Energies Marines
Eolien en mer : les Chantiers de l’Atlantique et Ideol dévoilent leur sous-station flottante

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Eolien en mer : les Chantiers de l’Atlantique et Ideol dévoilent leur sous-station flottante

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Elle est taillée pour les futurs champs éoliens flottants mais pourrait aussi trouver des débouchés pour des projets de parcs posés sur des fonds complexe… La société provençale Ideol et Atlantique Offshore Energy, la Business Unit des Chantiers de l’Atlantique dédiée aux énergies marines, ont présenté cette semaine à un parterre d’experts européens (développeurs, équipementiers, financiers et assureurs) leur solution de sous-station électrique flottante. Une structure imaginée pour être au-delà de ses performances ultra-compétitive sur le plan économique, facilement réalisable dans un chantier naval classique partout dans le monde et pouvant être installée dès 40 mètres de profondeur. « Nous travaillons depuis deux ans avec Atlantique Offshore Energy et en coopération avec ABB. Nous avons pu démontrer techniquement la maturité de notre solution, qui est aujourd’hui prête à être mise sur le marché avec la bénédiction des fabricants de composants électriques et de câbles. Pour être clair, nous venons de prendre deux ou trois ans d’avance sur la concurrence », affirme Bruno Geshier, directeur commercial et marketing d’Ideol.

La fondation Damping Pool

Cette sous-station électrique, qui a bénéficié des développements dotés de financements européens dans le cadre du programme de R&D Optifloat, constitue le mariage des concepts innovants développés par les deux partenaires. D’un côté, la fondation Damping Pool d’Ideol en forme d’anneau carré, à faible tirant d’eau, pouvant être réalisée en béton ou en acier et conçue pour les mouvements marins les plus complexes. Un flotteur déjà à l’épreuve en mer dans ses deux versions, avec le démonstrateur d’éolienne Floatgen au large du Croisic, doté d’une fondation en béton et raccordé au réseau électrique terrestre depuis l’été 2018, et une machine avec coque en acier positionnée au large des côtes japonaises en septembre dernier, et qui a notamment résisté au passage de trois typhons cet hiver.

 

Floatgen pendant sa construction (© CENTRALE NANTES)

Floatgen pendant sa construction (© CENTRALE NANTES)

Floatgen sur le site d'essais SEM-REV de Centrale Nantes (© CENTRALE NANTES)

Floatgen sur le site d'essais SEM-REV de Centrale Nantes (© CENTRALE NANTES)

 

Le topside modulaire SeeOs de Saint-Nazaire

De l’autre côté, Atlantique Offshore Energy a adapté le topside de SeeOs (Scalable Efficient Evolutive Offshore Substation), son concept désormais certifié par le DNV-GL de sous-station électrique modulaire et standardisée. Les chantiers nazairiens ont, eux aussi, une expérience concrète et désormais reconnue dans le domaine, puisqu’ils ont produit ces dernières années trois sous-stations pour des champs éoliens posés au Royaume-Uni (Westermost Rough, 210 MW, 2014), en Belgique (Rentel, 309 MW, 2018) et en Allemagne (Arkona, 385 MW, 2018).

 

 

Et ont été sélectionnés par EDF EN pour les sous-stations de 450 à 498 MW prévus pour équiper les futurs parcs français de Guérande, Courseulles-sur-Mer et Fécamp. « Notre projet de sous-station flottante avec Ideol démontre notre capacité à capitaliser sur le retour d’expérience que nous avons obtenu grâce aux sous-stations électriques déjà conçues, construites et installées avec succès par nos équipes, afin d’innover et d’implémenter une solution déjà prête à être commercialisée. Nous sommes vraiment complémentaires avec Ideol, qui maîtrise les questions liées au flotteur, à l’ancrage et au câblage, alors que nos compétences sont axées sur le topside et ses équipements électriques », souligne Lionel Josse, responsable commercial et marketing d’Atlantique Offshore Energy.

 

La gamme SeeOs (© AOE)

La gamme SeeOs (© AOE)

 

Une solution validée par les experts des équipements électriques et des câbles

Tout l’enjeu a été de valider la possibilité d’installer et exploiter loin des côtes une sous-station électrique de forte puissance, sur une structure flottante et non posée sur le fond marin comme c’est le cas jusqu’ici. Avec, avec en toile de fond, la stabilité et le comportement de la sous-station, des systèmes embarqués, des ancrages ou encore des câbles électriques dans des conditions de mer très dures. « Les études et simulations que nous avons menées ont démontré que les performances étaient compatibles avec les équipements électriques. Les phénomènes d’accélération sont, par exemple, équivalents voire moindres à ceux d’un navire. Les équipements d’une sous-station sont certes plus sensibles que sur un bateau mais les contraintes sont abordables et les limites gérables. Pour parvenir à cette certitude, nous avons fait nos propres études et nous avons travaillé en collaboration avec des spécialistes de chaque domaine, en particulier ABB pour les équipements électriques, qui a répondu positivement aux solutions que nous proposons ».

