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Reportage

Eolien offshore : Sur le chantier du parc allemand Arkona

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C’est sur ce parc, en cours de construction en mer Baltique, que sera installé l’an prochain le « P34 », imposante sous-station électrique réalisée par les chantiers de Saint-Nazaire.

Nous sommes sur l’île de Rügen, au nord-est de Rostock, au coeur de l’ex-République Démocratique Allemande (RDA). Depuis deux ans, Mukran, le port de Sassnitz, est en pleine transformation sous l’impulsion d’une nouvelle activité. Construit en 1987 à côté de la station balnéaire de Bintz, qui a gardé une architecture typique de l’époque de l’ancienne RDA, ce port a été édifié lorsque l’URSS, alors moribonde, voulait créer dans cette zone une alternative portuaire à la Pologne, où Lech Valesa et Solidarnosc conduisaient l’émancipation du pays. Pendant plus de deux décennies, Mukran a vécu du trafic commercial et d’une ligne de ferries avec la Suède.

 

Eléments du futur gazoduc Nord Stream 2 à Port Mukran (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Nord Stream 2 et un second parc éolien

S’y ajoute désormais l’offshore. C’est en effet ici que sont stockés les 40.000 éléments du futur gazoduc Nord Stream 2, qui va relier la Russie et l’Allemagne à travers la Baltique sur 1200 kilomètres et dont la mise en service est prévue fin 2019. Mais le port vit surtout, désormais, au rythme de l’éolien offshore, dont il est devenu une grande base logistique. Après la construction du parc Vikinger (70 machines Adwen de 5 MW) exploité par Iberdrola, c’est au tour d’Arkona de voir le jour.

 

Port Mukran (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

Pièces de transition des éoliennes d'Arkona à Port Mukran (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

E-ON et Statoil à la barre d’un projet à 1.2 milliard d’euros

Représentant un investissement de 1.2 milliard d’euros, ce projet est porté par l’énergéticien allemand E.ON, allié au groupe norvégien Statoil, chacun en détenant 50%. Opérateur du champ et responsable de sa construction, E.ON, qui a déjà réalisé 8 parcs dans l’éolien offshore, travaille également avec le gestionnaire de réseau 50 Hertz, qui assurera la connexion électrique terrestre à Lubmin, où arrivent déjà les câbles de Vikinger.

De 80 machines de 3.6 MW à 60 turbines de 6 MW

Arkona sera pleinement opérationnel en 2019 et affichera une puissance de 385 MW, de quoi fournir en électricité 400.000 foyers allemands. « Initialement, le parc devait être équipé avec 80 machines Siemens de 3.6 MW mais nous sommes passés à des turbines de 6 MW, ce qui permet pour la même puissance de réduire le nombre d’éoliennes et donc les coûts, notamment en matière de raccordement », explique Holger Mathiessen, directeur du projet Arkona. Les nouvelle machines sont des Siemens D7 6.0–154 PB de 6 MW, dont les turbines culmineront à 102 mètres au-dessus du niveau de la mer, avec des rotors de 154 mètres de diamètre chacune. Chacune des trois pales de chaque éolienne aura une longueur équivalente à l’envergure d’un avion gros porteur A380.

 

 

Il y en aura 60, soit donc un quart de moins que le projet original. On notera que la puissance pourra être augmentée puisque Siemens, via un travail sur les composants, prévoit de pouvoir upgrader ces éoliennes pour les porter à 6.4 MW. Le changement de machine a évidemment entrainé un redimensionnement du parc et une révision de l’ensemble du process industriel et logistique. Avec des éoliennes nettement plus grosses, il a aussi fallu réétudier les fonds marins. « C’est important en Baltique car la nature des sols est très variable. Cependant, nous n’avons pas été obligés de refaire des carottages à chaque emplacement d’éolienne. Nous avons conduit uniquement trois nouveaux forages, le reste étant modélisé via une étude sismique. C’est la première fois que cela se fait, grâce à des technologies provenant de l’Oil & Gas qui nous permettent là aussi d’optimiser les coûts ».

