Aspects techniques du projet de construction de 4 ROPAX pour la SNCM

Article publié dans le N° 224 de Jeune Marine mai-juin 2014

Par Jean-Vincent Dujoncquoy

La reprise en main de la SNCM par son actionnaire majoritaire TRANSDEV et le débarquement du président du Directoire Marc Dufour lors du conseil de surveillance du 12 mai 2014, laissent planer une grande incertitude sur la commande éventuelle de 4 navires ROPAX par la SNCM.
Cependant la remarquable étude réalisée par la Direction technique de la compagnie, sous la responsabilité de Nicolas Carion, pour aboutir au projet de commande de ces navires est un exemple du genre, que nous vous présentons. Cet article est un résumé de l’intervention de Nicolas Carion, Directeur technique de la compagnie, lors des rencontres de la mer à l’ENSM de Marseille le 11 avril 2014.

Nicolas Carion SNCM

L’un des éléments essentiels du plan de redressement à long terme de la SNCM défendu par Marc Dufour, repose sur la rationalisation et la modernisation de sa flotte aujourd’hui âgée de 19 ans. Cette modernisation passe par la commande prévue de quatre navires ROPAX équipés d’une propulsion électrique alimentée par des moteurs dual-gaz.

Le contexte

Outre ses nombreux soucis financiers, politiques et syndicaux, la SNCM a décidé de renouveler une partie de sa flotte pour répondre à quatre enjeux majeurs sur le long terme.
1— Améliorer le service aux passagers et aux transporteurs de fret afin de répondre aux attentes et besoins de ses clients. Cette mise en adéquation passe par un changement de standard de ses prestations difficile à mettre en place en s’appuyant sur une flotte de 10 navires (9 exactement après la vente du Napoléon Bonaparte) hétéroclite et vieillissante.
Cela touche tous les aspects d’une traversée, de la vitesse d’embarquement, aux équipements à bord, les services offerts à bord (restauration, cabines, boutiques), la capacité de fret, les séquences d’escales, etc.
2— Limiter l’impact de l’augmentation des coûts du pétrole et des taxes environnementales qui logiquement vont continuer à croître. Aujourd’hui, les coûts des combustibles représentent plus du tiers du coût d’exploitation opérationnel.
3— Améliorer la qualité et la productivité de la SNCM vis-à-vis de ses concurrents.
4— Faire face aux normes environnementales : la réglementation MARPOL sur la limitation des émissions de Sox (soufre), NOx, particules et CO2.
Les engagements pris par la compagnie d’optimiser les consommations et limiter rejets en signant la nouvelle DSP. S’ajoute à cela la mise en place probable à court terme d’une zone ECA en Méditerranée.

Processus d’élaboration du cahier des charges

Les premières spécifications ont été envoyées à quatre architectes navals (Naos, Deltamarin, FORESHIP et Knud E.Hansen A/S). Ce cahier des charges préliminaire ou « preliminary tender spécification » définit les grandes lignes des navires visées par la SNCM :
— Caractéristiques géométriques du navire (longueur, largeur, tirant d’eau, les limitations des zones d’exploitation, etc.)
— Caractéristiques commerciales (mètres linéaires de fret, nombre de passagers, etc.).
— Caractéristiques zones équipages.
— Vitesse d’exploitation maximum, profil de vitesse, caractéristiques de manœuvrabilité.
— Temps de chargement/déchargement,
— Équipements
— Règlements applicables et les demandes spécifiques armateurs, plus particulièrement l’optimisation énergétique.

Parallèlement un appel d’offres pour l’assistance à la définition de la classe des navires est envoyé à quatre sociétés de classification. Après une synthèse des retours des architectes navals, l’équipe projet SNCM a sélectionné FORESHIP pour ses études de carène et ses prévisions de consommation.

La réalisation du design a été confiée au cabinet SDI à Nantes. L’équipe projet, FORESHIP et les études marketing des commerciaux ont déterminé les spécifications des ROPAX. La SNCM étant particulièrement sensible aux lignes extérieures de ses futurs navires, le cabinet SDI a travaillé particulièrement le visuel des navires.

Les plans du ROPAX ont été réalisés par l’architecte naval FORESHIP. Alors que les chantiers ne travaillent que sur le coût des matériels à l’achat, la SNCM a lancé une étude sur le coût global de possession de ces matériels, c’est à dire sur la durée de vie prévue des navires, en envoyant les spécifications aux principaux équipementiers.

D’autre part, par l’intermédiaire d’un courtier, la compagnie a lancé un appel d’offres auprès de 18 chantiers navals. Les propositions des chantiers ont permis de valider le budget nécessaire, et d’avoir la confirmation d’une meilleure maîtrise de la construction des ROPAX en Europe.

