Nous vous emmenons aujourd’hui à la découverte du « S34 », la sous-station électrique réalisée par les Chantiers de l’Atlantique pour le premier parc éolien offshore français, développé par EDF et Enbridge sur le banc de Guérande, au large de Saint-Nazaire. Avant son installation en mer il y a quelques jours par le plus grand navire du monde, le Pioneering Spirit, nous avons pu visiter fin juillet cet imposant poste de transformation. Un élément clé du futur champ qui comptera 80 éoliennes de 6 MW et doit être mis en service en fin d’année prochaine.
Après le jacket jaune le 15 août, le Pionneering Spirit installant le topside dans la soirée du 18 août (© Parc éolien en mer de Saint-Nazaire | Production CAPA Corporate)
(© Parc éolien en mer de Saint-Nazaire | Production CAPA Corporate)
(© Parc éolien en mer de Saint-Nazaire | Production CAPA Corporate)
« C’est le centre névralgique d’un champ éolien »
« La sous-station c’est le centre névralgique d’un champ éolien, c’est elle qui permet de récupérer le courant produit par les éoliennes et en élever la tension de 33.000 à 225.000 volts pour lui permettre d’être injecté dans le réseau électrique terrestre. C’est aussi par là que circulent toutes les informations et les données relatives au fonctionnement du parc, transférées au centre de contrôle à terre qui pilote l’ensemble à distance et sera installé à La Turballe. Tout cela se fait de manière complètement automatique, via un réseau sécurisé et redondant. Il n’y a jamais personne à bord, sauf pour des maintenances préventives ou curatives. Les sous-stations électriques sont donc des produits complexes et fortement intégrés qui conditionnent la fiabilité du pilotage et du raccordement », détaille Frédéric Grizaud, directeur d’Atlantique Offshore Energy, la business unit des Chantiers de l’Atlantique dédiée au secteur des énergies marines.
Frédéric Grizaud (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
Le topside et sa fondation de type jacket, ici en juillet, ont été transportés séparement chacun sur une barge vers le site d'assemblage au large de Saint-Nazaire (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
(© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
Un topside supporté par un jacket
La sous-station se compose de deux éléments réalisés séparément et assemblés en mer : il y a d’abord la partie inférieure, la fondation, et la partie supérieure qu’elle supporte, appelée topside et qui abrite l’ensemble des équipements électriques. La fondation est ici de type jacket. En forme de treillis métallique, cette structure de 44 mètres de hauteur et d’un poids de 1200 tonnes est posée au fond de la mer, sur lequel elle est maintenue par quatre piles enfoncées dans la roche. Ces piles, dans lesquelles les jambes tubulaires du jacket viennent s’insérer sur une dizaine de mètres, ont été installées au printemps dernier au moyen d’un gabarit de 27 x 27 mètres et 500 tonnes déployé par le navire Sea Installer et permettant de forer avec une grande précision les emplacements. Au final, seule la partie peinte en jaune de la fondation émerge de la surface de la mer.
Le gabarit utilisé pour installer les pieux du jacket (© CHANTIERS DE L'ATLANTIQUE)
Le jacket sur sa barge de transport dans le forme Joubert fin juillet (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
Le jacket (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
Au cœur d’un réseau de câbles sous-marins entre les éoliennes et la terre
Dans les ramifications du jacket, on remarque différents tubes. Les plus fins sont ceux par lesquels vont circuler les câbles acheminant l’énergie produite par les 80 éoliennes du parc. Ce dernier s’étendra sur une surface totale de 78 km², les machines étant situées entre 12 et 20 kilomètres des côtes par des profondeurs d’eau allant jusqu’à 25 mètres. Cela fait donc beaucoup de distance et de câbles à poser pour réaliser le réseau du champ. Afin de réduire les coûts, notamment le câblage qui est un poste très onéreux, et optimiser le transport d’énergie, les éoliennes sont regroupées en grappes, l’électricité de chaque grappe parvenant à la sous-station par un seul câble. Il y en aura douze en tout. Le jacket compte enfin deux tubes plus gros, qui sont ceux des deux câbles d’exportation. C’est par eux que l’énergie des éoliennes, une fois convertie par les transformateurs de la sous-station, partira vers le réseau électrique terrestre. La jonction d’atterrage, c’est à dire le raccordement entre les câbles d’export sous-marins provenant de la sous-station et les câbles terrestres, se fait sur la plage de la Courance, à Saint-Nazaire. RTE a ensuite créé une double liaison sous-terraine jusqu’à la commune de Prinquiau, où un poste électrique a été construit pour permettre la connexion au réseau électrique national.