 

Holger Mathiessen (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Le champ est installé dans la zone économique exclusive allemande, à environ 35 kilomètres de la côte, à mi-chemin environ entre Sassnitz et le port danois de Rönne. Les profondeurs d’eau sur le site vont de 23 à 37 mètres. Après la décision finale d’investissement, en avril 2016, puis les études de survey la même année, les travaux de construction ont commencé au second trimestre de cette année.

Implantation d’une base logistique

Pour les mener à bien, E-ON a implanté une base logistique à Mukran, où le port a été agrandi avec de nouveaux quais et des terre-pleins offrant l’espace nécessaire à la manutention et au pré-assemblage des gigantesques éléments allant constituer le champ. E-ON a notamment érigé un bâtiment flambant neuf, d’où ses équipes pilotent les opérations directement sur place, en plus des personnels chargés du projet travaillant à Hambourg. En tout, 90 collaborateurs de l’énergéticien sont mobilisés sur Arkona. Le nouveau bâtiment compte des bureaux mais sert aussi de base-vie et de base technique, avec un hall de stockage de matériel et des ateliers s’ouvrant directement sur le quai.

 

La base (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

 

C’est là que viennent s’amarrer les navires de support chargés de conduire les personnels techniques vers le champ. Aujourd’hui, c’est le Presto, catamaran de 28 mètres de long pour 9 mètres de large livré en février 2016 par le chantier vietnamien Strategic Marine sur la base d’un design du Britannique BMT Nigel Gee. Capable de filer à 27 nœuds, ce crew boat spécialement conçu pour l’éolien offshore peut transporter 24 personnes et affronter les conditions parfois difficiles de la Baltique. Il dispose sur la plage avant d’une grue et d’emplacements pour deux conteneurs de 20 pieds (un autre à l’arrière).

 

Le Presto à quai à la base d'E.ON/Statoil (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

 

A la passerelle du Presto (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Ce navire, après la phase de construction, servira aux opérations de maintenance, les équipes intervenant depuis le nouveau bâtiment d’E-ON, où les personnels disposeront d’un site conçu sur mesure, avec tout le matériel nécessaire, des espaces de travail, de vastes locaux pour se restaurer ou encore une salle permettant de sécher dans la nuit les combinaisons utilisées la veille lors des sorties en mer. Dans le magasin du bâtiment, on remarque aussi une réplique d’une partie d’une pièce de transition, avec ses boulons de 120mm de diamètre. « Elle sert à l’entrainement du personnel, qui peut en toute sécurité vérifier les outils et se familiariser avec les opérations avant de partir en mer. De la même manière, nous avons aussi, devant le bâtiment, la réplique d’une grue installée sur la pièce de transition, qui sert aussi à s’entrainer », explique le responsable technique de la base. Alors que le pilotage du futur champ éolien, complètement automatisé, sera conduit localement, cette implantation d’E-ON et Statoil génère localement d’importantes retombées économiques, qui iront au-delà de la phase de construction. « Nous aurons ici 50 employés hautement qualifiés et une centaine d’autres en sous-traitance. C’est très important pour cette région qui vivait essentiellement, jusqu’ici, du tourisme balnéaire, avec des emplois très saisonniers », note Holger Mathiessen.

 

Monopile (© ARKONA)

 

Des monopiles avec revêtement en aluminium

Le chantier a commencé avec l’installation des monopiles allant supporter les éoliennes. Produites par EEW à Rostock, elles mesurent 81 mètres de long pour un diamètre de 7.75 mètres et un poids de 1200 tonnes. Réalisées en acier, ces fondations présentent la particularité d’être recouvertes sur une hauteur d’une trentaine de mètres d’un revêtement en aluminium. Ce dernier permet d’éviter la corrosion et a été conçu pour rester efficace même en cas de choc. Il se substitue aux traditionnelles anodes sacrificielles, qui présentent dans la durée des problématiques de pollution lorsqu’elles se dégradent. Cette protection en aluminium est appliquée par la société Kreps sous forme de spray dans un atelier complètement automatisé de Rostock. « L’emploi de robots permet de gagner un temps considérable. Ce ne serait d’ailleurs pas possible économiquement de le faire manuellement compte tenu de la surface à traiter sur les monopiles. Il faudrait des dizaines de personnes pendant des mois pour obtenir le même travail ! ».