 

 

L’exemple d’une sous-station de 600 MW

Concrètement, grâce à la modularité de SeeOs, AOE et Ideol peuvent proposer des sous-stations flottantes dont la puissance est modulable, de 200 MW à plus de 1 GW. Pour la présentation intervenue mardi à Paris, les deux industriels français se sont basés sur un cas de figure crédible au regard des développements à venir dans l’éolien flottant, avec une sous-station de 600 MW équipée d’un flotteur en acier. Malgré cette puissance colossale, leur concept commun aboutit à un équipement extrêmement compact.  La coque, d’un poids de 2100 tonnes, mesure seulement 43 mètres de côté, avec un espace vide au centre (moonpool) de 25 mètres de large. La hauteur du flotteur est de 12 mètres, dont 7 mètres de tirant d’eau. S’y ajoute un topside, installé à quai après la mise à l’eau du flotteur. Ce topside pèse 2900 tonnes, soit une masse totale de 6000 tonnes et un déplacement une fois à l’eau de 8150 tonnes. « Nous aboutissons à une solution extrêmement intéressante, notamment en termes de gabarit car nous avons fait la démonstration que notre flotteur était 50% plus léger que toutes les autres solutions concurrentes », assure Bruno Geshier.

Un engin compact adapté à la construction navale

La compacité est un argument clé pour Ideol, qui met déjà cet atout en avant pour ses flotteurs d’éoliennes, l’encombrement d’un tel équipement étant un problème récurrent dans l’éolien flottant en termes d’infrastructures de construction, surtout dans la perspective des futures éoliennes de 10 MW et plus. Il en va de même pour les sous-stations flottantes. Selon Lionel Josse : « Quand on regarde leur flotteur, il est vraiment bien en termes de dimensions et de réalisation. Car cette coque en acier est constituée de panneaux plans, c’est donc de la construction navale, avec un gabarit qui autorise une réalisation dans de très nombreuses cales. Nous pourrions évidemment en produire chez nous, à Saint-Nazaire, mais nous n’aurons surtout aucun problème à trouver, à l’autre bout du monde, des chantiers capables de faire ça pour les marchés locaux ».

Un important marché à l’export

Le potentiel de l’éolien flottant est particulièrement important, puisqu’il représente une part importante des 115 GW de nouvelles capacités offshore qui doivent être raccordées à travers le monde avant 2030. Au-delà des futurs appels d’offres pour les premières fermes commerciales françaises, l’export est un enjeu majeur et, au-delà de l’Europe qui est en avance sur les énergies marines, Ideol et AOE savent très bien qu’il y a un marché considérable à venir dans d’autres régions, par exemple en Asie. Et dans la plupart des cas, il faudra de la construction locale. « Les projets de parcs éoliens coûtent très cher et, notamment pour des projets situés très loin de nos bases, il y a une dimension fondamentale au niveau du contenu local, c’est-à-dire tout ce qui peut être produit sur place et générer de l’activité économique comme des emplois dans les régions concernées, tout en facilitant l’acceptabilité de tels projets », rappelle Bruno Geshier. D’autant qu’on imagine mal la production en Europe et le convoyage à des milliers de kilomètres de tels éléments, éoliennes et sous-stations, qui poserait de vrais problèmes logistiques et un surcoût considérable. La production à proximité des champs est donc essentielle mais, pour cela, encore faut-il disposer d’infrastructures capables de le faire. Ce qui devient nettement plus aisé avec des fondations dont les dimensions sont compatibles avec d’innombrables cales sèches à travers le monde.

Acier ou béton ?

Concernant le matériau dans lequel la fondation peut être réalisée, Ideol propose donc du béton ou de l’acier pour le Damping Pool. Avec une préférence marquée selon qu’il s’agit d’une éolienne ou d’une sous-station : « techniquement nous avons dès le départ imaginé notre concept pour qu’il puisse être décliné en acier ou en béton, en fonction notamment des filières locales. Nous pourrions très bien proposer un flotteur de sous-station en béton mais ce matériau est surtout intéressant quand il y a du volume. S’il n’y  qu’une fondation ou seulement quelques-unes à réaliser, l’acier est plus économique. Globalement, l’acier sera donc plus compétitif pour les sous-stations et le béton pour les éoliennes ».

