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Naval Energies : Des fondations déclinables pour l'éolien flottant

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Naval Group travaille depuis plusieurs années sur le développement d’un flotteur pour éolienne, dont les premiers exemplaires vont bientôt être construits. Après de longues études et simulations, le design est maintenant arrêté. Il s’agit d’un flotteur semi-submersible pouvant être réalisé en acier, en béton ou en version mixte. « Nous avons choisi cette technologie pour des questions de stabilité mais aussi parce qu’elle constitue la solution la plus simple à mettre en œuvre dans un port, pour l’assemblage et la construction, puis lors du transport vers le site d’installation.  L’idée est de pouvoir, selon les compétences et les ressources industrielles locales, décliner ce flotteur en différents matériaux, tout en conservant une architecture similaire », explique Frédéric Chino, responsable commercial de Naval Energies, société de Naval Group (55%), de la BPI et de Technip dédiée aux énergies marines.

Si la sidérurgie est très puissante dans des régions comme l’Asie, renforçant l’intérêt local pour des flotteurs en acier, d’autres parties du monde, à l'image de l’Europe et de la France en particulier, disposent d’une filière très robuste dans le secteur du béton. « Il est fondamental de regarder le coût des matériaux là où l’on développe des champs. Existe-t-il une filière acier ou béton ? Quelle est la plus avantageuse ? Quels moyens et infrastructures existent sur place ? ». Le choix des matériaux dépend aussi des conditions environnementales, et donc des contraintes que doivent subir les machines.

Pour les marchés en Extrême-Orient, Naval Energies mise donc plutôt, à priori, sur des fondations en acier, mais ses premiers projets concrets concernent les deux autres déclinaisons.

Premières réalisations aux Etats-Unis et en Bretagne

Des structures en béton verront notamment le jour aux Etats-Unis, le consortium auquel appartient Naval Energies (composé d’Emera, Cianbro Corporation, l’Université du Maine et UMaine) ayant été choisi en avril 2016 par le département américain de l’Energie pour développer le projet Maine Aqua Ventus. Ce dernier porte sur la création d’une ferme pilote comprenant deux machines de 6 MW dont l’installation est prévue en 2019 en vue d’une mise en service l’année suivante.

Dans le même temps, Naval Energies travaille sur le projet de Groix-Belle-Ile, porté par Eolfi et qui est l’une des quatre fermes pilotes d’éoliennes flottantes allant voir le jour en France. Quatre machines doivent y être installées en 2020, chacune étant équipée d’une turbine Haliade 150 de 6MW développée par General Electric. Ces éoliennes dotées de trois pales présenteront un diamètre de rotor de 150 mètres.

 

Flotteur hybride avec embase en béton (© : NAVAL ENERGIES)

 

Un flotteur hybride pour Groix-Belle-Ile

Dans le cas de Groix-Belle-Île, c’est finalement un flotteur mixte qui sera réalisé, alors qu’initialement l’industriel penchait plutôt pour du tout acier. « En termes de conditions de mer, c’est la solution la plus adaptée. Pour Groix, l’embase des éoliennes, qui est la pièce subissant le plus de contraintes, sera en béton, car celui-ci tient bien la fatigue en Atlantique. L’emploi de l’acier aurait nécessité dans ce cas de gros renforts ». Les flotteurs bretons disposeront en revanche, en plus de la pièce de transition faisant la jonction entre le mât et l’embase, de trois colonnes en acier, permettant d’équilibrer les masses. Ces colonnes et l'embase seront ballastées. 

Cette fondation hybride pour éolienne de 6 MW présentera un poids compris entre 7000 et 8000 tonnes (dont les deux tiers environ pour l’embase en béton), contre près de 3000 tonnes pour une solution exclusivement en acier. L’embase aura une forme en « Y », avec des côtés de 60 à 70 mètres. En fin de construction, la structure aura un tirant d’eau inférieur à 8.5 mètres, compatible avec la plupart des ports. Elle sera ensuite ballastée sur son lieu d’exploitation, la partie immergée atteignant alors 18 mètres.

