Energies Marines

Reportage

Eolien offshore : STX France achève la sous-station P34

Energies Marines

C’est la plus grosse sous-station électrique réalisée jusqu’ici en un seul module. Le « P34 », comme on l’appelle chez STX France, a été inauguré jeudi 1er mars à Saint-Nazaire. D’une puissance de 385 MW, cette structure est destinée au champ éolien offshore Arkona, construit dans les eaux allemandes de la Baltique, au large de l’île de Rügen, au nord-est de Rostock. Développé par l’énergéticien allemand E.ON, le groupe norvégien Statoil et l'opérateur allemand de réseaux électriques 50hertz, Arkona comprendra 60 éoliennes Siemens de 6 MW. Représentant un investissement de 1.5 milliard d’euros, ce parc permettra, à partir de 2019, d’alimenter 400.000 foyers en énergie renouvelable, avec la particularité de s’inscrire dans un réseau de champs éoliens implantés en Baltique entre l’Allemagne, le Danemark et la Suède. Arkona sera notamment relié à son voisin Vikinger (70 machines Adwen de 5 MW) exploité par Iberdrola et mis en service fin 2017.  

 

Le jacket du P34 embarqué sur sa barge le 27 février (© MER ET MARINE)

(© STX FRANCE)

 

Un topside de 4000 tonnes et sa fondation jacket

Commandée en juin 2015, avec une décision finale d’investissement en avril 2016, la sous-station conçue et réalisée par les chantiers nazairiens consiste en un topside (partie supérieure) de 50 mètres de long, 35 mètres de large et 15 mètres de haut. Ce module de 4000 tonnes est constitué de trois blocs principaux, qui ont été assemblés entre deux paquebots dans la forme de construction de STX France. Ils ont été directement posés sur la barge de transport qui permettra d’acheminer la structure jusqu’en Allemagne. Parallèlement, le chantier français a aussi produit la fondation de cette sous-station, un gigantesque treillis métallique de type jacket, haut de 53 mètres pour une base de 20 mètres de côté et un poids total de 1800 tonnes. Au sommet, les câbles électriques déboucheront sur un pont spécialement conçu pour rester hors d’atteinte des plus hautes vagues de la mer Baltique (calculs sur la base de la plus grande vague centennale), soit une quinzaine de mètres au-dessus du niveau de la mer. Dans un souci de respect de l’environnement, les traditionnelles anodes sacrificielles destinées à la lutte contre la corrosion ont été remplacées, sur ce jacket, par un système de protection cathodique par courant imposé, ce qui évite la diffusion de métaux lourds dans la mer.

 

Vidéo de la construction du topside et du jacket du P34 (© STX FRANCE)

 

Un poste de transformation atypique

Compte tenu de son profil d’emploi au sein d’un futur réseau de parcs qui alimenteront plusieurs marchés, mais aussi de la grande distance entre la station et le point de connexion terrestre au réseau électrique allemand (près de 100 kilomètres, dont 35 en mer), le P34 est une station assez originale. Elle comptera par exemple deux câbles export, l’un vers Vikinger et l’autre vers Lubmin (où se situe le poste terrestre), avec la possibilité de connecter ultérieurement deux autres câbles afin d’alimenter le réseau allemand avec de l’énergie produite par d’autres parcs.

Du fait de la distance jusqu’au poste terrestre, le P34 est de plus équipé de trois gros « shunt reactor », aussi appelés réactances de compensation. Ils ont pour but de maintenir une tension constante, sachant que les longues lignes à haute tension sont sujettes à leurs extrémités à des phénomènes de surtension en cas de faible charge et de sous-tension lors des périodes de surcharge. Les shunt reactors sont situés dans la chaîne électrique entre les deux transformateurs fournis par ABB et dont la fonction est d’élever la tension du courant produit par les éoliennes (33.000 volts) à 220.000 volts avant de l’envoyer vers le réseau électrique terrestre via un câble sous-marin export.

L’énergie provenant des 60 machines arrivera quant à elle via une dizaine de câbles électriques, les éoliennes étant regroupées en grappes pour limiter le nombre de câbles débouchant à la sous-station. Les câbles passeront par des structures tubulaires de type J-tubes fixées au jacket.

