Brevet FR2887900A1 — publié le 20070105

La présente invention est relative à un procédé de construction et de mise en place d'une installation de production d'électricité en mer comprenant une éolienne et une structure gravitaire de support de cette éolienne conçue pour reposer sur un fond marin. La présente invention est aussi relative à une telle installation adaptée à la mise en oeuvre de ce procédé. 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, l'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. La mise en place d'une telle installation sur un site final d'exploitation comprend alors deux phases successives correspondant à la mise en place de la tour et de l'éolienne, respectivement. Ces opérations mobilisent une flotte importante et donc coûteuse: barges spéciales, derricks barges, etc.... Elles sont en outre très dépendantes des conditions météorologiques. Ces limitations affectent actuellement l'intérêt de la création de fermes ou champs d'éoliennes en mer alors qu'on souhaite cependant développer de telles fermes en mer car c'est là que les nuisances esthétiques ou sonores qui leur sont attachées sont les moins sensibles. La présente invention a précisément pour but de surmonter ces limitations. On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, avec un procédé de construction et de mise en place d'une installation de production d'électricité en mer comprenant une éolienne et une structure gravitaire de support de cette éolienne conçue pour reposer sur un fond marin, suivant lequel: a) on construit la structure à sec en y ménageant au moins un espace destiné à recevoir un lest et on y attache au moins un caisson de flottaison amovible, b) on met la structure en flottaison et à quai pour le chargement du lest et l'installation de l'éolienne sur la structure, depuis le quai, c) on remorque l'ensemble ainsi constitué sur son site d'exploitation final et on fait descendre la structure gravitaire sur le fond marin par ballastage du caisson de flottaison, et d) on maintient ladite structure gravitaire sur ledit fond sous l'effet de son propre poids, on détache le caisson de la structure et on le remet en flottaison par déballastage pour être récupéré et réutilisé. 30 Comme on le verra plus loin en détail, le procédé suivant l'invention permet de remorquer sur site tous les composants de l'installation en un seul voyage, ce qui est très favorable du point de vue économique. Ce voyage unique rend aussi l'opération moins dépendante des conditions météorologiques. La réutilisation du ou des caissons de flottaison abaisse encore le coût d'installation dans le cas de la construction d'une ferme d'éoliennes. Suivant d'autres caractéristiques de la présente invention: - à l'étape a) , on fixe au moins deux caissons de flottaison sur la structure gravitaire de support, sensiblement symétriquement par rapport à l'axe d'un mât de 10 support d'une génératrice d'électricité formant partie de l'éolienne, - on fixe le ou les caissons au voisinage de la périphérie de la structure de manière à assurer la stabilité de l'ensemble tout au long de son remorquage et de sa descente vers le fond marin, - le ou les caissons amovibles sont dimensionnés verticalement de manière à 15 déborder de la surface de l'eau quand la structure gravitaire vient à toucher le fond marin, - à l'étape b), on met ladite structure en flottaison par ripage sur une rampe de lancement. La présente invention fournit aussi une installation de production d'électricité en mer adaptée à la mise en oeuvre de ce procédé, comprenant une éolienne et une structure gravitaire de support de cette éolienne conçue pour reposer sur un fond marin, remarquable en ce qu'elle comprend des moyens de fixation temporaire d'au moins un caisson de flottaison amovible sur la structure gravitaire, pendant le remorquage sur site de cet ensemble et pendant sa descente contrôlée vers le fond marin, par ballastage du caisson. Suivant d'autres caractéristiques de cette installation: - les moyens de fixation sont conçus pour retenir temporairement au moins deux caissons de flottaison de forme parallélépipédique disposés au voisinage de la périphérie de la structure gravitaire de support, sensiblement symétriquement par rapport à l'axe d'un mât de support d'une génératrice d'électricité formant partie de l'éolienne, - les caissons sont positionnés et dimensionnés pour assurer la flottaison et la stabilité de l'ensemble éolienne/structure de support pendant le remorquage sur site de cet ensemble et la stabilité de l'ensemble pendant sa descente contrôlée vers le 35 fond marin, par ballastage du caisson, - les caissons amovibles sont dimensionnés verticalement de manière à déborder de la surface de l'eau quand la structure gravitaire vient à toucher le fond marin, - la structure gravitaire comprend une base ballastée avec un lest solide, -cette base est aussi ballastée à l'eau de mer. