Brevet FR3093700A1 — publié le 20200918

Description Titre de l'invention : Flotteur d'éolienne semi-submersible, ensemble d'éolienne et procédé de remorquage associés [0001] La présente invention concerne un flotteur d'éolienne semi-submersible. [0002] La présente invention concerne également un ensemble d'éolienne comprenant un tel flotteur et une éolienne supportée par le flotteur. [0003] La présente invention concerne également un procédé de remorquage d'un tel ensemble d'éolienne. [0004] Des flotteurs sont déjà connus clans l'état de la technique, comme par exemple par le document WO 2014/031009. Ce document décrit un flotteur qui comporte au moins quatre colonnes par exemple en acier, dont une colonne centrale, et trois colonnes extérieures, raccordées à la colonne centrale par des branches en forme de ponton en béton et/ou acier. [0005] Afin de produire de l'électricité, il est nécessaire de remorquer l'ensemble d'éolienne depuis le port où l'ensemble a été fabriqué et/ou finalisé vers un site d'exploitation en nier. [0006] Les méthodes connues de remorquage dc plateforme offshore nécessitent la présence d'appareils motorisés sur la plateforme à remorquer et d'opérateurs pour les manoeuvrer. [0007] Toutefois, les flotteurs d'éolienne ne présentant pas suffisamment de place et d'accès à dc tels appareils motorisés et à des opérateurs, ces méthodes connues ne sont pas applicables à un flotteur d'éolienne semi-submersible. [0008] La présente invention a pour but de proposer un flotteur d'éolienne semi-submersible permettant un remorquage et une installation sur le site d'exploitation aisés, sans présence d'appareils motorisés et d'opérateurs sur le flotteur. [0009] À cet effet, l'invention a pour objet un flotteur d'éolienne semi-submersible propre à flotter sur une surface d'une étendue d'eau et définissant une partie basse destinée à être immergée et une partie haute destinée à être émergée, le flotteur comprenant : au moins trois colonnes s'étendant selon des axes sensiblement parallèles à un axe principal ; au moins trois pontons reliant les colonnes ; au moins un système de remorquage disposé sur l'une des colonnes propre à coopérer avec une ligne de remorquage pour remorquer le flotteur par cette ligne de remorquage ; le système de remorquage comprenant : un dispositif de venouillage propre à fixer de manière libérable la ligne de remorquage sur la partie haute du flotteur et un chaumard disposé sur la partie basse du flotteur ou entre la partie basse et la partie haute du flotteur, le chaumard définissant une ouverture propre à recevoir la ligne de remorquage de telle 2 sorte que la ligne de remorquage s'étende généralement selon l'axe de la colonne correspondante entre le chaumard et le dispositif de verrouillage lorsque la ligne de remorquage coopère avec le système de remorquage pour remorquer le flotteur par cette ligne de remorquage. [0010] Suivant des modes de réalisation particuliers, le flotteur semi-submersible comprend un ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible : [0011] - le flotteur comprend au moins deux systèmes de remorquage, chaque système de re- morquage étant associé respectivement à l'une des colonnes ; [0012] - le chaumard du ou de chaque système de remorquage est disposé sur la partie basse du flotteur ; [0013] - pour le ou chaque système de remorquage, la distance le long de l'axe de la colonne correspondante entre le dispositif de verrouillage et le chaumard est comprise entre 10 % et 90 %, en particulier entre 20 % et 80 %, de la longueur de cette colonne le long de son axe ; [0014] - le ou chaque système de remorquage comprend un dispositif de guidage en forme d'entonnoir s'étendant depuis le chaumard le long de l'axe de la colonne, le dispositif de guidage étant propre à recevoir la ligne de remorquage et à guider sa chute lorsqu'elle est libérée par le dispositif de verrouillage ; et [0015] - le flotteur comprend, pour le ou chaque système de remorquage, un câble de fixation intermédiaire fixé de manière permanente à la colonne correspondante en haut du dispositif de verrouillage selon l'axe de la colonne, le câble de fixation intermédiaire étant propre à coopérer avec la ligne de remorquage lorsque celle-ci n'est pas fixée au dispositif de verrouillage afin de guider la ligne de remorquage du chaumard vers le dispositif de verrouillage. [0016] L'invention a également pour objet un