides modernes utilisent généralement le cuivre ou les composés de cuivre comme principe actif principal, souvent complétés par des co-biocides (tels que le pyrithione de zinc ou le thiocyanate de cuivre) pour contrôler les algues et les slimes. Ces revêtements sont classés comme étant soit une matrice soluble ou un copolymère autopolissant (SPC). Les revêtements de SPC sont les plus utilisés pour les applications de propulseurs parce qu'ils fournissent un rejet contrôlé et prévisible du biocide et une surface lisse et polie au fil du temps. L'action de polissage empêche l'accumulation de couches épaisses de salissure et contribue à maintenir la performance hydrodynamique.

Revêtements de retenue à la source

Les revêtements à libération de Fouling (CFR) représentent une approche fondamentalement différente : au lieu de tuer les organismes, ils créent des surfaces à très faible énergie de surface et à faible module d'élasticité, ce qui rend difficile l'adhésion des organismes. Lorsque le navire est en cours, les forces de cisaillement hydrodynamiques du débit d'eau délogent facilement toute obstruction faiblement attachée. Les deux principales chimies utilisées sont silicone-based[ et fluoropolymère-based couches. Les CFR en silicone sont plus souples et plus efficaces pour empêcher l'adhérence permanente, tandis que les revêtements en fluoropolymère offrent une plus grande durabilité et une plus grande résistance à l'abrasion.

Technologies de revêtement hybrides et avancées

Reconnaissant qu'aucune technologie de revêtement unique n'est parfaite pour toutes les circonstances, les fabricants ont mis au point des systèmes hybrides qui combinent les propriétés de libération biocide et de libération par encrassement. Par exemple, un revêtement peut comporter un amorceur à charge biocide avec un revêtement de silicone pour assurer une protection initiale et un rejet à long terme.

  • Les revêtements biométiques :[ Inspirés par la texture de surface d'organismes marins tels que la peau de requin ou la feuille de lotus, ces revêtements utilisent des modèles nano ou micrométriques pour décourager l'établissement sans toxicité chimique.
  • Enduits hydrogel:[ Ces couches de polymères à l'eau, qui se gonflent, créent une interface hydratée très faible en friction qui repousse les protéines et les cellules.
  • Enzymes hypomobilisés:[ La recherche explore des revêtements contenant des enzymes qui décomposent les molécules d'adhésif utilisées par les barnacles et les moules pour fixer, efficacement, -dézipper - leur cale. Cette approche est encore expérimentale mais offre une solution vraiment verte.
  • Enduits conductibles:[ En imposant un faible courant électrique, ces revêtements peuvent empêcher la formation de tassements ou même détacher les salissures établies. Ils montrent un potentiel d'utilisation sur les propulseurs, où l'électricité est facilement disponible, mais des défis techniques subsistent en ce qui concerne le déploiement à grande échelle et la gestion de l'énergie.

Sélection et application de revêtements antisalissures pour les thrusters

Le choix du revêtement approprié pour un propulseur est plus complexe que celui d'un revêtement générique de coque. Le propulseur fonctionne sous des vitesses d'eau plus élevées, subit une cavitation et des vibrations, et possède des géométries complexes (buse, lame, tunnels) qui rendent l'application uniforme difficile.

Défis spécifiques

Les revêtements doivent être assez résistants pour résister à l'érosion due à la cavitation et aux dommages causés par les débris. De nombreuses peintures antisalissures standard sont trop fragiles pour être utilisées sur les hélices et peuvent être pelées ou fissurées en quelques mois. Des formulations spécialisées, souvent avec plus de souplesse, une meilleure construction de films et des liants renforcés, sont nécessaires. De plus, les surfaces internes des propulseurs de tunnel connaissent un débit d'eau plus faible, créant un environnement propice à une macrosalissure lourde.

Conformité environnementale et réglementaire

Tous les revêtements antisalissures utilisés sur les propulseurs doivent être conformes à la Convention AFS de l'OMI et à la réglementation locale. Certains ports, comme ceux de Californie et de certaines régions d'Europe, ont imposé des restrictions supplémentaires sur les taux de lessivage du cuivre. Les exploitants de navires devraient travailler en étroite collaboration avec les fabricants de revêtements pour vérifier que leur produit choisi satisfait à toutes les exigences applicables.

Analyse coûts-avantages

Bien que les revêtements à libération d'encrassement avancés aient souvent des coûts de mise en œuvre et de traitement initiaux plus élevés que les peintures traditionnelles au cuivre, leur allongement des intervalles de service et la réduction des exigences de nettoyage peuvent offrir un rendement favorable à l'investissement. Une analyse des coûts du cycle de vie devrait tenir compte non seulement des coûts d'achat et d'application, mais aussi des économies de carburant en service, de la fréquence réduite des entreposages à sec et des frais de nettoyage moins élevés.

Orientations futures : vers des solutions à biocide zéro

Plusieurs pistes de recherche prometteuses pourraient remodeler les revêtements des propulseurs au cours de la prochaine décennie. Des systèmes antisalissure ultrasonore, qui utilisent des ondes sonores à haute fréquence pour perturber la formation de biofilms, sont en cours de développement pour les applications de la coque et du propulseur. Ces systèmes peuvent être intégrés dans le boîtier du propulseur, émettant des impulsions qui découragent l'installation sans produits chimiques. De même, des systèmes optiques utilisant la lumière UV pour inhiber la croissance des pales d'hélices sont en cours d'étude. Une autre tendance est l'intégration de capteurs intelligents qui surveillent l'intégrité du revêtement et l'épaisseur du biosalissure en temps réel, permettant aux opérateurs de n'organiser le nettoyage que lorsque cela est nécessaire, plutôt que sur un calendrier fixe.

Ces innovations, combinées à des améliorations continues de la chimie du revêtement, indiquent un avenir où l'efficacité du propulseur peut être maintenue avec une empreinte environnementale minimale.

Conclusion

Les effets cumulatifs de la traînée accrue, de la réduction de la poussée, de l'usure accélérée et des risques accrus de sécurité exigent une stratégie de gestion proactive.Les progrès dans les technologies de revêtement antisalissure - des copolymères autopolymatiques au cuivre aux systèmes de libération de silicone sans biocide - offrent des options efficaces d'atténuation, mais une sélection minutieuse fondée sur le profil d'exploitation du propulseur est essentielle. À mesure que les pressions réglementaires s'élèvent et que la sensibilisation à l'environnement s'accroît, l'industrie se dirige résolument vers des solutions durables et peu toxiques.

Pour de plus amples renseignements sur la gestion des biosalissures, consulter les Lignes directrices de l'OMI sur les biosalissures. Des détails techniques sur la performance du revêtement sont présentés dans la revue Biofouling. Les principaux fabricants de revêtements tels que Hempel[ et Jotun fournissent des fiches de données sur les produits qui sont pertinentes pour les applications de propulseurs