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L’idée de remorquer des icebergs pour produire de l’eau douce refait surface

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Face à la pénurie d’eau douce, qui va s’aggraver à travers le monde dans les années à venir, l’utilisation d’icebergs peut offrir une solution durable. Chaque année, l’Arctique et l’Antarctique charrient en effet des quantités considérables de glace. Une réserve potentielle d’eau douce gigantesque qui permettrait, pour peu qu’elle puisse être utilisée, de subvenir aux besoins de la population mondiale. « La production d’icebergs de l’Antarctique représente les besoins humains de la planète entière », affirme Georges Mougin. Depuis 40 ans, cet ingénieur français des Arts et Métiers travaille sur la possibilité d’exploiter les icebergs pour produire de l’eau potable. Un projet qui ne vise évidemment pas à vider les zones polaires de leurs glaces, ce qui serait au demeurant impossible. La calotte glacière est en effet immense et se renouvelle en permanence. Formés d’une accumulation de neige, et donc d’eau douce, les glaciers avancent progressivement vers la mer, jusqu’à se rompre, les  blocs libérés dans l’eau devenant des icebergs. Ceux-ci dérivent ensuite dans les océans, où ils disparaissent progressivement du fait d’une fonte naturelle. Il convient d’ailleurs de ne pas confondre les icebergs et la banquise, cette dernière étant constituée d’eau de mer gelant en hiver et fondant en été.

 

 

 

 

 

Un géant de 30 millions de tonnes pour une ville de plus de 500.000 habitants

 

 

L’idée de Georges Mougin, qui a récemment pu éprouver la validité technique de son concept grâce aux outils de simulation 3D de Dassault Systèmes, consiste à récupérer de grands icebergs dérivant en pleine mer, là où ils peuvent être le plus facilement capturés et ne posent pas de problème juridiques en termes de propriété. « Dans les eaux territoriales, ils sont sous la juridiction de l'Etat. En haute mer, ils sont "rex nullius" et peuvent, au même titre qu'une épave, devenir la propriété de celui qui en prend le contrôle », explique l’ingénieur français.

 

 

Icebergs en Antarctique (© : MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

 

Tous les ans, on dénombre ainsi 40.000 icebergs de taille moyenne (environ 180.000 tonnes) ou de grand gabarit (30 millions de tonnes) autour du seul Groenland, qui produit quelques 350 milliards de tonnes de glace chaque année. Or, un bloc de 30 millions de tonnes représente 30 milliards de litres d’eau, soit l’équivalent de la consommation annuelle d’une ville de 555.000 habitants. Compte tenu des quantités considérables de glace produites, les prélèvements, malgré ces chiffres impressionnants, resteraient infimes au regard de la masse. Ils n’auraient donc, selon Georges Mougin, aucun impact sur l’environnement : « Le nombre d'iceberg qui se détachent est tel qu'il n'y a pas de risque de surexploitation. Seul le transfert de quelques milliers d'icebergs pourrait être envisagé », affirme-t-il, en ajoutant que « la fonte des icebergs flottants ne change pas le niveau de l'eau ». Quant à savoir s’il ne serait pas plus aisé d’exploiter la glace sur place, la réponse est simple : D’abord, « il n'y a pas d'énergie disponible sur les sites naturels des icebergs » et, ensuite, « le transfert d'iceberg est beaucoup moins cher que d'envoyer l'eau par bateaux-citernes : un petit iceberg de 10 millions de tonnes nécessiterait 50 à 100 bateaux-citernes de grande capacité ».

 

 

Georges Mougin (© : REVE DE GLACE)

 

 

Un vieux rêve confronté à d’importantes contraintes

 

 

L’idée d’utiliser des icebergs pour produire de l’eau douce n’est pas nouvelle. C’est même ce que l’on pourrait appeler un « serpent de mer ». A partir des années 50, de nombreux ingénieurs et chercheurs se sont penchés sur la question, imaginant différentes solutions pour acheminer ces montagnes de glace jusqu’à leur lieu d’exploitation, y compris en les dotant directement de propulseurs ! Ces études se sont néanmoins confrontées à d’importants problèmes techniques et financiers, le remorquage des icebergs générant selon les différents travaux des coûts très importants, obérant la viabilité économique du concept. De même, les chercheurs se sont heurtés à des contraintes complexes liées à la sécurité, les icebergs, au cours de leur voyage, pouvant se briser et même se retourner, phénomène plus ou moins prévisible capable de générer des vagues dévastatrices. Ces ruptures sont directement liées à un autre problème majeur : la fonte de la glace, avec une question fondamentale : Quelle quantité disparaitrait avant que l’iceberg soit remorqué vers une région chaude ? Certaines estimations évoquant une perte de 80%, il s’est avéré nécessaire de trouver un moyen pour préserver au maximum la glace. Mais lequel ? Pas question, évidemment, d’emballer le géant dans un sac isotherme ! De même, il convient de définir quel type d’iceberg est le plus propice au remorquage, où le trouver et comment le convoyer en tenant compte des aléas météo sur des milliers de kilomètres…

