Eaux de ballast dans la construction navale : principes fondamentaux, réglementation et technologies

Un transport maritime sûr et efficace serait difficilement envisageable sans l’utilisation contrôlée d’eaux de ballast comme poids supplémentaire destiné à stabiliser les navires. L’ampleur de cette pratique à l’échelle mondiale est considérable. Chaque année, plusieurs milliards de tonnes d’eaux de ballast sont chargées, transportées puis rejetées à travers le monde.

Ces volumes d’eau transportent cependant aussi des micro-organismes, des bactéries, de petits invertébrés ainsi que des œufs et des larves de nombreuses espèces. Ceux-ci sont aspirés avec l’eau, transportés sur de longues distances dans les ballasts puis rejetés dans d’autres ports ou écosystèmes.

La gestion des eaux de ballast ne constitue donc pas uniquement un défi technique pour les chantiers navals et les armateurs, mais également un enjeu environnemental et réglementaire majeur.

Les points essentiels en un coup d’œil

• Le chargement et le rejet des eaux de ballast sont essentiels pour la stabilité, le tirant d’eau et l’assiette de nombreux navires.
• Les eaux de ballast font l’objet d’une réglementation internationale afin de limiter la propagation d’organismes invasifs.
• Selon le système, les eaux de ballast sont traitées avant rejet par filtration, désinfection UV ou procédés chimiques.
• Les projets de construction neuve et les projets de retrofit présentent des exigences techniques différentes pour l’intégration des systèmes de traitement des eaux de ballast.
• Les réseaux de tuyauteries doivent rester durablement résistants à la corrosion et fiables dans les conditions d’exploitation maritime.

Que sont les eaux de ballast ?

Les eaux de ballast sont des eaux – généralement de l’eau de mer, de l’eau saumâtre ou de l’eau douce – embarquées dans des réservoirs spécialement prévus à cet effet. Ces ballasts sont généralement intégrés profondément dans la coque ou le long des flancs du navire. L’utilisation d’eau comme ballast constitue un élément essentiel de la conception et du fonctionnement de nombreux navires. Les eaux de ballast servent notamment à :

• ajuster le tirant d’eau du navire
• améliorer sa stabilité en mer
• régler son assiette
• et mieux répartir les contraintes structurelles sur la coque

Ce poids supplémentaire est particulièrement important lorsque les navires de charge naviguent à vide ou seulement partiellement chargés, afin de garantir une navigation sûre et stable.

Pourquoi les navires chargent-ils et rejettent-ils des eaux de ballast ?

En mer, un navire est soumis en permanence à d’importantes forces mécaniques et hydrodynamiques. Son poids varie également à chaque opération de chargement ou de déchargement. Des conteneurs sont débarqués, de nouvelles marchandises sont chargées ou le navire repart partiellement ou totalement à vide. Les eaux de ballast permettent de compenser ces variations et d’adapter le navire en toute sécurité aux différentes conditions d’exploitation.

Stabilité

Sur un navire insuffisamment chargé, le centre de gravité peut se situer relativement haut. En remplissant d’eau les ballasts situés dans la partie inférieure de la coque, le centre de gravité est abaissé et la stabilité du navire est améliorée.

Tirant d’eau

Un navire doit présenter un tirant d’eau suffisant afin que, notamment, la propulsion et la gouverne puissent fonctionner de manière optimale. Le chargement d’eaux de ballast permet d’enfoncer davantage la coque sous la surface de l’eau et d’atteindre le tirant d’eau souhaité.

Assiette

L’assiette correspond à l’inclinaison longitudinale du navire. En transférant de manière ciblée les eaux de ballast entre différents réservoirs, il est possible de corriger et d’optimiser la position du navire.

Eaux de ballast et réglementation : pourquoi un traitement est-il nécessaire ?

Le chargement et le rejet des eaux de ballast présentent un risque environnemental important. Des organismes introduits dans les ballasts dans une région géographique peuvent être rejetés plusieurs milliers de kilomètres plus loin. Lorsque ces espèces s’établissent dans un nouvel environnement, elles peuvent concurrencer les espèces locales et perturber les écosystèmes marins.

Afin de limiter ces risques, la gestion des eaux de ballast est soumise à une réglementation internationale stricte. Dans la construction navale moderne, le traitement des eaux de ballast doit donc être intégré dès la conception du navire. L’installation de traitement elle-même, mais également les pompes, filtres, réacteurs et réseaux de tuyauteries associés doivent être considérés comme un seul ensemble technique.

Réglementation internationale de l’IMO relative aux eaux de ballast

L’International Maritime Organization (IMO) a mis en place des exigences contraignantes afin de limiter la propagation d’espèces invasives par les eaux de ballast. Au cœur de cette réglementation se trouve la Ballast Water Management Convention, officiellement intitulée International Convention for the Control and Management of Ships’ Ballast Water and Sediments. Cette convention est entrée en vigueur le 8 septembre 2017.

Elle impose à la grande majorité des navires exploités commercialement sur des routes internationales des obligations en matière de gestion et de traitement des eaux de ballast.