Elever le voltage de 33.000 à 225.000 volts
L’un des grands enjeux est de convertir l’énergie produite par les éoliennes, qui fournissent en sortie un courant de 33.000 volts. La sous-station électrique est chargée d’élever ce voltage pour le mettre au niveau du réseau terrestre, soit 225.000 volts. C’est le rôle des équipements installés dans le topisde, qui abrite notamment deux grands transformateurs fournis par General Electric. Comme on l’a vu, l’énergie arrivera à la sous-station via les câbles provenant des 12 grappes d’éoliennes. Le courant transitera d’abord par un tableau électrique moyenne-tension qui sert de point d’entrée à l’électricité provenant des machines. Celle-ci, pour une petite partie, est utilisée pour les besoins du bord afin d’alimenter les différents systèmes de la sous-station, par exemple l’éclairage, les automates de commande et de contrôle, la ventilation ou encore les dispositifs de sécurité (en 440 volts). Sachant que la sous-station dispose également de deux groupes électrogènes de secours (2 x 518 kVA) et de batteries pour alimenter ses systèmes critiques dans le cas improbable d’une panne générale.
Le gros de l’énergie provenant des éoliennes part donc dans les transformateurs afin de devenir du courant à très haute tension puis est envoyé vers les GIS 225 (gas insulated switchgear), sorte de gros interrupteurs servant à effectuer les coupures sous tension, hors tension, et à mesurer le débit du courant. Il y a deux GIS 225 à bord, soit un par transformateur. Ces équipements, qui assurent la protection du poste de transformation en cas de surintensité, servent d’interface avec le réseau électrique terrestre, qu’ils alimenteront via les câbles exports. De la même manière, il y a à bord deux GIS 33 par lesquels passe le courant arrivant des éoliennes avant de rejoindre le tableau électrique moyenne-tension.
Le topside fin juillet dans le port de Saint-Nazaire (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
Tableaux de 33 kV recevant le courant des éoliennes (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
Tableaux de 33 kV recevant le courant des éoliennes (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
L'un des deux transformateurs (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
L'un des deux transformateurs (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
GIS 225 (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
Deux transformateurs de 300 MW chacun
La puissance totale nominale de la sous-station est de 480 MW, correspondant à l’énergie théoriquement produite à pleine puissance par les 80 éoliennes de 6 MW du parc. Mais les deux transformateurs, installés indépendamment dans des salles symétriques, ont en réalité une puissance combinée de 600 MW, soit 300 chacun. Ils fonctionnent en même temps et offrent une redondance cruciale puisque l’énergie de toutes les éoliennes peut au besoin passer par un seul de ces transformateurs si l’autre est en panne ou en maintenance. Sachant qu’un parc éolien fonctionne très rarement à pleine puissance, et même si le rendement des turbines installées en mer est nettement supérieur à celui de leurs homologues terrestres.
Coursive à bord du S34 (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
Une structure conçue pour résister à un environnement très rude
Long de 30 mètres pour une largeur de 25 mètres et une hauteur de 15 mètres, le topside pèse environ 2100 tonnes. Il a été conçu par les ingénieurs des Chantiers de l’Atlantique comme un navire, avec une structure fermée, étanche et ventilée, répartie sur plusieurs ponts et taillée pour résister aux conditions difficiles de l’environnement marin. Les standards de construction et de peinture sont ceux de l’industrie offshore, les plus élevés que l’on trouve pour des installations en mer, l’objectif étant d’obtenir des systèmes extrêmement robustes à même de résister dans la durée à la corrosion générée par l’eau et l’air marin. Mais aussi à la « vague du siècle » le jour où elle viendra frapper la côte atlantique. A bord, l’espace s’organise comme sur un bateau, avec des coursives desservant les différents locaux et marquées par une omniprésence des câbles électriques. En plus des locaux techniques, on trouve quelques espaces de vie assez sommaires pour les personnels qui seront amenés à travailler à bord. Mais comme on l’a vu précédemment, la sous-station ne sera pas habitée et il n’y aura du monde que pour certaines opérations de maintenance. En cas de besoin, le topside est cependant équipé pour héberger une petite équipe sur une courte durée avec quelques lits, des sanitaires et de quoi se restaurer.
