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Energies Marines

Reportage

Sur la première sous-station conçue par STX

Energies Marines

Nous vous emmenons aujourd’hui à bord d’une réalisation industrielle encore unique en France, puisqu’il s’agit seulement de la seconde produite sur le territoire et de la toute première de conception entièrement tricolore. Il s’agit de la sous-station électrique réalisée par les chantiers de Saint-Nazaire pour le champ éolien offshore Rentel, en cours de construction dans les eaux belges de la mer du Nord.

Le « Q34 », comme on l’appelle chez STX France, comprend une partie supérieure, le « topside », qui abrite l’ensemble des équipements électriques assurant l’interface entre les éoliennes et le réseau terrestre, ainsi que tous les systèmes de commande et de contrôle du parc, qui sera totalement automatisé. Transporté sur une barge, ce topside a quitté l’estuaire de la Loire dans la soirée du 11 janvier afin d’être remorqué jusqu’en Belgique, où il sera posé sur une fondation monopile installée à une quarantaine de kilomètres au large de Zeebrugge. Le convoi, tributaire des conditions météo, a fait une halte dimanche 14 janvier à Cherbourg.

 

Départ de la sous-station dans la soirée du 11 janvier (© BERNARD BIGER - STX FRANCE)

Départ de la sous-station dans la soirée du 11 janvier (© BERNARD BIGER - STX FRANCE)

 

Elément critique des fermes éoliennes

« La sous-station électrique est l’élément critique d’une ferme éolienne offshore. C’est par là que transite l’électricité et que se trouve le système intelligent du parc », rappelle Frédéric Grizaud, directeur de la Business Unit Energies Marines de STX France. C’est en effet cette structure qui capte l’électricité produite par toutes les machines du parc et permet d’élever sa tension afin de limiter les pertes d’énergie lors du transfert jusqu’à la côte. Le courant passe ainsi de 33.000 à 225.000 volts au sein de la sous-station. Il est ensuite injecté dans le réseau électrique terrestre via au moins un câble export. Dans le cas du Q34, il s’agira de traiter le courant provenant de 42 éoliennes Siemens de 7.35 MW, pour une puissance totale de 309 MW.

 

Représentation du futur parc Rentel avec sa sous-station (© STX FRANCE)

Représentation du futur parc Rentel avec sa sous-station (© STX FRANCE)

 

Résister pendant 25 ans

Long de 32 mètres pour une largeur de 17 mètres et une hauteur de 20 mètres, le topside du Q34 présente une masse de 1200 tonnes. La structure est réalisée aux normes offshore, extrêmement exigeantes compte tenu d’une exploitation dans un environnement parfois très difficile et cela sans intervention majeure prévue pendant 25 ans. Cela implique une conception spécifique pour obtenir un module particulièrement robuste, avec des matériaux de qualité supérieure, des épaisseurs d’acier très importantes, une peinture à haute résistance et bien sûr des équipements extrêmement fiables.

 

Derniers travaux de peinture sur le Q34 (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

Derniers travaux de peinture sur le Q34 (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Le Q34 compte quatre niveaux, dont deux fermés, sachant que l’une des particularités de STX France est de concevoir des sous-stations comme des navires, l’enveloppe de la sous-station (ponts, cloisons…) contribuant à la résistance globale, tout en permettant de mieux protéger les systèmes embarqués.

Le niveau le plus bas, qui sera situé juste au-dessus de la fondation monopile, est un espace de service mais aussi la zone par où arrivent les câbles acheminant l’électricité produite par les éoliennes. Pour faciliter les opérations et réduire les coûts, la partie sous-marine de Rentel est organisée en grappes de câbles. Ainsi, pour 42 éoliennes, seuls 6 câbles arriveront à la sous-station.