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une vue en élévation de l'installation de production d'électricité en mer suivant l'invention, et - les figures 2A à 2G 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 où l'on a représenté schématiquement une éolienne 1 comprenant un mât vertical 2 supportant un groupe 3 de production d'électricité constitué d'une génératrice électrique dont le rotor est entraîné en rotation par des pales 4, à 43 mises en mouvement par le vent, comme cela est bien connu. Sur la figure 1 il apparaît aussi que le mât 2, d'axe X, est monté et fixé coaxialement sur une colonne 5 elle-même solidaire d'une base 6 reposant sur un fond marin 7, la colonne débordant de la surface 8 de l'eau. L'extrémité supérieure 5a de la colonne 5, sur laquelle repose le mât 2, établit aussi une plate-forme d'inspection, située à une hauteur telle que celle-ci n'est jamais atteinte par les eaux durant les tempêtes. C'est au niveau de cette plate-forme que sont établies des connexions entre les câbles électriques (non représentés) débitant l'énergie produite par l'éolienne et ceux conduisant cette énergie vers les lieux d'utilisation à terre. La base 6 prend la forme d'un caisson aplati de section verticale carrée, rectangulaire, polygonale ou circulaire, par exemple, ballasté avec un lest solide 9 complété, dans le mode de réalisation représenté à titre d'exemple illustratif et non limitatif seulement, par un volume 10 d'eau de mer. La base 6 peut être ancrée dans le fond marin 7 par des bêches telles que celles référencées 111 et 112 disposées autour de la périphérie de sa face inférieure. La colonne 5 et la base 6 ainsi ballastée constituent ensemble une structure gravitaire de support de l'éolienne 1 sur le fond marin 7. Le mât 2 et cette structure sont bien entendu dimensionnés verticalement de manière que les pales 41 à 43 de l'éolienne puissent tourner largement audessus de la surface 8 de l'eau. Une telle structure 5, 6 peut faire l'objet d'une réalisation en acier ou en béton, par exemple. La base 6 de la structure 5, 6 permet de transmettre au fond marin les efforts d'environnement, tels que ceux dus à la houle, au vent, aux courants marins, à d'éventuels tremblements de terre,... subis par l'éolienne et cette structure. Pour des raisons qui apparaîtront dans la suite de la présente description, la base 6 porte des moyens de fixation temporaire d'au moins un caisson de flottaison sur sa face supérieure. Ces moyens, schématisés en 121 et 122 à la figure 1, peuvent prendre diverses formes bien connues dans l'art de la construction en mer. On se réfère maintenant aux figures 2A à 2G pour décrire en détail le procédé suivant l'invention de construction et de mise en place de l'installation de production d'électricité décrite ci-dessus en liaison avec la figure 1. Comme schématisé à la figure 2A, la colonne 5 et la base 6 sont construites et assemblées à sec, en cale sèche ou, comme représenté, à quai, en acier ou en béton ainsi qu'on l'a mentionné plus haut. Suivant une caractéristique importante de la présente invention, à l'étape de la construction représentée à la figure 2A, on attache en outre à la base 6 au moins un caisson de flottaison, de manière amovible. Dans le mode de réalisation représenté, on attache en fait à cette base 6 deux caissons de flottaison 131 et 132, à l'aide des moyens de fixation 121 et 122 respectivement, prévus à cet effet sur cette base comme on l'a vu plus haut en liaison avec la figure 1. Comme on le verra plus loin ce ou ces caissons de flottaison sont positionnés et dimensionnés de manière à assurer la flottaison et la stabilité de l'ensemble éolienne/structure de support pendant le remorquage de cet ensemble sur le site final d'exploitation de l'installation de production d'électricité suivant l'invention. Ils assurent de même la stabilité de cet ensemble pendant sa descente vers le fond marin. Les caissons 131 et 132 représentés sont de forme parallélépipédique et sont disposés au voisinage de la périphérie de la base 6 de la structure gravitaire 5, 6, symétriquement par rapport à l'axe X de la colonne 5 et du mât 2, de manière à optimiser leur efficacité dans la fonction de