Disp POPIN non abonne!
Energies Marines

Actualité

Sur le chantier de la plus grande éolienne offshore du monde

Energies Marines

Sur le site du Carnet, près de l'estuaire de la Loire, est érigé un véritable mastodonte, la plus grande éolienne offshore réalisée à ce jour. Alstom, son concepteur, lui a choisi le nom d'Haliade, en référence aux nymphes marines de la mythologie grecque. Une fois assemblée, le mois prochain, la géante mesurera 176 mètres de haut. Au sommet d'un mât de 75 mètres, qui surplombe une fondation de type jacket d'environ 25 mètres de hauteur, se trouvera une turbine d'une puissance de 6 MW développée et réalisée par Alstom dans son usine de Saint-Nazaire. Cette turbine sera entrainée par trois gigantesques pales, longues chacune de 73.5 mètres, ce qui donnera au final un rotor de 150 mètres de diamètre. Du jamais vu !

Vue d'un futur champ en mer (© : ALSTOM)
Vue d'un futur champ en mer (© : ALSTOM)

Habitués aux éoliennes terrestres, les quelques badauds amenés à se promener du côté des terrains vagues de l'ancienne île du Carnet commencent à prendre la mesure de l'édifice. La semaine dernière, la construction était encore loin d'être achevée. Il y a avait là le jacket, réalisé par les chantiers nazairiens STX France et livré en décembre, et au dessus l'un des trois premiers tronçons du mât. Le tout culminant à une soixantaine de mètres. Bien qu'encore loin d'atteindre sa hauteur finale, l'édifice était déjà particulièrement impressionnant. Rien qu'en montant sur la plateforme du jacket, la vue est imprenable. On domine la Loire et, en contrebas, on observe de petits hommes en gilet jaune s'activer autour des autres tronçons du mât, mais aussi des trois pales géantes, en attente de montage. Ces pales ont été spécifiquement développées pour Haliade 150 par LM Wind Power afin d'optimiser le captage d'énergie. « L'éolienne génère jusqu'à 40% d'électricité en plus par kilogramme de matière utilisée que les éoliennes en mer actuelles. Cette amélioration majeure en termes de poids permettra de faciliter l'installation de l'éolienne et de ses structures de soutien, et d'en limiter le coût. Solidité et durabilité sont maximisées pour créer une pale exceptionnellement légère. La nouvelle pale a été conçue en adoptant les profils aérodynamiques précontraints et les caractéristiques et matériaux innovants développés par LM Wind Power pour la récente GloBlade. Pour une éolienne de 6 MW, la nouvelle pale et la surface balayée par le rotor plus importante améliorent la production annuelle d'énergie de 15% par rapport à la génération actuelle d'éoliennes en mer », explique Alstom.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Les premiers tests à terre pour la machine et le jacket

Une grue, destinée à assurer l'assemblage dans les parties les plus hautes, est cours de montage. En face, une fine mais très grande antenne de télémesure, aux allures de relais de télécommunication, a été érigée. Haute d'une centaine de mètres, elle dispose de nombreux capteurs, qui permettront de recueillir toutes les données nécessaires durant la phase de tests de l'éolienne. Pour son premier prototype, Alstom a donc choisi de planter à terre son éolienne destinée à fonctionner en mer. Un choix dicté par le bon sens. « C'est beaucoup plus simple de mener tous les tests à terre, où nous sommes plus à l'aise pour travailler et pouvons bénéficier d'un mât de mesure. Il va servir à certifier la courbe de puissance qui va déterminer la valeur commerciale. Elle sera validée par un organisme extérieur », explique Frédéric Hendrick, ingénieur et vice-président Offshore du secteur éolien d'Alstom. « Avec ce prototype à terre, nous souhaitions également tester les manoeuvres d'installation de la tour et du jacket, tout en mesurant les efforts éoliens sur cette structure et reboucler les calculs avec la réalité ». Il s'agira donc, aussi, de tester le comportement du jacket. Cette nouvelle structure en treillis est considérée comme l'avenir de l'éolien offshore, qui utilise pour le moment essentiellement des fondations de type mono-pile (prolongement du mât par un pieu en acier enfoncé dans la roche) ou dans une plus faible mesure de type gravitaire (le mât est enserré dans un énorme bloc de béton et d'acier posé sur le fond).

