Des chercheurs du MIT développent des générateurs de vortex pour réduire les émissions des navires

Banc d'essai de générateur de vortex au MIT (Photo : MIT)

Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont démontré que des générateurs de vortex en forme de coin fixés à la coque d'un navire peuvent réduire la traînée dans l'eau jusqu'à 7,5 %.

Cela peut réduire les coûts de carburant et les émissions globales, ces dernières contribuant à atteindre les objectifs de l'Organisation maritime internationale (OMI) visant à réduire l'intensité carbone du transport maritime international jusqu'à 40 % d'ici 2030, par rapport aux niveaux de 2008.

L'article correspondant, intitulé « Réduction de la traînée nette dans les navires et véhicules à coefficient de bloc élevé grâce à l'utilisation de générateurs de vortex », a été présenté lors de la convention maritime 2025 de la Society of Naval Architects and Marine Engineers à Norfolk, en Virginie.

Les chercheurs — José del Águila Ferrandis, Jack Kimmeth et Michael Triantafyllou du MIT Sea Grant et du département de génie mécanique, ainsi qu'Alfonso Parra Rubio et Neil Gershenfeld du Center for Bits and Atoms — ont déterminé la forme et la taille optimales du générateur de vortex en utilisant une combinaison de dynamique des fluides numérique (CFD) et de méthodes expérimentales guidées par des méthodes d'optimisation d'IA.

L'équipe a d'abord établi des tendances paramétriques grâce à une analyse CFD approfondie, puis a testé plusieurs coques par prototypage rapide afin de valider expérimentalement les résultats.

Des maquettes à l'échelle d'une coque axisymétrique avec un empennage nu, un empennage équipé de générateurs de vortex en aile delta et un empennage équipé de générateurs de vortex en forme de coin ont été fabriquées et testées. L'équipe a identifié les générateurs de vortex en forme de coin comme la forme optimale permettant d'obtenir la meilleure réduction de la traînée.

Grâce à la visualisation des écoulements, les chercheurs ont constaté que la traînée était réduite en retardant le décollement de la couche limite turbulente, ce qui permet à l'eau de s'écouler plus facilement le long de la coque du navire et de réduire le sillage. Ceci permet également à l'hélice et au gouvernail de fonctionner plus efficacement dans un écoulement uniforme.

« Nous documentons pour la première fois expérimentalement une réduction de la consommation de carburant des navires utilisant des générateurs de vortex, des structures relativement petites en forme de coin fixées à un point précis de la coque du navire », explique Michael Triantafyllou, professeur de génie mécanique et directeur du programme MIT Sea Grant.

Les générateurs de vortex sont déjà utilisés sur le bord d'attaque des ailes d'avion pour améliorer la portance et retarder le décrochage. Cette étude est la première à démontrer que les générateurs de vortex peuvent être appliqués à la réduction de la traînée sur les navires commerciaux.

L'adaptabilité modulaire des générateurs de vortex en forme de coin permettrait leur intégration dans une large gamme de types de coques, y compris les vraquiers et les pétroliers, et ces dispositifs peuvent se combiner avec, voire remplacer, des technologies existantes comme les stators de pré-tourbillon (ailettes fixes montées devant les hélices), améliorant ainsi les performances globales du système.

Les chercheurs estiment que l'installation de générateurs de vortex sur un vraquier Newcastlemax de 300 mètres naviguant à 14,5 nœuds sur une route transpacifique permettrait de réduire considérablement les émissions et d'économiser environ 750 000 $ de carburant par an.