stabilisation qui leur est assignée. A l'étape du procédé suivant l'invention illustrée par la figure 2B, on met à l'eau la structure de la figure 2A par ripage sur une rampe de lancement 14, à l'aide d'un remorqueur, non représenté. La flottaison de la structure est assurée par le volume d'air contenu dans la base 6, alors vide de tout lest, moyennant un dimensionnement convenable de cette base. La structure flottante est ensuite remorquée à quai pour recevoir son lest solide 9, chargé dans la base 6 (voir figure 2C) puis l'éolienne proprement dite (figure 2D). Sous l'effet des poids du lest et de l'éolienne, la structure s'enfonce dans l'eau sans cesser de flotter grâce aux caissons de flottaison alors également partiellement enfoncés dans l'eau. L'ensemble ainsi constitué est alors de nouveau remorqué (figure 2E) jusqu'à son site final d'exploitation où la structure de support est immergée jusqu'à reposer sur le fond marin, par un ballastage progressif et contrôlé en eau de mer, des caissons de flottaisonl3, et 132 (figure 2F). La structure gravitaire de support repose maintenant sur le fond marin sous l'effet de son propre poids et de celui du lest solide 9, éventuellement complété par un ballastage complémentaire 10 en eau de mer de cette base. Cette structure gravitaire est éventuellement fixée sur le fond marin fixée par les bêches prévues sur la base 6 (voir figure 1). Suivant la présente invention, des plongeurs vont ensuite déconnecter les caissons de flottaison de la base 6 par désactivation des moyens de fixation 121 et 122. Les caissons sont enfin vidés de l'eau qu'ils contiennent par pompage et remis ainsi en flottaison (figure 2G) pour être récupérés en vue de la mise en place d'une autre installation. On comprend que cette récupération, additionnée au transport sur site de tous les éléments de l'installation en un seul voyage, rend le procédé suivant l'invention particulièrement économique et sûr, notamment quand il s'agit d'installer de vastes champs d'éoliennes, ceci conformément au but de l'invention annoncé en préambule de la présente description. On comprend en outre qu'en inversant les étapes du procédé illustré par les figures 2A à 2G, il est possible de ramener une installation à quai en vue d'opérations de maintenance ou de réparation. Ces opérations peuvent alors être exécutées dans des conditions bien meilleures qu'en pleine mer. Ce procédé inversé permet aussi de déplacer des installations d'un champ à un autre, en tant que de besoin. Il est clair que la stabilité des installations ou parties d'installation transportées par le procédé suivant l'invention doit restée bonne tout au long de la mise en oeuvre de ce procédé. Pour ce faire les caissons doivent être dimensionnés de manière à donner à celles-ci la flottabilité permettant de compenser les poids supportés par ces caissons, et ceci à tout instant du transport et de l'immersion. On fera donc en sorte qu'à tout instant l'expression (p - a) reste positive, p étant le rayon métacentrique du corps flottant et a la hauteur du centre de gravité de ce corps au-dessus de la carène. A cet égard on remarquera une disposition avantageuse des caissons de flottaison, illustrée sur la figure 2F. Sur cette figure il apparaît en effet que ces caissons sont dimensionnés verticalement de manière à déborder légèrement de la surface 8 de l'eau quand la structure gravitaire 5, 6 repose sur le fond marin. On maximise ainsi l'inertie de la section de l'ensemble structure/caissons tout au long de l'immersion de cette structure et donc la valeur de p qui est directement proportionnelle à cette inertie. On remarquera encore que la stabilité en place est due à l'effort qu'exerce le lest sur le fond, cette stabilité permettant de résister au couple de renversement dû aux efforts de courant et de vent. On remarquera encore que la réutilisation des caissons de flottaison, et donc leur retrait de l'installation finale, permet de réduire les efforts d'environnement subis par cette installation, par réduction de la prise offerte à de tels efforts. A titre d'exemple illustratif et non limitatif, l'invention permet de réaliser une installation de production d'électricité en mer d'une puissance de 3 MW délivrée par une génératrice installée à environ 70 m au-dessus du niveau de la mer. Le poids total d'une telle installation, comprenant une structure gravitaire en acier, est d'environ 6000 tonnes pendant son transport, dont environ 450 tonnes de caissons de flottaison d'un volume global de 4700 m3. On comprend que la réutilisation de ces derniers est génératrice d'une économie substantielle. