Analyse des rejets thermiques de 18 compresseurs diesel superposés sur le pont d'un navire offshore en mer Baltique, pour garantir la fiabilité des installations et le confort des techniciens.
EOLIOS est expert en optimisation des flux d'air complexes et en confort éolien. Dans le cadre d'un projet industriel d'envergure, nous avons été sollicités pour analyser le comportement thermo-aéraulique d'un système de compression massif installé sur le pont d'un navire offshore opérant en mer Baltique. L'enjeu était de taille : simuler les échanges thermiques de 18 compresseurs diesel superposés pour garantir la fiabilité des installations techniques et la sécurité des opérations.
L'essentiel. Sur le pont d'un navire offshore en mer Baltique, 18 compresseurs diesel de 224 kW chacun rejettent un air à près de 65 °C. Malgré un vent de face de 6 m/s, l'architecture navale piège les calories : les simulations CFD révèlent des recirculations d'air chaud, des bulles de chaleur atteignant 47 °C dans les zones d'intervention et des fuites de 30 % sur les évacuations. La solution validée par EOLIOS réduit ces fuites à 3 % et sécurise à la fois les machines et les techniciens.
EOLIOS est leader de la simulation CFD pour vos process. Nos études reposent sur un retour d'expérience de campagnes de mesure en conditions réelles et d'une centaine de sites simulés autour du monde.
Dans un environnement maritime soumis à de fortes émissions de chaleur, les solutions de ventilation standard montrent leurs limites. Grâce à une analyse combinant modélisation 3D et simulation CFD, EOLIOS a étudié le comportement réel des flux d'air autour de 18 compresseurs diesel et proposé des solutions concrètes pour optimiser l'évacuation des rejets, améliorer le confort thermique et garantir la fiabilité des installations dans les zones de production.
La mission s'articulait autour de quatre objectifs :
Modéliser le navire, ses masques aérauliques et les 18 compresseurs dans leurs conditions météorologiques réelles.
Quantifier les températures de succion des machines et les températures ambiantes dans les zones d'intervention.
Identifier les mécanismes de recirculation et de stagnation responsables des surchauffes.
Valider une solution d'évacuation des rejets garantissant la continuité de service et la sécurité des techniciens.
Pour répondre à ce défi, nos ingénieurs ont développé un jumeau numérique complet du navire et de ses installations techniques. La reproduction fidèle de la géométrie complexe des structures et de l'agencement des équipements sur le pont est cruciale pour capturer les phénomènes de sillage et de recirculation.
Le « jumeau numérique » est la réplique virtuelle 3D d'une installation réelle : géométrie, sources de chaleur, entrées et sorties d'air, conditions météorologiques. Il sert de support à la simulation CFD pour tester le comportement de l'installation dans des scénarios impossibles à reproduire sur site : vents extrêmes, pleine charge, variantes de conception.
La modélisation a intégré des conditions météorologiques intenses propres à la mer Baltique, avec un vent de face soutenu de 6 m/s couplé à une température extérieure élevée. La difficulté majeure de cette étude a résidé dans la modélisation précise de ces conditions de bord instables, où le flux d'air incident rencontre une architecture navale générant de multiples zones de stagnation et de décrochages aérodynamiques. Ces zones limitent le renouvellement de l'air autour des installations techniques. En l'absence d'une ventilation forcée et dirigée, ces zones deviennent des pièges thermiques où les calories rejetées stagnent, augmentant localement la température ambiante indépendamment de la force du vent extérieur.
L'accumulation de 18 compresseurs dans un espace restreint représente une charge thermique colossale. En effet, chaque unité développe une puissance totale de 224 kW, générant un flux de chaleur massif qui doit être évacué en continu pour préserver l'intégrité du système. En fonctionnement, l'air est expulsé à une température de sortie avoisinant les 65 °C, créant un véritable foyer calorifique au cœur du navire. Sans une gestion rigoureuse des flux, le risque de surchauffe est immédiat : les simulations révélaient que les températures de succion pouvaient rapidement atteindre le seuil critique des systèmes, menaçant l'intégrité des machines et la continuité de service.
On parle de « recirculation » lorsqu'une partie de l'air chaud rejeté par une machine est réaspirée, par elle-même ou par une unité voisine, au lieu d'être évacuée. La température d'aspiration augmente alors au-delà de la température extérieure, dégradant le rendement et pouvant conduire à la mise en sécurité de l'équipement.
Nos ingénieurs ont identifié deux phénomènes physiques distincts venant dégrader les performances :
Recirculations directes (boucles courtes) : l'air chaud rejeté en sortie de certains compresseurs était immédiatement réaspiré par les entrées d'air des unités voisines.
Recirculations indirectes (chauffage ambiant) : la chaleur stagnante autour de la structure créait une augmentation globale de la température de l'air environnant, « polluant » ainsi l'air frais avant même son aspiration par les systèmes.
Ces phénomènes de recirculation découlent directement d'un confinement structurel où l'agencement compact des compresseurs, couplé à la présence d'obstacles architecturaux massifs, emprisonne l'air sur le pont. Cette configuration entrave la circulation des flux et empêche la convection naturelle de jouer son rôle de régulateur thermique, créant des zones de stagnation où les calories s'accumulent sans pouvoir s'évacuer. En l'absence d'un balayage d'air frais efficace, l'architecture du navire finit par agir comme un piège, forçant la réaspiration de l'air chaud et dégradant ainsi les performances globales de l'installation.
Le confort des techniciens et du personnel de maintenance constituait également un point crucial pour le client, au-delà des seuls enjeux de performance thermique des équipements. Les interventions humaines sur le pont nécessitent en effet des conditions ambiantes compatibles avec des opérations de maintenance parfois longues, réalisées à proximité immédiate des sources de chaleur.