Local vie permettant au besoin d'héberger quelques personnes (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
(© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
Les câbles électriques sont omniprésents (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
L'une des salles abritant les systèmes de lutte contre les incendies (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
Transformateur auxiliaire alimentant la sous-station en courant 440 V (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
En extérieur le système de refroidissement des transformateurs (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
La partie inférieure du topside (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
La partie inférieure du topside (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
A côté des équipements électriques et de tous les auxiliaires, dont certains cruciaux comme les systèmes d’air conditionné et de refroidissement indispensables pour gérer la chaleur produite notamment par les transformateurs, il y a également à bord tous les automates de gestion de la plateforme et du parc. Ce dernier sera piloté depuis la base installée par EDF dans le port de La Turballe. Les informations circulant entre la terre et la mer représenteront pas moins de 15.000 signaux, contre environ 50.000 pour les systèmes de contrôle/commande d’un grand paquebot, à titre de comparaison.
Un « sémaphore avancé » pour la Marine nationale
Sur le « toit » de la sous-station, enfin, on trouve différents systèmes, comme les deux groupes électrogènes qui vont dans un premier temps alimenter la sous-station avant l’entrée en service des éoliennes, puis serviront de générateurs de secours. Il y a également là les aéroréfrigérants du système d’air conditionné ou encore une grue de service qui pourra être employée pour acheminer à bord des pièces de rechange et le matériel des équipes de maintenance qui viendront depuis la terre via des navires de service.
La partie supérieure du topside avec les groupes électrogènes et la grue de service (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
Les aéroréfrigérants du système d'air conditionné (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
Le hub logistique de Saint-Nazaire avec des nacelles et pales des éoliennes du parc en attente d'installation. Cette vue a été prise fin juillet depuis le topside alors que celui-ci était positionné sur sa barge de transport dans la forme Joubert (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
On remarque aussi un mât surmonté d’un radar Terma, équipement plutôt inhabituel sur une telle structure. Il fait partie du concept de « sémaphore avancé » déployé au profit de la Marine nationale dont la « vue » des moyens locaux de surveillance côtière vont être en partie masqués par le parc. La sous-station va donc compenser cette perte de visibilité, aussi bien au moyen de son radar que de deux grosses caméras pour la détection optique de jour comme de nuit.
Le mât radar situé en haut du topside (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
Caméra de surveillance en haut du topside (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
800.000 heures de travail et des centaines d’emplois
Cette sous-station a pour mémoire été commandée en juin 2019 par EDF et Enbridge, via leur société commune Parc éolien en mer de Saint-Nazaire, à un groupement emmené par les Chantiers de l’Atlantique (via Atlantique Offshore Energy) associés à GE Grid Solutions (pour la partie électrique) et l’armateur belge Deme en charge des opérations d’installation en mer. L’ensemble représente 800.000 heures de travail, dont la moitié dans la région nazairienne pour le constructeur et ses sous-traitants. « Nous avons eu sur le site des chantiers jusqu’à 450 personnes à travailler sur ce projet, qui a mobilisé 150 PME, notamment en Pays de la Loire mais nous avons aussi irrigué tout le territoire français », souligne Frédéric Grizaud. Toutes les régions hexagonales ont en effet été concernées, de l’Occitanie avec une entreprise aux Pays de la Loire (55 sociétés essentiellement du réseau Neopolia), en passant par l’Ile de France (43), Auvergne Rhône-Alpes (12), la Bretagne (9), les Hauts-de-France (6), la Nouvelle Aquitaine (6), la Normandie (5), la Bourgogne Franche-Comté (3) et le Centre Val-de-Loire (2). Si les transformateurs proviennent d’Allemagne (de Mönchengladbach dans le land de Rhénanie du nord-Westphalie), GE Grid Solutions a par exemple réalisé l’ingénierie sur son site de Massy et fabriqué les GIS dans ses usines d’Aix-les-Bains (GIS 225) et Grenoble (GIS 33), alors que les systèmes d’automatisation (SCADA) ont été produits à Montpellier.
