Phares des temps modernes

La France est le pays des géants. Nulle part ailleurs dans le monde se dressent autant de phares le long des côtes, qui peuvent atteindre 80 mètres de hauteur. La présence de ces structures impressionnantes n'est pas nécessairement due au fait que les zones du littoral français sont particulièrement dangereuses. Les grandes et riches décorations de ces ouvrages résultent bien plus d'une fierté nationale sûre d'ellemême – et leur fait de la publicité. Lorsque je pense aux phares, je pense également à Henry Lepaute. Ce nom me vient à l'esprit dès que l'on mentionne la technologie utilisée dans ces repères de navigation maritime. Lepaute a construit l'optique qui garantit que la lumière puisse être vue à des distances allant jusqu'à 40 kilomètres. 23 milles nautiques – le faisceau qui part de la salle de la lanterne doit être visible au moins à cette distance.

Les phares particuliers équipés de balises, d'une navigation satellite et d'un radar font partie d'un ensemble qui offre l'orientation nécessaire aux skippers. Particulièrement dans les zones proches de la côte, les signaux de navigation visuels ne peuvent pas être remplacés par n'importe quoi. En raison des différences énormes du niveau de la mer selon les marées, la densité de phares est particulièrement élevée le long des côtes de la Manche en France. Quelque 120 phares à feu tournant sont exploités, surveillés et entretenus en France par l'agence gouvernementale Cerema. Ces phares utilisent très souvent l'optique fabriquée par Henry Lepaute dont le principe repose sur les recherches fondamentales menées par le Français Jean Augustine Fresnel sur la théorie des ondes de la lumière. Le résultat est une lentille qui comprend jusqu'à 20 sections de forme ronde avec une distance focale allant jusqu'à 700 millimètres. Les lentilles réfractent la lumière émise dans toutes les directions sur un plan horizontal, ce qui la rend visible à grande distance.

L'éclair typique des phares peut être obtenu à l'aide de trois méthodes techniques : au moyen d'un éclairage permanent utilisant une lumière clignotante, d'une source de lumière constante avec des lentilles disposées de manière fixe et d'une ouverture circonférentielle, ou encore avec la combinaison d'une lumière continue et d'un système de lentilles circonférentiel – la variante la plus répandue.

Dans le cadre d'un processus continu de modernisation, le Cerema utilise la technologie à LED, profitant ainsi des avantages offerts par un système d'éclairage robuste et durable. Selon les informations fournies par le Cerema, un taux de disponibilité d'environ 99 % est atteint. « Nous voulons également atteindre ce niveau de fiabilité de fonctionnement pour l'entraînement de l'optique tournante, souligne Laurent Bernicot du département des systèmes de positionnement et de navigation au Cerema. La fiabilité était un critère très important pour le choix de l'entraînement – et nous a conduit à FAULHABER. »

Le résultat de la conception avec l'évaluation du fabricant : des micromoteurs C.C. des séries FAULHABER 2342 et 3257 de même que des servomoteurs C.C. sans balais de la série 3268 – chacun étant combiné avec des réducteurs planétaires FAULHABER appropriés. Outre le fonctionnement général des entraînements, des séries d'essais intensifs ont servi à déterminer leur comportement à l'air salin. « Nous avons des phares à terre et en mer. Les entraînements doivent fonctionner là aussi en toute fiabilité, et pas seulement en France métropolitaine, mais aussi en Guyane française ou dans les collectivités d'Outremer de Saint Pierre et Miquelon au large des côtes de Terre-Neuve. »

Entraînement double pour une fiabilité de fonctionnement maximale

En ce qui concerne la conception, la forte demande en matière de fiabilité de fonctionnement est reproduite dans une unité d'entraînement avec deux moteurs – un arrangement également rencontré dans les phares allemands. « Deux moteurs sont reliés à un réducteur et fonctionnent en alternance », explique Dirk Berger, porte-parole du Service des voies navigables et du transport maritime de Stralsund. Le fonctionnement en alternance permet d'optimiser les temps d'exploitation et garantit la disponibilité, des périodes d'arrêt prolongées conduisant souvent à des difficultés de démarrage. En cas de panne d'un moteur, le système dans le phare commute automatiquement vers le second moteur et signale le dysfonctionnement au centre de contrôle. « Nous utilisons la surveillance à distance, notamment pour les grands phares », déclare Berger. Un niveau d'escalade à deux étapes est ici intégré dans le contrôle, avec une pré-alerte en cas de dysfonctionnements imminents et la panne.