ensemble d'éolienne comprenant un flotteur tel que décrit ci-dessus et une éolienne supportée par l'une des colonnes du flotteur. [0017] L'invention a également pour objet un procédé de remorquage d'un ensemble d'éolienne tel que décrit ci-dessus flottant sur une étendue d'eau, le procédé comprenant au moins les étapes suivantes : [0018] - fixation, pour le ou chaque système de remorquage, de la ligne de remorquage associée entre le dispositif de verrouillage et un remorqueur, la ligne de remorquage étant reçue dans l'ouverture du chaumard et s'étendant généralement selon l'axe de ladite colonne entre le chaumard et le dispositif de verrouillage ; et [0019] - remorquage de l'ensemble d'éolienne par le remorqueur. [0020] Suivant des modes de réalisation particuliers, le procédé de remorquage comprend un ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute combinaison techniquement possible : 3 [0021] - le procédé de remorquage comprend après l'étape de remorquage une étape de li- bération de la ou chaque ligne de remorquage du dispositif de verrouillage associé, la libération étant uniquement actionnée depuis un bateau extérieur au flotteur ; et [0022] - le procédé de remorquage comprend après l'étape de libération : une nouvelle étape de fixation d'au moins une ligne de remorquage entre l'un des dispositifs de verrouillage et un remorqueur, la ligne de remorquage étant reçu dans l'ouverture du chaumard et une nouvelle étape de remorquage de l'ensemble d'éolienne par le remorqueur. [0023] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnée à titre d'exemple uniquement en se référant aux dessins qui sont : [Fig 1] la figure 1 est une vue schématique en perspective d'un ensemble d'éolienne selon l'invention, [Fig 2] la figure 2 est une vue schématique en coupe du flotteur semi- submersible de la figure 1 selon le plan de coupe indiqué sur la figure 1, et [Fig 3] la figure 3 est une vue schématique de l'ensemble d'éolienne de la figure 1 remorqué par un remorqueur. [0024] Un ensemble d'éolienne 10 est représenté sur la figure 1. [0025] L'ensemble d'éolienne 10 comprend au moins une éolienne 12 et un flotteur 14 semi-submersible. [0026] L'éolienne 12 comprend au moins un mât 16, une turbine 17 et une nacelle 18 supportant au moins en partie la turbine 17. [0027] Le flotteur 14 est configuré pour flotter sur une surface S d'une étendue d'eau, telle que la surface de la mer. [0028] L'ensemble d'éolienne 10 présente un état opérationnel et un état non-opérationnel. [0029] Dans l'état opérationnel, le flotteur 14 est situé sur son site d'exploitation en mer et ancré, par exemple, au fond marin par un dispositif d'ancrage (non représenté sur les figures). En outre, dans l'état opérationnel du flotteur 14, l'ensemble d'éolienne 10 est propre à générer de l'électricité. Il est en particulier entendu que dans l'état opérationnel du flotteur 14, la turbine 17 est en fonctionnement ou non. En outre, dans l'état opérationnel du flotteur 14, le flotteur 14 présente un tirant d'eau T prédéfini et ajusté au moyen de ballasts. [0030] Dans l'état non-opérationnel, l'ensemble d'éolienne 10 n'est pas propre à générer de l'électricité. Dans cet état, le flotteur 14 présente également un tirant d'eau prédéfini qui est inférieur au tirant d'eau T prédéfini du flotteur 14 dans l'état opérationnel du fait de l'absence de ballast. [0031] En particulier, un état non-opérationnel de l'ensemble d'éolienne 10 correspond à une phase de remorquage de l'ensemble d'éolienne 10 depuis un port jusqu'au site d'exploitation. [0032] Le flotteur 14 comprend au moins trois colonnes, au moins trois pontons 20 reliant les colonnes entre elles et au moins un système de remorquage 22 disposé sur l'une des colonnes. [0033] Les colonnes s'étendent selon des axes sensiblement parallèles à un axe principal A- A' représenté sur la figure 1. [0034] Chaque ponton 20 s'étend selon un axe orthogonal à l'axe principal A-A'. [0035] Les colonnes comprennent notamment une colonne centrale 24 destinée à recevoir l'éolienne 12 et au moins deux colonnes de stabilisation 26 extérieures. Pour chaque colonne de stabilisation 26, l'un des pontons 20 raccorde ladite colonne de stabilisation 26 à la colonne centrale 20. [0036] Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, le flotteur 14 comprend trois colonnes de stabilisation 26. [0037] Les colonnes de stabilisation 26 sont agencées en étoile