Le jacket en construction à Saint-Nazaire (© : STX France - BERNARD BIGER)
Le jacket en construction à Saint-Nazaire (© : STX France - BERNARD BIGER)

Le jacket acheminé par barge en décembre (© : ALSTOM)
Le jacket acheminé par barge en décembre (© : ALSTOM)

Installation du jacket au Carnet (© : ALSTOM)
Installation du jacket au Carnet (© : ALSTOM)

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

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

Devant notamment permettre de mieux répartir les efforts, qui sont énormes sur ce type d'engins, le jacket consiste en quatre pieds reliés par des croisillons métalliques et surmontée d'une plateforme, avec une pièce de transition où est logée la base du mât. Dans l'imposant cylindre, de plus de 8 mètres de diamètre, on trouve de nombreux équipements électroniques (systèmes de contrôle et de sécurité) et, à proximité, de gros ventilateurs assurant le refroidissement de la salle. L'éolienne disposera en effet d'un « cerveau » qui va gérer l'orientation de la nacelle et des pales. Au Carnet, où Alstom bénéficie d'une concession de 5 ans pour son activité, le jacket est posé sur le sol, mais de manière réaliste, c'est-à-dire que le terrain symbolise le niveau de la mer. Lors des prochaines installations en mer, les pieds de la structure seront donc plus longs afin d'atteindre le fond marin. Ils seront alors reliés à quatre pieux, qui assureront le rôle de points d'ancrage. On notera qu'Haliade peut aussi être adaptée aux autres types de fondations, le choix dépendant essentiellement des caractéristiques des fonds marins.
Une fois l'éolienne totalement assemblée, il faudra plusieurs semaines pour « déverminer » les différents systèmes, ce qui fait que la machine, qui sera raccordée au réseau EDF, devrait commencer à produire de l'électricité en avril.

Haliade 150 (© : ALSTOM)
Haliade 150 (© : ALSTOM)

Une turbine réalisée dans la nouvelle usine de Saint-Nazaire

Début mars, alors que le mât sera intégralement assemblé, le coeur de l'éolienne arrivera au Carnet. Il s'agit de la nacelle, qui accueille notamment la turbine. L'imposant colis arrivera par la Loire et sera débarqué via un ponton spécialement aménagé pour ce chantier. D'un poids de 400 tonnes, la nacelle arrivera par barge depuis Saint-Nazaire, où elle est réalisée. Alstom a, en effet, implanté une usine de fabrication collée aux chantiers navals qui lui ont appartenus jusqu'en 2006. Dans un vaste hall de 3000 m², une quarantaine de personnes, pour moitié ouvriers et pour moitié ingénieurs et techniciens, sont à l'oeuvre pour assembler la première nacelle. Générateur, ligne d'arbres, motoréducteurs, mâchoires de frein, armoires électriques... Les différentes pièces et sous-ensembles sont progressivement assemblés, une structure comme celle-ci représentant 2000 lignes de travaux et 10.000 composants. « L'assemblage a débuté mi-août sur cette première machine, que nous livrerons le mois prochain. La cadence de réalisation sera plus rapide quand nous attaquerons la production en série. Il faudra compter 20 jours par machine, avec une capacité de production de 12 à 15 machines par an », explique le directeur de l'usine nazairienne. Pascal Girault, comme toute son équipe, n'est pas peu fier de l'engin réalisé ici. « Une merveille de technologie ! ».

La turbine en cours d'assemblage la semaine dernière (© : MER ET MARINE)
La turbine en cours d'assemblage la semaine dernière (© : MER ET MARINE)

L'usine d'assemblage ces derniers mois (© : ALSTOM)
L'usine d'assemblage ces derniers mois (© : ALSTOM)

L'usine d'assemblage ces derniers mois (© : ALSTOM)
L'usine d'assemblage ces derniers mois (© : ALSTOM)

L'usine d'assemblage ces derniers mois (© : ALSTOM)
L'usine d'assemblage ces derniers mois (© : ALSTOM)

L'usine d'assemblage ces derniers mois (© : ALSTOM)
L'usine d'assemblage ces derniers mois (© : ALSTOM)

L'usine d'assemblage ces derniers mois (© : ALSTOM)
L'usine d'assemblage ces derniers mois (© : ALSTOM)

L'usine d'assemblage ces derniers mois (© : ALSTOM)
L'usine d'assemblage ces derniers mois (© : ALSTOM)

L'usine d'assemblage ces derniers mois (© : ALSTOM)
L'usine d'assemblage ces derniers mois (© : ALSTOM)

L'usine d'assemblage ces derniers mois (© : ALSTOM)
L'usine d'assemblage ces derniers mois (© : ALSTOM)

Un petit bijou de technologie

Turbine de nouvelle génération, Haliale sera, on l'a dit, la plus puissante turbine installée jusqu'ici en mer. Avec ses 6 MW, elle surclassera largement les éoliennes offshores actuellement installées, dont la puissance ne dépasse pas 3.6 MW. Alstom a, ainsi, voulu anticiper la tendance, aujourd'hui confirmée par les projets d'autres turbiniers, de développer des machines de très forte puissance afin d'augmenter l'énergie produite par les champs, tout en réduisant le nombre de machines.