Le topside produit à Saint-Nazaire, le jacket sous-traité en Italie
Sur le plan industriel, le S34, qui constitue un beau challenge technique, a été conçu par les ingénieurs des Chantiers de l’Atlantique, en partenariat avec ceux de GE pour la partie électrique. Le topside a été intégralement réalisé à Saint-Nazaire, dans l’usine Anemos spécialement développée pour ce type de projets. Après l’assemblage des blocs formant la structure, celle-ci est passée fin 2020 dans la cabine de peinture du site, la plus grande d’Europe, puis elle a rejoint l’aire de pré-assemblage du chantier pour être soulevée par le grand portique et installée sur la pièce de transition faisant la liaison entre le topside et le jacket. L’armement s’est ensuite poursuivi avec l’intégration des différents équipements. Enfin, le topside a été transbordé sur une barge au début de l’été en vue de son installation en mer.
La modélisation 3D du topside par les bureaux d'études donne une idée de sa complexité (© CHANTIERS DE L'ATLANTIQUE)
Dans l'atelier de l'usine Anemos, ici le topside de la future sous-station de Fécamp (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
Le topside sortant de l'alvéole de peinture d'Anemos (© BERNARD BIGER)
Le topside installé sur sa pièce de transition (© BERNARD BIGER)
Le topside passant devant le paquebot Symphony of the Seas en construction à Saint-Nazaire (© BERNARD BIGER)
Le topside et le jacket sur leur barge en forme Joubert fin juillet (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
Alors que le constructeur nazairien a déjà réalisé précédemment des jackets, celui du S34 a été, pour des questions de plan de charge et de priorisation des équipes locales sur les parties à plus forte valeur ajoutée, sous-traité au chantier Rosetti Marino de Ravenne, en Italie. La fondation est arrivée par barge à Saint-Nazaire au mois de juin, rejoignant comme le topside la forme Joubert dans l’attente du jour J. Celui-ci est intervenu le 15 août, date à laquelle le jacket a été remorqué sur sa barge vers le site d’installation, où l’attendait le Pioneering Spirit, affrété par Deme pour effectuer la pose. L’énorme navire et sa grue principale, capable de soulever des charges de 5000 tonnes, a ensuite posé trois jours plus tard le topside sur sa fondation.
Pose du topside sur le jacket le 18 août (© Parc éolien en mer de Saint-Nazaire | Production CAPA Corporate)
Atlantique Offshore Energy dans le top trois mondial sur ce marché
Il reste maintenant à raccorder la sous-station aux câbles sous-marins (qui ne sont pas tous encore posés) puis effectuer la mise en route des installations. Atlantique Offshore Energy assurera ensuite la maintenance préventive du S34 pour les cinq ans suivant sa mise en service, comme ce sera également le cas pour les deux autres sous-stations commandées par EDF, Enbridge et Wpd Offshore pour les futurs parcs de Fécamp (497 MW) et Courseulles-sur-Mer (448 MW). Des équipements qui seront livrés en 2022 et 2023, sachant que le carnet de commandes des Chantiers de l’Atlantique compte également, à ce jour, la construction pour l’énergéticien danois Ørsted d’une unité de 242 MW livrable en 2023 sur le parc éolien Gode Wind 3, développé dans les eaux allemandes de la mer du Nord. Le constructeur nazairien, qui s’est hissé dans le trio de tête mondial sur le segment des sous-stations avec le Danois Bladt et le Belge Fabricom (filiale d’Engie), a pour mémoire déjà mis en service trois sous-stations à l’international : pour le parc britannique Westermost Rough (210 MW) en 2014, puis en 2018 pour les champs Rentel (309 MW) en Belgique et Arkona (385 MW) en Allemagne.
Saint-Nazaire est le premier projet national de l’industriel, qui en attendant le développement très compliqué de l’éolien offshore en France, a su faire ses armes sur le marché international. La pose de la sous-station électrique est donc une étape très importante, même s’il reste encore beaucoup de travail avant de voir le champ du banc de Guérande en service.
LDA vient de débuter la pose des câbles inter-éoliennes
Alors que les câbles export ont été posés et le raccordement effectué par RTE jusqu’au nouveau poste électrique de Prinquiau, la mise en place des câbles inter-éoliennes (qui vont relier les machines à la sous-station) a débuté cette semaine. Une mission confiée à la société française Travocean, filiale de Louis Dreyfus Armateurs, qui emploie pour ce chantier l’un de ses navires, le Wind of Pride, ainsi qu’une unité affrétée, l’Olympic Triton.
