Conception d’amarrage optimisée par ordinateur pour les éoliennes flottantes
Les éoliennes offshore flottantes pourraient contribuer davantage à la lutte contre le changement climatique en exploitant l’énergie éolienne importante disponible dans les eaux plus profondes. L’un des obstacles réside dans le fait qu’à ces profondeurs, les ancrages traditionnels des éoliennes ne sont pas réalisables, principalement en raison de leur longueur, ce qui rend les fondations fixées au fond difficiles à installer et à entretenir. En revanche, les turbines flottantes sont par définition mobiles et peuvent donc être déployées dans un plus grand nombre d’endroits, ce qui signifie qu’elles peuvent profiter de vents plus forts et plus stables en mer. Cependant, les éoliennes flottantes présentent encore de nombreux défis techniques. «Leurs structures interagissent de manière complexe avec l’air ambiant et l’eau, tandis que l’interaction du système d’amarrage avec le fond marin est particulièrement complexe. Par conséquent, les solutions flottantes sont généralement plus coûteuses et plus exigeantes sur le plan technique que les éoliennes fixées au fond marin», explique Shengjie Rui(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), chercheur principal dans le cadre du programme Actions Marie Skłodowska-Curie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (MSCA) du projet MLSITDAIAFWT, qui a utilisé la modélisation informatique pour améliorer la conception des amarrages des éoliennes flottantes. Le projet s’est particulièrement intéressé à la manière dont les interactions entre les lignes d’amarrage et le fond marin peuvent entraîner la formation de tranchées qui réduisent la capacité d’ancrage.
Premier modèle informatique précis des charges d’ancrage
L’équipe MLSITDAIAFWT, financée par le MSCA, a combiné des expériences en laboratoire et des simulations informatiques à l’Institut géotechnique norvégien(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), hôte du projet, et à l’Université norvégienne des sciences et technologies(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), partenaire du projet. Des essais en laboratoire, appelés essais de pénétration à chaîne, ont d’abord été réalisés afin d’étudier la déformation et l’érosion des fonds marins argileux sous l’effet des mouvements répétés des composants d’amarrage. «La principale constatation est que les structures mobiles coupent et perturbent le sol de manière répétée, ramollissant l’argile et réduisant l’intégrité et la résistance du fond marin, formant ainsi des tranchées», ajoute Shengjie Rui. Combinés aux données de la littérature publiée, ces résultats de laboratoire ont été utilisés pour étalonner un modèle numérique des interactions entre les lignes d’amarrage et le fond marin. Ces données ont ensuite été introduites dans le logiciel SIMA(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), ce qui a permis d’effectuer des analyses systémiques intégrées de ces interactions. Les mesures ont démontré que la partie enfouie d’une ligne d’amarrage modifie considérablement la tension au niveau du guide-chaîne (raccord guidant la chaîne) et de l’anneau d’amarrage (plaque et anneau en acier inoxydable servant à fixer la chaîne), ce qui affecte les performances globales du système d’amarrage. «À ma connaissance, il s’agit du premier modèle qui permet aux concepteurs de calculer directement les charges d’ancrage dans le cadre d’analyses au niveau du système, tout en tenant compte des effets de ligne incorporés. Notre étude contribuera en définitive à améliorer la fiabilité des systèmes d’amarrage, à réduire les coûts de maintenance et à rendre les éoliennes flottantes plus réalisables», explique Shengjie Rui.
Soutenir les ambitions en matière d’énergie propre et l’innovation marine
En garantissant une plus grande fiabilité de la technologie éolienne flottante, les travaux de MLSITDAIAFWT favorisent la production d’énergie renouvelable à grande échelle en eaux profondes, contribuant ainsi à réduire les émissions de CO2 et la dépendance aux combustibles fossiles, conformément aux ambitions en matière d’énergie propre de l’UE(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). «Avec des applications telles que les fermes éoliennes flottantes commerciales, les systèmes hybrides d’énergie en mer et les solutions d’amarrage avancées pour les infrastructures océaniques, la technologie stimule également les innovations en matière de génie océanique, tout en encourageant un développement plus large des ressources marines», note Shengjie Rui. Après avoir présenté les résultats du projet lors d’une série d’événements, notamment lors d’une conférence plénière dans le cadre de la grande conférence internationale en France(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), Shengjie Rui applique désormais directement le modèle du projet à la conception d’éoliennes flottantes, validant ainsi ses performances dans des scénarios d’ingénierie réels. «Si le modèle améliore systématiquement la précision et l’efficacité de la conception, les méthodes et les résultats du projet pourraient être intégrés dans les normes industrielles et les lignes directrices de conception des systèmes d’ancrage pour éoliennes flottantes», explique Shengjie Rui.