Brevet FR3146456A1 — publié le 20240913

Contrepoids pour flotteur semi-submersible d’éolienne offshore et son procédé d’installation L’invention concerne un contrepoids (2) pour flotteur semi-submersible d’éolienne offshore pouvant être configuré dans un état coulant ou dans un état flottant, comprenant une structure principale (4) de contrepoids réalisée dans un matériau la rendant coulante lorsqu’elle est immergée dans de l’eau, et une pluralité d’airbags (6, 6’) fixés de façon amovible à la structure principale de façon à rendre le contrepoids flottant lorsque les airbags sont gonflés. L’invention concerne également un procédé d’installation d’un tel contrepoids. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Contrepoids pour flotteur semi-submersible d’éolienne offshore et son procédé d’installation La présente invention se rapporte au domaine général des flotteurs semi-submersibles pour éoliennes offshore équipées d’un contrepoids pendulaire. Elle concerne plus précisément le contrepoids utilisé pour assurer la stabilité d’un tel flotteur. Une éolienne offshore a pour but d’utiliser l’énergie du vent afin de produire de l’électricité grâce à une turbine et à un générateur électrique. Il existe deux principaux types d’éoliennes offshore : les éoliennes fixes qui sont implantées sur les fonds marins (à de faibles profondeurs typiquement inférieures à 50m), et les éoliennes flottantes qui offrent l’avantage de pouvoir être construites sur terre et implantées dans des zones où la profondeur des fonds marins dépasse typiquement 50m. Les éoliennes flottantes qui sont concernées par la présente invention comprennent une turbine généralement formée par un moteur à plusieurs pales rotatives à axe horizontal et un générateur électrique accouplé au moteur, le moteur et le générateur étant fixés à une extrémité supérieure d’un mât (ou pylône) vertical. L’extrémité inférieure du mât est quant à elle montée sur une structure de support flottant. Il existe plusieurs familles principales de structure de support flottant pour éolienne offshore : les flotteurs semi-submersibles, les flotteurs immergés avec câbles tendus (ou plateformes « TLP » pour « Tension-Leg Platform » en anglais), les flotteurs de type « SPAR » (pour « Single Point Anchor Reservoir »), les flotteurs semi-submersibles de type « barge », et les flotteurs semi-submersibles avec un contrepoids pendulaire. Les flotteurs semi-submersibles constituent le modèle de flotteur le plus répandu actuellement. Il s’agit d’une fondation en acier ou en béton qui se pré - sente généralement sous la forme d’un trépied avec trois colonnes cylindriques (ou quatre) reliées entre elles par des structures métalliques. La stabilité de la structure est assurée grâce à un contrepoids qui permet l’immersion d’une partie de la fondation. Cette structure est caractérisée par sa grande taille et son tirant d’eau réduit. On pourra se référer à la publication WO 2019/106283 qui décrit une structure de flotteur semi-submersible et un procédé d’installation d’une éolienne munie d’une telle structure de flotteur. Dans cette publication, le contrepoids est constitué par un panier apte à recevoir un matériau de ballast. En pratique, ce panier est transporté vide jusqu’à la zone d’implantation de l’éolienne, puis est rempli progressivement par le matériau de ballast afin de mettre en tension les liens de ballast qui le relient à la structure de support flottant. L’invention a pour objet de proposer une structure alternative de contrepoids pour flotteur semi-submersible d’éolienne offshore. Conformément à l’invention, cet objet est atteint grâce à un contrepoids pour flotteur semi-submersible d’éolienne offshore pouvant être configuré dans un état coulant ou dans un état flottant, comprenant une structure principale de contrepoids réalisée dans un matériau la rendant coulante lorsqu’elle est immergée dans de l’eau, et une pluralité d’airbags fixés de façon amovible à la structure principale de façon à rendre le contrepoids flottant lorsque les airbags sont gonflés. Le contrepoids selon l’invention est remarquable en ce qu’il est réalisé dans un matériau le rendant coulant mais qu’il peut être configuré dans un étant flottant à l’aide d’airbags. En particulier, du fait qu’il puisse être configuré dans un étant flottant, son remorquage jusqu’au site d’installation de l’éolienne offshore est grandement facilité. En particulier, il n’est pas nécessaire de recourir à une grue offshore pour son installation. La structure principale peut être réalisée en béton, en acier, ou en matériaux composites. La structure principale peut présenter une forme cylindrique ou de polyèdre avec une pluralité de faces latérales sur lesquelles