Brevet FR2837535A1 — publié le 20030926

par-voede terre La présente invention est relative à une installation de production d'électricité en mer et, plus particulièrement, à une telle installation constituée d'une éolienne et d'un support pour cette éolienne. On a déjà proposé de produire de l'électricité à l'aide d'éoliennes installées en mer, notamment à proximité d'un rivage. Suivant les propositions connues, I'éolienne est montée sur une tour, dite "jacket", en treillis métallique par exemple, posée et fixée sur un fond marin, à la manière d'une plate-forme gravitaire. Une telle solution peut convenir sur des fonds marins peu profonds (de quelques dizaines de mètres par exemple) mais devient vite de coût prohibitif au delà, du fait du coût de la construction et de l'installation de la tour métallique de support. De surcrot il faut alors prévoir une mise en place en mer de l'éolienne, sur la tour fixée auparavant sur son site final d'exploitation, mise en place qui peut s'avérer difficile notamment dans des conditions d'environnement sévères. Il en est de même lorsque des opérations d'entretien de l'éolienne doivent être exécutées sur un tel site. Pour toutes ces raisons il existe aujourd'hui un besoin pour une installation en mer d'une éolienne qui puisse s'accommoder de fonds marins plus profonds, par exemple supérieurs à 100 m, et qui soit néanmoins de construction, de mise en place et d'entretien économiques. La présente invention a précisément pour but de réaliser une installation en mer d'éolienne satisfaisant à toutes ces exigences. On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparatront à la lecture de la description qui va suivre, avec une installation de production d'électricité en mer, comprenant une éolienne et un support pour cette éolienne, cette instailation étant rem arq u able en ce q ue led it s upport est co nstitué par u ne plate-form e à l ig nes tendues. Comme on le verra plus loin en détail, une tel le installation peut être mise en place au-dessus de fonds marins dépassant, par exemple, 100 m de profondeur et plus, et ceci de manière économique, tant en coût de construction qu'en coût de mise en place et d'entretien. Suivant d'autres caractéristiques de la présente invention: - la plateforme prend la forme d'un flotteur ballastable et déballastable, - le flotteur comprend au moins un caisson à section horizontale sensiblement triangulaire, ledit caisson étant raccordé à des corps morts reposant sur un fond marin, par au moins trois paires de tendons, chaque paire étant installée entre un des angles du caisson et un des corps morts, - le flotteur comprend des moyens de stabilisation de ce flotteur quand il passe d'une position de flottaison à la surface de l'eau à une position o il est entièrement immergé, - ces moyens de stabilisation sont constitués par un deuxième caisson solidaire du premier et installé entre celui-ci et la base d'une colonne de support de l'éolienne, I'inertie de la surface de la section horizontale du deuxième caisson étant intermédiaire entre celle de la section horizontale du premier caisson et celle de la base de la colonne. La présente invention a aussi pour but de fournir un procédé pour la construction et ia mise en place d'une telle installation, selon les étapes suivantes: a) on construit le flotteur en cale sèche et on l'entrane ensuite, par mise en flottaison et remorquage, à quai, b) on installe l'éolienne sur le support depuis ledit quai, c) on remorque l'ensemble ainsi constitué sur son site d'exploitation final, préalablement équipé de lignes immergées fixées chacune par une extrémité au fond marin et maintenues dans une position verticale, d) on ballaste le flotteur au droit desdites lignes immergées pour le faire descendre sous la surface de l'eau jusqu'au niveau des extrémités hautes des lignes, e) on raccorde lesdites extrémités au flotteur, et f) on déballaste le flotteur jusqu'à établir une tension prédéterminée dans les lignes. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparatront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective d'une installation de production d'électricité en mer suivant la présente invention, et - les figures 2A à 2J illustrent schématiquement des étapes successives de la construction et de la mise en place de l'installation représentée à la figure 1. On se réfère à la figure 1 du dessin annexé o l'on a représenté schématiquement une éolienne 1 comprenant une colonne verticale 2 supportant un groupe 3 de production d'électricité constitué d'une génératrice électrique dont le rotor est entrané en rotation par des pales 4, 42. 