 

 

(© : MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

 

Georges Mougin s’intéresse au sujet depuis les années 70, période à laquelle il commencé à y travailler avec l’explorateur Paul-Emile Victor, l’un de ses amis, et le prince saoudien Mohamed al-Fayçal. Ce dernier, suite à la lecture d’un article, avait été fasciné par l’idée de produire de l’eau douce à partir d’icebergs, une solution potentielle pour les régions désertiques comme la péninsule arabique. Mohamed al-Fayçal finance alors la société Iceberg Transport International, qui voit le jour en 1976 avec Georges Mougin comme directeur technique. L’année suivante, une grande conférence internationale est organisée avec de nombreux spécialistes, scientifiques et ingénieurs notamment. Mais à l’enthousiasme général se mêle rapidement le doute. De nombreuses questions sont soulevées et peu de réponses fiables apportées. Il manque des connaissances sur les régions polaires et les icebergs, alors que toutes les technologies requises ne sont pas disponibles. Cela, avant même d’aborder la question financière, les budgets nécessaires étant très importants. En définitive, l’engouement général s’est donc progressivement étiolé,  au fil des années, des débats d’experts et des polémiques.

 

 

Des progrès techniques décisifs

 

 

Une grande déception pour Georges Mougin, convaincu par la pertinence de cette idée. Opiniâtre, l’ingénieur français n’a toutefois jamais baissé les bras et il a sans doute eu raison. Pendant 40 ans, il a continué de plancher sur le sujet, en parallèle de sa carrière d’ingénieur et en relation avec des experts internationaux, dont des glaciologues, météorologues et océanologues. Entre temps, la technologie a évolué et semble devoir changer radicalement la donne, puisqu’elle permet aujourd’hui de surmonter les obstacles du passé. La météorologie et l’océanographie ont, ainsi, fait des progrès considérables, notamment via le développement des moyens satellites, qui fournissent des données fondamentales. Ainsi, depuis le début des années 2000, des prévisions sont disponibles en temps réel pour l'ensemble des océans, précisant pour chaque secteur maritime la température, la salinité, les courants et les grands tourbillons. Autant d'informations indispensables pour le remorquage d’icebergs, afin d’anticiper les conditions océano-météorologiques des jours à venir et optimiser à l'avance les interventions du remorqueur en intensité et direction, pour exploiter des conditions favorables ou au contraire éviter les situations défavorables. Ce sont ces connaissances qui permettent maintenant d'envisager le transfert d'icebergs avec beaucoup plus de certitude.

 

 

Simulation d'une capture d'iceberg (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

Simulation d'une remorquage d'iceberg (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

 

Concernant le dispositif destiné à ralentir la fonte de la glace durant son transport, Georges Mougin a imaginé une sorte de « jupe » géante constituée de plusieurs bandes très longues de géotextile non-tissé, enveloppant la partie immergée de l’iceberg afin de l’isoler de l’eau de mer. Ce système n’empêcherait pas totalement le phénomène de fonte mais l’utiliserait à son avantage. Ainsi, l’eau créée constituerait progressivement un matelas entre la jupe et l’iceberg, permettant à celui-ci d’être isolé des courants, suivant un principe similaire à celui du double vitrage. Suivant le concept de Georges Mougin, la jupe est suspendue à une imposante ceinture flottante enserrant l’iceberg, une protection haute de 12 mètres, pour moitié sous l’eau. Elle doit agir tel un brise-lame, mettant la glace à l’abri du pouvoir d’érosion des vagues et de l’agitation en surface. Quant à la partie émergée de l’iceberg, qui ne représente que 10% environ de celui-ci, aucune protection particulière n’est prévue, cette grande surface blanche réfléchissant l’essentiel des rayons du soleil, dont l’incidence est finalement minime sur la fonte. Comme pour la météorologie et l’océanographie, les progrès technologiques se révèlent également décisifs pour le système de jupe. Grâce aux avancées dans le domaine de la chimie, de nouveaux matériaux ont vu le jour et ce, à des prix de plus en plus abordables. C’est notamment le cas des géotextiles, tissus en matériaux synthétiques utilisés notamment dans le génie civil et l’agriculture, ayant comme particularité de laisser passer l’eau en la filtrant.  

On notera, par ailleurs, que la ceinture enrobant la glace doit également servir aux points d’amarrage de l’iceberg, qui serait ancré dans une zone présentant évidemment des fonds suffisants.