Au niveau du topside de la sous-station, le courant des éoliennes transitera d’abord par un tableau électrique moyenne-tension qui sert de point d’entrée à l’électricité (HTA) provenant des machines. Cette partie a été fournie par Schneider Electric. L’énergie part ensuite vers les transformateurs afin de devenir du courant à très haute tension (HTB) puis est envoyé vers le GIS 220 (gas insulated switchgear), sorte de gros interrupteur servant à effectuer les coupures sous tension, hors tension, et à mesurer le débit du courant. Cet équipement, qui assure la protection du poste de transformation en cas de surintensité, sert d’interface avec le réseau électrique terrestre, qu’il alimentera directement via le câble export. Sur le P34, le local du GIS 220, très haut et équipé d’un pont roulant pour les opérations de maintenance, est particulièrement impressionnant puisque son volume est presque équivalent à l’ensemble de la sous-station Q34 (309 MW), destinée au champ belge Rentel et livrée en début d’année par les chantiers nazairiens (voir notre reportage sur le Q34).

 

Le topside de la sous-station dans la forme 1 du bassin de Penhoët (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

 

Le pont des câbles (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

Le GIS 220 (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

 

L'un des deux transformateurs (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

L'un des trois shunt reactors (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

L’élément critique d’un parc totalement automatisé

La sous-station compte de nombreux autres locaux, avec par exemple les équipements de lutte contre les incendies (eau, gaz et mousse), dont le fonctionnement est automatique, les systèmes de climatisation, très importants compte tenu de la chaleur produite par les installations électriques, ou encore les baies de contrôle des éoliennes. L’ensemble est conçu pour fonctionner de manière complètement autonome. « La sous-station est le cœur d’un parc éolien offshore, c’est l’élément critique du champ. C’est là que le courant produit par les machines est transformé et envoyé vers le réseau électrique terrestre, mais c’est aussi ici que se trouve l’ensemble des automates permettant de gérer le parc sans intervention humaine. Cela nécessite un très gros système de contrôle/commande, qui comprend ici 15.000 entrées et sorties, alors qu’on en trouve à titre de comparaison environ 50.000 sur un grand paquebot », explique Frédéric Grizaud, directeur de la Business Unit Energies Marines d’STX France. « Ce sera la sous-station la plus intelligente installée dans les eaux européennes », estime quant à lui Holger Mathiessen, directeur du projet Arkona.

 

Tableaux électriques des éoliennes (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

 

Les besoins électriques nécessaires au fonctionnement de la sous-station et de ses différents systèmes sont assurés par une petite partie de l’énergie produite par les éoliennes. Des groupes électrogènes sont installés à bord, mais ils ne sont là qu’en cas de secours.

Contrôlée automatiquement, la sous-station pourra évidemment, si besoin, être pilotée depuis la terre dans un centre de monitoring où des opérateurs pourront contrôler l’ensemble des données du site, transmises en temps réel par le système de contrôle/commande du P34.

Bien qu’inhabitée en temps normal, la sous-station dispose quand même de locaux vie, avec quatre cabines pour une quinzaine de personnes, une cuisine et un atelier, qui permettront aux équipes chargées de la maintenance de rester si nécessaire plusieurs jours à bord sans avoir besoin d’effectuer quotidiennement un transfert par bateau ou voie aérienne.

 

 

Une plateforme hélicoptère se situe sur la partie supérieure de la plateforme, où l’on trouve également une grue SMT Marine d’une capacité de 11.2 tonnes à 25 mètres. Ce moyen de levage est conçu pour pouvoir embarquer et débarquer du matériel et des équipements lors d’opérations de maintenance.

 

La grue de service (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Pour les transbordements depuis la mer, on notera que l’une des deux plateformes servant au transfert de personnel est équipée d'un système de réchauffage des échelles afin d’éviter le gel. L’une des grosses contraintes de la Baltique est en effet la présence de glace en hiver et ce dispositif permettra d’améliorer la sécurité d’accès à la sous-station. Il repose sur un système de traçage par câbles électrique, une technologie initialement développée pour éviter le gel des fluides dans les tuyaux.

 

Coursive à bord du topside du P34 (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Conçue et réalisée comme un navire

A bord du P34, on a l’impression de se trouver dans un navire, avec de longues coursives desservant les différents locaux sans avoir besoin de passer par les extérieurs. C’est aussi l’une des particularités des postes de transformation conçus par Saint-Nazaire. Le chantier s’est en effet appuyé sur son expérience dans la construction de navires pour réaliser ces équipements complexes. Contrairement aux habituelles sous-stations, celles de STX ne sont pas basées sur des architectures héritées de l’offshore, où toute la résistance de la structure repose sur des tubes et des poutres, qui supportent le poids des équipements et celui de l’habillage. Les ingénieurs nazairiens conçoivent les sous-stations comme des bateaux, selon le concept « stressed skin ». Tous les ponts, toutes les cloisons, participent à la résistance d’ensemble.