 

 

Van Oord à la manœuvre pour les fondations

Une fois achevées, les monopiles ont été mises en situation de flottaison avec des « bouchons » à chaque extrémité puis remorquées en position couchée depuis Rostock. Elles ont alors directement rejoint leur lieu d’installation où le Svanen, un navire d’installation du groupe néerlandais Van Oord, chargé de cette opération, les a redressées au moyen de son puissant portique. Le bouchon de la partie haute est alors ôté, puis le marteau S4000 IHC mis en œuvre par le même portique est posé en lieu et place, enserrant l’extrémité supérieure de la monopile, maintenue dans une « pince ». L’enfoncement dans le sol marin peut alors débuter.

 

Le Svanen (© ARKONA)

 

 

Tout un dispositif pour réduire le bruit

Le marteau dispose d’un système de compensation de houle pour demeurer extrêmement précis durant l’opération. Mais il est aussi équipé d’un amortisseur hydraulique afin de réduire les bruits et vibrations lors de la phase d’enfoncement. « Nous avons pour des questions environnementales des règles très strictes pour réduire les bruits rayonnés lors du chantier, en particulier l’installation des monopiles. Nous utilisons par conséquent un système spécifique pour le marteau, mais ce n’est pas la seule mesure », souligne Holger Mathiessen. Les Allemands poussent en effet très loin cette question puisqu’ils créent également, lorsque le marteau est en action, un double manteau de bulles d’air autour de la fondation afin d’empêcher la propagation des rayonnements sonores. Ce barrage a été mis en place au moyen de trois navires, dont le supply Blue Betria de Maersk, sur lequel des compresseurs ont été installés. Ceux-ci injectent de l’air dans deux tubes déployés par deux autres bateaux (ici les Blue Aries et Blue Antares) autour de la monopile. L’air est expulsé par ces tubes, formant deux rideaux de bulles qui emprisonnent l’essentiel du bruit dans la zone de travail. L’enfoncement de chaque fondation doit être réalisé dans une durée maximale de 180 minutes avec un niveau sonore devant être inférieur à 160 décibels, sachant que des hydrophones, placés à 750 et 1000 mètres du Svanen, permettaient de mesurer le rayonnement sonore et contrôler qu’ils étaient conformes au niveau souhaité, l’objectif étant de réduire le plus possible l’impact sur la faune marine.

30 heures entre deux piles

Une fois la pile enfoncée, le navire de pose se désarrime, les 8 ancres le maintenant pendant l’opération étant relevées par un AHTS, l’ensemble rejoignant l’implantation suivante d’une éolienne pour installer tout le dispositif et recommencer. Préparation, installation et enfoncement sont conduits en 30 heures. Une fois implantées, les monopiles, qui dépassent « à peine » le niveau de la mer, sont équipées d’un feu de position pour répondre aux impératifs de la sécurité de la navigation dans la zone, en attendant la pose du reste des éoliennes.

 

Les pièces de transition en attente d'embarquement sur le port (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Début de la pose des pièces de transition

Alors que toutes les monopiles sont désormais en place, l’installation des pièces de transition a débuté le 7 novembre. Conçues pour supporter d’énormes contraintes, ces structures en acier peintes en jaune feront la jonction entre la fondation et le mat. Elles sont aussi équipées d’une petite grue pour la manutention de matériel pendant la phase de construction puis les opérations de maintenance quand le parc sera opérationnel. Hautes de 16 mètres pour un poids de 270 tonnes, les pièces de transition sont produites par Bladt à Aalborg, au Danemark. Elles ont rejoint en bateau, par lots de 5, le port de Mukran où elles sont stockées sur un vaste terre-plein.

 

 

De décembre 2016 à la fin janvier, une phase de tests s’est déroulée sur place avec les personnels afin de rôder les procédures d’installation et les interfaces. L’objectif était pour l’équipe projet d’E.ON/Statoil et celles des fournisseurs de gagner du temps en mer via un premier retour d’expérience, en optimisant l’intervention des différents acteurs et en identifiant les difficultés potentielles pour trouver les meilleures solutions. « Cette étape visait à se préparer pour, une fois en mer, effectuer un travail efficient, au plus haut niveau de qualité et de sécurité pour les personnels, ce dernier point étant fondamental dans le projet », explique Silke Steen, responsable du reporting. Il faut dire que chez E.ON et Statoil, on ne badine clairement pas avec la sécurité, réellement omniprésente des installations portuaires aux opérations maritimes.  

