Victor Vergnaud et les bulles qui pourraient révolutionner l’ingénierie navale
Victor Vergnaud explore une piste prometteuse pour rendre les navires plus économes en énergie. Ce jeune doctorant, installé sur notre site de Brest, utilise des bulles produites par électrolyse pour réduire la traînée d’objets immergés. Explications.
« Je crée des bulles pour étudier comment elles interagissent avec l’eau et modifient son écoulement autour des structures immergées, » explique Victor Vergnaud. Pour les générer, il utilise des électrodes en titane platiné, un matériau à la fois très conducteur et résistant à la corrosion. Sous l’effet d’un courant électrique, l’eau salée se décompose en dihydrogène et en oxygène, formant des micro-bulles.
En ajustant l’intensité du courant, Victor peut contrôler précisément la taille et la quantité de bulles produites. « Ces bulles agissent comme un véritable coussin entre l’eau et la structure, réduisant les frottements, les vibrations et même le bruit, » précise-t-il.
« L’objectif de ma thèse est clair : tester l’impact de ces bulles sur une structure immergée. Comment influencent-elles la traînée ? Les tourbillons qui se forment autour de l’objet ? Ou ses vibrations ? » Autant de questions auxquelles Victor cherche à répondre pour, à terme, réduire la consommation énergétique des navires ou les vibrations autour des éoliennes offshores par exemple.
Première étape : étudier les microbulles sous toutes les coutures
Dans un premier temps, le jeune chercheur a étudié de près les bulles de dihydrogène. Il les a pris en photo sur un arrière-plan éclairé pour observer leurs ombres. Ces images, prises pour différents niveaux de courant électrique, lui ont permis de mesurer la taille des bulles, leur quantité et d’en tirer des statistiques précises.
Ensuite, il a mesuré le volume de dihydrogène produit en fonction de l’intensité du courant. « J’ai pris des photos toutes les 30 secondes d’un tube à essai posé sur la cathode. J’ai ainsi observé la montée du niveau de gaz et calculé son débit de production. »
Des vidéos cette fois-ci lui ont permis d’analyser les bulles en mouvement. Grâce à une méthode d’intercorrélation 2D appliquée à différentes portions d’images, il a pu mesurer leur vitesse ascensionnelle moyenne en fonction du courant.
Toutes ces données permettent de calculer la proportion de gaz (H2) dans l’eau (appelée fraction volumique). Ce paramètre est crucial pour comprendre comment les bulles peuvent réduire la résistance de l’eau sur des structures immergées.
Un dispositif expérimental sur mesure pour étudier l’effet des bulles
Pour approfondir ses recherches, le jeune chercheur a conçu un dispositif expérimental innovant. Au cœur de ce montage : un cylindre carré, représentant un objet immergé comme une partie de coque de navire. Autour de ce cylindre, Victor installera son système de génération de bulles par électrolyse, afin d’observer comment ces micro-bulles modifient l’écoulement de l’eau.
Le dispositif est équipé de plusieurs instruments de pointe. Un vibromètre laser permet de mesurer avec précision les vibrations, tandis qu’une jauge de contrainte enregistre les déformations du cylindre. Une caméra associée à un laser, utilisant la technique avancée de Particule Image Velocimetry (PIV), permet non seulement de mesurer les vitesses, mais aussi de visualiser et d’analyser le sillage autour du cylindre, révélant de manière détaillée l’influence des bulles sur les tourbillons et les mouvements de l’eau.
Un projet rendu possible grâce à l’appui de l’atelier GMP, qui a fabriqué sur mesure des pièces essentielles du dispositif, comme un entonnoir ou une grille.
Les expériences se dérouleront en deux temps : d’abord avec un cylindre sans électrode (sans bulles), puis avec le même cylindre instrumenté (avec génération de bulles). Cette comparaison permettra d’évaluer précisément l’impact des bulles sur la traînée et les vibrations.
Grâce à ce véritable mini-laboratoire, Victor va donc continuer à caractériser finement le comportement des bulles et leur influence sur l’écoulement. Ses résultats pourraient, à terme, bénéficier à l’ingénierie navale ou aux énergies marines renouvelables en apportant de nouvelles solutions pour limiter la traînée, les vibrations et le bruit sous-marin.
La thèse de Victor, menée au laboratoire IRDL (Institut de Recherche Dupuy de Lôme, CNRS UMR 6027), est cofinancée par la Région Bretagne et l’École doctorale Spi.bzh de l’UBO. Elle bénéficie également du soutien du projet ISBlue IngéMarineBulles, porté par Noureddine Latrache, qui assure la direction de sa thèse. Victor est par ailleurs co-encadré par Céline Gabillet (École Navale) et Mostapha Tarfaoui (ENSTA).