 

 

Mise en place de la ceinture (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

Mise en place de la ceinture (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

La ceinture en surface (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

La partie immergée de la ceinture (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

Vue de la partie immergée de la ceinture (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

Déploiement de la jupe (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

Déploiement de la jupe (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

La jupe déployée (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

Déploiement du filet (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

L'iceberg et sa jupe pris dans le filet (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

Remorquage (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

 

Un simple remorqueur utilisant les courants marins

 

 

Suivant l’idée de Georges Mougin et François Mauviel, ingénieur en génie océanique avec lequel il porte aujourd’hui le projet, la pose de la jupe doit être réalisée par des remorqueurs, du même type que ceux utilisés pour les services à l’offshore pétrolier et gazier. L’iceberg est ensuite « capturé » à l’aide d’un filet, analogue à la senne utilisée par les thoniers, puis tracté par un remorqueur, avec un câble à même de supporter les fortes contraintes de traction. « Le risque de déchirure de la toile ou de la jupe est minimal, il n'y a pas de vibration ni de choc et ces matériaux ainsi que la ligne de tir ont une élasticité naturelle ». Selon Georges Mougin et François Mauviel, un remorqueur d’une capacité de traction au point fixe de 130 tonnes devrait suffire. Pour donner un ordre d’idée, cela correspond au bâtiment de soutien, d’assistance et de dépollution (BSAD) Jason, un ex-remorqueur ravitailleur releveur d’ancre (Anchor Handling Tug Supply Vessels - AHTS) de Bourbon construit en 2005 et affrété depuis 2009 par la Marine nationale. Une capacité importante donc, mais pas non plus énorme, représentant certes le double d’un gros remorqueur portuaire, mais étant bien moindre que celle des grands remorqueurs de sauvetage, comme l’Abeille Bourbon et l’Abeille Liberté (209 tonnes de traction au point fixe). Cela parait étonnant quand on pense qu’il s’agit de tracter une masse de plusieurs millions de tonnes. En fait, il y a une astuce. Pour Georges Mougin, il faut en effet utiliser les courants marins afin d’effectuer un remorquage « sans effort réel ». C’est le principe de la dérive assistée, qu’il est désormais possible d’utiliser grâce aux outils de mesure et de prédiction et qui permet d’éviter de mobiliser d’énormes moyens de remorquage, coûteux et à fort impact sur l’environnement, car très gourmands en énergie. L’idée est donc de se servir des courants comme d’un tapis roulant, tout en les conjuguant à d’autres forces naturelles, comme le vent et les vagues, pour faire avancer l’iceberg. Ainsi, on peut jouer avec la dérive naturelle de l’iceberg pour le conduire dans la direction souhaitée.

 

 

Le Jason (© : MER ET MARINE - JEAN-LOUIS VENNE)

 

 

Un premier remorquage entre Terre-Neuve et les Canaries

 

 

Parmi tous les types d’icebergs dérivant en mer, Georges Mougin et François Mauviel estiment que la forme tabulaire (énorme iceberg à la surface supérieure plate) est la plus propice au remorquage. « Les icebergs tabulaires présentent une forme uniforme et régulière et le ratio entre la surface totale et le volume est optimal. Pour toutes ces raisons, le transfert et l'exploitation d'icebergs est préférable avec des icebergs tabulaires », notent les ingénieurs français. Présentant un risque minimal de fracture et donc de retournement sur eux-mêmes, ceux-ci offrent également l’avantage de fondre à priori plus lentement que les icebergs en étoile ou présentant d’autres formes éclatées. Les tabulaires sont assez nombreux. En Arctique, ils se détachent de la calotte polaire au nord du Groenland et dérivent vers les côtes canadiennes du Labrador, jusqu'à l'est de Terre-Neuve, certains venant même s’échouer sur le continent. Dans le grand sud, presque tous les icebergs tabulaires sont concentrés près de la mer de Weddell, située entre la péninsule et le continent antarctiques.

 

 

Iceberg tabulaire en Antarctique (© : MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

 

Georges Mougin et François Mauviel souhaitent tester leur concept avec le remorquage d’un premier iceberg tabulaire d’environ 7 millions de tonnes. L’énorme bloc, destiné à être acheminé vers les îles Canaries, qui souffrent de carences en eau douce, serait capturé à l’Est de Terre-Neuve. Cette zone a été retenue puisqu’elle concentre les grands facteurs nécessaires à la réussite du projet, tant d’un point de vue naturel que des savoir-faire maritimes locaux. D’abord, en raison des conditions de dérive Ouest - Est des zones océaniques tempérées : les courants marins, le vent et les vagues favoriseront un remorquage de l’iceberg vers l’objectif à moindre coût. D’autre part, cette zone rassemble au printemps des centaines d'icebergs descendus du Groenland par le courant du Labrador. La concentration est surveillée par la patrouille des glaces canadienne, qui publie quotidiennement la position de tous les icebergs significatifs. De plus, dans le cadre de la prévention des collisions avec les installations offshore, la Memorial University de Terre Neuve, ainsi que différentes entreprises, ont étudié la dérive des icebergs et ont une très bonne expertise dans ce domaine. Ainsi, depuis trois décennies, des remorqueurs détournent de leur trajectoire les icebergs dérivant vers les plateformes. Et Le port de St John dispose des moyens maritimes nécessaires pour la sélection et la mise en œuvre de la protection de l'iceberg choisi.