 

Le Fairplayer vu du Presto (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Installation par le Fairplayer

A ce jour, 18 des 60 monopiles ont reçu leur pièce de transition. Celles-ci sont chargées sur le Fairplayer, un navire spécialisé dans la manutention de colis lourd de l’armement Jumbo Offshore, qui est affrété par Van Oord pour cette mission. Le bateau de 144 mètres de long peut embarquer dans sa cale jusqu’à 6 pièces de transition, soulevées et mises en place avec ses deux grues d’une capacité unitaire de 900 tonnes. Ces moyens de levage sont, pour cette opération, équipés d’un système de compensation.

 

 

Grue du Fairplayer équipé d'un système de compensation (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Arrivée des éoliennes au troisième trimestre 2018

Une fois les 60 pièces de transition à poste, le montage du reste des éoliennes pourra débuter. Mâts, pales et turbines seront acheminés depuis différents lieu jusqu’à Mukran, où ces éléments seront préassemblés sur le hub logistique actuellement occupé par les pièces de transition. Les éoliennes seront alors embarquées sur le Sea Challenger, un navire de pose jack-up de la compagnie danoise a2Sea, qui les installera sur le champ. Le début de cette phase est prévu au troisième trimestre 2018.

 

Equipe assurant l'enroulement du câble pour son stockage (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

77 kilomètres de câble fournis par Nexans

Entretemps, il faudra installer les câbles. Ceux-ci sont fournis par Nexans. L’usine du groupe français située à Hanovre en produit 77 kilomètres rien que pour relier les éoliennes à la sous-station électrique, avec des câbles d’un diamètre de 300 et 800 mm, les plus gros étant placés près du transformateur offshore, là où il y a le plus besoin de puissance. Ces câbles sont directement acheminés depuis Hanovre jusqu’au port de Mukran par train, en profitant de la liaison ferrée servant aux activités commerciales du port, notamment la ligne ferry. « Nous pouvons acheminer en une fois, sur un convoi de 24 wagons, 10 kilomètres de câble, ce qui correspond à la longueur maximale que peut produire le site d’Hanovre. Le câble de 800mm pèse 45 kilos par mètre et celui de 300 mm 27 kg », explique sur place des membres de l'équipe de Nexans, qui supervisaient cette semaine l’enroulement d’une nouvelle livraison. Le câble est ainsi stocké en attendant son embarquement sur un navire câblier et sa pose en mer. Cette opération sera conduite en mars/avril sous la conduite de la compagnie néerlandaise VBMS, avec un navire doté sur le pont d’un énorme carrousel permettant de charger l’intégralité du câble.

 

 

Câble de 300mm (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Celui-ci va donc constituer un réseau sous-marin entre les 60 éoliennes d’Arkona et la sous-station électrique, à bord de laquelle le courant alternatif de 33.000 volts produit par les machines sera porté à 220.000 volts. Il sera ensuite exporté via deux gros câbles longs de près de 100 kilomètres (fabriqués par Prysmion) jusqu’à la station de Lubmin, où il sera injecté dans le réseau électrique allemand.

 

La sous-station P34 (© STX FRANCE)

 

Une sous-station électrique conçue et réalisée à Saint-Nazaire

Pièce maîtresse du champ, la sous-station actuellement construite à Saint-Nazaire sera installée au printemps prochain. Regroupant l’ensemble des équipements, son topside, l’un des plus imposants au monde, pèsera 4000 tonnes et sera supporté par une fondation métallique de type jacket de 1500 tonnes et une soixantaine de mètres de hauteur. « Ce topside est le plus gros réalisé jusqu’ici en un seul module. C’est l’une des originalités des designs que nous avons conçus à Saint-Nazaire. Nous ne nous sommes pas basés 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. Nos ingénieurs conçoivent les sous-stations comme des navires, où tous les ponts, toutes les cloisons, participent à la résistance d’ensemble. Il en résulte un gain de poids de 15 à 20% sur la structure métallique, qui représente la moitié de la masse de la plateforme », explique Lionel Josse, responsable commercial de la « business unit » Energies Marines des chantiers nazairiens.