Construction dans la forme 3 du port de Brest ? 

Sur plan industriel, les flotteurs seront réalisés à Brest. L’hypothèse privilégiée pour le moment semble une utilisation de la forme 3 du port de commerce, qui pourrait accueillir les quatre fondations simultanément. Le groupe Vinci, partenaire de Naval Energies pour la partie flotteur, réalisera les embases en béton. On notera qu’une solution alternative de construction à flot est également étudiée. Concernant les éléments métalliques, Naval Energies devrait réaliser les pièces de transition. Pour des questions de coûts, les trois grands tubes d’acier de la fondation pourraient en revanche être sous-traités. Si tout va bien, la fabrication devrait débuter en 2019 en vue d’une installation l’année suivante, la réalisation des quatre machines devant être conduites en 12 à 18 mois. Ce projet servira à développer les processus industriels permettant de produire ensuite des éoliennes flottantes en grande série et sur des délais très courts. L’objectif est, en effet, de pouvoir construire des parcs commerciaux de 70 machines en moins de 2 ans.

 

(© : NAVAL ENERGIES)

 

Ancrages : Plusieurs solutions envisagées

Concernant l’ancrage, plusieurs solutions sont étudiées. La plus conventionnelle, bien connue de l’industrie offshore, est celle des chaînes métalliques. Face à elle, de nouvelles technologies émergent. C’est le cas des matériaux synthétiques, comme les lignes en nylon adoptées pour le démonstrateur Floatgen. L’avantage est notamment le gain de poids offert. « C’est une piste très intéressante mais ces technologies ne sont pas encore qualifiées et n’apportent pas de garantie sur les 20 ans pendant lesquels les parcs doivent fonctionner », affirme Frédéric Chino. Naval Energies regarde également avec attention d’autres possibilités, comme celle issue des plateformes à lignes tendues (Tension Leg Platforms – TLP). Ce concept utilisé dans l’offshore sera d’ailleurs employé pour l’un des trois autres parcs pilotes français développés en Méditerranée, celui de Provence Grand Large. « Il présente l’avantage d’offrir une très grande stabilité mais ce système d’ancrage est très cher, en particulier pour la phase d’installation ».

Entre atouts techniques, innovation et équilibre économique, il faut évidemment faire des choix, l’intérêt pour telle ou telle solution pouvant évidemment varier selon la zone d’implantation des parcs et l’environnement dans lequel ils sont exploités, en particulier en termes de profondeurs, de puissance de la houle et du vent. « Il faut trouver des solutions adaptées aux conditions, que ce soit en termes d’architecture, de matériaux employés, de lignes d’ancrage mais aussi de machine. Le travail que nous avons mené avec GE au travers du projet Sea Reed, qui portait sur l’intégration de l’Haliade 150 sur un flotteur, nous a en effet permis de constater qu’on ne pouvait pas mettre n’importe quelle turbine sur une fondation flottante. Il y a des paramètres importants à respecter afin que non seulement l’ensemble soit stable, mais aussi qu’il produise le plus possible d’électricité ».

 

Frédéric Chino (© : MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Après avoir mené d’importantes études, qui ont commencé en 2008 via le projet Winflo, Naval Energies estime aujourd’hui maîtriser le sujet de l’éolien flottant et se dit prêt à passer à la phase de réalisation. « Nous avons un retour d’expérience sur les machines de 6 MW et des données disponibles pour développer rapidement une solution pour des turbines de 8 MW. Nous attendons ensuite les éoliennes d’au moins 10 MW, pour lesquelles nous n’avons pas encore de caractéristiques précises. En fonction de la puissance, la taille du flotteur sera amenée à grossir, mais pas de manière linéaire ». Entre 6 et 8 MW  par exemple, la différence de gabarit du flotteur de Naval Energies serait très limitée.

 

 

Naval Group (ex-DCNS)