 

Le topside du Q34 (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

Le topside du Q34 (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

 

Sur la barge (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

Sur la barge (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

 

Le premier niveau du Q34 (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

Le premier niveau du Q34 (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Un transformateur de 300 tonnes

Ces câbles aboutissent à un tableau électrique moyenne-tension qui sert de point d’entrée à l’électricité (HTA) provenant des éoliennes. Puis le courant est élevé dans un énorme transformateur d’un poids de 300 tonnes abrité dans une imposante salle située aux second et troisième niveaux de la sous-station. « C’est lui qui permet de faire passer le courant de 33.000 à 225.000 volts. C’est un appareil extrêmement compliqué, isolé avec de l’huile et bénéficiant de systèmes de refroidissement adaptés aux contraintes offshore. Le transformateur est la pièce maîtresse de la sous-station et doit être extrêmement fiable, surtout qu’il n’y en a qu’un sur le Q34 alors que d’autres sous-stations en comptent deux. « La qualité du produit, de la conception à la fabrication et au cycle de maintenance, est essentielle pour obtenir les performances souhaitées et faire en sorte qu’il ne tombe pas en panne car si tel était le cas, le parc ne pourrait plus livrer d’énergie », explique Didier Margraitte, directeur Europe du Sud de General Electric. En charge de la partie électrique du Q34, GE a produit cet équipement dans son usine allemande de Munich, spécialisée dans les transformateurs offshore. L’appareillage de coupure électrique a quant à lui été réalisé par un site français du groupe, à Aix-les-Bains, alors que le système de contrôle/commande vient de Belgique.

 

Le local du transformateur (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

Le local du transformateur (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

 

Radiateurs et isolation à l’huile

En extérieur, deux gros radiateurs sont installés de chaque côté de la sous-station sur des encorbellements débordant de la structure. C’est là que passe pour se refroidir l’huile diélectrique servant d’isolant au transformateur après avoir circulé dans sa cuve et ses spires. Il s’agit d’un dispositif crucial puisque le traitement du courant génère énormément de chaleur. Les systèmes de réfrigération offshore, dont les détails techniques constituent un secret jalousement gardé par les fabricants, fonctionnent globalement par un mix entre refroidissement « forcé » et refroidissement naturel. On notera que cette huile sert également dans le cadre des opérations de maintenance. Son analyse, régulière, permet en effet de déterminer d’éventuels problèmes de fonctionnement. « L’huile circule dans le transformateur comme du sang dans un corps et on peut y trouver à l’occasion d’analyses certains composés, par exemple des gaz dissous ou résidus, qui permettent de savoir s’il y a un problème, d’où il provient et donc déterminer les opérations de maintenance permettant de solutionner ce problème ».

 

 

Didier Margraitte (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

Didier Margraitte (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Interface avec le réseau terrestre

Une fois traité par le transformateur, le courant ressort par trois câbles en passant par un système de disjoncteur/sectionneur qui permet en cas de problème de couper le flux électrique et isoler les systèmes.

Elevé à 225.000 volts dans le transformateur, le courant à très haute tension (HTB) passe enfin dans le GIS 225 (gas insulated switchgear), sorte de gros interrupteur servant à effectuer les coupures sous tension, hors tension, et à mesurer le débit du courant. Situé au second niveau, 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 un câble sous-marin export reliant la sous-station au poste électrique côtier de Zeebrugge, connecté au réseau électrique belge.

 

Le GIS 225 (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

Le GIS 225 (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

Le GIS 225 (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

Le GIS 225 (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

(© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

(© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

La salle de commande

Au niveau supérieur se trouve la salle de commande. « C’est là que son acquises toutes données du champ, des éoliennes comme de la sous-station. Avant d’être renvoyé vers le centre de contrôle à terre (situé à Ostende, ndlr), tout transite ici. Il y a des postes de travail et même une petite cuisine pour les équipes de maintenance susceptibles de venir à bord mais la présence humaine sur la sous-station sera exceptionnelle. Elle est en effet conçue pour fonctionner de manière entièrement automatique », précise Yann Penduff, chef de projet Q34 chez STX France.

 

 

Yann Penduff (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

Yann Penduff (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Quatre points de levage sur le « toit »

Reste enfin le niveau supérieur du Q34. Il comprend divers équipements de signalisation et de communication, ainsi qu’un espace permettant d’hélitreuiller des personnels à bord, en plus de la possibilité de réaliser des transferts par bateaux via la fondation. On trouve également en haut de la sous-station les quatre points de levage qui vont permettre la manutention du Q34 au large de Zeebrugge.

 

 

La zone d'hélitreuillage (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

La zone d'hélitreuillage (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Celle-ci va être conduite par DEME, chargé par STX France de l’installation du Q34. L’armement belge utilisera à cet effet le Rambiz, une barge dotée d’une double grue capable de soulever des charges allant jusqu’à 3000 tonnes. Le topside sera soulevé et installé sur sa fondation, que DEME a mise en place en septembre dernier avec l'un de ses navires, l'Innovation. 

