Câbles d'ancrage et ombilicaux pour les éoliennes flottantes

Enjeux et objectifs

Si il existe de nombreux parcs éoliens posés en mer, un réel potentiel de développement des EMR porte sur des solutions flottantes. Ceci implique de disposer de méthodes d'ancrage adaptés (le plus souvent via l'utilisation de câbles et/ou de chaînes) ainsi que de transport de l'énergie (câbles ombilicaux). Or l'utilisation de ces équipements dans le cadre de structures flottantes induit des endommagements précoces.

Il est donc nécessaire d'étudier la durabilité de ces câbles et de proposer ou de développer des solutions de monitoring ou de suivi adaptées aux contraintes sur site.

 

 

Projet OCEAGEN - ADEME (2016-2019) Qualification de composants pour la réduction du coût de flotteurs et de systèmes d'ancrage pour l'éolien flottant

Fort de ses compétences dans l’évaluation des câbles, haubans et autres structures métalliques aussi emblématiques que le pont de Millau en France ou de Rion-Antirion en Grèce, l’Ifsttar testera des câbles d’ancrage qui servent à maintenir ce type de fondation flottante d’éolienne en position. Financé notamment au titre du programme des investissements d’avenir orchestré par l’Ademe, ce projet de recherche et développement est coordonné par la société Ideol qui a développé le concept de fondation flottante. Sur la base du système breveté Damping Pool, cette structure annulaire carrée en béton de 36 mètres de côté comporte un puits central servant à amortir les oscillations dues aux effets du vent sur la turbine et à la houle, quelles que soient les conditions en mer. Selon le site d’implantation, le flotteur est ancré dans le fond marin par l'intermédiaire de câbles d’environ 100 millimètres de diamètre et de 500 à 1 000 mètres de long.

Les chercheurs du laboratoire Structures métalliques et câbles (SMC) du centre Ifsttar de Nantes testeront pendant plusieurs mois les câbles d’ancrage, pièces maîtresses de ces structures. « Nous évaluerons le comportement en fatigue-flexion de ces câbles monotorons multicouches en acier protégés par une gaine en polyéthylène haute densité », explique Laurent Gaillet, directeur du laboratoire SMC. Ces essais accélérés permettront de prédire leur durée de vie en mer pour des conditions de sollicitations répétées avec des variations combinées en tension et flexion.

Ces études seront menées hors environnement marin sur le banc de fatigue des câbles du laboratoire SMC, un équipement d’envergure comme il en existe peu au monde. Dans un bâti en béton armé long de 16 mètres, des vérins hydrauliques mettent les câbles sous tension : « Nous appliquerons une sollicitation en fatigue pendant un million de cycles, ainsi que des efforts de flexion qui simuleront au mieux les sollicitations réelles, grâce à un nouveau vérin qui sera installé dans le cadre de ce projet », précise-t-il. Le dimensionnement des câbles, leur disposition, leur durabilité seront ainsi validés pour une durée de vie de l’ancrage de trente ans.

Autre paramètre étudié par l’Ifsttar : l’analyse du cycle de vie de la structure. Le laboratoire Navier de Marne-la-Vallée recueillera les données environnementales du démonstrateur de 2 MW, dont l’installation en mer est prévue dans le courant du premier semestre 2016 sur le site d’expérimentation marin SEM-REV au large du Croisic (Loire-Atlantique). Elles seront comparées à celles d’autres éoliennes offshore. L’étude permettra de minimiser l’impact des différents matériaux choisis et des différentes phases du projet.

Cette collaboration à l’étude d’ouvrages marins valorise les grands équipements de l’Ifsttar et ses compétences en matière de durabilité des câbles. Cela permet aussi à l’Institut de bien se positionner dans le domaine des énergies marines renouvelables. Ce type d’éolienne flottante, installée à distance des côtes avec un moindre impact visuel et des vents réguliers, est amené à se développer, notamment en Europe, au Japon ou en Asie.

 

Contacts: Laurent Gaillet

Lien vidéo

Projet OMCEND Weamec (2016-2020) Elastic waves in cables for their non destructive evaluation: numerical and experimental approache

L'utilisation des ondes guidées mécaniques revêt un fort potentiel pour l'évaluation non destructive (END) des câbles car elles sont susceptibles de se propager sur de longues distances et sont sensibles à des défauts de petite taille. En raison de la nature multimodale et dispersive des ondes guidées, des modèles de propagation réalistes et hautes fréquences sont indispensables au dimensionnement des techniques d'END et à l'évaluation de leur faisabilité in-situ. Concernant les câbles EMR (Énergies Marines Renouvelables), les modèles à développer doivent être capables de tenir compte de plusieurs difficultés : forte hétérogénéité de la section (multi-brins), contacts entre les constituants, géométrie hélicoïdale, précontraintes,... Ruptures scientifiques et innovation: - Développement d'approches de modélisation et résolution numérique pour la propagation des ondes mécaniques guidées dans les câbles EMR - Validations expérimentales des modèles - Dimensionnement d'une instrumentation permettant d'évaluer la faisabilité des ondes mécaniques pour l'END des câbles (pour les armures des ombilicaux en particulier). Impact technique et économique attendu: - avancées sur la connaissance et l’analyse physique des phénomènes ondulatoires dans les câbles EMR - perspectives applicatives : mise au point de techniques in-situ fiables et à faible coût pour le contrôle non destructif et la surveillance de l’intégrité mécanique des câbles.

 

Contacts: Fabien Treyssede, Laurent Laguerre