Pensez à une cargaison dangereuse et des déchets toxiques ou des explosifs pourraient vous venir à l'esprit. Mais les cargaisons granulaires telles que le minerai concassé et les sables minéraux sont responsables de la perte de nombreux navires chaque année. En moyenne, dix transporteurs de « vrac solide » ont été perdus en mer chaque année au cours de la dernière décennie.

Les cargaisons solides en vrac - définies comme des matériaux granulaires chargés directement dans la cale d'un navire - peuvent soudainement passer d'un état solide à un état liquide, un processus connu sous le nom de liquéfaction. Et cela peut être désastreux pour tout navire qui les transporte – et pour leur équipage.

En 2015, le 56, Le vraquier de 000 tonnes Bulk Jupiter a coulé rapidement à environ 300 km au sud-ouest du Vietnam, avec un seul de ses 19 membres d'équipage survivant. Cela a suscité des avertissements de l'Organisation maritime internationale concernant la liquéfaction possible de la bauxite relativement nouvelle de la cargaison solide en vrac (un minerai d'aluminium).

On en sait beaucoup sur la physique de la liquéfaction des matériaux granulaires issus de la géotechnique et du génie parasismique. La vigoureuse secousse de la terre fait augmenter la pression dans la nappe phréatique à un niveau tel que le sol "se liquéfie". Pourtant, malgré notre compréhension de ce phénomène, et les directives en place pour éviter que cela ne se produise, il fait toujours couler des navires et entraîne avec eux leur équipage.

Marchandises en vrac solides

Les cargaisons solides en vrac sont généralement des matériaux "à deux phases" car elles contiennent de l'eau entre les particules solides. Lorsque les particules peuvent se toucher, la friction entre eux fait que le matériau agit comme un solide (même s'il y a du liquide). Mais quand la pression de l'eau augmente, ces forces interparticulaires diminuent et la résistance du matériau diminue. Lorsque le frottement est réduit à zéro, le matériau agit comme un liquide (même si les particules solides sont toujours présentes).

Une cargaison solide en vrac qui est apparemment stable sur le quai peut se liquéfier parce que les pressions dans l'eau entre les particules s'accumulent au fur et à mesure qu'elle est chargée sur le navire. Ceci est particulièrement probable si, comme c'est la pratique courante, la cargaison est chargée à l'aide d'un tapis roulant depuis le quai jusqu'à la cale, ce qui peut entraîner une chute de hauteur importante. La vibration et le mouvement du navire du moteur et de la mer pendant le voyage peuvent également augmenter la pression de l'eau et conduire à la liquéfaction de la cargaison.

Lorsqu'une cargaison solide en vrac se liquéfie, il peut se déplacer ou glisser dans la cale d'un navire, rendant le navire moins stable. Une cargaison liquéfiée peut se déplacer complètement d'un côté de la cale. S'il retrouve sa force et revient à un état solide, la cargaison restera dans la position décalée, faisant basculer ou « gîter » en permanence le navire dans l'eau. La cargaison peut alors se liquéfier à nouveau et se déplacer davantage, l'augmentation de l'angle de gîte.

A un moment donné, l'angle de gîte devient si important que l'eau pénètre dans la coque par les panneaux d'écoutille, ou le navire n'est plus assez stable pour se remettre du mouvement de roulis causé par les vagues. L'eau peut également se déplacer de l'intérieur de la cargaison vers sa surface en raison de la liquéfaction et le ballottement subséquent de cette eau libre peut avoir un impact supplémentaire sur la stabilité du navire. À moins que le ballottement ne puisse être arrêté, le navire risque de couler.

L'Organisation maritime internationale a des codes régissant la quantité d'humidité autorisée dans les cargaisons solides en vrac afin d'empêcher la liquéfaction. Alors pourquoi cela arrive-t-il encore ?

La réponse technique est que les directives existantes sur l'arrimage et l'expédition de cargaisons solides en vrac sont trop simplistes. Le potentiel de liquéfaction dépend non seulement de la quantité d'humidité dans une cargaison en vrac, mais aussi d'autres caractéristiques du matériau, comme la distribution granulométrique, le rapport du volume de particules solides à l'eau et la densité relative de la cargaison, ainsi que la méthode de chargement et les mouvements du navire pendant le voyage.

La production et le transport de nouveaux matériaux, comme la bauxite, et une transformation accrue des minerais traditionnels avant leur transport, signifie que plus de marchandises sont transportées dont le comportement matériel n'est pas bien compris. Cela augmente le risque de liquéfaction de la cargaison.

Les agendas commerciaux jouent également un rôle. Par exemple, la pression pour charger les navires conduit rapidement à un chargement plus dur même si cela risque d'augmenter la pression de l'eau dans les cargaisons. Et la pression pour livrer le même tonnage de cargaison que celui qui a été chargé peut décourager l'équipage du navire de vidanger les cargaisons pendant le voyage.

Quelle est la solution ?

Pour faire face à ces problèmes, l'industrie du transport maritime doit mieux comprendre le comportement des matériaux des cargaisons solides en vrac actuellement transportées et prescrire des tests appropriés. Les nouvelles technologies pourraient aider. Des capteurs dans la cale d'un navire pourraient surveiller la pression de l'eau de la cargaison en vrac. Ou la surface de la cargaison pourrait être surveillée, par exemple en utilisant des lasers, pour identifier tout changement dans sa position.

Le défi consiste à développer une technologie suffisamment bon marché, rapide à installer et suffisamment robuste pour survivre au chargement et au déchargement de la cargaison. Si ces défis peuvent être surmontés, combiner des données sur la pression de l'eau et le mouvement de la cargaison avec des informations sur la météo et les mouvements du navire pourrait produire un avertissement en temps réel indiquant si la cargaison était sur le point de se liquéfier.

L'équipage pourrait alors agir pour éviter que la pression de l'eau dans la cargaison ne monte trop, par exemple, en évacuant l'eau des cales à cargaison (pour réduire la pression de l'eau) ou en changeant le cap du navire pour éviter les intempéries particulièrement mauvaises (pour réduire les mouvements du navire). Ou si ce n'était pas possible, ils pourraient évacuer le navire. De cette façon, ce phénomène de liquéfaction des vracs solides pourrait être surmonté, et moins de navires et d'équipage seraient perdus en mer.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.