L'Olympic Triton et le Wind of Hope travaillant hier sur le câblage inter-éoliennes (© MARC OTTINI)
21 fondations d’éoliennes installées
Toujours en mer, l’installation des fondations des 80 éoliennes du type Haliade-150, qui a débuté en mai, se poursuit. Ces monopiles en acier de 7 mètres de diamètre, regroupées sur le port de La Rochelle, sont embarquées trois par trois et installées par l’Innovation, navire jack-up de Deme. Les mâts, qui seront posés l’année prochaine sur les fondations (plus précisément les pièces de transition jaunes qui recouvrent les pieux et émergent de l’eau), permettront d’élever les nacelles des turbines à 100 mètres au-dessus de la mer, chaque éolienne étant pourvue de trois pales longues de 73.5 mètres, soit avec le moyeu de la machine un diamètre d’environ 150 mètres.
Le jack-up Innovation, soulevé sur ses quatre jambes posées sur le fond marin, installe les fondations du parc de Saint-Nazaire (© MARC OTTINI)
Le jack-up Innovation, soulevé sur ses quatre jambes posées sur le fond marin, installe les fondations du parc de Saint-Nazaire (© MARC OTTINI)
A ce jour, précise à Mer et Marine la société Parc éolien en mer de Saint-Nazaire, 21 fondations ont été installées. « L’installation des fondations et des câbles inter-éoliens va se poursuivre jusqu’à ce que les conditions météo hivernales ne le permettent plus et reprendront au printemps en parallèle de l’installation des premières éoliennes ».
Le hub logistique de Saint-Nazaire avec des dizaines de nacelles et pales en attente (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
Déjà 40 nacelles, 162 pales et 69 tronçons de mâts rassemblés sur le hub logistique
Quant aux machines, leurs différents éléments sont progressivement regroupés sur le nouveau hub logistique de 12 hectares aménagé par le Grand Port Maritime de Nantes Saint-Nazaire près de la forme-écluse Joubert. La moitié des turbines des Haliade-150, qui sont produites par l’usine GE de Montoir, à quelques kilomètres de là, sont déjà sur place. Elles sont livrées sous forme de nacelles de 400 tonnes. Quant aux 40 autres machines, leur production est en train de s’achever. Pour ce qui est des pales et mâts, produits en Espagne, ils continuent d’arriver par cargos dans le port de Saint-Nazaire en vue de leur préparation et de leur stockage sur le hub (voir notre reportage réalisé fin mai suite à l'arrivée des premières pales).
Débarquement de pales en provenance d'Espagne (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
Débarquement de pales en provenance d'Espagne (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
Chaque éolienne compte donc trois pales et chaque mât est composé de trois sections de 6 mètres de diamètre, dont une est équipée à Saint-Nazaire d’un E-stack. Un module électrique par lequel sera transformé une première fois le courant produit par l’éolienne avant son envoi par câble sous-marin vers la sous-station électrique. A ce jour, en plus des 40 nacelles d’éoliennes, 162 pales et 69 parties de mâts sont stockées sur le hub logistique. Le reste sera progressivement acheminé d’ici l’année prochaine, sachant que le site, bien que très vaste, n’est pas assez grand pour accueillir l’ensemble des éléments des 80 éoliennes du parc.
Pales et tronçons de mâts sont débarqués quai de la Prise d'eau avant de rejoindre le hub (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
Sur le hub logistique (© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
(© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
(© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
(© MER ET MARINE - VINCENT GROIZELEAU)
Installation des éoliennes à partir du printemps prochain
Leur installation en mer débutera en mars ou avril de l’année prochaine. Une opération qui sera réalisée par le Vole au Vent, navire de la compagnie belge Jan de Nul en charge de cette partie du chantier. A l’issue, le parc devrait être opérationnel fin 2022.
Le Vole au Vent, ici sur un précédent chantier (© JAN DE NUL)
(*) Concernant les pales, on rappellera qu’elles devaient initialement être produites à Cherbourg dans la nouvelle de LM Wind Power, filiale de GE. Mais compte tenu des retards pris par les projets français, ce dernier a décidé de concentrer la production de sa nouvelle unité normande sur les pales de la nouvelle Haliade-X (12 MW), le contrat du parc de Saint-Nazaire étant alors transféré à l’usine espagnole de LM Wind Power.
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