(© : ALSTOM)
(© : ALSTOM)

Haliade, grâce à sa taille, pourra aller chercher le vent très haut, là où les masses d'air sont plus stables. Mais cela implique également de pouvoir gérer au mieux les différences de vitesse des particules sur les 150 mètres de diamètre du rotor. Sans oublier, bien évidemment, les variations habituelles du vent. En plus des pales, spécialement conçues pour cette utilisation, les ingénieurs ont travaillé sur un système de contrôle très pointu qui pilotera la machine. « Il faut gérer les différences de vent entre le haut et le bas des pales. Il y a tout un savoir-faire pour que la machine soit optimisée afin de gérer le pitch », explique Pascal Girault. Le « pitch », c'est en langue éolienne l'orientation des pales, alors que « yaw » fait référence à l'orientation de la nacelle par rapport au vent. « Les contrôles électriques de stabilisation en tangage et lacet (« pitch and yaw ») adaptent rapidement l'alignement du rotor aux conditions de vent changeantes afin de maintenir constante la tension d'alimentation nominale au réseau. Le système de freinage de la turbine est également basé sur le contrôle en tangage et chaque ailette est équipée d'une alimentation électrique autonome afin de permettre un freinage sûr de la turbine, y compris dans les conditions les plus extrêmes », souligne Alstom.

Haliade 150 (© : ALSTOM)
Haliade 150 (© : ALSTOM)

Pour contrôler la machine, et notamment éviter qu'elle s'emballe, des armoires de contrôle abritent des automates qui agissent en fonction des données recueillies par différents capteurs. Ainsi, sont installés sur le haut de la nacelle un anémomètre ou encore une girouette pour mesurer le débit d'air. Pour Haliade, la vitesse de fourniture d'électricité intervient avec une vitesse de vent de 3 mètres par seconde (10.8 km/h). Si le vent devient trop violent, une coupure intervient et, faute d'électricité, l'éolienne se met en « drapeau ». La limite est, ainsi, fixée à 25 m/s (90 km/h). Il en va de même pour les températures, avec une plage de fonctionnement allant de - 10 à + 40°C. On notera cependant qu'Alstom a développé deux kits dédiés aux climats spécifiques car les meilleurs vents sont souvent dans les zones climatiques les plus rudes. Le kit pour les zones froides comprend des réchauffeurs pour étendre les températures de fonctionnement de -10 °C à -30 °C, alors que le kit conçu pour les climats chauds propose un dispositif spécial de paliers et de graissage pour faire passer les températures ambiantes supérieures admissibles de +40 °C à +45 °C.

(© : ALSTOM)
(© : ALSTOM)

Simple, robuste et efficace

Flambante neuve, Haliade adopte de nouvelles technologies, sans pour autant verser dans le « délire d'ingénieur ». Car, pour fonctionner dans un environnement aussi rude que le milieu marin, il faut du solide et, surtout, éviter une trop grande complexité, notamment parceque l'entretien des machines est beaucoup plus compliqué qu'à terre. « Nous avons conçu cette machine spécifiquement pour l'offshore, les choix étant différents pour l'éolien terrestre. Nous voulions une machine simple, robuste et efficace », explique Frédéric Hendrick. L'une des grandes nouveautés d'Haliade est la suppression de la boite de vitesse, considérée comme le « talon d'Achilles » des éoliennes actuelles. Ces pièces, situées entre le rotor et le générateur, constituent en effet l'une des principales sources d'avaries rencontrées ces dernières années dans les champs existants. « Au lieu d'avoir un lien rigide, nous avons un lien élastique entre le rotor et le générateur. Le concept Pure Torque protège l'entrefer de générateur, qui fait quelques millimètres seulement. Et on attaque directement du rotor sur le générateur, il n'y a pas de boite de vitesse ».