Gain de poids et protection des équipements

Avec à la clé une meilleure protection des équipements contre les intempéries et un gain de poids de 15 à 20% sur la structure métallique, qui représente la moitié de la masse de la plateforme. Cela permet non seulement de réduire les coûts de fabrication, mais aussi d’installation puisqu’un module de très forte puissance comme le P34 reste dans les capacités de levage des plus gros navires de pose, contrairement par exemple à la sous-station de Vikinger, plus lourde et pour laquelle il a fallu poser deux éléments puis les intégrer. Ce ne sera donc pas le cas avec Arkona, dont les équipements auront tous été testés et pré-mis en service avant le départ de Saint-Nazaire. Sur place, il ne restera qu’à poser la structure sur son jacket, assurer la connexion avec les câbles provenant des éoliennes et les câbles export, puis effectuer la mise en route.

 

Les énergies marines requièrent des techniques de soudage très pointues (© BERNARD BIGER - STX FRANCE)

 

Ingénierie et outil industriel dédiés

Pour parvenir à ce résultat, STX France s’est donc appuyé sur son savoir-faire dans la construction navale, ainsi que sur des programmes de R&D pour optimiser les topsides et fondations. Le chantier a par ailleurs développé de nouveaux procédés de fabrication (automatisation du soudage) permettant d'atteindre les objectifs techniques (résister 20 ans au milieu marin) et économiques afin de baisser le coût du kWh en réduisant les coûts de production. La création d’une ingénierie et d’une usine dédiées aux énergies marines (Anemos, mise en service en 2015), ont largement contribué à ce succès.

 

L'usine Anemos (© BERNARD BIGER - STX FRANCE)

 

Une décennie de recherche et d’apprentissage

Car cela en est réellement un dans la mesure où le chantier s’est, faute de voir émerger à temps les premiers parcs éoliens français, lancé directement dans l’aventure sur le marché export. Avec face à lui des concurrents déjà bien installés et des clients qu’il a été d’autant plus difficile de convaincre sans référence nationale. Dans le cadre d’une politique de diversification destinée à sortir de la seule construction de paquebots, le chantier a commencé à travailler en 2008 sur le secteur des énergies marines. Après avoir produit en 2011 sa première fondation métallique de type jacket, destinée au prototype de l’éolienne offshore Haliade 150, développée à l’époque par Alstom (aujourd’hui General Electric), STX France a livré sa première sous-station en 2014. Commandé par l’énergéticien danois Dong Energie, le P33 (218 MW) a été installé sur le champ britannique Westermost Raught. Un premier contrat réussi qui a servi de tremplin au développement de l’entreprise sur ce secteur. Car Saint-Nazaire a grâce au P33 développé les compétences et acquis le savoir-faire nécessaires à la production de telles structures, dont il faut rappeler qu’il s’agit d’équipements très complexes répondant aux standards extrêmement exigeants de l’industrie offshore. Mais avec le P33, il s’agissait « seulement » d’un contrat de réalisation, sur la base des plans fournis par Dong.

 

La sous-station P33 installée sur le champ Westermost Raught (© BERNARD BIGER - STX FRANCE)

 

 

Premiers contrats EPCI

Avec le P34 et le Q34, une étape majeure a été franchie puisqu’il s’agit des deux premières sous-stations « maison », avec un design original développé par les ingénieurs de STX France au travers de commandes « clés en main ». Des contrats EPCI (Engineering Procurement Construction and Installation) pour lesquels le chantier est responsable de l’ensemble du projet, des études à la mise en service, en passant par la construction, le transport et l’installation.

Des clients clairement satisfaits

En janvier dernier, lors de la livraison de la sous-station Q34, les dirigeants belges du projet Rentel avaient déjà salué la qualité du travail accompli par STX France. Il en a été de même jeudi dernier pour le P34. « Dans la compétition internationale que nous avions lancé pour cette sous-station, STX a fait la meilleure offre technique et commerciale. Cela a d’ailleurs été une surprise, à l’époque, pour certains de mes collaborateurs, du fait notamment que le chantier n’avait jusque-là réalisé qu’une seule sous-station. Mais il a été très convaincant et, aujourd’hui, nous avons la preuve que notre choix était le bon », a déclaré Holger Mathiessen, le directeur allemand du projet Arkona.