Résister à des conditions extrêmes

Sur le plan de l’ancrage, la solution proposée par Ideol et les Chantiers de l’Atlantique repose sur quatre lignes de trois câbles chacune, avec la possibilité d’opter pour des chaînes classiques ou des solutions mixtes incluant par exemple des lignes synthétiques, testées avec succès sur Floatgen. « Nous avons conduit des simulations numériques pour vérifier le comportement dans des conditions extrêmes ». Il a fallu par exemple s’assurer de la résistance de la sous-station, de sa capacité à tenir les intempéries, à fonctionner par mauvais temps ou en mode dégradé, à vérifier les câbles et les lignes d’ancrage ne se touchent pas quelles que soient les circonstances… « Cela a montré que notre solution était viable dans les situations les plus extrêmes et que, même si la structure était endommagée, cela ne mettrait pas en péril la fourniture d’électricité à terre ».

Du 220.000 volts pour les câbles export

La sous-station présentée mardi comprend, pour l’exemple d’une puissance d’environ 600 MW sur un champ composé d’une soixantaine d’éoliennes de 10 MW, huit câbles import provenant des machines connectées en grappes et deux câbles export pour transférer l’énergie collectée et transformée dans la sous-station vers le réseau électrique. Du fait du caractère flottant du champ, des câbles spécifiques sont nécessaires pour faire la liaison avec les câbles posés sur le fond. Il s’agit de câbles dits « dynamiques », car ils sont en capacité d’absorber les mouvements et de garantir une durée de vie supérieure à 25 ans. Le concept d’Ideol et AOE présente par ailleurs une particularité au niveau du voltage du courant envoyé vers la terre. « Nous sommes partis sur du 220.000 volts, qui n’existe pas aujourd’hui dans l’éolien flottant, où nous sommes plutôt sur du 125.000 volts. Mais ce niveau de tension correspond aux projets européens de parcs flottants et les spécialistes des équipements électriques comme des câbles nous ont confirmé qu’ils étaient prêts à passer au 220.000 », note Lionel Josse.

A plus de 40 kilomètres des côtes

Atlantique Offshore Energy a donc imaginé avec ses partenaires, notamment ABB, des équipements électriques dans cette perspective. Le topside, qui abrite deux transformateurs de 310 MVA, est aussi dimensionné pour des projets de parcs situés loin des côtes, l’idée étant de pouvoir installer la sous-station entre 40 et 80 kilomètres au large. Deux gros « shunt reactors » de 140 MVAr, aussi appelés réactances de compensation, permettront de maintenir une tension constante sur les câbles export malgré ces distances. Il est même possible d’envisager un éloignement de l’ordre d’une centaine de kilomètres, voire plus, avec un système de compensation intermédiaire.

Se positionner en avance de phase

Avec leur concept, Ideol et Atlantique Offshore Energy se positionnent donc en avance de phase sur les futurs projets de parcs éoliens flottants, qui ne verront pas le jour immédiatement, l’heure étant encore au développement de fermes pilotes. Mais les réflexions et études sont déjà en cours pour le lancement des premiers parcs d’envergure, d’où la volonté de se positionner très tôt sur le marché, y occuper une position pionnière et être en mesure, pour accompagner les développeurs, de proposer des solutions prête à l’emploi.

Une solution également validée par les financiers et assureurs

La présentation de mardi devant une cinquantaine d’experts européens de l’éolien en mer avait cet objectif, non seulement sur le plan technique, mais aussi au niveau financier et assurantiel. « Des spécialistes de la finance et de l’assurance étaient également présents, ce qui est essentiel puisque nous allons au-delà de la validité technique du projet. Il s’agit aussi d’avoir une solution suffisamment mâture pour être finançable et assurable, ce que nous avons également fait valider par les experts de ces domaines. La sous-station est en effet le composant clé d’un parc éolien. C’est sur elle que repose le revenu et la rentabilité de l’opération », explique Bruno Geshier.  

Des perspectives aussi dans l’éolien posé ?

Et l’idée ne semble pas uniquement intéresser les développeurs de champs flottants : « Nous sommes aussi sollicités sur des projets de champs éoliens posés qui rencontrent des problématiques concernant la géographie ou la nature des fonds marins. Le faible tirant d’eau de notre flotteur permet, en tenant compte de la flexibilité des câbles, d’installer ce type de sous-station à partir de 40 mètres de profondeur, là où l’on peut encore construire des fermes posées. Notre solution est donc compatible avec l’éolien posé et est même plus compétitive qu’une sous-station classique pour peu que le sous-sol du site soit difficile, ce qui implique alors d’importants surcoûts pour des équipements montés sur monopile ou jacket ».

Chantiers de l'Atlantique (ex-STX France)