autour de la colonne centrale 24 et, par exemple, régulièrement réparties angulairement autour de la colonne centrale 24. Ainsi, dans ce cas, l'angle entre chaque couple de pontons 20 est sensiblement égal à 120 degrés. [0038] Selon encore un autre mode de réalisation, le flotteur 14 comprend deux colonnes de stabilisation 26. Dans ce cas, la colonne centrale 24 forme le sommet d'un triangle isocèle et les deux autres sommets sont formés, respectivement, par une colonne de stabilisation 26. [0039] Selon un autre mode de réalisation, le flotteur 14 comprend quatre colonnes de stabi- lisation 26 régulièrement réparties angulairement autour de la colonne centrale 24. Ainsi, l'angle entre deux pontons 20 est sensiblement égal à 90 degrés. [0040] La colonne centrale 24 présente avantageusement la forme d'un cylindre de section circulaire et d'axe A-A'. [0041] En référence à la figure 2, le diamètre D1 de la colonne centrale 24 est par exemple égal à 10 m. [0042] La colonne centrale 24 comprend une base 24A et une tête 24B. [0043] La base 24A est agencée dans le prolongement de chaque ponton 20. Par exemple, la base 24A est au moins partiellement en béton. [0044] La tête 24B de la colonne centrale 24 est fixée sur la base 24A. La tête 24B et la base 24A sont coaxiales d'axe A-A'. La tête 24B de la colonne centrale 24 est, par exemple, en acier. [0045] Par exemple, la colonne centrale 24 présente une hauteur H1 selon l'axe principal A- A' comprise entre 30 m et 40 m. [0046] Chaque colonne de stabilisation 26 présente avantageusement la forme d'un cylindre de section circulaire et d'axe principal A-A'. A titre d'exemple, le diamètre D2 est compris entre 9 ni et 9,5 m. [0047] Chaque colonne de stabilisation 26 comprend également une base 26A et une tête 26B. [0048] La base 26A est disposée dans le prolongement du ponton 24 associé. Par exemple, la hase 26A est au moins partiellement en béton. [0049] La tête 26B est fixée sur la hase 26A correspondante. La tête 26B et la hase 26A sont coaxiales d'axe principal A-A'. [0050] Chaque colonne de stabilisation 26 présente une hauteur H2 suivant l'axe principal A-A' comprise, par exemple, entre 30 ni et 40 ni. [0051] Chaque ponton 20 présente par exemple une forme parallélépipédique, délimitée par quatre dalles formant les faces du parallélépipède. Ainsi, chaque ponton 24 comprend une dalle basse 28, une dalle haute 30 et deux dalles latérales 32 reliant la dalle basse 28 et la dalle haute 30. [0052] A titre d'exemple, chaque ponton 20 s'étend sur une distance E comprise entre 20 ni et 30 ni, orthogonalement à l'axe principal A-A'. [0053] La hauteur H3 de chaque ponton 20 suivant l'axe principal A-A' est par exemple comprise entre 8 ni et 9 ni. [0054] La largeur de chaque ponton 20 suivant un axe transversal est, par exemple, sen- siblement égale au diamètre D2 de la colonne de stabilisation 26 associée. [0055] Le flotteur 14 définit en outre une partie basse 34, une partie haute 36 et une partie intermédiaire 38. [0056] La partie basse 34 est destinée à être immergée en permanence. La partie basse 34 comprend au moins une partie de la base 26A de chaque colonne de stabilisation 26, une partie de la base 24A de la colonne centrale 24 et une partie de chaque ponton 20. [0057] La partie haute 36 est destinée à être émergée en permanence. La partie haute 36 comprend au moins une partie de la tête 26B de chaque colonne de stabilisation 26 et une partie de la tête 24B de la colonne centrale 24. [0058] La partie intermédiaire 38 est destinée à être immergée ou émergée en fonction de l'état opérationnel ou non de l'ensemble d'éolienne 10. La partie intermédiaire 38 comprend au moins une partie de la tête 26B de chaque colonne de stabilisation 26 et une partie de la tête 24B de la colonne centrale 24 et optionnellement au moins une partie de la base 26A de chaque colonne de stabilisation 26, une partie de la base 24A de la colonne centrale 24 et une partie de chaque ponton 20. [0059] Dans un mode de réalisation avantageux, le flotteur 14 comprend au moins trois dis- positifs de remorquage 22, chaque colonne de stabilisation 26 comprenant un dispositif de remorquage 22 associé. [0060] Un seul dispositif de remorquage 22 associé à l'une des colonnes de stabilisation 26 6 sera décrit par la suite. L'homme du métier comprendra que les autres dispositifs de remorquage 22 sont semblables. [0061] Le système de