sont fixés de façon amovible les airbags. Dans ce cas, la structure principale peut présenter une forme de prisme hexagonal. L’invention a également pour objet un procédé d’installation d’un contrepoids tel que défini précédemment, comprenant, dans un ordre indéterminé : la fixation à quai des airbags dégonflés sur la structure principale ; le gonflage des airbags pour rendre le contrepoids flottant préalablement à sa mise à l’eau ; la mise à l’eau du contrepoids dans son état flottant ; le remorquage du contrepoids jusqu’au site d’installation de l’éolienne offshore ; la connexion par l’intermédiaire de tendons du contrepoids sous le flotteur semi-submersible de l’éolienne offshore ; et la descente du contrepoids sous le flotteur semi-submersible afin de tendre les tendons et d’exercer sur le flotteur semi-submersible une force vers le bas. Le procédé peut comprendre le remorquage du contrepoids dans son état flottant jusqu’au site d’installation de l’éolienne offshore séparément du remorquage du flotteur semi-submersible de l’éolienne offshore, suivi de la connexion des tendons préinstallés sur le flotteur au contrepoids. Alternativement, le procédé peut comprendre la mise en place et la connexion par les tendons du contrepoids dans son état coulant sous le flotteur, suivi du remorquage du contrepoids et du flotteur jusqu’au site d’installation de l’éolienne offshore. Encore alternativement, le procédé peut comprendre la connexion des tendons préinstallés sur le flotteur au contrepoids dans son état flottant, suivi de la mise en place de lignes de remorquage comprenant des remorqueurs, le flotteur et le contrepoids dans son état flottant, suivi du remorquage de l’ensemble jusqu’au site d’installation de l’éolienne offshore. De préférence, la descente du contrepoids sous le flotteur semi-submersible est réalisée de façon progressive en utilisant des chaines de ballastage puis en dégonflant progressivement les airbags. Dans ce cas, les airbags peuvent être retirés de la structure principale après avoir été dégonflés. La est une vue en perspective d’un contrepoids selon un mode de réalisation de l’invention. La est une vue de côté du contrepoids de la . La est une vue en perspective d’un contrepoids selon un autre mode de réalisation de l’invention. La est une vue de côté du contrepoids de la . La est vue représentant un exemple de remorquage du contrepoids selon l’invention en vue de son installation. La représente l’étape suivante de descente du contrepoids sous le flotteur en vue de son installation. La représente l’étape suivante de retrait des airbags du contrepoids sous le flotteur en vue de son installation. La est vue d’une éolienne offshore installée dont le flotteur est muni d’un contrepoids selon l’invention. L’invention se rapporte au domaine général des flotteurs semi-submersible pour éolienne offshore. La stabilité de ces flotteurs est assurée grâce à un contrepoids 2 tel que celui représenté sur les figures 1 et 2. Selon l’invention, le contrepoids 2 peut être configuré pour être coulant (appelé ci-après « état coulant ») ou pour être flottant (appelé ci-après « état flottant »). Le contrepoids 2 comprend une structure principale 4 de contrepoids réalisée dans un matériau la rendant coulante lorsqu’elle est immergée dans de l’eau. Par exemple, cette structure principale 4 de contrepoids peut être réalisée en béton, en acier, ou en matériaux composites. Une pluralité d’airbags 6 sont fixés de façon amovible à la structure principale 4 de contrepoids de façon à rendre le contrepoids flottant lorsque les airbags sont gonflés. Par ailleurs, comme représenté sur les figures 1 et 2, cette structure principale 4 de contrepoids peut présenter une forme géométrique de polyèdre (ici un hexagone) ayant une pluralité de faces latérales 4a sur lesquelles sont fixés de façon amovible les airbags 6. Plus précisément, sur chaque face latérale 4a de la structure principale 4 de contrepoids sont fixés deux airbags 6. De plus, sur la face supérieure 4b de la structure principale 4 sont fixés une pluralité d’airbags additionnels 6’. On notera que la face supérieure 4b de la structure principale 4 comprend également une pluralité d’œillets 8 (ou « pad-eyes » en anglais) pour permettre la fixation de liens de ballast (non représentés) reliant le contrepoids au flotteur semi-submersible. Alternativement, comme représenté sur les figures 3 et 4, la structure principale 4’ de contrepoids 2’ peut présenter une forme géométrique de cylindre sur la périphérie 4’a duquel sont fixés de façon amovible les airbags (non représentés sur les figures 3 et 4). Comme précédemment, la face supérieure 4’b de la structure principale 4’ comprend également une pluralité