Brevet FR3090753A1 — publié le 20200626

Description Titre de l'invention : STRUCTURE PORTEUSE D'INSTALLATION IN SITU ET DE RETRAIT DE MODULES DE CAPTAGE D'ENERGIE MARINE [pool La présente invention concerne une structure porteuse d'installation in situ et dc retrait dc modules dc captage d'énergie marine, notamment d'au moins une hydrolienne. [0002] Ce procédé s'applique notamment, mais non exclusivement, au déplacement et à l'installation de modules de captage d'énergie marine et à la déposition par immersion sur le sol sous-malin, ainsi qu'au retrait de ceux-ci permettant la maintenance et le carénage. [0003] D'une façon générale, on sait que les modules de captage d'énergie marine, notamment les hydroliennes, sont transportés, installés ou retirés à l'unité soit par portage sur navire, soit par remorquage d'une barge porteuse ; ces opérations sont lentes, périlleuses et de surcroît couteuses. Ces contraintes sont d'autant plus importantes quand les conditions de navigation sont difficiles. [0004] Par ailleurs, l'implantation d'une hydrolienne requiert pour sa stabilité d'être soit so- lidarisée à un ouvrage fixe tel que un pylône implanté par forage ou un massif construit et posé sur le sol sous-marin, soit de constituer une entité lestée individuellement et massive. [0005] Le brevet FR2949482 propose une fondation support comprenant une base, un support d'hydrolienne porté par la base et au moins trois jambes d'appui sur le fond sous-marin et raccordées entre elles par la base, chaque jambe d'appui comportant un caisson creux et un organe de réglage de la position verticale. [0006] Le brevet FR3001742 propose un châssis d'hydrolienne comprenant : un support pour au moins une hydrolienne, réalisé au moins partiellement en béton, un ensemble de lestage configuré pour coopérer avec le support de manière à assurer le maintien sur le sol sous-marin du châssis d'hydrolienne. [0007] Le brevet FR3003310 propose une structure porteuse pour hydrolienne, du type tripode, comprenant un châssis dont la base est de forme générale triangulaire délimitée par trois éléments périphériques, présentant à chacun de ses sommets des moyens de liaison au sol, la structure porteuse présentant un élément d'accueil destiné à recevoir une partie ventrale d'une turbine, l'élément d'accueil reposant sur un bras solidaire de la base, sachant que l'élément d'accueil est relié à la base par trois jambes, et que les trois éléments périphériques et/ou le bras et/ou les trois jambes, présentent des formes tubulaires dans laquelle est présent un matériau de lestage et/ou de rigidi- 2 fication. [0008] Ces trois propositions répondent aux contraintes de déposition par immersion de supports d' hydroliennes sur le site d'installation, mais ne répondent pas au transport en nier d'une manière autonome par simple remorquage. [0009] On sait par ailleurs que la maintenance des modules de captage d'énergie marine nécessite périodiquement et systématiquement le relevage et la mise au sec pour les opérations de carénage propres à tout matériel durablement immergé en eau de nier ; cet aspect est un axe incontournable pour l'exploitation de ces dispositifs de captage d'énergie marine. [0010] L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer ces inconvénients. [0011] Elle propose une structure porteuse d'installation in situ et de retrait de modules de captage d'énergie marine, notamment d'au moins une hydrolienne comprenant : un châssis d'hydrolienne comportant un support pivotant selon un axe sensiblement vertical, pour au moins une hydrolienne, solidaire d'un caisson étanche réalisé avantageusement en béton, un ensemble de ballastage permettant le contrôle de la flottaison durant l'installation in situ puis le maintien sur le sol sous-marin ou le retrait du châssis d'hydrolienne, un ensemble de liaison entre au moins deux châssis d'hydrolienne comportant pour chacun des deux châssis, une liaison semi-rigide longitudinale et une liaison semi-rigide transversale, situées dans le caisson étanche à proximité de l'ensemble de ballastage, l'étanchéité interne et/ou le maintien au sein dudit caisson étanche desdites liaisons semi-rigides