Brevet FR2907419A1 — publié le 20080425

L'invention concerne un réseau de flotteurs, notamment destiné pour l'ancrage d'éoliennes et/ou d'hydroliennes sur des sites marins de profondeur importante. Le réseau peut être également destiné pour l'ancrage de 5 systèmes à colonne d'eau oscillante convertissant l'énergie de la houle en électricité. Nous décrivons par la suite la problématique de l'ancrage d'une éolienne marine, les techniques utilisées et leurs limites. II est à noter que l'ancrage d'une hydrolienne ou d'un système à colonne d'eau oscillante 10 reprendrait, pour grande partie, cette même problématique. Le type d'ancrage utilisé représente une part significative de l'investissement total d'une éolienne marine et par ailleurs assure sa fiabilité. Actuellement, les éoliennes en activité sont installées sur des profondeurs d'eau peu importantes, de l'ordre de quelques dizaines de mètres. 15 Les plus usuelles sont les éoliennes à axe de rotation horizontal, dont le rotor horizontal est porté à l'extrémité supérieure d'un mât. L'extrémité inférieure du mât est assujettie au fond marin de manière rigide, suivant la technique la plus adaptée aux caractéristiques du sol : - dans un sol souple, par exemple, l'extrémité inférieure du 20 mât peut être plantée, tel un pieu, par battage, - dans un sol dur, l'extrémité inférieure du mât peut être pourvue d'une masse gravitaire reposant sur le fond marin, - enfin pour des profondeurs moyennes de l'ordre de 50 m une structure jacket constituée de tubes soudés peut être employée afin 25 d'obtenir une assise plus large sur le fond marin. Toutes ces techniques sont économiquement viables pour des profondeurs d'eau peu importantes, mais deviennent trop coûteuses pour de grandes profondeurs d'eau, notamment pour des hauteurs d'eau supérieures à 50 m. 30 La mer du Nord bénéficie de fonds de faible pente et permet de disposer de vastes sites éoliens à faible fond, propices à l'installation de ce 2907419 2 type d'éolienne à ancrage rigide. En revanche, pour la plupart des autres mers et océans, les pentes sont généralement bien supérieures, limitant sensiblement la mise en place de ce type d'éolienne sur une bande côtière relativement étroite. En méditerranée, par exemple, cette bande correspond également à une zone de fort trafic maritime. Afin de réduire les coûts d'ancrage pour des profondeurs d'eau plus importantes, c'est-à-dire supérieures à 50 m, la littérature actuelle préconise l'utilisation d'éoliennes flottantes. Ces éoliennes, encore au stade de l'étude, comportent au moins un flotteur et sont généralement assujetties au fond marin par une ou plusieurs lignes d'ancrage. Elles peuvent être stabilisées, le cas échéant par des lests immergés. Contrairement aux éoliennes à ancrage rigide, elles peuvent se déplacer par rapport au fond marin, et sont sensibles, notamment, aux actions du vent, de la houle, des courants, aux forces de rappel des lignes d'ancrage, à la poussée d'Archimède sur les flotteurs, aux forces de la pesanteur ... On connaît, par exemple, du document FR-2.837.535, une installation comprenant une éolienne, dont le support est constitué par une plate-forme à ligne tendue. La plate-forme est ballastable/déballastable et dimensionnée pour obtenir un excès de flottaison afin de permettre la mise en tension des lignes d'ancrage assujetties au fond par des corps morts. Cette solution présente toutefois les inconvénients suivants : - elle nécessite un grand nombre d'ancrages par éolienne, - elle nécessite des corps morts de masse importante afin de pouvoir s'opposer aux forces de rappel des lignes d'ancrage, - elle nécessite un caisson immergé de grande taille, - dans le cas d'une grande vague, telle qu'elle peut être rencontrée à distance des côtes, l'éolienne ne peut s'élever, risquant ainsi de détériorer le rotor. Le but de la présente invention est de pallier aux inconvénients précités en proposant un réseau de flotteurs comprenant au moins un noeud utile et permettant d'ancrer à moindre coût et de manière stable au moins un 2907419 3 