Energies Marines

Reportage

Floatgen, première éolienne flottante construite en France

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Quinze mois après le début de sa construction, la première éolienne flottante produite en France a été inaugurée vendredi 13 octobre à Saint-Nazaire. Réalisé dans le cadre du projet européen Floatgen, ce démonstrateur sera remorqué cet hiver jusqu’au site d’essais en mer SEM-REV, au large du Croisic. Raccordée au réseau électrique terrestre, l’éolienne y sera testée pendant deux ans afin de valider, en conditions réelles, le concept, les technologies retenues et les performances de la machine.

 

L'éolienne Floatgen dans les bassins de Saint-Nazaire (© MER ET MARINE)

L'inauguration de l'éolienne par Catherine Chabot (© FLOATGEN)

(© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

De gros avantages par rapport à l’éolien posé

« L’éolien fixe compte aujourd’hui plus de 3600 machines en service dans le monde, quasi-exclusivement en Europe du nord. Mais on ne peut pas installer de tels parcs au-delà de 40 mètres de profondeur et la plupart des sites propices ont déjà été développés ou sont en cours de développement. Le flottant offre une nouvelle frontière, car il permet de s’affranchir de toute contrainte de profondeur. On peut donc ouvrir le marché de l’éolien en mer à tous les pays du monde, plus seulement quelques zones peu profondes concentrées pour l’essentiel dans les eaux européennes. Le flottant permet aussi d’exploiter au mieux les ressources offertes par le vent, sur les sites plus éloignés des côtes, là où les gisements éoliens sont les meilleurs. Et puisqu’on s’éloigne du littoral, on résout les problèmes liés à la pollution visuelle et aux conflits d’usage, par exemple avec les pêcheurs. Enfin, sur le plan industriel, l’un des grands atouts de cette technologie est de pouvoir réaliser presque tous les travaux à terre. Contrairement à l’éolien posé, il n’y a plus à utiliser des navires d’installation, coûteux, soumis aux aléas météo et qu’il faut réserver longtemps à l’avance. Le flottant permet donc de réduire les coûts et les risques, tout en améliorant l’acceptabilité du développement de l’éolien en mer », affirme Paul de la Guérivière, président d’Ideol.

 

Paul de la Guérivière, à droite, durant la conférence de presse du 13 octobre (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

La fondation innovante d’Ideol

C’est cette société française, créée à La Ciotat en 2010 et forte aujourd’hui de 65 salariés, qui a conçu la fondation flottante choisie pour le projet Floatgen. Il s’agit du Damping Pool, un concept innovant et breveté qui se présente sous la forme d’un anneau carré, construit en béton ou en acier. Celui-ci est capable d’accueillir une éolienne classique sans modification majeure. La machine supportée par Floatgen en est l’illustration parfaite puisque cette turbine Vestas était initialement destinée à un parc éolien terrestre finalement annulé. Elle s’est parfaitement adaptée à la fondation flottante, seules quelques modifications étant nécessaires au niveau du système de contrôle/commande, pour tenir compte des conditions marines et notamment les mouvements de la mer ; tout en adaptant le mât pour lui permettre avec l’ensemble de la structure d’encaisser des efforts plus importants.

Le Damping Pool, pour lequel il n’y a pas de réelle limite de puissance en termes de machines installées, offre selon son concepteur, grâce aux propriétés hydrodynamiques de son design et au système d’ancrage, des mouvements de plateformes extrêmement limités.

 

La fondation Damping Pool de Floatgen pendant la pose de la pièce de transition cet été (© IDEO - BYTP)

Floatgen avec sa fondation en anneau carré Damping Pool (© ECN)

 

Simple et économique

Au-delà des performances techniques, l’enjeu majeur de ce nouveau concept est économique : « Le Damping Pool est un flotteur extrêmement compact et simple. C’est aujourd’hui la seule technologie qui donne de l’avenir à l’éolien flottant car elle permet de réduire les coûts et est compatible avec des développements à grande échelle », affirme Paul de la Guérivière.

Le flotteur a été conçu par Ideal comme une structure simple à réaliser, mais aussi à entretenir. « Tout travail offshore coûte cher et reste contraint par les conditions météo. Nous avons donc décidé d’éliminer au maximum ce problème pour réduire les coûts et les risques. Pour le flotteur, par exemple, il n’y a pas de pompe, de système électromécanique, il est auto-stabilisé et ne nécessite aucune intervention. Quant au béton, il présente l’énorme avantage de pouvoir résister pendant 30, 40 ou 50 ans sans maintenance », souligne Bruno Geschier, directeur commercial et marketing d’Ideol.

