Contexte technique

L'invention s'inscrit dans le domaine du transport d'un chargement susceptible de subir une transformation au cours du transport en fonction des conditions rencontrées pendant le transport, cette transformation pouvant affecter le prix de vente du chargement.

L'invention trouve une application particulière dans le transport du gaz liquéfié, en général du gaz naturel liquéfié (GNL), par voie maritime. Les navires utilisés sont des méthaniers disposant de cuves pour le gaz liquéfié. Au cours du transport, une partie du gaz liquéfié repasse à l'état gazeux, la fraction gazeuse étant appelée BOG, pour « Boil Off Gas », c'est-à-dire, en anglais, gaz évaporé. Cette fraction dépend de nombreux paramètres et facteurs, dont la géométrie et l'isolation des cuves, mais aussi le niveau d'agitation de celles-ci, qui dépend de l'état de la mer au cours du trajet, de la vitesse du navire. La fraction de BOG produite dépend aussi au final de la durée du voyage. Certains méthaniers sont équipés de dispositifs pour reliquéfier le BOG. D'autres l'utilisent pour la propulsion du navire, comme combustible. Il est aussi courant de brûler le BOG, en totalité ou en partie, pour s'en débarrasser dans un processus d'oxydation.

La transformation d'une partie du GNL en BOG a un impact, outre sur la quantité de GNL restante, aussi sur sa composition exacte, car certaines molécules s'évaporent plus vite que d'autres. La composition du GNL influe quant à elle sur son intérêt économique (ou sa qualité, vue par les acheteurs potentiels du chargement) et donc sur son prix rapporté au volume négocié.

Or les sociétés exploitant des méthaniers doivent répondre à des appels d'offre exigeants, basés sur le prix du marché à une date donnée, et incluant une contrainte sur la qualité du produit délivré. Ces appels d'offre sont couramment appelés dans le métier contrats « spot ».

Pour la société exploitant le méthanier, répondre à de tels appels d'offre implique actuellement une certaine prise de risque, car il est difficile d'anticiper la qualité et la quantité du GNL qui sera finalement livré. Les conditions de transport peuvent être partiellement anticipées, en fonction des conditions météorologiques attendues, et de la vitesse à laquelle il est envisagé de faire naviguer le navire. Mais actuellement, il n'est pas possible de prendre en compte ces informations pour déterminer la qualité et la quantité du GNL attendues à la fin du trajet. En effet, même si certains exploitants ont accès à un logiciel (le logiciel CARGO développé par le laboratoire CRIGEN) calculant la quantité et la qualité du GNL à la fin d'un trajet envisagé, sur la base de la qualité et de la quantité de GNL en début de trajet, ce logiciel effectue ce calcul en prenant en compte une évaporation du gaz supposée constante au cours du trajet.

Il en résulte un besoin non satisfait en matière de capacité à évaluer la faisabilité économique et à choisir la bonne voie maritime (itinéraire, vitesse), pour un exploitant de méthanier souhaitant répondre à un appel d'offre « spot ».

Corrélativement, il existe également un besoin non satisfait d'une solution efficace permettant d'améliorer l'estimation de la qualité et/ou de la quantité de GNL transporté par un navire en tous points de son trajet.

Définition de l'invention et avantages associés

Pour résoudre ce problème, il est proposé une méthode d'estimation d'une caractéristique d'un chargement de gaz naturel liquéfié transporté par un navire de transport, à un point d'un trajet, caractérisée en ce que l'estimation est faite en intégrant, sur le trajet depuis un point de référence auquel ladite caractéristique est connue, une loi reliant la transformation instantanée du chargement à une condition instantanée de navigation.

La méthode d'estimation d'une caractéristique d'un chargement de gaz naturel liquéfié transporté par un navire de transport est une méthode d'aide à l'exploitation du navire de transport comportant cette estimation. De façon avantageuse, l'étape d'estimation améliore l'évaluation des caractéristiques physiques du gaz naturel liquéfié transporté par le navire en prenant en compte la dynamique réelle d'évaporation de ce gaz.

Grâce à ces principes, il est possible d'obtenir une évaluation précise de la qualité (composition) et de la quantité d'un gaz liquéfié transporté, ce qui permet de mieux gérer l'exploitation du navire. Il est notamment possible de répondre très rapidement à des appels d'offre « spot », en obtenant une évaluation très précise de la rentabilité de l'opération, et en optimisant d'un point de vue économique les conditions de transport.

Dans un mode de réalisation, le point du trajet pour lequel l'estimation est effectuée est le point d'arrivée du navire à son terminal de livraison, ou alternativement un point du trajet auquel il est nécessaire de choisir entre deux itinéraires. Ainsi, on voit bien la grande souplesse d'utilisation et la flexibilité du procédé, qui s'applique à des navires disposant ou non de capteurs visant à connaître en temps réel la composition du GNL transporté et les caractéristiques du BOG produit.

Selon des variantes, le trajet comprend un trajet envisagé et la loi est utilisée à l'aide de valeurs prédites de la condition instantanée de navigation. Alternativement, le trajet comprend un trajet effectué et la loi est utilisée à l'aide de valeurs relevées pendant le trajet de la condition instantanée de navigation.