La physique des flux montre qu'en l'absence de solution optimisée, des calories stagnantes créent des « bulles de chaleur » pouvant atteindre jusqu'à 47 °C, rendant les interventions sur le pont extrêmement pénibles, voire dangereuses. Ces accumulations thermiques apparaissent principalement dans les zones de faible brassage d'air, où les panaches chauds issus des équipements ont tendance à se concentrer sans être correctement évacués.
Enjeu de sécurité du travail. À 47 °C, l'organisme ne parvient plus à évacuer sa propre chaleur : la sudation devient inefficace, le rythme cardiaque s'emballe et le risque de coup de chaleur apparaît en quelques dizaines de minutes. Une intervention de maintenance prolongée dans une telle bulle thermique n'est pas seulement inconfortable, elle est dangereuse.
L'étude s'est concentrée sur la gestion des flux de rejet pour canaliser l'air chaud loin des zones sensibles. Nos premières analyses ont mis en évidence un défi technique majeur : des fuites d'air chaud s'élevant à 30 % au niveau des jonctions des systèmes d'évacuation, ce qui annulait une partie des bénéfices et maintenait une surchauffe locale.
L'expertise technique a porté sur le développement d'une liaison parfaitement étanche entre les compresseurs et les conduits de rejet. Cette configuration est indispensable pour canaliser l'air expulsé à 65 °C et transformer la pression résiduelle des machines en une vitesse d'éjection capable de percer les zones de sillage structurel. Cependant, le passage à un système étanche impose de maîtriser les pertes de charge générées par la géométrie complexe et les coudes des conduits, qui agissent comme des résistances au flux. L'enjeu est alors critique : si ces pertes de charge excèdent la pression statique disponible en sortie, le débit d'air s'effondre, provoquant une surchauffe interne des équipements.
La « perte de charge » désigne la perte de pression subie par un fluide lorsqu'il traverse un réseau : frottements le long des parois, coudes, rétrécissements, jonctions. Plus le réseau est tortueux, plus la résistance est élevée ; si elle dépasse la pression disponible, le débit chute et l'évacuation de la chaleur n'est plus assurée.
Grâce à la simulation CFD, EOLIOS a validé une conception réduisant les fuites de 30 % à seulement 3 %, garantissant que l'intégralité de l'énergie pneumatique soit dirigée vers l'évacuation pour compenser les résistances du réseau. Ce gain de performance assure que l'air frais reste prédominant autour des installations, transformant une configuration à haut risque en un environnement de travail sécurisé et thermiquement maîtrisé.
Cette étude illustre l'importance de l'apport de la modélisation numérique en phase de conception ou de réhabilitation. En révélant les risques thermiques bien avant l'installation réelle, nous avons permis au client d'ajuster sa conception pour garantir une efficacité maximale dans les conditions les plus rudes.
Vous travaillez sur un projet où la gestion des flux de chaleur et le confort des opérateurs sont déterminants ? Faites appel à notre expertise CFD pour sécuriser vos choix et optimiser vos interventions dès la phase d'étude.
Savoir-faire : l'étude CFD des groupes électrogènesRecirculation d'air chaud, refroidissement en mer et apport de la simulation CFD.
L'agencement compact des unités et les obstacles architecturaux du navire créent des zones de sillage où l'air stagne. L'air rejeté à près de 65 °C est alors soit immédiatement réaspiré par les entrées d'air des unités voisines (boucle courte), soit réchauffe l'ambiance générale avant aspiration (recirculation indirecte), dégradant les performances de l'ensemble.
Non. Même avec un vent de face soutenu de 6 m/s, l'architecture navale génère des zones de stagnation et des décrochages aérodynamiques qui limitent le renouvellement de l'air autour des installations. Sans ventilation dirigée, ces zones deviennent des pièges thermiques où les calories s'accumulent, indépendamment de la force du vent extérieur.
Un calcul classique raisonne en bilans globaux et ne voit pas les phénomènes locaux : recirculations, sillages, bulles de chaleur. La CFD résout le champ de vitesse et de température en tout point du domaine et révèle ces mécanismes invisibles, permettant de tester des variantes de conception avant toute installation réelle.
En développant une liaison parfaitement étanche entre les compresseurs et les conduits de rejet, validée par simulation. La pression résiduelle des machines est convertie en vitesse d'éjection capable de percer les zones de sillage, tout en maîtrisant les pertes de charge du réseau pour ne pas faire chuter le débit.
Oui. La même méthodologie (jumeau numérique, conditions météorologiques réelles, analyse des recirculations) s'applique aux groupes électrogènes, aux salles des machines, aux plateformes offshore et à tout process rejetant de la chaleur en espace confiné ou semi-ouvert.
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Cette étude thermo-aéraulique porte sur l'analyse des flux d'air et des rejets thermiques de 18 compresseurs diesel installés sur le pont d'un navire offshore en mer Baltique. Grâce à une modélisation 3D haute fidélité et à des simulations CFD avancées, les ingénieurs ont identifié des phénomènes critiques de recirculation d'air chaud et de stagnation thermique pouvant entraîner des températures dangereuses pour les équipements et les techniciens. L'étude a permis de concevoir une solution optimisée de confinement et d'évacuation des flux, réduisant fortement les fuites d'air chaud et améliorant à la fois la fiabilité des installations, le confort thermique des opérateurs et la sécurité globale du système dans des conditions climatiques sévères.
Au-delà du cas maritime, la démarche est transposable à toute installation rejetant de la chaleur en espace contraint : groupes électrogènes, salles des machines, toitures techniques, plateformes industrielles. Pour prolonger la lecture :
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