 

La pièce de transition et la cage J-Tubes de la fondation acheminée depuis l'Espagne (© STX FRANCE)

La pièce de transition et la cage J-Tubes de la fondation acheminée depuis l'Espagne (© STX FRANCE)

 

La fondation 

D’un poids total de 1600 tonnes, cette fondation est constituée d’une monopile en acier de 78 mètres de haut pour 8 mètres de diamètre (produite aux Pays-Bas), d’une pièce de transition (fabriquée en Espagne) de 28 mètres et 750 tonnes assurant la liaison avec le topside, ainsi qu’une cage à J-Tubes, structure tubulaire de 250 tonnes destinée au passage des câbles électriques reliant les éoliennes offshore à la sous-station.

 

 

La pièce de transition et la cage J-Tubes de la fondation (© STX FRANCE)

La pièce de transition et la cage J-Tubes de la fondation (© STX FRANCE)

 

Alimenter l’équivalent de 288.000 foyers en fin d’année

Ceux-ci (ainsi que le câble export) ont déjà été posés suite à l’installation des fondations des 42 éoliennes, dont les mâts, turbines et pales doivent être assemblés à partir du mois de mai. Sur place, les équipes de STX France superviseront les connexions et la mise en service finale de la sous-station. Alors que la production électrique devrait débuter en juin, Rentel devrait être totalement opérationnel en fin d’année et permettra d’alimenter en électricité l’équivalent de 288.000 foyers belges.

 

 

Un millier de personnes ont travaillé sur le Q34

Confirmé en avril 2016 par le consortium Otary, chargé du développement du projet Rentel, le Q34 a vu sa construction débuter le 7 décembre de la même année.  La fabrication de la structure du module a été principalement réalisée dans l’usine Anemos, nouveau pôle spécialement construit par STX France pour le marché des énergies marines. Près de 200 personnes, en ingénierie et dans les ateliers, ont directement travaillé sur ce projet. A cela s’est ajoutée en sous-traitance une centaine d’entreprises sous-traitantes, essentiellement locales. « Nous avons aux chantiers 180 personnes travaillant à temps plein pour l’éolien offshore mais en tout, ce sont environ 700 personnes qui ont donné d’une manière ou d’une autre une valeur ajoutée à cette sous-station, et même un millier avec les sous-traitants », précise Frédéric Grizaud.

 

L'usine Anemos avec son alvéole de peinture, son aire de pré-armement et son atelier (© BERNARD BIGER)

L'usine Anemos avec son alvéole de peinture, son aire de pré-armement et son atelier (© BERNARD BIGER)

Dans l'atelier d'Anemos (© BERNARD BIGER - STX FRANCE)

Dans l'atelier d'Anemos (© BERNARD BIGER - STX FRANCE)

 

Premier contrat « clé en main », du design à l’installation

Pour les chantiers nazairiens, l’aboutissement de ce projet constitue une étape majeure dans leur diversification sur le secteur des énergies marines renouvelables. Si STX France a déjà livré en 2014 une première sous-station (P33) de 218 MW, installée sur le champ britannique Westermost Raught, cet équipement a été réalisé pour le compte de l’énergéticien Dong, sur la base des plans fournis par celui-ci. Avec le Q34, Saint-Nazaire livre sa première sous-station « maison », avec un design original développé par ses ingénieurs suite à plusieurs programmes de R&D. Ceux-ci lui ont permis d’innover pour concevoir des modules optimisés, en profitant notamment de son savoir-faire dans la construction de navires et le management de projets complexes. Avec in fine, parmi les atouts nazairiens, des structures globalement plus légères, et donc moins coûteuse à la construction comme à l’installation.

Plus généralement, Rentel constitue le premier contrat EPCI (Engineering Procurement Construction and Installation)  remporté par STX France dans le domaine des sous-stations électriques. Un marché « clé en main » au travers duquel le chantier nazairien est responsable de l’ensemble du projet, de la conception à la mise en service, en passant par la construction, le transport et l’installation. L’enjeu était donc crucial et le succès obligatoire pour permettre à l’entreprise de percer définitivement sur ce marché.