Par exemple, la condition instantanée de navigation comprend la vitesse du navire et les conditions météorologiques (l'état de la mer et de l'atmosphère sur le trajet). On prévoit aussi que le point de référence soit le terminal de chargement du navire. La vitesse du navire et les conditions météorologiques sont des grandeurs physiques.

Selon les modes de réalisation, la caractéristique du gaz transporté comprend la composition du gaz liquéfié, la température du gaz liquéfié, la proportion ou la quantité de gaz évaporé depuis le chargement, une qualité du gaz liquéfié ou une quantité restante de gaz liquéfié. La loi fournit quantité et composition (qualité) du gaz évaporé. Dans un mode de réalisation complet, la loi prend en compte les caractéristiques des cuves du méthanier.

Dans un mode de réalisation particulier, on effectue des estimations pour une pluralité de destinations possibles, et on compare, pour ces destinations, des valeurs marchandes du gaz transporté calculées pour les destinations possibles respectives, pour sélectionner la destination la plus lucrative pour le chargement.

L'invention propose aussi un dispositif d'estimation d'une caractéristique d'un chargement de gaz naturel liquéfié transporté par un navire de transport, comprenant des moyens de caractérisation de l'état du gaz transporté par un navire en fonction du trajet du navire, caractérisé en ce que les moyens de caractérisation utilise une loi reliant l'évaporation instantanée du gaz liquéfié à une condition instantanée de navigation.

L'invention propose donc un dispositif d'aide à l'exploitation de navire de transport, qui peut estimer la caractéristique d'un chargement de gaz naturel liquéfié transporté par un navire de transport et qui comporte ces moyens de caractérisation.

Liste des figures

La figure 1 montre un méthanier et sa cargaison.

La figure 2 montre un schéma des étapes mises en œuvre selon un mode de réalisation de l'invention.

La figure 3 montre le fonctionnement d'un outil selon un mode de réalisation de l'invention. Les figures 4 et 5 montrent deux modes de réalisation de l'invention.

Description détaillée

En relation avec la figure 1, on a représenté un méthanier 100, comprenant plusieurs cuves 110 remplies de GNL 120. Malgré la présence d'une isolation 115, une partie du GNL s'évapore pour former du BOG 130, tout au long du parcours du navire. Le BOG 130 peut être utilisé comme combustible pour la propulsion du méthanier 100 via un moteur 140, mais peut aussi être simplement oxydé via une torchère 150.

En figure 2, on a présenté le processus mis en œuvre dans un mode de réalisation de l'invention.

Tout d'abord, il est constitué une base de données d'expérience au cours d'une phase 1000. Cette phase peut utiliser une flotte de navires, ou un navire unique. Chaque navire va être équipé de différents capteurs et enregistreurs pour mesurer la quantité et la nature des différents composants du BOG au cours de trajet du navire. Ces capteurs peuvent inclure des chromatographes ou des analyseurs de pouvoir calorifique utilisant la combustion, pour connaître la composition de gaz évaporé. Les capteurs comprennent de plus des outils de mesure du débit d'évaporation, mesurant par exemple le débit d'aspiration des compresseurs de BOG à chaque instant. Les capteurs peuvent aussi inclure des outils de mesure de l'état de la mer telle une centrale inertielle, mesurant la hauteur des vagues ou leur période, ainsi que la direction des vagues et la vitesse du navire. Un système laser peut être utilisé pour mesurer la hauteur des vagues. Des données satellitaires peuvent aussi être exploitées, sur la base des coordonnées GPS. Les capteurs peuvent aussi mesurer la température de la mer ou le vent.

Les différents capteurs et enregistreurs sont réunis sur un même navire et relèvent à chaque instant (typiquement toutes les minutes, mais d'autres fréquences peuvent être utilisées) les valeurs mesurées. On constitue ainsi une base de données d'expérience, par exemple en recueillant toutes les valeurs pour un navire pendant un an, ou pour une flotte de navires pendant un laps de temps plus court.

Une fois la base de données constituée au cours de l'étape 1000, une loi reliant les conditions de navigation et la transformation du GNL en BOG est extraite, au cours d'une étape 1100. Il s'agit là, par une approche statistique de corrélation, par exemple par une corrélation polynomiale, de relier la quantité et la composition du GNL restant et du BOG aux paramètres que constituent l'état de la mer (hauteur et fréquence des vagues, vitesse du courant, température de la mer), les caractéristiques du méthanier (notamment sa capacité de stockage et son système d'isolation), la vitesse de navigation, les conditions météorologiques (incluant la vitesse du vent et la température extérieure), et la nature du GNL initialement embarqué.

Une fois la loi extraite, il est proposé de la mettre en place dans un outil informatique, au cours d'une étape 1200.

L'outil informatique permet par exemple à l'équipage d'un méthanier en cours de navigation de suivre l'évolution de la nature du gaz naturel liquéfié dans les cuves d'un méthanier en temps réel, tout au long du trajet.