étant assuré par des liaisons souples, une configuration desdits châssis en réseau, lesquels châssis étant reliés entre eux par les liaisons semi-rigides et associés à des caissons étanches ballastables internes et périphériques par des liaisons semi-rigides. [0012] Ainsi la structure du châssis d'hydrolienne autorisera dans un premier temps le dé- placement par remorquage vers le site (l'installation, puis dans un second temps, l'immersion sur le sol sous-marin, enfin le retrait pour la maintenance et le carénage; par ailleurs l'ensemble de liaison autorisera durant la phase de déplacement le remorquage de plusieurs châssis d'hydrolienne en présence de houle, puis durant la phase d'immersion, le positionnement sur un sol sous-marin irrégulier. [0013] D'une façon plus précise le châssis d'hydrolienne comportant un support pivotant selon un axe sensiblement vertical, pour au moins une hydrolienne, sera constitué d'un caisson étanche de forme parallélépipédique, trapézoïdale ou tronconique, réalisé avantageusement en béton, dimensionné de sorte que, d'une part, il maintienne en flottaison ledit support pour au moins une hydrolienne, le centre de gravité étant le plus bas possible afin de concourir à sa stabilité en navigation, et que d'autre part, il contribue 3 en phase immergée à la tenue sur le sol sous-marin compte tenu des conditions d'environnement subaquatiques. [0014] D'une façon plus précise ledit châssis d'hydrolienne comportant un support pour au moins une hydrolienne, sera constitué d'un caisson de forme parallélépipédique, trapézoïdale ou tronconique, réalisé avantageusement en structure mécano-soudée, dimensionné de sorte qu'il maintienne ledit support pour au moins une hydrolienne. [0015] Selon une particularité de l'invention, lesdits caissons étanches supportant lesdits châssis d' hydrolienne ainsi que lesdits caissons étanches internes et périphériques pourront être de section cylindrique ou elliptique, trapézoïdale ou tronconique, permettant de diminuer le coefficient de pénétration dans l'eau; celui-ci est en effet capital pour la tenue de l'ouvrage qui aura une forte tendance à ripper sur le fond, favorisant l'utilisation éventuelle de la forme tronconique, notamment si l'orientation des hydroliennes est différente de celle de la structure. [0016] Selon une particularité de ledit ensemble de ballastage, situé dans lesdits caissons étanches supportant lesdits châssis d'hydrolienne ainsi que lesdits caissons étanches internes et périphériques, seront composés d'un ensemble de ballasts, chacun desdits ballasts comprendra un ou deux ensembles de robinets, préférentiellement actionnés à l'air comprimé et commandés en surface de manière à contrôler l'assiette de ladite structure porteuse et d'installation in situ, lesdits robinets seront dimensionnés afin d'assurer les chasses d'air comprimé en provenance des navires de surface, ce qui permettra le remplissage ou la vidange en eau de mer ainsi que des manoeuvres d'éventage et pourront être, le cas échéant, de type à clapet assisté. [0017] Selon une particularité de l'invention, ledit support pour hydrolienne, situé au voisinage de la partie supérieure du caisson étanche, pourra comporter un pivot dont l'axe central sera vertical, permettant l'orientation de l'hydrolienne de manière à optimiser son efficacité ; ladite partie supérieure sera préservée pour permettre l'implantation de tout autre type de fixation. [0018] Selon une autre particularité de l'invention, la structure porteuse et d'installation in situ sera adaptable à l'exploitation de différents modules EMR comme les éoliennes, les capteurs d'énergie houlomotrice. [0019] A ce titre, le principe de montage en réseau sur des châssis solidaires pourra être retenu pour des éoliennes inshores, permettant ainsi le recours à des fondations importantes voire indestructibles. [0020] Selon une autre particularité de l'invention, les éléments de la structure porteuse et d'installation in situ pourront être optimisés pour favoriser l'abri et l'essor de la faune marine. [0021] Ainsi, la structure porteuse et d'installation in situ de modules de captage d'énergie marine selon l'invention