 

Bruno Geschier, directeur commercial et marketing d’Ideol (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Plus de retombées pour l’économie locale

La société a eu l’intelligence de concevoir dès l’origine le Damping Pool pour qu’il puisse être réalisé, suivant les pays, en acier ou en béton, selon les savoir-faire et coûts de production locaux. En Europe, par exemple, le béton est peu onéreux et bénéficie d’un grand savoir-faire, alors qu’en Asie, la métallurgie est très puissante et peut inciter à opter pour l’acier. Un élément crucial car, par rapport à l’éolien posé, le flottant doit offrir des retombées locales plus importantes. Compte tenu de la taille des structures, elles seront en effet réalisées à proximité des parcs, l’essentiel des travaux de construction étant conduits dans les ports. Il ne s’agira donc plus uniquement d’utiliser des bases logistiques pour la réception et le pré-assemblage des éléments d’éoliennes, puis leur embarquement sur des navires assurant l’installation au large.

Avec Floatgen, il était d’ailleurs intéressant de mesurer la différence de temps entre la réalisation de la fondation en béton, qui a pris six mois, et l’assemblage des deux sections de mâts, de la turbine et des trois pales, conduite en seulement une semaine. « Cette technologie permet d’accroître les retombées pour l’économie locale et de créer plus d’emplois en réalisation la construction au plus près des sites d’installation. Pour la coque en béton de Floatgen, ont été mobilisés en pointe 70 emplois directs et le projet a fait travailler environ 70 entreprises régionales à des degrés divers, allant de la fourniture de béton et de métal aux prestations de service, jusqu’aux assurances. Il y a eu pour cette seule éolienne plus de 6 millions d’euros de retombées économiques pour les entreprises régionales », souligne Nicolas Jestin, directeur commercial de Bouygues Travaux Publics, chargé de construire la fondation de Floatgen.

 

Le coffrage sur les barges en janvier 2017 (© IDEOL - BYTP)

 

 

Le flotteur en construction en mars 2017 (© IDEOL - BYTP)

Le flotteur après sa mise à l'eau (© IDEOL - BYTP)

 

 

Mise en place des pales début octobre (© MER ET MARINE)

 

Une coque très compacte

L’un des grands atouts du Damping Pool réside aussi dans sa compacité. Dans le cadre de Floatgen, pour supporter une éolienne de 2 MW, le flotteur mesure 36 mètres de côté, pour une hauteur limitée à 9.5 mètres, dont 7.5 mètres immergés. Le tirant d’eau est donc bien inférieur aux autres technologies développées, facilitant la réalisation de telles structures dans les ports. De plus, la taille de la fondation n’est pas proportionnelle à la puissance de la machine qu’elle supporte. Ainsi, les quatre flotteurs Ideol qui seront construits pour la ferme pilote EolMed, dotée de turbines Senvion de 6.2 MW, trois fois plus puissantes que la Vestas équipant Floatgen, mesureront 50 mètres de côté. 

 

 

De l’innovation pour une fondation en béton de 5000 tonnes

De loin, on pourrait penser que Floatgen dispose d’un flotteur en acier. Mais non, il s’agit bien de béton, simplement recouvert - comme la pièce de transition métallique supportant le mât - d’une peinture jaune pour répondre à règlementation sur la signalisation maritime. C’est l’un des grands spécialistes français du béton, Bouygues Travaux Publics, qui a été retenu pour fabriquer l’imposante structure, dont le poids final est d’un peu plus de 5000 tonnes. « Le cœur de ce projet est constitué de R&D, il y a de l’innovation à tous les étages. Nous avons notamment eu recours à une maquette numérique et avons développé un béton léger auto-plaçant spécifique pour réduire la masse et obtenir une réalisation optimisée dans les coffrages. La méthode de construction est également innovante, avec une fabrication en bord à quai sur trois barges solidarisées. Cet ensemble a ensuite été remorqué dans la forme-écluse Joubert, située à l’entrée du port de Saint-Nazaire, où l’ouvrage a été mis en flottaison », détaille Nicolas Jestin. Le béton développé par Bouygues présente une masse de 2 tonnes par m3, contre 2.4 tonnes pour un béton classique. Cela grâce à des granulats plus légers, en l’occurrence des matériaux expansés. « C’est un béton technique, avec des caractéristiques adaptées. Il doit être très résistant pour soutenir les fortes contraintes sur la structure et être capable de rester en mer pendant des dizaines d’années ».