L'outil permet de connaître des caractéristiques physiques du gaz naturel liquéfié à la fin de ce trajet.

L'outil permet également à l'exploitant, avant de décider de lancer un navire sur un trajet donné, d'optimiser ce trajet pour que celui-ci soit rentable. Ainsi, le calcul de rentabilité prendra en compte les conditions de navigation attendues, le prix attendu pour la livraison du chargement au port de destination, en fonction du prix proposé dans ce port et de l'état attendu de la cargaison à l'arrivée, ainsi que les coûts de transport, incluant les frais d'affrètement et le coût du personnel. Il est vérifié que les contraintes de durée du trajet et de sécurité spécifiques à la navigation maritime sont satisfaites.

L'outil permet également d'évaluer les possibilités d'utilisation d'un méthanier donné pour répondre à un appel d'offre « spot ». Ainsi, il est décidé, une fois un trajet optimisé déterminé, si ce trajet est rentable dans le cadre de l'exploitation économique du navire, ou s'il est préférable de réserver le navire pour un autre appel d'offre.

En figure 3, on a représenté plus en détails ce processus.

L'outil informatique 3000 reçoit, en entrée, des données 3010 portant sur la situation météorologique prévue et l'état de la mer. Il reçoit aussi des informations 3020 portant sur la cargaison du navire. Des données initiales 3100 portant sur un trajet envisagé et une vitesse de navigation envisagée sur le trajet (constante ou variable au cours du trajet) sont également fournies à l'outil 3000.

L'outil 3000 fournit, sur la base de ces données, la qualité (ou composition) et la quantité instantanées de GNL à chaque instant du trajet, et/ou, par différence, la quantité et la composition du BOG produit à chaque instant du trajet. Ces données sont référencées 3200. Elles permettent, selon un critère de convergence, de décider s'il est souhaitable de rechercher des données de trajet et de vitesse permettant une amélioration des données 3200. Un test est effectué au cours d'une étape 3300. S'il est souhaitable de modifier le trajet ou la vitesse, des données de trajet et de vitesse modifiées, 3110, sont réintroduites dans l'outil 3000 qui procède à un nouveau calcul, toutes autres informations égales par ailleurs. S'il est estimé que le trajet obtenu est suffisamment optimisé, il est alors procédé à une étape d'étude de la possibilité ou de la rentabilité d'une réponse à un appel d'offres « spot », étape référencée 3400.

En référence à la figure 4, un mode d'application de l'invention est présenté. Un méthanier 100 ayant déjà effectué un trajet depuis un port de chargement 400, est actuellement en mer en un point P. Pour rejoindre un port 401, son équipage évalue trois routes maritimes 410, 411 et 412. Ces routes diffèrent par les conditions météorologiques attendues, les vitesses autorisées, et les distances autorisées. A l'aide de l'outil présenté plus haut, l'équipage est en mesure de choisir la route qui lui permettra de rejoindre le port 401 en conservant dans ses cuves un GNL de la meilleure qualité Q, et/ou de la plus grande quantité Q _n . On précise que sur la figure 4, les notations Q _n et Qj désignent les valeurs au début du trajet analysé, et les notations Q _n ' et Qj' désignent les valeurs à la fin du trajet analysé. L'outil informatique est utilisé pour intégrer la loi reliant conditions de transport et transformation du gaz sur les trois trajets envisagés 410, 411 et 412 en utilisant des données de navigation prévues ou anticipées.

On précise de plus qu'il est possible, si les valeurs Q _n et Qj ne sont pas connues au point P, parce que par exemple le navire n'est pas équipé de capteurs pour les mesurer, il est possible à l'aide de l'outil informatique proposé, de les estimer en intégrant la loi reliant conditions de transport et transformation du gaz sur le trajet déjà parcouru, référencé 420, en utilisant les conditions de transport effectives enregistrées au cours de la traversée entre le port 400 et le point P.

En référence à la figure 5, un autre mode d'application de l'invention est présenté.

Un méthanier 100 est au port de chargement 500. Il est chargé, ou prêt à être chargé avec une cargaison de GNL. L'opérateur du navire s'interroge sur la destination à donner au navire et à sa cargaison. Les ports 501, 502 et 503 sont susceptibles d'acheter la cargaison, chacun à un prix différent, le prix final dans un port donné dépendant de plus de la qualité et de la quantité du GNL effectivement acheminé. L'outil informatique évoqué plus haut est utilisé pour intégrer la loi reliant conditions de transport et transformation du gaz sur les trois trajets envisagés 510, 511 et 512 en utilisant des données de navigation prévues ou anticipées. A l'aide de l'outil informatique l'opérateur du navire peut donc décider de diriger celui-ci vers l'un des ports 501, 502 ou 503, voire de garder le méthanier 100 à quai en attendant que d'autres offres apparaissent, si les offres des ports 501, 502 et 503 ne sont pas suffisamment attractives compte tenu des conditions de navigation.

L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais s'étend à toutes les variantes dans le cadre de la portée des revendications.