pourra constituer un ouvrage cohérent ayant une grande stabilité de forme, grâce à une surface de flottaison ou volume de carène particulièrement large associée à un centre de gravité bas; cette stabilité de l'ensemble aura par ailleurs l'avantage de permettre une implantation sur un sol en léger devers, ce qui est difficilement envisageable pour une hydrolienne sur hase tripode. [0022] Le mode d'assemblage des modules entre eux permettra d'assurer simultanément le maintien de la structure porteuse de manière élastique, et celui de chaque châssis constitutif de ladite structure porteuse. [0023] L'équilibre en mode navigation et le maintien au sol de la structure porteuse seront assurés sur les côtés ainsi qu'à l'avant et à l'arrière par des châssis de liaison de dimensions adaptées ; la disposition en quinconce des différents châssis permettra de minimiser les pertes par turbulences entre les hélices des hydroliennes ainsi que les risques de résonnance en phase de navigation. [0024] A noter le centre de gravité nécessairement très haut de chaque module ne le rendrait stable qu'en position renversée; la stabilité du châssis sera par conséquent assurée pour partie par sa stabilité de forme, mais principalement par la présence des châssis adjacents du fait des liaisons mécaniques semi-rigides entre les différents châssis ; cette économie de poids rendra le contrôle du ballastage raisonnablement envisageable notamment au regard des réserves d'air comprimé qui devront être embarquées sur des navires de service aux dimensions modestes. [0025] A cc titre lesdites liaisons mécaniques semi-rigides pourront être constituées de longerons ou tubes transversaux et longitudinaux n'ayant pas nécessairement le même diamètre car les efforts à compenser, notamment au sol, du fait de la poussée exercée par les hélices, ne seront pas identiques ; les tubes transversaux pourront être de diamètre plus faible de manière à réduire la traînée de l'ensemble de la structure porteuse. [0026] A titre indicatif, pour une hydrolienne dont le diamètre est proche de 15 mètres, les dimensions du caisson permettant de la supporter seront voisines de 20 mètres de largeur, de 20 à 25 mètres de longueur, soit une surface de 400 à 500 m2 ; la hauteur dudit caisson sera voisine de 4 mètres afin d'obtenir un volume suffisant pour assurer la flottaison de l'ensemble compte-tenu des structures externes et aménagements internes. [0027] Un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels : [fig.1] représente une coupe sagittale d'un châssis d'hydrolienne associé à un premier type de caisson, [fig.2] représente une coupe sagittale d'un châssis d'hydrolienne associé à un second type de caisson, [fig.3a] représente une coupe sagittale d'un premier type de caisson de liaison interne ou périphérique associé à un premier ensemble de liaison, [fig.3b] représente une coupe sagittale d'un second type de caisson de liaison interne ou périphérique associé à un second ensemble de liaison, [fig.3c] représente une coupe sagittale d'un troisième type de caisson de liaison interne ou périphérique associé auxdits premier et second ensembles de liaison, [fig.4] représente une vue schématique d'un regroupement en réseau orthogonal d'une multitude de châssis d'hydrolicnnc associés majoritaircment au premier ensemble de liaison, [fig.5] représente une vue schématique d'un regroupement en réseau polygonal d'une multitude de châssis d'hydrolicnnc associés majoritaircment au second ensemble de liaison, [fig.6] représente une vue schématique d'un regroupement en réseau multimodal d'une multitude de châssis d'hydrolicnnc, et [fig.7] les figures 7a, 7b, représentent des vues schématiques du caisson étanche supportant un châssis d'hydrolicnnc. [0028] Dans l'exemple représenté sur la figure 1, la structure porteuse et d'installation pour modules de captage d'énergie marine est constituée d'une part d'un châssis d'hydrolienne 10 et d'autre part d'un ensemble de liaison 20 entre au moins deux châssis d' hydrolienne. [0029] Le châssis d'hydrolienne comprend un caisson étanche 11, réalisé avantageusement en béton, constitué d'une dalle inférieure lia, d'une