 

(© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

(© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

« La fondation fonctionne comme une coque de bateau »

L’anneau carré en béton est constitué de 16 alvéoles indépendantes, leur volume d’air assurant la flottaison. « La fondation fonctionne comme une coque de bateau, avec un compartimentage permettant, en cas de brèche, de maintenir la flottabilité avec l’une des alvéoles inondée. Nous avons d’ailleurs réalisé des tests en remplissant chaque alvéole d’eau afin de vérifier que la structure continuait de flotter normalement ».

Le recours à des structures flottantes en béton armé n’est pas une nouveauté. L’un des exemples les plus connus est le port artificiel d’Arromanches, constitué après le débarquement allié en Normandie en 1944 avec des caissons flottants remorqués depuis les côtes anglaises et coulés à leur emplacement final. Non loin de Saint-Nazaire, côté sud de la Loire, on trouve encore dans le canal de la Martinière les vestiges de chalands en ciment, réalisés pendant la première guerre mondiale pour le transport de marchandises, au moment où la production d’acier était consacrée à l’industrie d’armement.

Le groupe Bouygues lui-même a des expériences récentes dans le domaine des structures en béton. Avant cette éolienne, il a notamment réalisé au début des années 2000 la grande digue semi-flottante du port de Monaco (352x28 mètres, 160.000 tonnes). Et avant cela il y avait eu la coque en béton d'NKossa, une imposante unité de production de gaz de 220 mètres de long, 46 mètres de large et 71.000 tonnes réalisée en 1995 et installée au large du Congo.

« Nous savons concevoir et construire des structures flottantes durables dans le temps et capables de résister à des conditions dynamiques. NKossa est par exemple soumise à une houle régulière et est exploitée sans problème depuis plus de 20 ans ». Alors que l’épaisseur du béton sur Floatgen est en moyenne de 35 centimètres, la structure est traitée contre la corrosion, l’épaisseur de l’enrobage entre l’extérieur et les premiers aciers étant suffisamment importante pour éloigner au maximum le métal de l’eau. A cela s’ajoutent les caractéristiques propres du béton employé, qui fissure peu et présente une très faible porosité pour éviter les infiltrations.

 

Les lignes en nylon (© ECN)

 

Système d’ancrage en nylon : une première mondiale

Le système d’ancrage de Floatgen constitue une autre originalité du projet. La fondation sera maintenue par six lignes semi-tendues, reliées chacune à une ancre de 16 tonnes reposant au fond de la mer. Deux lignes maintiendront le flotteur sur l’avant et quatre autres par l’arrière. Il s’agit de lignes souples, dites caténaires, longues de 400 à 600 mètres. Si les traditionnelles chaînes sont conservées à chaque extrémité (ancres et points de fixation sur le flotteur), l’essentiel de ces lignes est constitué de fibre synthétique, en l’occurrence du nylon. C’est la société bretonne LeBéon Manufacturing qui a été retenue pour fournir ce système innovant et s’est pour cela entourée de deux partenaires industriels du secteur de l’offshore : le belge Bexco, spécialiste de la fibre synthétique et Dai-Han, sud-coréen spécialisé dans les éléments de chaîne. Ce dispositif, qui permet d’alléger le poids du système d’ancrage et de réduire significativement les coûts, constitue une première mondiale pour un ancrage permanent de cette dimension. « Ces ancrages en nylon de 220mm vont permettre de maintenir l’éolienne de manière très précise et de résister aux plus fortes tempêtes », assure Bertrand Alessandrini, directeur du développement de Centrale Nantes, qui opère le SEM-REV, où a été préinstallé le système d’ancrage en août dernier.

 

Points d'ancrage sur le flotteur (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

Points d'ancrage sur le flotteur (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

L'une des ancres (© ECN)

Navire ayant assuré la pré-installation des lignes d'ancrage cet été (© ECN)

 

Remorquage vers le site d’essais SEM-REV

Implanté à 22 kilomètres au large du Croisic, dans une zone réservée de 1 km2, ce site d’essais va accueillir Floatgen, qui sera installée par 33 mètres de fond. La date du remorquage depuis Saint-Nazaire n’est pas encore fixée. Il faut encore réaliser quelques travaux à quai, pour un mois environ, puis attendre une fenêtre météo favorable. Quatre jours de beau temps et une houle modérée (1.5 mètre maximum) seront nécessaires pour réaliser le transfert et l’ancrage. L’éolienne sera reliée au câble de puissance du site, qui lui permettra d’envoyer le courant produit par sa turbine vers le réseau électrique terrestre.