43 mises en mouvement par le vent7 co mm e cela est bie n con nu. La col onne 2 et les pa les 4j so nt dim ension nees en longueur de manière que ces pales puissent tourner largement au-dessus de la surface 5a d'un site marin dont le fond est référencé 5b. La colonne 2 de support du groupe 3 est fixée sur un fût 6 débordant verticalement d'un support 7 et constituant la base de cette colonne. Comme cela appara^'t sur la figure 1, suivant l'invention, ce support 7 est constitué par une plate-forme submersible constituée par un flotteur, à flottabilité positive, maintenu à une distance prédéterminée de la surface 5a de l'eau, par des paires de lignes tendues 8j (i de 1 à 3) raccordées chacune par une extrémité au flotteur et, par son autre extrémité, à un corps mort 9j reposant sur le fond marin 5b. Ces lignes tendues, ou "tendons", peuvent être constitués chacune par un câble ou un tube métallique de diamètre convenable. Avantageusement, les extrémités haute et basse de chaque tendon sont articulées par des moyens connus, non représentés, sur le flotteur et sur le corps mort respectivement, auxquels elles sont raccordées. On comprend que l'invention rend possible i'installation d'une éolienne sur des fonds marins de profondeur supérieure à celle pour laquelle l'installation sur "jacket" devient de coût probibitif, et ceci par simple ajustement de la longueur des tendons. Suivant le mode de réalisation du flotteur 7 représenté à la figure 1, celui-ci comprend essentiellement des premier et deuxième caissons prismatiques 7a, 7b respectivement, ballastables et déballastables, à section horizontale respectivement triangulaire et octogonale, les deux caissons étant accolés sur un axe vertical commun, le caisson 7a se situant en-dessous du caisson 7b. Un compartiment de lest 7c est fixé en-dessous du compartiment 7a. Comme représenté sur la figure 1, les paires de tendons 8j sont connectées chacune entre un des angles du caisson à section horizontale triangulaire 7a et le corps mort 9j correspondant. Suivant une caractéristique du flotteur de l'installation selon l'invention, exploitée lors de la mise en place de l'installation sur son site final comme expliqué dans la suite de la présente description en liaison avec la figure 2, ce flotteur est configuré de manière à comprendre des moyens de stabilisation lorsqu'on ballaste celui-ci pour le faire passer d'une position de flottaison à la surface 5a de l'eau, à la position immergée représentée à la figure 1. On sait en effet que la stabilité d'un corps flottant est tributaire, entre autres, du rayon métacentrique de ce corps, lui-même directement proportionnel à linertie de la surface de la section du corps par ie plan de la surface de l'eau. Lors de la descente du flotteur par ballastage, le "toit" du caisson 7a vient à passer sous la surface de l'eau. Il faut qu'à ce moment, la surface et l'inertie de la section du flotteur soit telle que la stabilité du flotteur soit assurée. Le caisson 7b du flotteur suivant l'invention a justement pour but d'assurer cette stabilité grâce à la surface, et donc à l'inertie, importante de sa section horizontale (bien que moindre que celle du caisson 7a). C'est ainsi que ie flotteur 7 peut passer par ballastage, d'une position de flottaison à une position entièrement immergée (I'inertie à prendre alors en compte est celle, encore moindre, de la section horizontale du fût 6, à la base de la colonne 2), sans passage dangereux par un état d'instabilité hydrostatique qui pourrait provoquer un renversement du flotteur et de sa charge constituée par l'éolienne. On comprendra l'intérêt de cette disposition à la lecture de la description qui va suivre du procédé de mise en place de l'installation suivant l'invention. Bien entendu, on pourrait donner au flotteur une forme autre que celle représentée, conique ou pyramidale par exemple, pour assurer sa stabilité pendant son immersion. Cependant la forme en deux caissons, à section triangulaire et octogonale respectivement, représentée à la figure 1 autorise une fabrication par assemblage de panneaux plats, simple et économique, conformément à l'un des buts fixés à la présente invention. Dans cet esprit de réduction de coût on remarquera que la forme du caisson 7a, à section horizontale triangulaire, est aussi celle qui donne à ce caisson une surface maximale quand on choisit un flotteur comptant un nombre de points dancrage minimal, à savoir 3, compatible avec la necessaire stabilité de ce flotteur, ce nombre de points d'ancrage minimisant celui des tendons, et donc le coût de ceux-ci. Par ailleurs, la forme triangulaire du caisson 7a améliore la flottabilité du caisson en phase de construction et d'installation, par diminution du tirant d'eau. Cette forme permet aussi, avantageusement, d'éloigner les tendons de l'axe vertical du flotteur, ce qui améliore la stabilité après installation et assure des économies complémentaires. On se réfère maintenant aux figures 2A à 2J du dessin annexé, qui illustrent diverses phases successives du procédé suivant l'invention, de construction et de mise en place de l'installation décrite ci-dessus. On construit d'abord en cale sèche 10 le flotteur 7, qui porte le fût 6 destiné à accueillir la base de la colonne 2 de l'éolienne 1 (voir fig. 2A). Après mise en flottaison du flotteur 7 par mise en eau de la cale (fig. 2B) ce flotteur est remorqué jusqu'à un quai 11 (voir fig. 2C) o, grâce à une grue 12, on installe successivement, la colonne 2 sur le fût 6 ffig. 2D), le groupe 3 en haut de la colonne (fig. 2E), et les pales 4j sur le rotor du groupe (fig. 2F). On remarquera que la forme triangulaire de la section horizontale du caisson 7 permet d'accoler un bord droit de ce caisson au quai 11 (voir fig. 2C1 et donc de rapprocher le centre de gravité de l'installation à assembler de celui de la grue de chargement 12 (voir fig. 2D) ce qui permet avantageusement de limiter le couple appliqué sur la flèche de la grue. On remorque ensuite (fig. 2G) I'installation jusqu'à son site final (fig. 2H), préalablement équipé des corps morts j et des tendons nécessaires à