 

 

Simulation d'un iceberg et de sa jupe (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

 

Prouver la viabilité technique grâce aux outils modernes de simulation

 

 

Longtemps relayé au rang de rêve un peu fou, le projet de Georges Mougin s’approche donc de la réalité, au fil des avancées technologiques et de l’amélioration des connaissances météorologiques et océanographiques. Et il connait aujourd’hui une avancée fondamentale permettant de le crédibiliser. Dans le cadre de son programme de mécénat « Passion pour l’Innovation », Dassault Systèmes, spécialiste des outils de conception numérique, a en effet apporté son aide. Objectif : réexaminer le projet avec les nouvelles technologies de simulation et d’environnements virtuels en trois dimensions, afin de prouver sa faisabilité technique. En clair, démontrer qu’il est aujourd’hui possible de capturer un iceberg, qui serait alots le plus gros objet jamais transporté sur la planète, et de le convoyer vers une destination prédéfinie. Le tout avec des critères de rentabilité sur les plans économiques et écologiques, afin que l’opération soit acceptable d’un point de vue financier et environnemental.

 

C’est en 2009 que Georges Mougin et François Mauviel se sont intéressés à la 3D et aux simulations, après avoir découvert lors d’une projection à la Géode, à Paris, le documentaire consacré à la théorie de Jean-Pierre Houdin sur la construction de la grande pyramide de Kheops. Grâce aux systèmes 3D de Dassault Systèmes, mis à disposition via Passion pour l’Innovation, l’architecte français a pu modéliser sa théorie basée sur l’utilisation d’une rampe intérieure et d’une rampe extérieure  pour édifier le monument égyptien. Cela, en prenant en compte tous les aspects du chantier (hommes, matériaux, processus, contraintes historiques…)

 

 

Simulation d'un remorquage (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

 

« La pièce manquante dans le puzzle de Mougin » 

 

 

Georges Mougin et François Mauviel se sont immédiatement montrés intéressés par l’idée d’utiliser cette technologie pour leur projet. Une perspective qui a immédiatement enthousiasmé Dassault Systèmes, dont les produits sont justement conçus pour permettre aux entreprises, notamment aéronautiques et navales, de développer de nouvelles solutions grâce à la 3D et aux simulations virtuelles. « La majorité des clients de Dassault Systèmes tirent parti des logiciels 3D. Dans un environnement virtuel 3D, ils conçoivent et simulent les produits qu’ils mettront demain sur le marché, ainsi que leurs processus industriels, avant de passer à la fabrication réelle, en réduisant les délais et les coûts. La 3D et les mondes virtuels sont aussi les outils qui permettent de tout tester, de tout prévoir avant de se lancer dans le monde physique, des opérations de maintenance en environnement dangereux les plus délicates jusqu’aux idées paraissant les plus folles », explique la société française, qui estime que son savoir-faire constituait probablement « la pièce manquante dans le puzzle de Mougin ». Dassault Systèmes a donc proposé d’étudier la faisabilité technique du projet en construisant un monde virtuel destiné à simuler le transfert de l’iceberg tel qu’il se déroulerait dans la réalité. « Comparé au prototypage physique de l’opération et son coût de 8 millions d’euros, l’avantage est triple : le budget requis devient dérisoire, les risques écologiques et humains nuls, et surtout, la flexibilité de la 3D va permettre de réitérer l’expérience autant de fois que nécessaire en faisant varier à loisir les paramètres pertinents, tels que le nombre de remorqueurs pour tracter l’iceberg, la qualité du système de protection contre la fonte, la stratégie de pilotage à tenir en fonction des courants marins mais aussi toutes les conditions océano-météorologiques possibles ».

L’intérêt ultime de la simulation numérique, c’est qu’elle permet d’appréhender l’intégralité des paramètres en jeu pour une problématique donnée. Les industriels parlent du concept de « chaîne numérique ». Grrâce à une suite de logiciels intégrés les uns aux autres, on peut gérer les différentes étapes du cycle de vie des produits et des processus avant de passer au stade de la fabrication. C’est le défi que Dassault Systèmes a proposé à Mougin et Mauviel de relever, en donnant vie à leur projet dans un environnement numérique qui simule le monde réel en reproduisant ses propriétés et ses phénomènes physiques. En d’autres termes, être capable de suivre sur un écran d’ordinateur le trajet complet de l’iceberg, depuis Terre-Neuve jusqu’aux Iles Canaries, tel qu’il se déroulerait en vrai.