(© : ALSTOM)
(© : ALSTOM)

Breveté, le concept Pure Torque est basé sur une conception mécanique unique et éprouvée qui protège la ligne de transmission des efforts de flexion pour garantir une plus grande fiabilité. Le rotor est monté sur un moyeu en fonte, résistant à l'usure, qui transmet la charge gravitationnelle et les contraintes de flexion au mât par deux paliers. De plus, l'arbre d'entraînement monté élastiquement sur l'avant du moyeu transmet le couple (flèches vertes sur le schéma ci-dessus) au multiplicateur sans les efforts et les contraintes (flèches rouges) pouvant résulter du tremblement causé par le vent.
Au niveau du générateur, le système est on ne peut plus simple avec le recours à un alternateur à aimant permanent et entrainement direct. « En l'absence de multiplicateur mécanique couplé à l'alternateur, l'éolienne se compose d'un nombre réduit de pièces tournantes; ceci permet d'accroître sa fiabilité, de maximiser sa disponibilité et de réduire les coûts de maintenance. L'utilisation d'un alternateur à aimant permanent améliore les rendements et augmente la fiabilité mécanique globale de l'équipement. Cet atout est décisif dans le domaine de l'éolien offshore où la fiabilité constitue une donnée absolument cruciale ». L'alternateur à aimant permanent et entraînement direct «Advanced High Density» a été développé par Converteam. Il est plus compact et plus léger que les systèmes à entraînement direct de la génération précédente.

Haliade 150 (© : ALSTOM)
Haliade 150 (© : ALSTOM)

Un second prototype pour les essais en mer

La campagne d'essais et de mesures qui sera effectuée au Carnet va permettre à Alstom de préparer au mieux l'installation en mer de sa nouvelle éolienne. Un second prototype sera, en effet, destiné à être testé en conditions réelles. Avec son jacket, il devrait être installé d'ici la fin de l'année sur le champ offshore Belwind 1, au large de Zeebrugge, en Belgique. Tout dépendra ensuite du résultat de différents appels d'offres européens sur l'éolien offshore, à commencer par les projets français sur lesquels se positionne Alstom au sein du consortium emmené par EDF Energies Nouvelles. Le groupement postule sur quatre des cinq premiers champs que l'Etat souhaite voir installés au large des côtes françaises. Il s'agit de Guérande, Saint-Brieuc, Courseulles-sur-Mer et Fécamp. Chaque ferme aurait une puissance de 450 à 500 MW, soit 75 à 83 éoliennes à installer par site. Si son consortium est retenu pour au moins trois des quatre sites (les lauréats doivent être connus en avril), Alstom prévoit de construire une nouvelle usine de fabrication de turbines et d'assemblage de nacelles à Montoir-de-Bretagne, près de Saint-Nazaire. Le site, qui emploierait plusieurs centaines de personnes, aurait une capacité de production de 100 machines par an. Dans cette perspective, Alstom prévoit de débuter la présérie sur Haliade (de son véritable nom Haliade 150) en 2013, avec 4 à 11 machines sur l'année, assemblées sur son actuelle usine. Puis la production en série débuterait l'année suivante, l'objectif étant de s'installer dans la nouvelle usine en 2014.

L'usine d'assemblage à Saint-Nazaire (© : ALSTOM)
L'usine d'assemblage à Saint-Nazaire (© : ALSTOM)

Des retombées considérables

Dans le même temps, Alstom planifie, toujours si l'appel d'offres français lui est favorable, de développer à Cherbourg, via un réseau de sous-traitants, un pôle dédié à la fabrication de mâts et de pales. L'ensemble représente un investissement de 100 millions d'euros, avec à la clé 5000 créations d'emplois (dont 1000 directs) à Saint-Nazaire et Cherbourg. Le marché français, qui doit se prolonger avec une seconde phase comprenant notamment le site vendéen des Deux Iles, en Noirmoutier et l'Ile d'Yeu, servirait de base de lancement à cette nouvelle filière. « Nous souhaitons nous implanter de manière pérenne et, si l'appel d'offres français est un déclencheur, il faut aussi viser le marché international. Les perspectives sont particulièrement intéressantes au niveau des turbines. Car, si en France l'objectif est d'installer 6 GW d'ici 2020, à l'échelle de l'Europe, notamment au Royaume-Uni et en Allemagne, les objectifs d'installation sont de 40 GW sur la même période ». On notera qu'en plus des activités industrielles d'Alstom, le consortium emmené par EDF EN prévoit, pour les champs français notamment, d'implanter jusqu'à quatre sites pour la construction des fondations et quatre unités industrielles pour le pré-assemblage à Saint-Nazaire, Brest, Cherbourg et Le Havre, ainsi que quatre centres pour l'exploitation et la maintenance des fermes éoliennes à La Turballe, Saint-Quay-Portrieux, Caen-Ouistreham et Fécamp. Ainsi, dans leur globalité, les projets du consortium permettraient de créer quelques 7500 emplois, les investissements consentis pour la construction et l'exploitation de chaque champ étant estimés à 2 milliards d'euros.

Energie éolienne