 

Holger Mathiessen sur le chantier d'Arkona en novembre dernier (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)


Lors de son discours, ce dernier a d’ailleurs qualifié d’ «équipe de classe mondiale » les hommes et femmes de STX France travaillant sur les énergies marines, répétant volontairement la formule afin de bien souligner que le chantier français fait désormais partie des références du secteur. Le représentant norvégien de Statoil s’est également montré très élogieux : « Cet équipement est livré dans les temps et sans accident. Notre équipe d’audit a souligné les excellentes relations avec l’équipe projet, très professionnelle, l’excellent outil de construction de STX et relevé le système de protection de l’ouvrage, que nous n’avions jamais vu jusqu’ici ».  Equipements, cloisons, sols… Depuis le P33, le chantier, s’appuyant là encore sur ses pratiques dans la construction de navires, apporte en effet un grand soin à protéger les différentes parties terminées pendant que les travaux se poursuivent autour. « Cela coûte moins cher de protéger que de réparer », sourit Frédéric Grizaud, qui a évidemment apprécié les compliments adressés publiquement par ses clients : « Ce n’est pas feint, en Europe du nord, on dit ce qu’on pense et cette satisfaction est une vraie récompense pour tout le travail accompli par nos équipes ».

La moitié des heures de travail en sous-traitance

Le directeur de la BU Energies Marines de STX France rappelle au passage que la construction du P34 a représenté 500.000 heures de travail, pour moitié en sous-traitance. Les entreprises locales ont été impliquées à hauteur de 150.000 heures, sachant qu'en tout 242 fournisseurs ont participé au projet, plus de 80% d'entre eux étant des sociétés françaises. STX a notamment recours pour ses contrats dans les EMR à ses sous-traitants traditionnels dans la navale, pour des travaux très variés allant de la structure métallique à la peinture, en passant par les aménagements. Tissot a par exemple réalisé l'un des trois blocs du P34, Mecasoud des profilés, Chouteau les pitons de levage, Gestal la serrurerie, alors que PSM s'est chargé d'assembler les 40.000 pièces de la plateforme hélicoptère de la dernière sous-station. « Les fournisseurs sont principalement des entreprises locales. C’est un choix stratégique car l’objectif est vraiment de développer une filière française. Nous avons donc trouvé des compétences dans la région, avec des entreprises qui ont su se montrer compétitives et que nous accompagnons dans la montée du niveau d’exigence lié à l’offshore ». 

 

Frédéric Grizaud (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Départ de Saint-Nazaire prévu à partir de la mi-mars

Embarqués chacun sur une barge différente, le topside et le jacket de la sous-station quitteront Saint-Nazaire à compter du 15 mars pour rejoindre l’Allemagne. La date exacte du départ, comme la durée du transit, dépendront des conditions météo, des ports de repli étant prévus tout au long du trajet afin de mettre à l’abri les convois si les conditions se dégradent. Confiée à la société néerlandaise Seaway Heavy Lift, l’installation en mer sera conduite par l’Oleg Strashnov, navire équipé d’une énorme grue capable de soulever des charges de 5000 tonnes. Dans cette perspective, un imposant palonnier jaune a été posé sur le « toit » du topside. Accroché par des câbles métalliques à quatre points de levage soudés à la structure, il permettra à l’Oleg Strashnov de la soulever afin de la poser sur sa fondation.

 

L’Oleg Strashnov (© DR)

Le palonnier sur le pont supérieur du P34 (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

L'un des quatre points de fixation (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

La pose du jacket, puis du topside, devrait intervenir entre avril et mai. Alors que les fondations monopiles des 60 éoliennes d’Arkona sont désormais posées, les câbles seront tirés jusqu’à la sous-station en juin/juillet. Puis ce sera au tour du câble export vers la terre, alors que les mâts, turbines et pales des machines devraient être mis en place dans le courant de l’été. L’ensemble du site sera ensuite mis en service et doit être pleinement opérationnel en début d’année prochaine.

- Voir notre reportage réalisé en novembre dernier sur le chantier du parc Arkona

 

STX FRANCE (Chantiers de Saint-Nazaire)