 

 

Simulation d'un remorquage (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

 

La 3D pour éprouver les théories et prédire le futur

 

 

Une équipe pluridisciplinaire de Dassault Systèmes, pilotée par Cédric Simard et composée d’une quinzaine de spécialistes de la 3D (ingénieurs, créatifs, développeurs…), a été mobilisée pour donner naissance à l’environnement virtuel 3D. Un véritable laboratoire d’expérimentations, quasiment sans limite et sans aucune prise de risque pour le monde réel. Un comité scientifique, réunissant les experts qui accompagnent Georges Mougin et François Mauviel depuis de nombreuses années, avec des glaciologues et océanographes de renom, a également apporté à leurs travaux une vue et une validation académiques. Il y avait là Olav Orheim, glaciologue et directeur de l’Institut polaire norvégien, Peter Wadhams, professeur de Physique des océans à l’Université de Cambridge, Bruno Voituriez, océanographe et ancien directeur associé d’IRD Research, ainsi que Tina Jensen, chef de projet Ice Water au Groenland.

 

Les expériences, ainsi que les tests de cohérence sur les procédures et systèmes techniques dans un monde virtuel 3D immersif ne sont qu’une partie des défis relevés par les équipes de Mougin et de Dassault Systèmes. Cela acquis, les outils de simulation 3D scientifique devaient ensuite permettre d’étudier la faisabilité technique du projet, en répondant notamment à deux problématiques majeures, qui débouchent sur autant de questions en chaîne. La première consiste à prévoir la manière dont va fondre l’iceberg sur son trajet. Le système de protection pensé par Georges sera-t-il efficace ? Dans quelles proportions ? Quel sera l’impact de la vitesse de déplacement du convoi sur la fonte ? Y a-t-il une vitesse idéale à respecter ? Quelle masse de glace restera-t-il à l’arrivée aux Canaries ? Quelle forme aura alors l’iceberg ?  Le second défi consiste à savoir s’il est vraiment possible de remorquer un  iceberg de Terre-Neuve aux Canaries. Avec combien de remorqueurs ? De quelle puissance ? Pour quelle consommation de carburant ? En combien de temps ? En suivant quelle route maritime ? A quelle époque de l’année ? Avec quelle stratégie de pilotage ?

Par souci de sécurité et de gestion des risques, l’équipe décide d’envisager également des simulations permettant d’analyser les conséquences et d’anticiper un scénario dans lequel un iceberg serait amené à se fracturer jusqu’à une rupture totale.

 

 

Simulation d'un remorquage dans un gros temps (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

 

Afin de tirer le meilleur parti de la puissance des simulations 3D, on choisit de baser celles-ci sur des données réelles. La première étape du processus de création de l’univers virtuel 3D consiste à donner vie à un iceberg numérique en trois dimensions. Sur la base d’un fond documentaire constitué de photos, de vidéos et d’études académiques, mais aussi d’un relevé de formes et de dimensions effectué au radar sur un iceberg réel repéré au large de Terre-Neuve par la société Ocean Ltd, l’équipe conçoit un iceberg en trois dimensions à l’image du tabulaire cible visé par Mougin : 7 millions de tonnes, 163 mètres de profondeur, et 236 mètres de long sur 189 mètres de large. Ensuite, chaque simulation intègre l’ensemble des données météorologiques et océanographiques réellement observées (grâce aux satellites, ballons et autres bouées) sur une année de référence.  C’est ainsi que la forte tempête faisant rage au 22ème jour de l’une des simulations de transfert a réellement eu lieu par le passé. La direction, la force des vents, les courants marins, les températures fournies en entrée des simulations sont toutes réalistes car tirées de l’observation scientifique des océans. Autant d’éléments qui permettent de dépasser le stade du pur calcul théorique ou celui des maquettes expérimentales en bassin.

 

 

Simulation d'un iceberg et de sa jupe (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

Simulation de la ceinture (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

Simulation d'un iceberg avec ceinture et élément de jupe (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

Simulation d'un iceberg avec un système de jupe (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

 

Simulations hydraulique et thermique pour tester le système de jupe

 

 

Les outils de simulation 3D ont, notamment, rendu possible la modélisation des phénomènes physiques complexes, à la croisée de différentes disciplines scientifiques, dont l’analyse est indispensable afin de déterminer l’efficacité du système de jupe en géotextile imaginé par Georges Mougin. Avec pour ambition de déterminer dans quelles proportions l’iceberg fondrait avant d’arriver à destination.

La première étape consiste à simuler les interactions entre l’iceberg, protégé par la jupe, et son environnement naturel. A travers une série d’expériences et pour reproduire l’ensemble des conditions réelles rencontrées par l’iceberg dans l’océan, il a fallu faire varier tous les paramètres en cause, tels que la vitesse et la température de l’eau de mer qui s’écoule le long des parois de l’iceberg protégées, les vents ou encore la hauteur ainsi que la longueur des ondes de houle. Ce fut l’objet de la simulation dite « hydraulique ». Les résultats de cette simulation livrent des cartographies précises des échanges de chaleur qui s’opèrent entre l’iceberg et son environnement. Ces cartographies sont utilisées pour la deuxième étape de simulation de la fonte de l’iceberg, la simulation dite « thermique ».