dalle supérieure 11b, et de quatre parois verticales 11c. [0030] En partie supérieure du caisson étanche 11, au voisinage de la dalle supérieure 11b, un support pivotant selon un axe sensiblement vertical, pour une hydrolienne est constitué d'un élément 12a solidaire de la dalle l lb et d'un élément pivotant 12b, cet élément pivotant 12b constitue le support de l'hydrolienne 13. [0031] L'hydrolienne 13 est constituée d'un carter de forme cylindrique 13a solidaire de l'élément pivotant 12b, d'un ensemble de pales 13b associé à un générateur d'énergie électrique 13c. [0032] En partie inférieure du caisson étanche 11, un ensemble de ballastage 14a, 14b, re- présenté schématiquement par deux ballasts longitudinaux 14a, 14b, chacun desdits ballasts comprendra un ou deux ensembles redondants de robinets, non représentés, préférentiellement actionnés à l'air comprimé et commandés en surface, lesdits robinets seront dimensionnés afin d'assurer les chasses d'air comprimé en provenance des navires de surface, ce qui permettra le remplissage ou la vidange en eau de mer ainsi que les manoeuvres d'éventage; ces robinets pourront, le cas échéant, être de type clapet assisté. [0033] Dans l'exemple représenté sur la figure 2, la structure porteuse et d'installation pour 6 modules de captage d'énergie marine est constituée d'une part d'un châssis d'hydrolienne 10 et d'autre part d'un ensemble de liaison 20 entre au moins deux châssis d' hydrolienne. [0034] Le châssis d'hydrolienne comprend un caisson 14, réalisé avantageusement en structure mécano-soudée; au voisinage de la partie supérieure du caisson 14, un support pivotant selon un axe sensiblement vertical, pour une hydrolienne est constitué d'un élément 1 2a solidaire du caisson étanche 14 et d'un élément pivotant 12b; cet élément pivotant 12h constitue le support de r hydrolicnne 13. [0035] L'hydrolienne 13 est constituée d'un carter de forme cylindrique 13a solidaire de l'élément pivotant 12h, d'un ensemble de pales 13h associé à un générateur d'énergie électrique 13e. [0036] Le caisson étanche 14 comprend également des tubes ou longerons longitudinaux 21a, 21b et transversaux 21c, lesquels sont solidaires par des liaisons 22 situés en périphérie du caisson étanche 14; les longerons longitudinaux 21h sont solidaires des longerons longitudinaux 21 a, avantageusement par l'intermédiaire de manchons 21d, permettant ainsi une adaptation dimensionnelle à la disposition en réseau des châssis d'hydrolienne; par ailleurs, les longerons longitudinaux 21b comprennent à leur extrémité libre une rotule mâle 21e, laquelle sera associée à une rotule femelle décrite ci-après. [0037] Il est à noter que lesdits tubes ou longerons longitudinaux 21a, 21b et transversaux 21c peuvent être situés dans un même plan; par ailleurs, le dispositif à rotule, décrit précédemment, peut être remplacé avantageusement par un dispositif de type cardan ou à simple articulation si un seul degré de liberté est requis. [0038] Dans l'exemple représenté sur la figure 3a, un premier type de caisson de liaison interne ou périphérique 30 associé à un premier ensemble de liaison 20, est constitué d'une paroi supérieure 31 en forme de V renversé, et d'une paroi inférieure 32 en forme de V, laquelle est solidaire, au voisinage de sa partie inférieure, d'une semelle 33, constituant principalement le lest du caisson étanche; les deux parois 31, 32, constituent une cavité ballastable en partie supérieure 34a et en partie inférieure 34b. [0039] Le caisson de liaison interne ou périphérique 30 est par ailleurs traversé, au voisinage de la zone centrale, par un longeron longitudinal 21a et un longeron transversal 21b, lesquels sont solidaires du caisson de liaison 30 par des liaisons souples 22. [0040] Dans l'exemple représenté sur la figure 3b, un second type de caisson de liaison interne ou périphérique 40 associé à un second ensemble de liaison 20, est constitué d'une paroi supérieure 41 en forme de V renversé, et d'une paroi inférieure 41 en forme de V, laquelle est solidaire, au voisinage de sa partie inférieure, d'une semelle 33, constituant le lest du caisson étanche; les deux parois 41 constituent une cavité ballastable 43. 