De la norme D-1 à la norme D-2

À l’origine, la D-1 Ballast Water Exchange Standard reposait principalement sur le renouvellement des eaux de ballast en mer. Le principe consistait à remplacer l’eau présente dans les ballasts par une autre eau afin de réduire le risque de transfert d’organismes. Cette méthode était cependant considérée comme une mesure transitoire. Aujourd’hui, c’est principalement la norme plus stricte D-2 qui s’applique.

Elle fixe des limites concernant le nombre maximal d’organismes viables et de certaines bactéries pouvant encore être présents dans l’eau après traitement avant son rejet. Des bactéries telles que Vibrio cholerae et E. coli font notamment partie des organismes contrôlés.

Mise en œuvre des règles relatives aux eaux de ballast

Afin de respecter de manière fiable les limites D-2, les navires modernes doivent généralement être équipés d’un Ballast Water Management System (BWMS) certifié. Ces installations doivent démontrer leur conformité aux exigences techniques et réglementaires applicables au navire et à sa zone d’exploitation.

Outre l’IMO, les autorités nationales ainsi que les sociétés de classification jouent donc également un rôle important dans l’homologation et la certification des systèmes de traitement des eaux de ballast.

Mise en œuvre technique du traitement des eaux de ballast

Pour les chantiers navals et les bureaux d’études, un système efficace de traitement des eaux de ballast constitue un élément important de l’équipement technique d’un navire moderne. Sa mise en œuvre pratique est toutefois complexe. Selon la taille du navire, des débits très importants doivent pouvoir être traités en relativement peu de temps. L’eau doit être filtrée et désinfectée tout en permettant au navire de rester opérationnel.

C’est pourquoi des systèmes de traitement en plusieurs étapes sont généralement utilisés. Une préfiltration mécanique élimine d’abord les particules les plus importantes et les sédiments. L’eau est ensuite traitée, par exemple, par rayonnement UV, électrolyse ou d’autres procédés de désinfection chimique.

Aperçu des technologies de traitement des eaux de ballast

Filtration

La filtration permet d’éliminer mécaniquement les particules solides et les organismes les plus grands présents dans les eaux de ballast. Le système est relativement simple et nécessite peu de maintenance, mais son efficacité dépend fortement de la technologie de filtration utilisée et de la taille des particules présentes.

Traitement UV

La désinfection UV permet d’inactiver les micro-organismes à l’aide de rayons ultraviolets. L’un de ses principaux avantages est qu’aucun produit chimique ne doit être ajouté à l’eau. Son efficacité peut toutefois diminuer lorsque l’eau est fortement trouble, car le rayonnement UV pénètre alors moins profondément.

Électrolyse

Lors d’un traitement par électrolyse, les sels présents dans l’eau permettent de générer des substances désinfectantes actives. Les micro-organismes peuvent ainsi être inactivés de manière très efficace. Comme ce procédé peut générer des substances oxydantes, une attention particulière doit être accordée à la résistance chimique et à la résistance à la corrosion des matériaux utilisés.

Substances actives

Certains systèmes de traitement des eaux de ballast utilisent des substances chimiques actives afin de détruire ou d’inactiver les micro-organismes. Ces systèmes peuvent offrir une efficacité élevée, mais imposent des exigences importantes en matière de régulation, de sécurité et d’homologation.

L’importance des réseaux de tuyauteries dans le traitement des eaux de ballast

La fiabilité et la rentabilité d’un système de traitement des eaux de ballast ne dépendent pas uniquement de la technologie de filtration ou de désinfection. Les installations périphériques jouent également un rôle essentiel. De grands volumes d’eau de mer doivent être transportés de manière fiable à travers les pompes, les filtres, les réacteurs UV ou les installations de traitement chimique.

Le réseau de tuyauteries constitue donc une partie intégrante du BWMS dans son ensemble. Comme ces conduites peuvent être en contact permanent avec de l’eau de mer, de l’eau saumâtre et de l’eau traitée chimiquement, le choix des matériaux est soumis à des exigences élevées. Dans les procédés électrolytiques, l’eau peut en outre présenter un caractère oxydant supplémentaire.

Dans certaines conditions, les systèmes de tuyauteries métalliques peuvent alors être sensibles à la corrosion et à la corrosion par piqûres. Un réseau durablement résistant à la corrosion est donc particulièrement important pour garantir une fiabilité élevée et réduire les coûts sur l’ensemble du cycle de vie.

Avantages du PP-RCT dans les applications maritimes

Les systèmes de tuyauteries en PP-RCT offrent différents avantages pour les applications dans la construction navale. aquatherm blue convient notamment à de nombreux systèmes techniques fermés et applications maritimes.

Résistance à la corrosion

Contrairement à l’acier et à différents alliages métalliques, le PP-RCT n’est pas sensible à la corrosion classique provoquée par l’eau de mer. Le matériau présente également une résistance élevée à de nombreux produits chimiques utilisés dans le traitement des eaux de ballast. L’un des principaux problèmes de maintenance traditionnellement rencontrés sur les réseaux maritimes peut ainsi être fortement réduit.