dispositif tel que notamment une éolienne et/ou une hydrolienne et/ou un système à colonne d'eau oscillante sur des fonds de profondeur importante. Un autre but de l'invention est de proposer un réseau de flotteurs permettant d'ancrer une pluralité de dispositifs tels que, par exemple, 5 des éoliennes et/ou des hydroliennes et/ou des systèmes à colonne d'eau oscillante au fond marin, tout en limitant le nombre de lignes d'ancrage à utiliser. Un autre but de l'invention est de proposer un réseau de flotteurs déformable localement en fonction des conditions de houle permettant 10 notamment de résister à de grandes vagues. D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. L'invention concerne un réseau de flotteurs, par exemple 15 destiné pour l'ancrage d'au moins une éolienne et/ou d'une hydrolienne et/ou un système à colonne d'eau oscillante sur des sites marins de profondeur importante, caractérisé en ce que le réseau est de type linéaire ou de type surfacique et est constitué par un ensemble de flotteurs, chaque flotteur constituant un noeud du réseau, lesdits flotteurs étant amarrés entre eux par 20 des liaisons souples, chaque liaison étant munie d'au moins un lest immergé, lesdites liaisons permettant de maintenir les noeuds du réseau en des positions définies, espacées par des écartements de valeurs identiques ou non, le réseau présentant au moins deux noeuds périphériques fixés au fond marin par des ancrages, et au moins un ou plusieurs noeuds internes, dont l'un au moins 25 est un noeud utile, lesdites liaisons souples permettant, en outre, d'interdire la rotation sur lui même du flotteur correspondant audit au moins un noeud utile. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, accompagnée des dessins en annexe qui en font partie intégrante et parmi lesquels : 30 - la figure 1 est une vue de dessus d'un réseau de flotteurs surfaciques conforme à l'invention selon un premier mode de réalisation, 2907419 4 - la figure 2 est une vue de côté d'un réseau de flotteurs linéaires conforme à l'invention selon un second mode de réalisation, - la figure 3 est une vue de dessus d'un réseau surfacique conforme à l'invention selon un troisième mode de réalisation, - la figure 4 est une vue de dessus d'un réseau surfacique conforme à l'invention selon un quatrième mode de réalisation, - les figures 5 à 9 représentent différentes étapes d'un procédé d'installation d'un réseau d'installation d'un réseau flottant conforme à l'invention. L'invention concerne un réseau de flotteurs 1, par exemple destiné pour l'ancrage d'au moins une éolienne, d'une hydrolienne, ou encore d'un système à colonne d'eau oscillante sur des sites marins de profondeur importante. Le réseau peut être de type linéaire ou encore de type 15 surfacique. II est constitué par un ensemble de flotteurs 2. Chaque flotteur 2 constitue un noeud 41, 42 du réseau 1, lesdits flotteurs étant amarrés entre eux par des liaisons souples 3. Chaque liaison est munie d'au moins un lest immergé 7, permettant de maintenir les noeuds 41, 42 du réseau en des positions définies, 20 espacées par des écartements (e) de valeurs identiques ou non. Le réseau présente au moins deux noeuds périphériques 41 fixés au fond marin par des ancrages 5, et au moins un noeud interne 42. L'un au moins des noeuds internes 42 est un noeud utile, lesdites liaisons souples 3 permettant, en outre, d'interdire la rotation sur lui 25 même du flotteur correspondant audit au moins un noeud utile. On entend par noeud utile un flotteur permettant de supporter un dispositif, notamment une éolienne ou une hydrolienne ou encore un système à colonne d'eau oscillante en une position définie. La figure 1 illustre un réseau de flotteurs surfaciques de 30 configuration minimale. Cet exemple de réalisation présente quatre flotteurs dont l'un est un noeud interne 42 et les trois autres des noeuds périphériques 5 10 2907419 5 41, notamment répartis tous les 120 autour dudit noeud interne. Les noeuds périphériques 41 sont amarrés auxdits noeuds internes 42 par l'intermédiaire de liaisons