la.fixation de I' installation sur ce site (fig. 2 1), ces tendons étant maintenus en position verticale, éventuellement par des moyens connus tels que des bouées (non représentées). Après avoir amené des angles du caisson triangulaire 7a du flotteur au droit des paires de tendons 8j auxquels ils doivent être raccordés, on immerge progressivement le flotteur 7 par ballastage (avec de l'eau de mer), jusqu'à permettre la connexion des extrémités hautes des tendons 8j à ce flotteur (fig. 2J). Cette connexion étant réalisée, on met les tendons 8j sous une tension prédéterminée, par un déballastage mesuré du flotteur 7, pour assurer la stabilité de la position du flotteur et de l'éolienne. Des essais en bassin ont montré que la présente invention permet de construire et de mettre en place une installation très stable de production d'électricité en mer, sur des lignes tendues. C'est ainsi qu'avec une éolienne de 2 MW de puissance électrique montée sur une colonne de 30 m de hauteur et dont le poids total est d'environ 200 tonnes, on maintient dans les conditions d'environnement les pius sévères la verticaiité d'une installation suivant l'invention, d'un poids total de 8000 tonnes, avec un écart inférieur à 0,4 , considéré comme satisfaisant. Il appara'^t maintenant que l'invention permet bien d'atteindre les buts fixés, à savoir fournir une installation de production d'électricité en mer pouvant être mise en place sur des sites de profondeur importante, de 100 m ou plus, et ceci de manière économique grâce à un support simplement monté sur des lignes tendues. L'assemblage à quai de l'éolienne et de son support, plutôt qu'en pleine mer, renforce encore cet ava ntage économ i q ue. A cet égard on note ra en outre qu ' il devient possible de ramener à quai une installation, par remise en flottaison et remorquage, pour l'exécution d'opérations de maintenance. De telles opérations coûtent, elles aussi, moins cher quand elles sont exécutées dans ces conditions plutôt qu'en pleine mer. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que, par exemple, la géométrie du flotteur pourrait différer de celles décrites ci-dessus' pour autant cependant qu'elle permette d'assurer la nécessaire stabilité de ce flotteur pendant son immersion. De même l'ancrage du flotteur pourrait être assuré par des ancrages à succion ou par d'autres moyens d'ancrage connus, plutôt que par des corps morts. REVENDICATIONS 1. Instaliation de production d'électricité en mer, comprenant une éolienne t1) et un support pour cette eolienne, caractérisée en ce que ledit support est constitué par une plate-forme (7) à lignes tendues (8j). 2. Installation conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que ladite plate-forme (7) prend la forme d'un flotteur ballastable et déballastable. 3. Installation conforme à la revendication 2, caractérisée en ce que ledit flotteur (7) comprend au moins un caisson (7a) à section horizontale sensiblement triangulaire, ledit caisson (7a) étant raccordé à des corps morts (9i) reposant sur un fond marin (5a), par au moins trois paires (8j) de tendons, chaque paire étant installée entre un des angles dudit caisson (7a) et un desdits corps morts (9j). 4. Installation conforme à la revendication 3, caractérisée en ce que ledit flotteur (7) comprend des moyens (7b) de stabilisation de ce flotteur quand il passe dune position de flottaison à la surface de l'eau à une position o il est entièrement immergé. 5. Installation conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de stabilisation sont constitués par un deuxième caisson (7b) solidaire du premier (7a) et installé entre celui-ci et la base d'une colonne (2) de support de ladite éolienne (1), I'inertie de la surface de la section horizontale dudit deuxième caisson (7b) étant intermédiaire entre celle de la section horizontale dudit premier caisson (7a) et celle de la base de ladite colonne (2). 6. Installation conforme à la revendication 5, caractérisée en ce que ladite colonne est montée sur un fût (6) débordant verticalement du flotteur (7). 7. Installation conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisée en ce qu'un lest (7c) est fixé sous ledit flotteur (7). 8. Installation conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisée en ce que les extrémités basses et hautes desdits tendons (8j) sont articulées sur lesdits corps morts (9j) et sur ledit flotteur (7), respectivement. 9. Installation conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que ledit flotteur est de forme conique et pyramidale. 10. Procédé de construction et de mise en place de l'installation conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé par les étapes suivantes: a) on construit le flotteur (7) en cale sèche et on l'entrane ensuite, par mise en flottaison et remorquage, à quai, b) on installe l'éolienne (1) sur ledit flotteur (7), depuis ledit quai, c) on remorque l'ensemble ainsi constitué sur son site d'exploitation final, préalablement équipé de lignes immergées (8j) maintenues dans une position verticale, d) on ballaste ledit flotteur (7) au droit desdites lignes (8j) immergées pour le faire descendre sous la surface (5a) de l'eau jusqu'au niveau des extrémités hautes desdites lignes (8j), e) on raccorde lesdites extrémités audit flotteur (7), et f) on déballaste ledit flotteur (7) jusqu'à établir une tension prédéterminée