remorquage 22 est propre à coopérer avec une ligne de remorquage 40. La ligne dc remorquage 40 est propre à être tractée par un remorqueur 42 lors de la phase de remorquage depuis un port vers le site d'exploitation. [0062] La ligne de remorquage 40 est par exemple un câble métallique ou une chainc. [0063] Le remorqueur 42 est un bateau puissant et facilement manoeuvrable propre à remorquer l'ensemble d'éolienne 10 sur plusieurs kilomètres. [0064] Le dispositif de remorquage 22 comprend un dispositif de verrouillage 44 et un chaumard 46. [0065] Avantageusement, le dispositif de remorquage 22 comprend en outre un dispositif dc guidage 48 et un câble de fixation intermédiaire 50. [0066] Le dispositif de verrouillage 44 est propre à fixer de manière libérable la ligne de re- morquage 40 à la colonne de stabilisation 26 associée, sur la partie haute 34 du flotteur 14. Ainsi, le dispositif de verrouillage 44 est destiné à être en permanence émergé. [0067] Le dispositif de verrouillage 44 comprend avantageusement deux platines parallèles faisant saillie hors de la colonne. Chaque platine définit une ouverture propre à recevoir une barre de verrouillage configurée pour bloquer la ligne dc remorquage 40 en position entre les deux platines. La barre est propre à être retirée des ouvertures des platines pour libérer la ligne de remorquage 40. Un tel dispositif de verrouillage 44 est connu sous le nom anglais de « towing bracket ». [0068] Le chaumard 46 est disposé sur la partie basse 34 du flotteur 14. [0069] En variante, le chaumard 46 est disposé dans la partie intermédiaire 38, entre la partie basse 34 et la partie haute 36 du flotteur 14. [0070] Avantageusement, la distance le long de l'axe de la colonne de stabilisation 26 cor- respondante entre le dispositif de verrouillage 44 et le chaumard 46 est comprise entre 10 % et 90 %, en particulier entre 20 % et 80 %, avantageusement entre 30 % et 70%, de la longueur de la colonne de stabilisation 26 le long de son axe. [0071] Le chaumard 46 définit une ouverture propre à recevoir la ligne de remorquage 40. [0072] En particulier, le chaumard 46 s'étend entre deux fixations avec la colonne de stabi- lisation 26. [0073] Dans un mode de réalisation avantageux, comme visible sur la figure 1, le chaumard 46 comprend un demi-tore d'axe de révolution parallèle à l'axe principal A-A'. L'ouverture est alors définie par l'espace entre le demi-tore et la colonne de stabilisation 26. [0074] Dans un autre mode de réalisation, le chaumard 46 comprend un demi-cylindre d'axe parallèle à l'axe principal A-A'. L'ouverture est définie dans la paroi du demi-cylindre 7 et est orientée orthogonalement par rapport à l'axe principal A-A'. [0075] Lorsque la ligne de remorquage 40 coopère avec le système de remorquage 22, la ligne de remorquage 40 s'étend généralement selon l'axe de la colonne de stabilisation 26 entre le chaumard 46 et le dispositif de verrouillage 44. [0076] Par « généralement », on entend que la distance calculée selon la ligne de re- morquage 40 entre le chaumard 46 et le dispositif de verrouillage 44 est comprise entre 100% et 125 % de la distance entre ces éléments calculée le long de l'axe de la colonne. [0077] Le dispositif de guidage 48 est en forme d'entonnoir et s'étend depuis le chaumard 46 le long de l'axe de la colonne vers le dispositif de verrouillage 44. [0078] Le dispositif de guidage 48 est propre à recevoir la ligne de remorquage 40 et à guider la chute de la ligne de remorquage 40 lorsque le dispositif de verrouillage 44 libère celle-ci de la colonne. [0079] Le câhle de fixation intermédiaire 50 coopère de manière permanente avec la colonne de stabilisation 26 en haut du dispositif de verrouillage 44 selon l'axe de la colonne. [0080] Par « en haut », on entend comme étant plus proche de l'extrémité émergée de la colonne. [0081] Le câhle de fixation intermédiaire 50 est propre à coopérer avec la ligne de re- morquage 40 lorsque celle-ci n'est pas fixée au dispositif de verrouillage 44 afin de guider la ligne de remorquage 40 du chaumard 46 vers le dispositif de verrouillage 44, notamment lorsque que, après une phase d'exploitation de l'éolienne 10, une opération de maintenance au port est nécessaire. Un tel câble de fixation intermédiaire 50 est connu dans le domaine maritime sous le nom anglais de « messenger loop ». [0082] Un procédé de remorquage de l'ensemble d'éolienne 10 va maintenant