souples 3, constituées notamment par des câblages et munies de lests immergés 7, notamment, mais pas 5 nécessairement, médians. Chaque noeud périphérique est fixé au fond marin par des ancrages 5, notamment constitués par des corps morts, par exemple de béton, et reposant sur le fond marin, ou par des pieux enfoncés ou vissés dans les fonds marins, permettant ce genre de fixation. Selon un autre mode de réalisation illustré à la figure 2, le 10 réseau est de type linéaire. L'exemple illustré présente quatre flotteurs dont deux sont des noeuds internes 42 et les deux autres des noeuds périphériques 41. Dans le cas d'un réseau linéaire, on entend par noeud périphérique 41 les noeuds extrêmes du réseau. Les quatre flotteurs du réseau sont successivement amarrés 15 entre eux par des liaisons souples 3, notamment des câbles, munis de lests 7 immergés, notamment médians. Les noeuds périphériques 41 du réseau sont assujettis au fond marin par des ancrages 5, notamment à des corps morts reposant sur le fond marin. Avantageusement les noeuds successifs 41, 42 du réseau 1 20 peuvent être reliés entre eux par les liaisons souples 3, chacune des liaisons 3 étant de dimension supérieure à l'écartement nominal de deux noeuds successifs concernés du réseau de flotteurs afin d'autoriser un déplacement relatif limité d'un noeud par rapport à un noeud voisin, selon une direction verticale et/ou horizontale, et permettre ainsi une déformation contrôlée et 25 stable du réseau de flotteur dans des conditions de houle. La stabilisation verticale du flotteur 2 correspondant au moins audit noeud utile est assurée, en tout ou partie par les forces de rappel desdites liaisons souples munies de lest 7. Telle qu'illustrée à la figure 1 par exemple, la stabilisation du noeud interne 42 peut être réalisée par les forces 30 de rappel des trois liaisons souples 3 réparties à 120 autour du flotteur. Selon le mode de réalisation du réseau linéaire illustré à la 2907419 6 figure 2, la stabilisation verticale d'un noeud utile, peut être complétée par un lest 12. Le lest 12 peut être immergé, suspendu sous le flotteur concerné. Ce lest 12 peut être notamment suspendu par une liaison souple sous le flotteur concerné, ou encore assujetti de manière rigide, telle une quille. Selon un 5 autre exemple non illustré, le lest peut être intégré dans la structure même du flotteur, dans le fond. Bien qu'illustré uniquement dans le cadre d'un réseau linéaire, il est à noter que ce lest suspendu 12, notamment ou encore intégré au flotteur peut être également employé pour un réseau surfacique afin d'augmenter la 10 stabilisation verticale des noeuds utiles. Nous décrivons maintenant un exemple de réalisation d'un ancrage d'un noeud périphérique 41. Tel qu'illustré à la figure 2, chaque noeud périphérique 41 du réseau 1 peut être, d'une part, ancré au fond par une ligne d'ancrage 14 de longueur supérieure à la profondeur maximale du point 15 d'ancrage et, d'autre part relié par l'une des liaisons souples 3 à au moins un noeud interne 42 du réseau. Avantageusement, les noeuds périphériques 41 peuvent être constitués par de simples bouées. Ces dispositions permettront avantageusement au réseau de résister à de grandes vagues, du type raz de marée Lors d'un tel phénomène, 20 le noeud périphérique peut ainsi s'élever, voire même être temporairement immergé sous une grande vague, permettant à un noeud interne voisin un plus large débattement en hauteur afin d'accompagner la vague et maintenir un dispositif, notamment une éolienne hors de l'eau. Tel qu'illustré à la figure 2 avec le réseau linéaire ou encore à 25 la figure 3 avec l'exemple de réseau surfacique illustré, chaque lest immergé 7 est amarré uniquement à deux noeuds 41, 42 ; 42 , 42 du réseau 1 par les liaisons souples 3. Les liaisons souples 31 peuvent être alors constituées par de simples câbles longilignes fixés à chacune de leurs extrémités à un noeud, 30 notamment à un flotteur. Selon un autre mode de réalisation, en particulier pour un 2907419 7 réseau de type surfacique, au moins l'un des lests immergés 7 peut être amarré à au moins trois noeuds 41, 42, du réseau, la liaison souple 31 concernée présentant un schéma en étoile dont la géométrie dépend des positionnements des noeuds. 