Grâce à celle-ci, réalisée à l’aide du logiciel SIMULIA, on peut observer le comportement même de l’iceberg lors de la fonte. Avec une constatation importante : les différentes parties de l’iceberg ne fondent pas toutes à la même vitesse. Ainsi, la partie émergée, comme on l’a vu plus haut, est peu sensible au rayonnement solaire, grâce au pouvoir fortement réflectif du blanc immaculé de la glace. Au niveau de la ligne de flottaison et soumis aux attaques de la houle, les flancs de l’iceberg, en revanche, correspondent à la zone qui fond le plus rapidement. Ceci renforce l’importance de la ceinture flottante de 12 mètres de haut prévue dans le système de Georges Mougin. La simulation thermique fait également apparaître que c’est surtout aux angles, ou sur les zones des parois verticales présentant de fortes anfractuosités, que la fonte est la plus rapide. Plus la surface de contact avec l’eau est grande et plus rapide sera la fonte.

 

 

Simulation de fonte de l'iceberg (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

Simulation de fonte de l'iceberg (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

Simulation de fonte de l'iceberg (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

 

Si le bon sens pourrait suffire à prédire que la présence d’une jupe en textile synthétique et d’un matelas d’eau autour d’un iceberg ralentiraient de manière considérable sa fonte, les simulations en apportent la preuve scientifique. Elles confirment le besoin d’un système de protection et permettent d’affiner la conception du système en prenant en compte tous les détails mis en évidence par les modèles 3D. Enfin, sur la base des résultats de ces simulations, les ingénieurs établissent des lois qui expriment la manière dont fond l’iceberg protégé. Ce sont ces « lois de fonte » qu’ils vont pouvoir intégrer dans les simulations de transfert de l’iceberg. Ainsi, ils pourront mesurer automatiquement la fonte de l’iceberg pour chacun des trajets qui fera l’objet d’une nouvelle simulation.

 

 

Un modèle intégré de dérive

 

 

Après des mois d’une intense collaboration, et grâce au logiciel CATIA Systems, l’équipe a finalisé un modèle de dérive intégré, destiné à consolider l’ensemble des critères en cause dans l’opération de transfert de l’iceberg. Ceux-ci comprennent les données météorologiques et océanographiques (courants marins, houle, vents…) que va rencontrer le convoi où qu’il soit et à tout moment, et leurs impacts sur son déplacement ; ainsi que les lois de fonte issues des simulations hydrauliques et thermiques, qui vont permettre d’observer l’évolution de la fonte de l’iceberg tout au long de son transport. Mais aussi les phénomènes physiques impliqués, quelle que soit leur complexité : la dérive de l’iceberg et du convoi de manière générale sous l’effet des différents forces naturelles (vents, courants, houle…), la force de traction exercée par le remorqueur et la consommation de carburant engendrée, la prise en compte des phénomènes de trainée de l’air et de l’eau avec l’iceberg et le bateau, la rotation de la terre (force de Coriolis)… L’énorme avantage de ce modèle intégré de dérive est qu’il offre, en moins de 2 minutes, la possibilité réitérer à loisir une opération qui, dans le monde réel, coûterait à chaque fois autour de 8 millions d’euros. Le tout, sans prendre le moindre risque.

 

 

Modèle de dérive intégré (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

Modèle de dérive intégré (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

Modèle de dérive intégré (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

 

Quelques clics dans le logiciel CATIA Systems suffisent à renseigner les coordonnées géographiques (GPS) correspondant à la localisation initiale de l’iceberg proche de Terre-Neuve (37°N, 15°30’W) et à la destination souhaitée, en l’occurrence les Canaries. Une date de départ pour le convoi est choisie (le 3 juin), ainsi que le nombre de remorqueurs à utiliser pour tracter l’iceberg et leur puissance (deux remorqueurs de 160 tonnes de capacité de traction), ou encore la stratégie de pilotage générale telle que l’adopterait le commandant de bord dans la réalité (pleine puissance vers l’objectif).

Dès lors, on peut observer ce qui se passe à chaque instant, analyser les causes et les effets produits par les différents paramètres. On constate par exemple que la puissance d’un remorqueur, ou même plusieurs, ne suffit pas toujours à résister aux courants : le convoi se fait embarquer en marche arrière. Puis il se met à tourner en décrivant de grands cercles, une spirale : il est aspiré dans un tourbillon, communément appelé « eddy » par les spécialistes. Enfin, il repart en direction de l’objectif, le remorqueur n’utilisant cette fois qu’une puissance de traction minimale : c’est le fameux principe de dérive assistée de Mougin, quand le courant se transforme en tapis roulant et que le convoi avance vers l’objectif presque sans effort, et avec une consommation réduite.  

