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Development of screw anchors for floating Marine Renewable Energy system arrays incorporating anchor sharing

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Des vis d’ancrage pourraient permettre d’installer des parcs éoliens flottants en haute mer

Des scientifiques de l’UE permettent de mieux comprendre la façon dont les vis d’ancrage fonctionnent dans les fonds marins sablonneux. En tant qu’éléments d’un système d’amarrage, elles pourraient permettre de placer en haute mer des parcs éoliens et des dispositifs utilisant l’énergie des vagues, aidant l’Europe à atteindre ses objectifs d’énergie renouvelable au moyen d’installations présentant un faible impact sur l’environnement.

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Lorsque les ingénieurs civils de l’Université de Dundee en Écosse ont commencé à voir si les parcs éoliens flottants pouvaient partager des ancrages, ils s’attendaient à passer leur temps à étudier des réseaux d’appareils – comment organiser au mieux des bataillons de moulins à vent géants qui se balancent au gré des mouvements de la mer. Mais au fur et à mesure que le projet SAFS a progressé, les recherches sont davantage revenues à l’essentiel en se concentrant sur de meilleures manières d’installer une vis d’ancrage et en essayant de prédire leur résistance à un éventuel soulèvement. «La grande question est de comprendre comment les vis d’ancrage se comportent dans le sable», explique Jonathan Knappett, professeur de génie civil à l’Université de Dundee et coordinateur du projet SAFS. «Si nous voulons atteindre des objectifs ambitieux en matière d’énergies renouvelables, nous devons nous déplacer dans des eaux beaucoup plus profondes où les systèmes de fondations actuels ne seront pas rentables – nous avons besoin d’une solution flottante.» Plus les parcs éoliens se déplacent en haute mer, plus la question de savoir quelles fondations physiques utiliser devient compliquée et coûteuse. L’équipe du projet SAFS est convaincue que les vis d’ancrage – des arbres en acier avec une hélice à une extrémité qui peuvent être utilisés pour ancrer une éolienne flottante – font partie de la solution. «L’un des principaux avantages de ces ancrages est qu’ils peuvent être installés avec un très faible niveau de bruit et de vibrations, contrairement aux pieux enfoncés», explique Benjamin Cerfontaine, chercheur principal du projet SAFS, qui a mené les recherches avec le soutien du programme Marie Skłodowska-Curie.

Une installation respectueuse des baleines

Non seulement les vis d’ancrage constituent une meilleure option vis-à-vis des animaux marins, mais l’hélice offre également une solide résistance à la traction, ou tenue au fond, susceptible de réduire le poids de l’ancrage de 35 à 50 % par rapport aux pieux classiques. Mais aucune méthode de conception largement acceptée ne peut prédire leur comportement lors de l’installation et au cours de leur durée de vie. Le projet SAFS a produit une procédure numérique, validée par des essais expérimentaux, qui permet de calculer de manière plus précise la relation de la charge par rapport au déplacement. «Cela nous permet d’évaluer aussi bien la capacité que la rigidité, ce qui est important pour les performances dynamiques de l’éolienne flottante», explique M. Cerfontaine.

Des travaux qui tiennent compte des contraintes

L’équipe a ensuite développé une méthodologie simplifiée pour optimiser la conception des ancrages en fonction des contraintes techniques et structurelles, comme une machine d’installation de taille limitée. «Nous ne pouvons effectuer qu’un nombre limité d’expériences, mais sur le terrain, les ingénieurs devront concevoir un dispositif fonctionnant dans un large éventail de conditions», explique M. Knappett. «Nous leur donnons un point de départ, en ce qui concerne la taille et la forme de l’ancrage à fixer dans le sol, qui peut ensuite être affiné à l’aide de la procédure numérique.» Ils ont installé des modèles de vis d’ancrage de petite taille dans le sable à l’intérieur d’une centrifugeuse géotechnique pour reproduire leur comportement en mer. Cela contribue à optimiser la conception mais aussi à émettre des suggestions pour améliorer le processus d’installation. Les exigences techniques concernant l’installation de grandes vis d’ancrage en mer dépassant actuellement les capacités des équipements conventionnels, il est essentiel de les réduire. Bien que le projet SAFS soit terminé, l’équipe de recherche de Dundee a réussi à attirer des financements industriels supplémentaires grâce à ses résultats, pour poursuivre sur cet axe de recherche. «Nous cherchons à modifier le processus d’installation pour pouvoir installer un ancrage avec moins de force», explique Knappett, qui croit que les outils de modélisation permettant de prédire cela pourraient se révéler être l’un des résultats les plus innovants du projet SAFS.

Mots‑clés

SAFS, vis d’ancrage, optimisation de la conception, offshore, parc éolien, éolienne, énergie des vagues, énergie renouvelable

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