être décrit. [0083] Le procédé qui suit va être décrit pour un unique système de remorquage 22. L'homme du métier comprendra que ce procédé est applicable de manière similaire à un nombre quelconque de systèmes de remorquage 22. [0084] Initialement, l'ensemble d'éolienne 10 est dans l'état non-opérationnel. [0085] L'ensemble d'éolienne 10 est par exemple situé dans un port. [0086] Une ligne de remorquage 40 est fixée au dispositif de verrouillage 44. [0087] La ligne de remorquage 40 s'étend généralement selon l'axe de la colonne de stabi- lisation 26 associée depuis le dispositif de verrouillage 44 et traverse l'ouverture du chaumard 46. [0088] Puis, comme visible sur la figure 3, le procédé comprend une étape de fixation de la ligne de remorquage 40 à un remorqueur 42. [0089] La ligne de remorquage 40 s'étend alors depuis le dispositif de verrouillage 44 jusqu'au remorqueur 42 en passant par le chaumard 46. [0090] Puis, l'ensemble d'éolienne est remorqué par le remorqueur 42, par exemple jusqu'au 8 site d'exploitation. [0091] Lors de cette phase, le chaumard 46 reprend l'essentiel des contraintes appliquées au système de remorquage 22 du fait du remorquage de l'ensemble d'éolienne 10. [0092] Lorsque l'ensemble d'éolienne 10 est situé au niveau du site d'exploitation, le procédé comprend une étape de libération de la ligne de remorquage 40 du dispositif de verrouillage 44. [0093] La libération de la ligne dc remorquage 40 est uniquement effectuée depuis un bateau extérieur au flotteur 14, comme visible sur la figure 4, sans présence d'opérateurs et d'appareils motorisés sur le flotteur 14. [0094] La libération est par exemple réalisée au moyen d'une grue disposée sur ledit bateau. [0095] Lorsque la ligne de remorquage 40 est libérée du dispositif dc verrouillage 44, celle- ci chute avec l'effet de la gravité et coulisse dans le dispositif de guidage 48 et dans l'ouverture du chaumard 46 jusqu'à sortir complétement de l'ouverture du chaumard 46. [0096] La ligne de remorquage 40 est alors, par exemple, récupérée par le remorqueur 42. [0097] Puis, l'ensemble d'éolienne 10 est ancré au sol marin par une méthode connue dc l'homme du métier. [0098] Le tirant d'eau T est ajusté par l'introduction de ballasts dans les colonnes 24, 26 et dans les pontons 20. [0099] L'ensemble d'éolienne 10 est alors dans l'état opérationnel et est apte à produire de l'électricité. [0100] En cas de nécessité d'une opération de maintenance sur l'ensemble d'éolienne 10, le procédé comprend une nouvelle étape de fixation de la ligne de remorquage 40 entre le dispositif de venouillage 44 et un remorqueur 42. [0101] En particulier, la ligne de remorquage 40 est liée au câble de fixation inter- médiaire 50. Puis, la ligne de remorquage 40 est introduite dans l'ouverture du chaumard 46 et remontée le long de l'axe de la colonne depuis le chaumard 46 vers le dispositif de venouillage 44 au moyen du câble de fixation intermédiaire 50. [0102] Lorsque l'extrémité de la ligne de remorquage 40 est située au niveau du dispositif de verrouillage 44, la ligne de remorquage 40 est fixée à nouveau au dispositif de verrouillage 44. [0103] Le câble de fixation intermédiaire 50 est alors détaché de la ligne de remorquage 40. [0104] La nouvelle étape de fixation de la ligne de remorquage 40 est uniquement effectuée depuis un bateau extérieur au flotteur 14 sans présence d'opérateurs et d'appareils motorisés sur le flotteur 14. [0105] Puis, l'ensemble d'éolienne 10 est remorqué par le remorqueur 42 jusqu'au port où sont menés les opérations de maintenance. [0106] On conçoit alors que l'invention présente un certain nombre d'avantages. 9 [0107] Tout d'abord, l'invention permet un remorquage et une installation de l'ensemble d'éolienne 10 sur le site d'exploitation aisés, sans présence d'appareils motorisés et d'opérateurs sur le flotteur 14. [0108] L'invention permet en outre une fixation de la ligne de remorquage 40 réversible afin de permettre en outre un remorquage depuis le site d'exploitation vers le port en cas de nécessité de maintenance. [0109] De plus, le système de remorquage 22 selon l invention s'adapte facilement à tout flotteur 14 et s'installe facilement sur celui-ci. [0110] Le système de remorquage 22 selon l'invention est en outre simple, fiable et robuste ce qui est particulièrement avantageux afin de ne pas limiter la durée d'exploitation de l'ensemble d'éolienne 10. 10