 

 

Simulation de remorquage (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

 

Un périple de 141 jours pour une perte de glace de l’ordre de 38%

 

 

Quelques dizaines de simulations plus tard, l’équipe a pu dresser un premier bilan. D’abord, on sait aujourd’hui, avec un remorqueur standard, diriger un iceberg de plusieurs millions de tonnes sur des milliers de kilomètres. Sur l’exemple des Iles Canaries, le trajet peut être réalisé en 141 jours. Ensuite, il est effectivement possible, comme l’imaginait Georges Mougin, de limiter efficacement la fonte de la glace grâce à un système de protection de type jupe en géotextile. Ainsi, entre Terre-Neuve et les Canaries, l’iceberg ne perd en moyenne « que » 38% de sa masse, plus de 4 millions de tonnes de glace arrivant donc à destination. On notera que les simulations ont montré que la fonte se traduit par la perte d'une certaine épaisseur de glace, indépendante des dimensions. C’est pourquoi la perte en pourcentage décroit avec la taille de l'iceberg. Ainsi, plus l'iceberg est grand, plus la perte relative est faible.

 

 

Simulation de remorquage (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

 

Autre enseignement, l’utilisation de plusieurs remorqueurs sur la totalité du trajet réduit peu le temps de transit. Cela ne fait finalement qu’augmenter la consommation de carburant. C’était l’intuition de Mougin et Mauviel pour qui l’optimisation du trajet repose avant tout sur le principe de dérive assistée, tirant le meilleur profit des forces du courant, du vent et des vagues. La modélisation a d’ailleurs démontré qu’il était futile de lutter contre les forces naturelles quand celles-ci sont trop fortes. Cela ne fait, là encore, qu’augmenter la consommation de combustible, solution d’autant moins pertinente qu’en définitive, le convoi se fait de toute façon emporter. Si l’on sait en revanche s’adapter intelligemment aux conditions de dérive naturelle pour orienter sa direction, on arrive à franchir des milliers de kilomètres en un temps relativement court.

 

 

Simulation de remorquage (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

Simulation de remorquage (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

Simulation de remorquage (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

 

Enfin, la simulation a mis en évidence la nécessité de déplacer l’iceberg à une vitesse de l’ordre d’un noeud (1.8km/h). A cette allure, des moyens spécifiques de traction devront être développés, afin de présenter une plus grande efficacité que les remorqueurs classiques. Ils devront être adaptés  à une vitesse très lente de déplacement, réduisant ainsi la consommation grâce à une puissance plus faible, tout en assurant une traction équivalente.

 

 

Anticiper les risques de fracture de la glace

 

 

Si les icebergs tabulaires présentent moins de risques de fracture, ceux-ci ne sont pas inexistants. La glace demeure en effet, par définition, une matière mécaniquement fragile qui peut se rompre brutalement et sans prévenir suite à l’effet conjugué des imperfections naturelles lors de sa constitution et d’agressions environnementales (température, érosion par les courants, les vagues, ou tout phénomène de « fatigue » générant des microfissures pouvant aller jusqu’à la fracture). Ce phénomène d’endommagement est encore difficile à transformer en équations exploitables par des techniques de simulation par éléments finis. Toutefois, la simulation numérique réalisée à l’aide du logiciel SIMULIA Abaqus a permis d’évaluer les risques environnementaux liés à la rupture d’un iceberg.

La simulation numérique en 3D suppose un mode de fracture plutôt dissymétrique observé par les scientifiques sur les icebergs : un bloc s’enfonce profondément avant de flotter à nouveau, un autre se surélève de plusieurs dizaines de mètres avant de retrouver un nouvel équilibre. Cette simulation permet également d’observer les mouvements de l’eau engendrés par ce profond déséquilibre et de quantifier certains phénomènes, comme  la vitesse de pénétration de l’eau entre les deux blocs soudainement disjoints (qui peut atteindre 60 à 80 mètres par seconde dans le cas de la situation étudiée) ou les projections d’eau (pouvant atteindre 50 à 60 mètres de hauteur). Ces chiffres sont très dépendants de la configuration de la rupture envisagée mais, selon Dassault Systèmes, cette simulation rend possible l’évaluation des risques dans l’environnement de l’iceberg.

Avant de procéder au remorquage, Georges Mougin prévoit, de plus, d’effectuer à partir d’un avion un sondage radio de la glace afin d’éliminer les icebergs présentant un risque de fracture.

 

 

Réalité virtuelle (© : REVE DE GLACE)

 

 

Lunette 3D et manette pour vivre la manoeuvre comme si on y était

 

 

Grâce à la réalité virtuelle, Georges Mougin, François Mauviel et le comité scientifique ont, ainsi, pu examiner les étapes clés du projet grâce à la salle de réalité virtuelle de Dassault Systèmes et son système de projection en 3D relief. Munis de lunettes 3D et à l’aide de quelques mouvements simples sur une manette de contrôle, ils ont pu interagir en temps réel avec les objets 3D : la ceinture flottante encerclant l’iceberg,  les bandes de géotextile de la jupe isolante, ou encore la senne déployée autour de l’iceberg par deux remorqueurs. Il est ainsi possible d’« ausculter » l’iceberg depuis le ciel, plonger dans les profondeurs sombres de l’océan pour inspecter les équipements techniques, et même marcher sur la glace de l’iceberg, ou encore modifier les conditions météos des différentes scènes, passant d’une matinée brumeuse à un après-midi ensoleillé, sans oublier bien entendu de faire s’abattre sur le convoi une grosse tempête. Alors qu’un son 5.1 spatialisé en temps réel rend l’expérience encore plus immersive, le dispositif permet aux ingénieurs de vivre les opérations comme s’ils y étaient. La 3D se révèle ainsi comme un précieux outil d’aide à la revue de projet, à la prise de décision et à l’innovation, mais aussi d’aide à la formation, notamment au profit des futurs opérateurs chargés des procédures techniques et autres manoeuvres.