5 Par exemple, tels qu'illustrés à la figure 4 des lests 7 sont amarrés à trois noeuds 41, 42 du réseau, la liaison souple présentant un schéma en étoile à trois branches, notamment réparties à 120 Dans cet exemple illustré, les noeuds du réseau sont situés au sommet d'une structure hexagonale. Selon un autre exemple non illustré, un 10 lest immergé 7 peut être amarré à quatre noeuds du réseau, voire plus . La liaison souple présenterait alors un schéma en étoile à quatre branches. Selon un mode avantageux de réalisation, tel qu'illustré à la figure 2, chaque brin d'une liaison souple joignant un noeud 41, 42 audit lest immergé 7 peut former avec le plan d'eau un angle R non nul, notamment mais 15 non nécessairement inférieur ou égal à 45 . II a notamment été testé en bassin que cette configuration augmentait la stabilisation verticale des flotteurs. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à cette plage de valeur angulaire. Les flotteurs 2 peuvent être de forme sphérique, semisphérique, ovoïde, elliptique ou torique, ou toute combinaison de ces formes de base, la forme du flotteur étant avantageusement choisie de sorte que le mouvement du centre de poussée induit par l'inclinaison du flotteur par rapport au plan d'eau ne déstabilise pas le flotteur, voire même assure la stabilité verticale du flotteur en favorisant le retour de ce dernier dans sa position 25 d'équilibre. Avantageusement, le réseau trouvera une application particulière pour l'ancrage d'une éolienne ou encore d'une hydrolienne ou encore d'un système à colonne d'eau oscillante. Ledit au moins un noeud utile du réseau peut donc supporter une éolienne à axe vertical, à axe horizontal, 30 ou une hydrolienne, ou encore la partie flottante d'un système à colonne d'eau oscillante. 2907419 8 Il est à noter que les flotteurs peuvent être en tout ou partie immergés, les tests en bassin ayant démontré que les flotteurs gagnent en stabilité lorsqu'ils sont immergés à plus de 50 %. L'ancrage d'éoliennes à l'aide d'un réseau flottant conforme à 5 l'invention peut être installé suivant le procédé d'installation ci-après décrit, à partir d'un quai d'une zone portuaire 8, de faible fond, jusqu'à un site 10 de mise en oeuvre. Le procédé peut présenter les étapes suivantes : - on dépose au moins deux flotteurs 2 correspondant à deux 10 noeuds périphériques 41 du réseau sur la surface d'eau de la zone portuaire 8, les flotteurs 2 étant assujettis par une liaison 33 à un lest 9 posé sur le fond marin 15, - on dépose successivement les flotteurs 2 correspondant aux noeuds internes 42 du réseau et dont au moins un est une éolienne 6 et on 15 assemble successivement les flotteurs 2 entre eux, par l'intermédiaire de liaisons rigides, telles que des bielles ou encore des câbles de longueur adaptée, afin de constituer une embarcation de flotteurs, stable permettant de maintenir le rotor de ladite au moins une éolienne 6 hors de l'eau, telle qu'illustrée à la figure 6, 20 - on relève jusqu'au décollement du fond les lests 7, 9 en tirant les extrémités des liaisons 3, 33, - on remorque l'embarcation de flotteurs à partir de la zone portuaire 8 jusqu'au site 10 de mise en place du réseau 1, - on fixe l'embarcation de flotteurs à un ancrage 5 25 préalablement installé, par l'intermédiaire d'un flotteur 2 correspondant à un noeud périphérique 41 du réseau, - on ajuste la longueur des liaisons 3 des lests 7 notamment en descendant les lests, on retire successivement les liaisons rigides 11, notamment 30 les bielles et on écarte au fur et à mesure les flotteurs, - on déploie le réseau de flotteurs et on assujettit les noeuds 2907419 9 périphériques 41 restés libres au fond marin par l'intermédiaire d'ancrages 5. Naturellement, d'autres modes de mise en oeuvre, à la portée de l'homme de l'art, auraient pu être envisagés sans pour autant sortir du cadre de l'invention définie par les revendications ci-après. 