On notera que Floatgen sera le premier démonstrateur accueilli au SEM-REV, unique site d’essais en mer français dédié aux énergies marines renouvelables. Après 10 ans de négociations, de procédures et de travaux, ce projet porté par Centrale Nantes et le CNRS a vu le jour en 2015. Un projet de longue haleine qui a nécessité « 9 ans et demi d’administratif pour six mois de travaux », relève avec un humour grinçant Bertrand Alessandrini. « L’aventure a démarré en 2005 lorsqu’une poignée de chercheurs ont eu l’idée de développer un site d’essais en mer pour tester des énergies marines. Au début c’était un vrai pari. 20 millions d’euros ont été investis sur le site, notamment la connexion électrique, qui contourne les zones rocheuses au large du Croisic. Nous disposons désormais d’un hub permettant de connecter trois prototypes sur un câble de 8 MW relié au réseau électrique terrestre ». Le SEM-REV compte une station à terre (centre de recherche et sous-station électrique), un câble d’export électrique (20kV et 24 fibres optiques), une zone en mer délimitée de 1 km² bénéficiant de l’ensemble des autorisations administratives, une station de raccordement électrique sous-marine pour trois connexions simultanées, ainsi que des outils d’instrumentation météorologiques et océanographiques (vent, vague et courant et paramètres locaux).

Deux ans d’essais et de mesures au large du Croisic

L’expérimentation de Floatgen sur ce site va permettre d’effectuer de nombreuses mesures, de valider le fonctionnement et la production électrique de la machine, ainsi que son comportement dans la durée et selon différents environnements. Cela, sachant que la côte atlantique est balayée en hiver par de puissantes tempêtes. Alors que le vent souffle régulièrement, à cette période, au-delà de 100 km/h, Floatgen affrontera aussi de très grandes vagues, la zone du Croisic pouvant être soumise à des houles de 16 mètres. Ce qui, cumulé à des petits fonds, constitue des conditions particulièrement difficiles, représentatives selon les équipes engagées dans ce projet des environnements les plus durs auxquels seront confrontés les futurs parcs pilotes et fermes commerciales d’éoliennes flottantes.

L’avenir de Floatgen à l’issue de ses deux années d’expérimentation n’est pas encore fixé. « Si nous avons l’opportunité de pouvoir la tester dans d’autres pays, nous la remorquerons jusque-là », explique Bruno Geschier. Sinon, l’éolienne pourra pendant un certain temps continuer de produire de l’électricité pour le réseau électrique puis, si aucune autre fonction ne lui est trouvée, finira démantelée comme bon nombre de prototypes.

 

 

Modèle réduit des futures éoliennes flottantes

Car Floatgen, si imposante soit-elle, ne constitue qu’un modèle réduit de ce que seront les éoliennes flottantes destinées aux futurs parcs pilotes puis commerciaux. A côté, le démonstrateur, avec son mât de 60 mètres (pièce de transition comprise) supportant une turbine de 2 MW disposant de trois pales offrant un diamètre de 80 mètres, sera bien petit à côté des futures machines. Celles-ci auront au minimum une puissance de 6 MW, avec un diamètre de 150 mètres. Et cela pourra aller beaucoup plus loin : « Nous avons été les seuls, dès l’origine, à anticiper la croissance très importante de la puissance des éoliennes et donc à concevoir une fondation qui pourra, à terme, supporter de très grandes turbines, allant jusqu’à 15 ou 20 MW », assure Paul de la Guérivière.

Un atout là aussi par rapport à l’éolien posé, où l’arrivée de machines bien plus grosses commence à poser de sérieux problèmes pour les navires d’installation en mer (voir notre article sur le sujet), dont les moyens de levage atteignent leurs limites.

 

 

Un projet européen de 25 millions d’euros

D’un coût de 25 millions d’euros, dont 10 supportés par l’Europe et 9.5 par la France au titre du programme des Investissements d’avenir (PIA), le projet Floatgen réunit 7 partenaires. Aux côtés des trois français (Ecole Centrale de Nantes, Ideol, Bouygues), on trouve aussi deux Allemands (l’Université de Stuttgart qui contribue aux simulations numériques et à l’évaluation de la campagne de mesures, ainsi que Fraunhofer-Iwes pour le benchmark entre le système flottant retenu et d’autres solutions), un Britannique (RSK Group qui s’est chargé de l’analyse de l’impact environnemental du système flottant) et un Espagnol, Zabala, pour la gestion du consortium et la communication interne du projet.