 

 

Au final, la sous-station est donc plus légère, d’au moins 10%, ce qui engendre des gains en termes de coûts mais aussi des avantages logistiques. C’est le cas pour Arkona puisque les plus puissants navires d’installation capables de travailler en Baltique peuvent soulever des charges de 4000 tonnes (les bateaux de plus forte capacité ne passent pas sous les ponts danois). Ainsi, pour la sous-station du champ voisin Vikinger, qui pèse plus de 4500 tonnes, il a fallu installer deux modules, avec à la clé un important et coûteux travail en mer pour achever l’ensemble. « Avec notre concept, l’installation est réalisée en une seule fois et nous limitons au strict minimum le travail offshore puisqu’il ne reste que la connexion à réaliser avec les câbles provenant des éoliennes et les câbles export ».

 

Lionel Josse (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Mise à l’eau en janvier et installation en avril

A Saint-Nazaire, le P34 est fabriqué en trois blocs, assemblés l’été dernier directement sur une barge échouée dans la forme A. La plupart des équipements sont désormais installés et après les tests les mises en service ont déjà débuté. La mise à l’eau interviendra en janvier, la sous-station rejoignant alors, sur sa barge, la forme 1 du bassin de Penhoët, où elle sera achevée. Le remorquage vers le site d’Arkona est prévu en avril, dans la foulée jacket, également en cours de réalisation dans le chantier français.  Cette fondation sera transportée sur une autre barge et posée en mer, où les quatre gros tubes (templates) intégrés à sa base viendront se « pluger » dans autant de piles enfoncée dans le sol marin l’été dernier. L’espace entre les templates et les piles d’ancrage sera comblé avec du béton afin de rendre le jacket et les piles parfaitement solidaires.

 

 

Un projet crucial pour STX France

La pose en mer de la sous-station électrique sera réalisée par le navire Oleg Starshnov de la compagnie Seaway Heavy Lift. Le tout sous la responsabilité des chantiers nazairiens puisque le P34 fait l’objet d’un contrat EPCI (Engineering Procurement Construction and Installation). « C’est un contrat clé en main, depuis le design jusqu’à l’installation, le premier que nous ayons signé. Il est donc très important car c’est un exemple très concret de ce que Saint-Nazaire veut faire et peut faire sur le marché, avec des solutions complètes, compétitives et innovantes. Nous poursuivons d’ailleurs dans cette démarche avec notre nouveau concept SeeOs (Scalable Efficient Evolutive Offshore Substation, ndlr) qui consiste en une nouvelle gamme de sous-stations posées ou flottantes basées sur la standardisation et la modularité », explique Lionel Josse. Alors que le chantier travaille déjà sur un autre contrat EPCI dans l’éolien offshore avec la sous-station Q34 (309 MW, 1200 tonnes pour le topside), qui sera installée début 2018 sur le champ belge Rentel, en mer du nord, STX France compte donc finir, avec ces projets, d’assoir sa crédibilité dans un marché extrêmement exigent et aussi très concurrentiel.

L’approche du chantier français, avec des solutions robustes et économiques issues de la navale, semble en tous cas payante puisqu’il est parvenu à s’imposer face à des acteurs pourtant présents sur le marché depuis bien plus longtemps. « STX faisait partie des trois compétiteurs pré-qualifiés pour la sous-station et nous avons été intéressés par leur solution, qui a été validée après une évaluation technique et commerciale. La taille du chantier de Saint-Nazaire, le fait qu’il ait déjà réalisé des sous-stations, qu’il se soit doté de moyens industriels dédiés mais aussi le fait qu’il produise de grands navires de croisière complexes livrés dans les temps et les budgets définis ont également été des points importants », confie Holger Mathiessen.

Les relations paraissent en tous cas excellentes entre le client germano-norvégien et son fournisseur français, qui se mobilise comme les autres acteurs impliqués dans le projet pour mener à bien l’achèvement d’Arkona. Pour l’heure, malgré la complexité d’un tel chantier, tout se déroule nominalement selon le directeur de projet : « Nous sommes dans les temps et dans les budgets ».

 

(© ARKONA)

STX FRANCE (Chantiers de Saint-Nazaire)