La fiabilité du fonctionnement fait l'objet d'une surveillance par un capteur qui mesure le temps par tour. « Les phares doivent tourner à la vitesse exacte définie dans leur identifiant », dit Dirk Berger. Derrière l'identifiant se cache un type spécifique de séquence d'éclairs figurant sur les cartes marines et qui permet d'identifier un phare sans équivoque, en particulier pour la navigation nocturne. « Notre objectif est donc d'atteindre une vitesse de rotation constante au niveau optique, explique le collègue français de Berger, Laurent Bernicot de Plouzane, en Bretagne. Les moteurs doivent être précis. »

Les phares français utilisent une commande développée par le département EMF du Cerema. L'abréviation signifie « eau, mer, fleuves ». Le système intelligent dans la salle de la lanterne définit la fréquence et le degré de visibilité de la lumière au sein d'une unité de temps donnée. Comme en Allemagne, un capteur mesure la vitesse de rotation de l'optique et transmet l'information à la commande. Une fois le calcul effectué, le contrôleur adapte directement la vitesse du moteur à sa tension d'alimentation au moyen de la valeur de consigne analogique. La vitesse est surveillée et adaptée en permanence. Si un problème est détecté, la solution d'automatisation fournie par le département EMF enregistre l'erreur et démarre le second moteur.

Pendant le processus de conception, les employés du département EMF ont sélectionné trois types de moteurs différents comme solutions d'entraînement standard. Le micromoteur C.C. de la série DC2342 est conçu pour des optiques de petite dimension qui nécessitent uniquement une faible puissance de moteur. Les optiques de taille moyenne sont mises en mouvement par les moteurs à commutation graphite de la série FAULHABER DC3257. Pour les systèmes puissants avec une intensité lumineuse élevée et une structure proportionnellement plus lourde, on utilise les servomoteurs 4 pôles sans balais de la série 3268. Lorsque Laurent Bernicot parle de « systèmes lourds », il fait référence à un système optique à lampe dont le poids peut être compris entre 200 kilogrammes et une tonne.

Pendant la phase de conception, il est par conséquent important de garantir que, en dehors du fonctionnement normal, les moteurs fournissent des couples de pointe puissants aptes à gérer en toute sécurité les couples de démarrage élevés compris entre 5 et 8 Nm. « C'était également un facteur important lors de la sélection des moteurs FAULHABER” », explique Laurent Bernicot. Si un arrêt a lieu malgré tout parce que les phares sont uniquement exploités la nuit, les optiques sont découplées du moteur par le biais d'une roue libre intégrée dans la machine tournante lorsque la lampe est arrêtée.

Résumé

Eu égard aux exigences élevées en matière de disponibilité avec de longs intervalles d'entretien, les conditions essentielles pour les phares sont complexes. C'est la raison pour laquelle il est si important d'entretenir un partenariat étroit dans le cadre d'un projet. Le Cerema et FAULHABER France collaborent étroitement depuis 2011.

De l'entraînement d'horloge au moteur électrique haute précision

Il y a plus d'un siècle, les optiques de phare étaient encore entraînées par un entraînement d'horloge. Du point de vue de la conception, il s'agissait en fait d'un mouvement mécanique semblable à ceux destinés aux églises qui devait être remonté régulièrement avec des poids par le gardien du phare. « Les premiers entraînements électriques sont apparus dans les années 30 », rapporte Dirk Berger, porte-parole du Service des voies navigables et du transport maritime de Stralsund. Une autre vague de modernisation a eu lieu dans les années 80. La technologie est encore utilisée de nos jours. La longue durée de vie est le résultat d'un entretien régulier au même titre que d'un fonctionnement à des couples nettement inférieurs aux couples maximaux disponibles.