5 REVENDICATIONS 1. Réseau de flotteurs (1), par exemple destiné pour l'ancrage d'au moins une éolienne, ou une hydrolienne, ou encore un système à colonne d'eau oscillante sur des sites marins de profondeur importante, caractérisé en ce que le réseau est de type linéaire ou de type surfacique et est constitué par un ensemble de flotteurs (2), chaque flotteur (2) constituant un noeud (41, 42) du réseau (1), lesdits flotteurs étant amarrés entre eux par des liaisons souples (3), chaque liaison étant munie d'au moins un lest immergé (7), lesdites liaisons permettant de maintenir les noeuds du réseau en des positions définies, espacées par des écartements (e) de valeurs identiques ou non, le réseau présentant au moins deux noeuds périphériques (41) fixés au fond marin par des ancrages (5) et au moins un noeud interne (42) dont l'un au moins est un noeud utile, lesdites liaisons souples (3) permettant, en outre, d'interdire la rotation sur lui même du flotteur correspondant audit au moins un noeud utile. 2. Réseau de flotteurs (1) selon la revendication 1, dans lequel les noeuds successifs (41,42 ; 42,42) du réseau (1) sont reliés entre eux par les liaisons souples (3), chacune des liaisons étant de dimension supérieure à l'écartement nominal de deux noeuds successifs concernés afin d'autoriser un déplacement relatif limité d'un noeud par rapport à un noeud voisin, selon une direction verticale et/ou horizontale et de permettre ainsi une déformation contrôlée et stable du réseau de flotteurs dans des conditions de houle. 3. Réseau de flotteurs selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la stabilisation verticale du flotteur correspondant audit au moins un noeud utile est assurée, au moins en partie, par les forces de rappel desdites liaisons souples (3) munies de lests, et peut être complétée, en outre, par au un moins un lest (12) suspendu sous le flotteur concerné, ou encore par un lest intégré dans le fond de la structure même du flotteur concerné. 4. Réseau de flotteurs selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel chaque noeud périphérique (4i) du réseau est, d'une part, ancré au fond par une ligne d'ancrage (14) de longueur supérieure à la profondeur 2907419 11 maximale du point d'ancrage et, d'autre part, relié par l'une des liaisons souples (3) à au moins un noeud interne (42) du réseau. 5. Réseau de flotteurs selon l'une des revendications 1 à 4, de type surfacique dont au moins l'un des lests immergés (7) est amarré à au 5 moins trois noeuds (41, 42) du réseau, la liaison souple concernée présentant un schéma en étoile dont la géométrie dépend des positionnements des noeuds. 6. Réseau de flotteurs selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel chaque brin d'une liaison souple (3) joignant un noeud (41, 42) 10 audit lest immergé (7) forme avec le plan d'eau un angle 13 non nul. 7. Réseau de flotteurs selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel lesdits flotteurs (2) sont de forme sphérique ou au moins semisphérique, ou de forme ovoïde, ellipsoïde ou torique, ou toute combinaison de ces formes de base, la forme du flotteur étant avantageusement choisie de 15 sorte que le mouvement du centre de poussée induit par l'inclinaison du flotteur par rapport au plan d'eau ne déstabilise pas le flotteur, voire assure la stabilité verticale du flotteur en favorisant le retour de ce dernier dans sa position d'équilibre. 8. Réseau de flotteurs selon l'une des revendications 1 à 7, 20 dans lequel les noeuds périphériques (41) sont de simples bouées. 9. Réseau de flotteurs selon l'une des revendications 1 à 8 dans lequel ledit au moins un noeud utile du réseau est une éolienne à axe vertical, à axe horizontal ou une hydrolienne, ou encore la partie flottante d'un système à colonne d'eau oscillante. 25 10. Réseau de flotteurs selon l'une des revendications 1 à 9, présentant une pluralité de noeuds utiles constitués par des éoliennes et/ou des hydroliennes, et/ou des systèmes à colonnes d'eau oscillante.