7 [0041] Le caisson de liaison interne ou périphérique 40 comprend, au voisinage de la zone inférieure, deux longerons longitudinaux 21h solidaires de rotules mâles 21e, lesquelles sont solidaires du caisson de liaison 40 par des liaisons 22 équipées de rotules femelles. [0042] Dans l'exemple représenté sur la figure 3c, un troisième type de caisson de liaison interne ou périphérique 30 associé auxdits premier et second ensembles de liaison 20, est constitué d'une paroi supérieure 31 en forme de V renversé, et d'une paroi inférieure 32 en forme de V, laquelle est solidaire, au voisinage de sa partie inférieure, d'une semelle 33, constituant le lest du caisson étanche; les deux parois 31, 32, constituent une cavité ballastable en partie supérieure 34a et en partie inférieure 34b. [0043] Le caisson de liaison interne ou périphérique 30 est par ailleurs traversé, au voisinage de la zone centrale, par un longeron longitudinal 21a et un longeron transversal 21h, lesquels sont solidaires du caisson de liaison 30 par des liaisons souples 22. [0044] Par ailleurs, le caisson de liaison interne ou périphérique 30 comprend, au voisinage de la zone inférieure, un longeron longitudinal 36a solidaire d'une rotule mâle 36h, laquelle est solidaire du caisson de liaison 30 par une liaison 35 équipée d'une rotule femelle. [0045] Dans l'exemple représenté sur la figure 4, des liaisons mécaniques semi-rigides 21, constituées de longerons ou tubes transversaux et longitudinaux, maintiennent les différents châssis 11 d' hydrolicnne 13 d'une manière cohérente tout en permettant une implantation sur un sol en léger devers. [0046] Lesdites liaisons mécaniques semi-rigides 21 sont de trois types: longitudinales 21a, parallèles à l'axe principal de la structure en réseau, transversales 21b, perpendiculaires à l'axe principal de la structure en réseau, externes 21c, définissant la limite extérieure de la structure en réseau. [0047] Des caissons de liaison 30, 40 situés en périphérie de la structure en réseau, et des liaisons souples 50 situées entre les différents châssis 11 d'hydrolienne 13, permettent d'assurer une certaine rigidité de la structure en réseau, sachant que les liaisons entre les châssis 11 d'hydrolienne 13, les longerons 21a, 21b, 21c, et les liaisons souples 50, sont réalisés par des liaisons souples. [0048] Deux dispositifs de remorquage 23 sont solidaires respectivement en aval et en amont de la structure en réseau. [0049] Dans l'exemple représenté sur la figure 5, des liaisons mécaniques semi-rigides 21, constituées de longerons ou tubes internes et externes, maintiennent les différents châssis 14 d'hydrolienne 13 d'une manière cohérente tout en permettant une implantation sur un sol en léger devers. [0050] Lesdites liaisons mécaniques semi-rigides 21 sont de deux types: internes 21a, obliques par rapport à l'axe principal de la structure en réseau, 8 externes 21c, définissant la limite extérieure de la structure en réseau. [0051] Des caissons de liaison 30, 40 situés en interne et en périphérie de la structure en réseau, permettent d'assurer une certaine rigidité de la structure en réseau, sachant que les liaisons entre les châssis 14, les longerons 21a, 21b, sont réalisés par des liaisons souples. [0052] Deux dispositifs de remorquage 23 sont solidaires respectivement en aval et en amont de la structure en réseau. [0053] Dans l'exemple représenté sur la figure 6, différents châssis d'hydrolienne sont associés par des ensembles de liaison pour former un regroupement en réseau multimodal; cette disposition, déduite des deux précédemment décrites, constitue l'exemple proposé idéalement pour une exploitation rentable d'une multitude d'hydroliennes. [0054] Dans l'exemple représenté sur les figures 7a, 7h, le caisson étanche 11, représenté précédemment sous la forme parallélépipédique de section carrée, pourra être de forme trapézoïdale selon la figure 7a, vue de profil, et pourra être de forme circulaire selon la figure 7h, vue de dessus, permettant ainsi de diminuer le coefficient de pénétration dans l'eau durant la phase de déplacement par remorquage. 9 [Revendication 1]