 

Nathalie Oosterlinck lors de la cérémonie d'inauguration (© BERNARD BIGER - STX FRANCE)

Nathalie Oosterlinck lors de la cérémonie d'inauguration (© BERNARD BIGER - STX FRANCE)

 

Clients et partenaires satisfaits et même impressionnés

Un succès qui parait au rendez-vous puisque lors de l’inauguration du Q34, le 10 janvier, Nathalie Oosterlinck, directrice générale de Rentel, n’a pas caché sa satisfaction : « Il y a un an et un mois, nous étions ici pour la découpe de la première tôle de ce poste de transformation, qui constitue un élément vital et le cœur de notre ferme d’éoliennes. Un travail incroyable a été réalisé par les chantiers, avec lesquels nous avons une excellente collaboration ». Chez DEME, où l’on travaille depuis une dizaine d’années dans l’éolien offshore, on se montre également impressionné par ce que STX France a été capable de produire. « Je ne peux que dire toute mon admiration pour ce chantier naval hors normes qui a osé se tourner vers les énergies bleues et, en l’absence de marché national, s’est tout de suite ouvert au marché européen. Commencer une activité ainsi, c’est un double challenge et le succès rencontré n’en est que plus remarquable. En tant qu’ingénieur maritime, j’ai été impressionné, à chacune de mes visites, par la capacité de STX France à conduire une telle organisation complexe et j’ai été frappé par les similitudes entre la construction de navires de croisière et celle des sous-stations. Partant de ce constat, on comprend la réussite du chantier dans les énergies marines », estime Jan Vandenbroeck, directeur de SDI, filiale de DEME.

 

(© BERNARD BIGER - STX FRANCE)

(© BERNARD BIGER - STX FRANCE)

 

Un nouveau savoir-faire démontré

Pour Frédéric Grizaud : « C’est vrai qu’il y a des synergies avec la construction navale, l’activité d’ingénierie et d’intégrateur est la même. Le design, l’intégration des composants, le travail et la coordination avec les partenaires… un projet comme celui-là est compliqué mais c’est le challenge de tous les jours pour une entreprise comme la nôtre ». Cela étant, s’il est vrai que les chantiers sont réputés pour leurs navires et avaient déjà livré avec succès le P33, ils étaient évidemment très attendus avec leur premier contrat EPCI. En temps et en heure 22 mois après la signature et en partant d’une feuille blanche, au niveau de qualité requis et avec les félicitations du client, il y a donc de quoi être fier, même s’il reste encore à mener à bien la phase d’installation et de mise en service. « Le départ de cette première sous-station dans le cadre d’un contrat EPCI constitue réellement une étape importante dans notre montée en puissance sur le marché des EMR. Les équipes de STX France et leurs partenaires ont démontré encore une fois leur capacité à livrer des solutions clé en main de façon fiable et à l’entière satisfaction de ses clients. Cette fiabilité est un élément majeur pour poursuivre l’industrialisation du marché de l’éolien offshore, l’accélération du raccordement au réseau, et ainsi contribuer à la baisse des coûts ».

Le trio STX/GE/DEME vise de nouveaux contrats

Aux chantiers, on souligne que la réussite du projet Q34 tient également pour beaucoup à la qualité du partenariat noué avec l’armateur belge et General Electric : « Le savoir-faire et la maitrise indéniable de GE, en charge des équipements électriques, a grandement contribué au bon déroulement des différentes phases de l’ingénierie à la réception des essais et DEME, fort d’une expérience de plus de 10 ans dans l’installation de champs éoliens en mer, assurera l’installation de cette plateforme ». Les trois entreprises ont d’ailleurs décidé de répondre en groupement à l’appel d’offres émis par EDF EN pour les futurs parcs éoliens offshore de Guérande, Courseulles-sur-Mer et Fécamp. Chacun devrait disposer d’une sous-station géante d’environ 500 MW équipée de deux transformateurs. Alors que ces projets sont toujours soumis à différents recours devant les tribunaux, la notification des marchés est espérée dans les mois qui viennent.

 

Frédéric Grizaud, Didier Margraitte et Jan Vandenbroeck lors de l'inauguration du Q34

Frédéric Grizaud, Didier Margraitte et Jan Vandenbroeck lors de l'inauguration du Q34 (© BERNARD BIGER)

 

Une sous-station de 385 MW en achèvement

En attendant, STX France va terminer une autre sous-station, le P34, un monstre de 4000 tonnes et 385 MW en cours d’achèvement et qui devrait partir pour être installé sur le champ allemand Arkona début mars. En plus du topside, trois fois plus gros que celui du Q34, Saint-Nazaire produit également la fondation en treillis métallique de type jacket de cette sous-station. Un autre contrat EPCI qui sera lui-aussi déterminant pour la suite de cette activité.