Les résultats des architectes navals

L’efficacité de la carène a été recherchée à l’aide de calculs de mécanique des fluides numériques (CFD computational fluid dynamics) permettant de modéliser et d’affiner les lignes de coque compte tenu du profil d’exploitation envisagé (vitesse notamment). Ces calculs réalisés par les architectes navals, avec des approches différentes, ont permis d’établir des courbes puissances / vitesse « cible » après pré-études de stabilité.
Un comparatif des navires ROPAX en service a permis la définition d’un index EEDI permettant d’optimiser le design des œuvres vives du navire en fonction des trois paramètres suivants : déplacement, vitesse, puissance installée. Cela a aidé pour choisir le déplacement souhaitable pour ce type de navire.
Les œuvres mortes ont été optimisées de la même façon. La résistance à l’avancement des OM représente environ 5 % de la résistance du navire (par mer, calme). En diminuant de 20 % la surface frontale, on obtient une diminution d’environ 1,5 % de la résistance au vent par temps calme et de 4,5 % par vent de face de 15 nds.
Les carènes optimales issues des études CFD ont été ensuite validées en bassin de carène.

Évolution vers un avant-projet détaillé

Ropax visuels profifs

La partie design extérieur et intérieur, faisant partie des prérequis de l’armateur, est contractualisée avec le cabinet nantais SDI et permet d’inclure à la dernière consultation, des vues « contractuelles du navire ».
Finalement 4 chantiers ont été retenus. La SNCM a continué sa consultation afin d’obtenir de chacun d’eux une offre complète, détaillée et adaptée.
L’équipe projet a alors particulièrement travaillé sur une spécification technique détaillée, d’un général arrangement, de calculs de stabilité préliminaires, des courbes puissances / vitesse, d’une estimation de coût global de possession sur la durée de vie estimée des navires.
À cela ont été ajoutées les demandes particulières de la SNCM : elle demande notamment aux chantiers présélectionnés d’exprimer leur engagement de contreparties économiques. Celui-ci se présentera sous forme d’un pourcentage minimum de valeur ajoutée et de chiffre d’affaires généré dans les zones géographiques ci-après : région Corse, région PACA et autres régions françaises.
L’étude comparative entre les 4 chantiers a montré que l’offre de STX France est la plus complète au détriment de Fincanteri, Nordic Yards et Flensburger.

L’évolution des spécifications de la propulsion au GNL

Au cours de l’appel d’offres, plusieurs problématiques sont apparues. Les propositions techniques des navires ont mis en lumière de fortes disparités entre les chantiers, nécessitant des choix plus conséquents. La confirmation des nouvelles réglementations et contraintes environnementales (EU & internationale). Des contraintes techniques importantes sont apparues.

La SNCM a identifié 3 pistes pour répondre à ces problématiques :
1— Utilisation du GNL : Gaz Naturel Liquéfié (Méthane)
2— Utilisation du Gasoil (MGO)
3— Installation de systèmes post-traitement : laveur de gaz et pot catalytique
De ces trois pistes, le Gaz Naturel Liquéfié s’impose comme la solution la plus cohérente et pertinente sur une construction neuve. Néanmoins, cette solution a soulevé d’autres problématiques.

Ces problématiques sont :
— Pas de réglementations existantes pour les navires à passagers.
— Problématiques techniques (design, stockage, moteurs, manœuvre).
— Problématique de l’infrastructure d’avitaillement qui n’existe pas.

Intérêts du GNL :

– Du fait de ses performances environnementales, de sa disponibilité et de ses perspectives de prix, le GNL est largement reconnu comme carburant de substitution aux carburants classiques issus du pétrole.
– En Europe, le GNL est plutôt vu sous l’angle de la satisfaction immédiate aux normes environnementales.
– La propulsion par moteur au GNL est maintenant une technique parfaitement maîtrisée dans tous ses aspects y compris pour ce qui concerne le stockage à bord du navire, les tuyauteries machine, etc.
– La transition vers le GNL est un levier beaucoup plus efficace de réduction des nuisances que l’utilisation de fuel à très faible teneur en soufre, elle nécessite des investissements importants aussi bien pour les commandes de navires neufs que pour modifier les navires existants.
– Le développement d’une logistique efficace d’approvisionnement en GNL nécessite de mettre en place de véritables stations de stockage de GNL ou d’approvisionnement par navire souteur.

Design point

C’est une combinaison de variables (déplacement, vitesse de service, assiette) autour desquelles le navire est conçu. La propulsion est choisie et dimensionnée pour maximiser son efficacité au point de design. L’état de la coque, la rugosité des hélices, le tirant d’eau, l’état de la mer changent et dans ces cas multiples, le navire n’est plus dans les conditions de son point de design. L’efficacité de la propulsion change.