 

 

Réalité virtuelle (© : REVE DE GLACE)

 

Simulation de remorquage par mer forte (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

Simulation de remorquage par mer forte (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

 

Dans l’attente d’investisseurs

 

 

Grâce à ces travaux, la faisabilité technique du concept de Georges Mougin a donc été démontrée. Une étape cruciale qui a permis de se dispenser de la construction de prototypes, solution coûteuse et risquée dans laquelle aucun investisseur ne se serait probablement lancé.  A la lumière des résultats obtenus, les porteurs du projet espèrent désormais trouver plus facilement un partenaire pour passer du virtuel à la réalité. Comme on l’a vu, le budget de l’opération, pour un premier transfert entre Terre-Neuve et les Canaries, est évalué à moins de 10 millions d’euros, une goutte d’eau au regard du potentiel que pourrait générer cette activité. D’autant que la pénurie d’eau douce impose de recourir, dans un nombre de plus en plus important de régions, à des équipements très onéreux, par exemple pour dessaler l’eau de mer, passant même par des projets de centrales nucléaires conçues à cet effet. La pertinence économique de l’exploitation des icebergs n’en sera donc que plus importante au fil du temps et ceux qui seront précurseurs dans ce domaine prendront probablement une avance considérable dans la course annoncée à ce que l’on appelle désormais l’ « or bleu ».

 

 

Selon Georges Mougin et François Mauviel, en fonction des vents et des courants, ainsi que la rotation de la Terre, les destinations envisageables pour le transfert d'icebergs sont les côtes ouest des continents. « Par exemple Maroc ou Namibie en Afrique, ouest et sud de l'Australie, Chili, Pérou en Amérique du Sud ou Californie en Amérique du Nord ». Si, pour un premier remorquage, Georges Mougin et son équipe tablent sur un iceberg de 7 million de tonnes, l’objectif ultime de l’ingénieur est de pouvoir exploiter les icebergs géants de l’Antarctique, d’un gabarit de 100 millions de tonnes et plus. C’est, selon lui, dans ce cas précis que le remorquage d’icebergs établit la meilleure preuve de sa rentabilité, « sans commune mesure » dit-il avec le dessalement ou toute autre solution existante pour produire de l’eau douce.

 

 

Simulation d'un icerberg amarré sur son lieu d'exploitation  (© : DASSAULT SYSTEMES)

 

 

De l’eau douce et une importante source d’énergie

 

 

Surtout que les icebergs pourraient non seulement fournir de l’eau potable, mais également constituer une importante source d’énergie. La glace peut, en effet, servir de source froide à une centrale produisant de l’électricité suivant le principe de l’énergie thermique des mers (ETM). L’océanothermie, à l’image de la géothermie, vise en effet à utiliser le différentiel de température entre les eaux en surface et celles situées en profondeur, afin de faire tourner des turbines (en transformant en gaz des fluides thermodynamiques grâce à l’eau chaude puis en les condensant avec de l’eau froide afin d’obtenir un fonctionnement en boucle). La technologie étant aujourd’hui mâture, de nombreux projets de centrales ETM côtières ou offshore sont actuellement à l’étude, avec pour principe de puiser l’eau froide à un millier de mètres de profondeur. Un système qui pourrait également fonctionner, directement en surface, avec l’eau très froide (en fait une boue de glace) issue des icebergs. Cette eau pourrait servir à la condensation des fluides thermodynamiques.

 

 

Et même sans aller jusque là, l’eau froide pourrait, avant d’intégrer le réseau de distribution, servir à alimenter les systèmes de climatisation et, ainsi, éviter le recours à des générateurs pour produire la source froide. L’idée est parfaitement cohérente et fait d’ailleurs partie des projets actuels liés à l’océanothermie. Selon Georges Mougin, l'énergie économisée représenterait 5 kw/h par m3 de glace. Sachant qu’un m3 de glace pris hors de l’eau représente 10 kw/h, cela représente plus de 20 fois l'énergie consommée pour son transfert, seule génératrice de dioxyde de carbone. Un iceberg transféré dans des zones chaudes, en basse latitude, deviendrait ainsi une source d'énergie renouvelable et surtout non polluante.

 

 

(© : DASSAULT SYSTEMES)