Un marché qui repart et un patron « confiant »

Poursuivant ses études et anticipant les évolutions du marché, STX France table maintenant sur SeeOs (pour Scalable Efficient Evolutive Offshore Station), sa nouvelle gamme de sous-stations modulaires de 200 à 900 MW conçues pour l’éolien posé mais aussi l’éolien flottant, qui devrait monter en puissance au cours de la prochaine décennie.

 

 

Après une période plus calme, le marché semble en tous cas repartir, porté par les engagements européen en matière de réduction des gaz à effet de serre, mais aussi du fait que l’éolien en mer a vu ses coûts se réduire significativement pour devenir solution énergétique désormais rentable. « Je suis très confiant notamment au regard de ce qui se passe en Europe du nord où l’on voit aujourd’hui des parcs attribués sans subvention. L’ensemble des pays européens se tourne vers un mix énergétique comprenant une part importante de renouvelable et les énergies marines ont une grande place à prendre », estime Laurent Castaing, directeur général de STX France, qui se félicite de l’émergence de cette nouvelle activité à Saint-Nazaire. « C’est une belle start-up ! Il y a cinq ans, nous sommes partis de rien et, aujourd’hui, la BU Energies Marines avoisine un chiffre d’affaires de 100 millions d’euros pour 2017 ».

En Europe et au-delà

Alors que le marché de la croisière se porte très bien et a permis d’accroître le chiffre d’affaires de STX France, qui atteint 1.3 milliard d’euros, l’objectif du chantier pour les EMR est une part de 10 à 15% du CA, soit 100 à 150 millions d’euros par an. STX France continue de viser les projets en Europe, mais commence aussi à regarder au-delà. « Le marché européen devrait se stabiliser autour de 4 GW mais ailleurs dans le monde, où les énergies renouvelables se développent, nous allons pouvoir exporter », assure Frédéric Grizaud.

Le port investit pour soutenir cette activité

A l’occasion de l’inauguration du Q34, Laurent Castaing a également tenu à saluer l’achèvement, dans les temps prévus, des travaux de renforcement du quai de la prise d’eau. Démarré à la fin du printemps dernier, ce projet, conduit par le Grand Port Maritime de Saint-Nazaire, a permis d’adapter cette partie du bassin de Penhoët à l’accueil de colis très lourds allant jusqu’à 4000 tonnes, en particulier des sous-stations. Celles-ci peuvent ainsi, à l’image du Q34 qui a inauguré ce nouveau poste, être transférées directement sur des traines roulantes, depuis le chantier jusqu’à des barges venant les embarquer au quai de la prise d’eau.

 

La partie renforcée du quai de la prise d'eau (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

La partie renforcée du quai de la prise d'eau (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)

 

Et cet investissement n’est pas le seul consenti par le GPMNSN pour favoriser l’émergence de la filière EMR. Le port a, ainsi, fait aménager sur l’extension du terminal marchandises diverses et conteneurs (TMDC) de Montoir un poste renforcé pour les colis lourds. Il permet à l’usine de production de turbines d’éoliennes offshore de GE, située juste en face, d’embarquer directement les machines qu’elle produit, comme les Haliade 150 destinées au parc allemand Merkur.

 

Chargement de turbines d'éoliennes sur le nouveau poste de Montoir (© GE)

Chargement de turbines d'éoliennes sur le nouveau poste de Montoir (© GE)

 

La prochaine grande étape sera l’occupation du grand hub logistique aménagé par le port à côté de la forme Joubert et qui servira de base arrière pour la construction du futur parc de Guérande et probablement celui situé entre les îles d’Yeu et Noirmoutier. Si l’on y ajoute Floatgen, la première éolienne flottante construite en France et qui attend dans le bassin de Penhoët des conditions favorables pour être remorquée sur le site d’essais SEM-REV du Croisic, Saint-Nazaire s’est très clairement imposé comme le premier pôle industriel français en matière d’énergies marines.

 

L'éolienne flottante Floatgen et le Q34 dans le bassin de Penhoët le 10 janvier (© MER ET MARINE - VG)

L'éolienne flottante Floatgen et le Q34 dans le bassin de Penhoët le 10 janvier (© MER ET MARINE - VG)

Chantiers de l'Atlantique (ex-STX France)