Faible poids

Les systèmes de tuyauteries en matière synthétique sont nettement plus légers que les alternatives métalliques. Selon la comparaison et la configuration, aquatherm blue peut être jusqu’à 80 % plus léger que des systèmes de tuyauteries métalliques. Cet avantage en termes de poids offre plusieurs bénéfices :

• manutention et installation simplifiées
• réduction des charges sur la structure du navire
• préfabrication facilitée de modules de tuyauteries de grande dimension
• contribution potentielle à la réduction du poids total du navire

Dans la construction navale moderne, la réduction du poids est particulièrement intéressante car elle peut contribuer directement à améliorer l’efficacité énergétique et à augmenter la charge utile disponible.

Applications certifiées

Dans la construction navale, les homologations et certifications internationales sont essentielles. Pour les systèmes concernés, Aquatherm dispose d’homologations délivrées par plusieurs sociétés de classification majeures, notamment :

• DNV
• Lloyd’s Register
• RINA
• Bureau Veritas

Les systèmes de tuyauteries Aquatherm peuvent ainsi, selon l’application et l’homologation spécifique, être intégrés dans différents types d’installations maritimes.

Conception numérique et préfabrication

Outre les propriétés du matériau, la conception et la mise en œuvre jouent également un rôle important. Les systèmes modernes de traitement des eaux de ballast doivent souvent être intégrés dans des espaces techniques très restreints. La conception numérique des réseaux de tuyauteries et la préfabrication offrent donc une réelle valeur ajoutée.

En élaborant les tracés à l’avance dans un environnement numérique, les éventuels conflits avec d’autres systèmes techniques peuvent être identifiés à un stade précoce. Les sections de tuyauteries complexes peuvent ensuite être préfabriquées hors du navire dans des conditions contrôlées. Les modules préfabriqués sont ensuite livrés au chantier naval prêts à être montés et intégrés lors de la construction ou du retrofit.

Cette approche peut générer des gains de temps importants, en particulier pour les installations BWMS complexes.

PP-RCT par rapport à l’acier conventionnel

Le choix du matériau des tuyauteries influence directement la fiabilité opérationnelle et le Total Cost of Ownership d’un système d’eaux de ballast.

Résistance à la corrosion

PP-RCT : très élevée et insensible à la corrosion classique liée à l’eau de mer. Acier conventionnel : sensible à la corrosion et à la corrosion par piqûres selon la qualité de l’eau, le traitement appliqué et les systèmes de protection utilisés.

Poids

PP-RCT : très faible et nettement inférieur à celui des systèmes de tuyauteries métalliques traditionnels. Acier conventionnel : poids propre relativement élevé.

Durée de vie et maintenance

PP-RCT : conçu pour une longue durée de vie technique dans les conditions d’exploitation prescrites et sans perte de matière liée à la corrosion. Acier conventionnel : peut nécessiter des inspections, protections, opérations de maintenance et remplacements supplémentaires au cours de sa durée de vie en raison de la corrosion.

Construction neuve et retrofit : des défis techniques différents

L’intégration d’un système de traitement des eaux de ballast diffère fortement entre un projet de construction neuve et un retrofit.

Construction neuve

Dans un projet neuf, le BWMS peut être pris en compte dès les premières phases de conception. La position des pompes, filtres, réacteurs et réseaux de tuyauteries peut ainsi être optimisée par rapport à l’ensemble de la structure du navire. La préfabrication et l’installation modulaire peuvent également être planifiées très tôt.

Retrofit

Sur les navires existants, l’espace technique disponible est généralement beaucoup plus limité. Le système de traitement des eaux de ballast doit être intégré entre les machines existantes, les réseaux de tuyauteries, les installations électriques et les éléments structurels. Un faible poids des tuyauteries, des tracés compacts et une préfabrication précisément étudiée peuvent ici représenter une réelle valeur ajoutée.

Conclusion : les eaux de ballast comme élément intégré de la construction navale moderne

La gestion des eaux de ballast va bien au-delà de l’installation d’un équipement de traitement indépendant. Les eaux de ballast sont indispensables au fonctionnement sûr du navire et jouent un rôle essentiel dans le réglage de la stabilité, de l’assiette et du tirant d’eau lorsque les conditions de chargement varient.

Dans le même temps, la réglementation de l’IMO et les prescriptions nationales ont fait du traitement contrôlé des eaux de ballast un élément fondamental du transport maritime international. Un système de traitement fiable nécessite donc une approche technique intégrée. L’installation de traitement elle-même, les pompes, les filtres, les réacteurs et l’ensemble du réseau de tuyauteries doivent être conçus de manière cohérente.

Ce n’est que lorsque les installations périphériques sont elles aussi suffisamment robustes, résistantes chimiquement et fiables que le système peut répondre durablement aux exigences élevées de l’environnement maritime. Les systèmes de tuyauteries résistants à la corrosion en PP-RCT, associés à l’ingénierie numérique et à la préfabrication, peuvent contribuer à une installation fiable ainsi qu’à une réduction des coûts opérationnels sur l’ensemble du cycle de vie.

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