Centraliens - La revue des Arts et Manufactures - Juillet 2013 / N°627 - 30

Dossier

Les éoliennes
flottantes
Pourquoi l’éolien flottant ?

L’éolien offshore fondé, qui consiste à poser un
mât et une turbine d’éolienne sur une structure
fixe immergée, peut atteindre rapidement des
limites vis-à-vis de la profondeur d’eau (30 m
à 40 m) et de la nature du sol. Les zones les
plus exploitées de la mer du Nord sont en effet
très favorables de ces points de vue. Au-delà de
ces profondeurs, l’installation d’une éolienne
en mer classique n’est plus économiquement
acceptable, voire les solutions technologiques
ne sont pas validées.
De nombreuses zones offshore très ventées
correspondent à des profondeurs d’eau importantes, même à proximité de la côte. C’est le cas
du bassin méditerranéen et des côtes atlantiques. Installer en alternative des éoliennes
flottantes par plus de 200 m d’eau est très
réaliste. Un autre avantage est d’installer les
éoliennes flottantes plus loin des côtes, là où
les vents sont plus forts et plus réguliers.
Enfin, étant plus éloignées des côtes, ces éoliennes répondraient mieux au problème de
saturation de la bande littorale et aux conflits
d’usage avec les riverains et les pêcheurs.

Qu’est-ce que l’éolien flottant ?

Le principe est de fixer le mât et la turbine
sur une structure flottante, elle-même maintenue au fond par un système d’ancrage.
La différence majeure avec l’éolien fondé
concerne l’influence des mouvements de la
structure flottante. En effet même pour une
éolienne multi-mégawatts, les dimensions du
flotteur restent limitées (quelques dizaines de
mètres d’envergure et de tirant d’eau, quelques
milliers de tonnes de déplacement). Le flotteur est très sensible à la houle, d’une part,
et à l’inclinaison induite par les efforts aérodynamiques (turbine), d’autre part. Le vent
apparent perçu par les pâles est modifié par les
mouvements, ce qui doit être pris en compte
au niveau du système de contrôle du « pitch »

Figure 1 : Eolienne Flottante WINFLO - Winacelles

(incidence des pâles). De plus, une éolienne
n’est pas a priori conçue pour fonctionner avec
une inclinaison et des mouvements en tête
importants - Figure 1.
La démarche de conception consiste donc à rechercher des flotteurs à faibles mouvements. Il
est apparu naturel de s’inspirer de l’expérience
de l’offshore pétrolier, qui est confronté à la
même problématique, pour adapter des architectures connues de type semi-submersible
multi-colonnes à faible tirant d’eau ou de type
mono-colonne à fort tirant d’eau (« spar »),
plate-forme sur lignes tendus (TLP) - Figure 2.
Un composant clé est le système d’ancrage qui
doit assurer le maintien en position de l’éolienne quelles que soient les conditions d’environnement. En effet la rupture de l’ancrage
peut entraîner la dérive du flotteur avec des
risques importants. Là aussi le retour d’expérience de l’offshore pétrolier est largement mis
à contribution, aussi bien pour les solutions
techniques que pour les règles et méthodes de
dimensionnement.
Un rôle du système d’ancrage est de limiter les
déports horizontaux du flotteur vis-à-vis du
raccordement électrique. Le câble d’export est
en effet accroché sur le flotteur et subit donc
ses mouvements. Le dimensionnement de ces
câbles électriques est de fait un verrou technologique.
Un système d’ancrage est composé de plusieurs
lignes plus ou moins souples reliant le flotteur
au fond. Les lignes d’ancrage peuvent être classiquement composées de chaînes et reliées au
fond marin par des ancres conventionnelles.
Les lignes sont dites caténaires. Cette solution
présente des inconvénients importants (efforts
structuraux sur le flotteur, emprise au sol, coût
d’installation) qui lui font préférer une solution avec des lignes semi-tendues composées
d’éléments de câbles en acier ou en matériaux
synthétiques. Les ancres peuvent rester de type
conventionnel ou de type gravitaire, voire des
pieux enterrés (nécessitant un forage si le sol
est rocheux) - Figure 3.
On l’a compris la nature du sol est un paramètre
déterminant pour l’éolien flottant. Le coût de
l’ancrage pouvant représenter de 15% à 20% de
coût total de l’éolienne, tous les sites ne conduiront pas aux mêmes niveaux d’investissement. Il
est effet plus aisé d’installer des ancres conventionnelles dans un sol argileux ou sableux.

Figure 3 : Type d’ancrage caténaire et tendu

Figure 4 : Eolienne à axe vertical VertiWind (Nenuphar)

Figure 5 : Eolienne IDEOL

Figure 6 : Logiciel de simulation / IFPEN

Centraliens no627 [Juillet 201
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