Stockage GNL à bord

Dès février 2012, en partenariat avec la société GTT, l’équipe a travaillé sur les contraintes d’autonomie du navire dues au stockage du GNL.
Évidemment, la nécessité de stocker du GAZ dans des réservoirs cylindriques (cuve type C sous pression – disponibles sur étagères) intégrés dans un volume parallélépipédique limite l’occupation du volume et indirectement l’autonomie. Une cuve prismatique peut solutionner ce problème.
En partant du volume de soute HFO disponible sur le Pascal Paoli (1700T), à iso-énergie, cela équivaut à # 3100m3 de GNL, GTT a réalisé une étude comparative de volume selon les technologies employées.
Comparatif :
Membrane 5 270 m3
Type C — Isolé sous vide 6 560 m3 +25 %
Type C — Isolé mousse 7 780 m3 +48 %
Le gain d’une cuve membrane en terme de rapport encombrement / volume est indéniable.
Cependant les contraintes d’une cuve à membrane ont été également revues avec GTT.
Dans ce cadre, aucune limitation n’a pu être mise en exergue :
— Plus de 6 jours d’autonomie en cas de black-out et sans aucune consommation bord.
— Risque de sloshing extrêmement limité au vu du faible volume des cuves du projet.
— Étude des cycles de fatigues et contraintes (plus de 2000 cycles avec des variations fortes de fatigue soit plus de 40 ans d’exploitation) permettant de valider sans réserve la faisabilité du système. Prise en compte du Boil-off, c’est à dire consommation du gaz qui monte en pression utilisée pour la production d’électricité à bord.
Le choix est donc donné aux chantiers d’étudier les 2 types de stockage de façon ouverte, sans autre limitation que l’autonomie demandée.

Motorisation
Ce seront des moteurs 4 temps semi-rapides type Wartsila 50 DF & 46 FDF, MAN 51/60 DF, Caterpillar M46 DF ou autres. Le choix n’étant pas encore arrêté, car l’étude du coût global de possession des moteurs sur une période de 10 ans n’est pas terminée. C’est extrêmement important, car la consommation sur 10 ans équivaut au prix d’achat du navire.

Les infrastructures d’avitaillement

C’est l’une des principales préoccupations de la SNCM d’entamer une démarche conduisant à sécuriser sur la période 2015 – 2018/20 un coût global d’utilisation de l’énergie GNL au plus égal à celui de l’énergie Fioul Lourd (énergie utilisée par nos concurrents).
Il faut donc inventer un schéma logistique GNL fiable dans la durée. En Europe, il n’existe pas de marché Spot du gaz avec un prix garanti. La SNCM a contacté plusieurs opérateurs potentiels : GDF SUEZ, SHELL, ENI, TOTAL, EDF et AXEGAZ. C’est un marché en développement.
Avec le Bureau Véritas et GTT, une étude de risques HAZID (Hazard Identification study) a été réalisée, associée à une HAZOP (hazard and operability study), les processus opérationnels sont déclinés. Des simulations Haute Saison, ROPAX 1 & 2 & Stress Test ont été réalisées afin de démontrer la faisabilité du projet conformément au schéma d’exploitation de la SNCM pour les prochaines années.
Dans la zone d’exploitation prévue des navires, le sujet des infrastructures GNL avance.
— Attribution de subventions européennes à l’Espagne pour la zone Barcelone (1 M€)
— Lancement d’un appel à projets (POSEÏDON MED) poussé par Qenergy (Qatar) pour développer des infrastructures en Méditerranée (Grèce et Adriatique)
— Suite du projet COSTA pour infrastructures en Méditerranée occidentale.

Les conclusions du projet

Ropax 2

Une propulsion électrique associée à des moteurs dual fuel et un stockage de gaz par solution membrane s’est imposée comme la solution la plus adaptée pour la SNCM.
Moins de moteurs Diesel embarqués (4 au lieu de 7) : diminution des dépenses en entretien et en consommation électrique.
Moins de consommation et de pollution : le rendement augmente avec la charge jusqu’à 100 % de la MCR. La consommation optimale peut être atteinte pour 8 vitesses différentes.
Optimisation de la propulsion : mutualisation de la puissance produite, le navire est exploité avec moins de moteurs en service fonctionnant à plus forte charge moyenne.
Meilleure maîtrise du coût global de possession : combustible « propre ».
Maintien des avantages d’une exploitation au HFO et conformité au SRTP : disponibilité, autonomie, avitaillements…sans les inconvénients (EMZ, cales, …)

Et maintenant ?

Après la signature d’une L.O.I letter of Intent / lettre d’intention avec le chantier STX le 31 mars 2014, il reste la Maker’s list ou liste des équipements. L’acceptation de la Maker’s List par le chantier est un prérequis à la maîtrise des coûts de maintenance. Cette Marker’s List permet d’obtenir une garantie du chantier supérieure à 1 an et avoir des engagements des principaux équipementiers (motoristes notamment) sur les coûts de maintenance pour la période de contrat de la DSP. L’intérêt du chantier porte sur le coût des équipements à l’achat et non sur les coûts de maintenance à venir. L’objectif de la SNCM est d’avoir la main sur le choix des équipementiers majeurs puis d’établir un partenariat pour la maintenance avec eux sur la durée d’exploitation du navire. La validation a eu lieu le 30 avril.
Reste la signature d’un contrat de construction le 30 juin 2014 au plus tard avec STX France et ensuite la livraison des navires en 2016 /2017 /2018, mais là on peut en douter tant que la situation financière, politique et management de la compagnie n’auront pas retrouvé un certain niveau de normalité et de stabilité.
Espérons que ce remarquable travail effectué par une équipe performante débouche sur une commande concrète quelle que soit la structure qui sera mise en place pour redresser la SNCM et changer positivement l’image de marque de la compagnie et indirectement celle de la marine marchande trop souvent vue de Paris uniquement par le prisme des conflits sociaux.

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