Ce dernier accuse au final deux ans de retard. Tant et si bien qu’avant même que la machine soit installée sur son site d’essais, Ideol a signé un contrat pour la réalisation de deux démonstrateurs au Japon (un en acier et un en béton), le premier étant en cours de réalisation pour une installation en mer à l’été 2018. Par ailleurs, le gouvernement français a désigné en 2016 les lauréats pour la construction de quatre fermes pilotes d’éoliennes flottantes, une en Bretagne et trois en Méditerranée. Parmi ces dernières, il y a le projet emmené par Quadran pour lequel le Damping Pool d’Ideol a été retenu afin de supporter des turbines Senvion de 6.2 MW.

Le démonstrateur apporte un précieux retour d’expérience

Dans ces conditions, l’expérimentation de Floatgen n’est-elle pas un peu tardive ? « Non, car nous avons grâce à ce projet déjà beaucoup de retours d’expérience sur les phases de conception, de construction et d’ancrage en mer. Ils sont intégrés aux nouveaux projets que nous développons et, lorsque Floatgen sera en exploitation, nous aurons un retour d’expérience complémentaire avant la construction des premières fermes pilotes. Grâce à ce démonstrateur et la construction d’un second en cours au Japon, nous allons très rapidement accumuler de l’expérience et des données, ce qui va nous permettre d’optimiser encore le concept et de réduire les coûts », repond Paul de la Guérivière. Chez Bouygues également, on note que Floatgen constitue un précieux premier galop en matière de méthodes de construction et d’installation. « C’est le début d’une aventure, pas une finalité », insiste Nicolas Jestin.

 

Nicolas Jestin, directeur commercial de Bouygues Travaux Publics (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Cap sur les premières fermes pilotes

Et la suite est donc déjà engagée en France avec le projet de ferme pilote EolMed, qui verra l’installation de quatre machines à une quinzaine de kilomètres au large de Gruissan, dans l’Aude. Les permis pour installer et opérer ce parc devraient être déposés en préfecture d’ici la fin de cette année. Puis, à l’issue des délais d’instruction et de recours, les industriels engagés dans ce projet espèrent débuter les travaux de construction à partir de 2020. Les flotteurs en béton doivent être réalisés à Port-la-Nouvelle. Cette ferme affichera une puissance de 24.8 MW et permettra de produire 100 millions de kWh par an, soit la consommation électrique annuelle d’environ 50.000 personnes. EolMed fait partie des quatre premiers parcs pilotes attribués par le gouvernement français, les trois autres allant être développés avec des turbines et flotteurs différents à Faraman et Leucate, en Méditerranée, ainsi qu’entre Belle-Ile et Groix, au large des côtes bretonnes.

 

(© IDEOL)

 

Coup d’accélérateur français sur le flottant

Alors que la France est très en retard par rapport à l’Europe du nord dans le développement de champs éoliens offshore posés, les six projets en cours (Noirmoutier-Yeu, Guérande, Saint-Brieuc, Fécamp, Courseulles-sur-Mer, Le Tréport et Dunkerque) n’ayant pas encore vu le jour, le pays entend bien être se placer en position de pionnier et de leader dans le flottant. D’autant que la Bretagne et la Méditerranée abritent les meilleurs gisements éoliens du Vieux Continent, mais dans des zones trop profondes pour les machines posées. C’est pourquoi le gouvernement a décidé de donner un coup d’accélérateur à cette technologie.

Après ces premières fermes pilotes, ce sera l’étape finale, celle des parcs commerciaux, avec un premier appel d’offres attendu en France à partir de 2018 pour des mises en service à l'horizon 2025. Chaque site pourra accueillir une cinquantaine de machines.

L’éolien en mer devient économiquement compétitif

Le développement du flottant semble désormais devoir être conduit très rapidement, non seulement grâce à une maturité technologique à portée de main, mais aussi à une conjonction favorable entre une réduction sensible des coûts et la mise en place de politiques volontaristes pour développer la part des énergies renouvelables. Selon Paul de la Guérivière : « Nous partageons plus de 80% de nos coûts avec l’éolien posé et sommes compatibles avec des éoliennes standard. Or, on constate sur l’éolien posé une chute drastique des prix. Il y a 15 ans, on était à environ 200 euros du MW/h, alors que les derniers appels d’offres tablent désormais sur des prix de 40 à 70 euros du MW/h, ramenant l’éolien en mer à un prix très proche de l’énergie produite à terre. Comme l’éolien posé, nous allons progressivement réduire les coûts et bénéficier des progrès accomplis pour y parvenir encore plus vite. Développer l’éolien en mer n’est donc plus qu’une question d’écologie, c’est aussi devenu une source d’énergie compétitive, et cela change tout ».

Rien qu'en France, le potentiel en matière d’éolien flottant est estimé à 6 GW d'ici 2030, soit l'équivalent de 3.6 centrales nucléaires EPR d’ici 2030. 

 

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