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. C'est ainsi que la forme, le nombre et la disposition des caissons de flottaison peuvent s'écarter largement de ceux décrits ci-dessus, au choix du concepteur et/ou en fonction de besoins spécifiques, pour autant qu'ils satisfassent aux contraintes de flottabilité et de stabilité posées plus haut. REVENDICATIONS 1. Procédé de construction et de mise en place d'une installation de production d'électricité en mer comprenant une éolienne (1) et une structure gravitaire (5, 6) de support de cette éolienne conçue pour reposer sur un fond marin (7), caractérisé par les étapes suivantes: a) on construit ladite structure (5, 6) à sec en y ménageant un espace destiné à recevoir un lest (9) et on y attache au moins un caisson de flottaison amovible (131, 132), b) on met ladite structure (5, 6) en flottaison et à quai pour le chargement dudit lest (9) et l'installation de ladite éolienne (1) sur ladite structure (5, 6), depuis ledit quai, c) on remorque l'ensemble ainsi constitué sur son site d'exploitation final et on fait descendre ladite structure gravitaire (5, 6) sur ledit fond marin (7) par ballastage dudit caisson de flottaison (131, 132), et d) on maintient ladite structure gravitaire (5, 6) sur ledit fond (7) sous l'effet de son propre poids, on détache ledit caisson (131, 132) de ladite structure (5, 6) et on le remet en flottaison par déballastage pour être récupéré et réutilisé. 2. Procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que, à l'étape a), on fixe au moins deux caissons de flottaison (131, 132) sur ladite structure gravitaire (5, 6) de support, sensiblement symétriquement par rapport à l'axe (X) d'un mât (2) de support d'une génératrice d'électricité (3) formant partie de l'éolienne (1). 3. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on fixe le ou lesdits caissons (131,132) au voisinage de la périphérie de ladite structure (5, 6) de manière à assurer la stabilité dudit ensemble tout au long de son remorquage et de sa descente vers le fond marin (7). 4. Procédé conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que le ou lesdits caissons amovibles (131, 132) sont dimensionnés verticalement de manière à déborder de la surface (8) de l'eau quand ladite structure gravitaire (5, 6) vient à toucher le fond marin (7). 5. Procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, à l'étape b), on met ladite structure (5, 6) en flottaison par ripage sur une rampe de lancement. 6. Installation de production d'électricité en mer adaptée à la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant une éolienne (1) et une structure gravitaire (5, 6) de support de cette éolienne (1) conçue pour reposer sur un fond marin (7), caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (121, 122) de fixation temporaire d'au moins un caisson de flottaison amovible (121, 12:z) sur ladite structure gravitaire (5, 6), pendant le remorquage sur site de cet ensemble et pendant sa descente contrôlée vers le fond marin (7), par ballastage dudit caisson (131, 132). 7. Installation conforme à la revendication 6, caractérisée en ce que lesdits moyens de fixation (121, 122) sont conçus pour retenir temporairement au moins deux caissons de flottaison (121, 122) de forme parallélépipédique disposés au voisinage de la périphérie de ladite structure gravitaire (5, 6) de support, sensiblement symétriquement par rapport à l'axe (X) d'un mât (2) de support d'une génératrice d'électricité formant partie de l'éolienne (1). 8. Installation conforme à l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisée en ce que le ou lesdits caissons (121, 122) sont positionnés et dimensionnés pour assurer la flottaison et la stabilité de l'ensemble éolienne/structure de support pendant le remorquage sur site de cet ensemble et la stabilité dudit ensemble pendant sa descente contrôlée vers le fond marin (7), par ballastage dudit caisson. 9. Installation conforme à l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que lesdits caissons amovibles (121, 122) sont dimensionnés verticalement de manière à déborder de la surface (8) de l'eau quand ladite structure gravitaire (5, 6) vient à toucher le fond marin (7). 10. Installation conforme à l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que ladite structure gravitaire comprend une base (6) ballastée avec un lest solide (9). 11. Installation conforme à la revendication 10, caractérisée en ce que ladite base (6) est aussi ballastée à l'eau de mer.