d’œillets 8 (ou « pad-eyes » en anglais) pour permettre la fixation des liens de ballast. En liaison avec les figures 5 à 8, on décrira maintenant un exemple de procédé d’installation d’un contrepoids selon l’invention. Dans cet exemple de procédé d’installation, le contrepoids 2 est destiné à assurer la stabilité d’un flotteur 10 d’éolienne 12, ce flotteur pouvant être ballastable ou non ballastable, par exemple en ayant une structure similaire à celle décrite dans la publication WO 2019/106283. Au cours d’une étape initiale du procédé qui se déroule à quai, les airbags 6 dégonflés sont fixés sur la structure principale du contrepoids 2. Puis, on réalise un gonflage des airbags pour rendre le contrepoids flottant préalablement à sa mise à l’eau. Comme représenté sur la , le contrepoids 2 dans cet état flottant est connecté sous le flotteur 10 par des tendons (non représentés sur la ), mis à l’eau, puis remorqué jusqu’au site d’installation de l’éolienne offshore par deux remorqueurs 14 reliés au contrepoids par des chaines de ballastage 20 et au flotteur par des câbles de remorquage 16. Le contrepoids 2 est ensuite descendu de façon progressive sous le flotteur 10 ( ), par exemple en utilisant des chaines de ballastage 20 qui sont sorties progressivement des remorqueurs et/ou en dégonflant progressivement les airbags 6. Une fois dégonflés, les airbags peuvent être retirés du contrepoids 2 et les tendons 18 reliant le contrepoids au flotteur 10 se tendent et exercent sur ce dernier une force vers le bas. Les lignes d’ancrage 30 sont ensuite raccordées au flotteur 10 afin d’assurer son maintien en position et les chaînes de ballastage peuvent être déconnectées du remorqueur ( ). Alternativement, les chaînes de ballastage peuvent être permanentes. On notera que dans cet exemple de procédé d’installation, il est prévu de réaliser la mise en place et la connexion par les tendons du contrepoids dans son état coulant sous le flotteur, suivi du remorquage du contrepoids et du flotteur jusqu’au site d’installation de l’éolienne offshore. Alternativement, le remorquage du contrepoids dans son état flottant peut être réalisé jusqu’au site d’installation de l’éolienne offshore séparément du remorquage du flotteur semi-submersible de l’éolienne offshore. Dans ce cas, cette étape de remorquage est suivie de la connexion des tendons préinstallés sur le flotteur au contrepoids. Alternativement encore, il peut être prévu de connecter les tendons préinstallés sur le flotteur au contrepoids dans son état flottant, étape suivie par la mise en place de lignes de remorquage comprenant des remorqueurs, le flotteur et le contrepoids dans son état flottant. Le remorquage de l’ensemble jusqu’au site d’installation de l’éolienne offshore est alors réalisé. Contrepoids (2 ; 2’) pour flotteur semi-submersible (10) d’éolienne offshore (12) pouvant être configuré dans un état coulant ou dans un état flottant, comprenant une structure principale (4 ; 4’) de contrepoids réalisée dans un matériau la rendant coulante lorsqu’elle est immergée dans de l’eau, et une pluralité d’airbags (6, 6’) fixés de façon amovible à la structure principale de façon à rendre le contrepoids flottant lorsque les airbags sont gonflés. Contrepoids selon la revendication 1, dans lequel la structure principale (4 ; 4’) est réalisée en béton, en acier, ou en matériaux composites. Contrepoids selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel la structure principale présente une forme cylindrique ou de polyèdre avec une pluralité de faces latérales (4a ; 4’a) sur lesquelles sont fixés de façon amovible les airbags. Contrepoids selon la revendication 3, dans lequel la structure principale présente une forme de prisme hexagonal. Procédé d’installation d’un contrepoids selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant, dans un ordre indéterminé : la fixation à quai des airbags (6, 6’) dégonflés sur la structure principale ; le gonflage des airbags pour rendre le contrepoids (2 ; 2’) flottant préalablement à sa mise à l’eau ; la mise à l’eau du contrepoids dans son état flottant ; le remorquage du contrepoids jusqu’au site d’installation de l’éolienne offshore ; la connexion par l’intermédiaire de tendons (18) du contrepoids sous le flotteur semi-submersible (10) de l’éolienne offshore ; et la descente du contrepoids sous le flotteur semi-submersible afin de tendre les tendons et d’exercer sur le flotteur semi-submersible une force vers le bas. Procédé selon la revendication 5, comprenant le remorquage du contrepoids dans son état flottant jusqu’au site d’installation de l’éolienne offshore séparément du remorquage du flotteur semi-submersible de l’éolienne offshore, suivi de la connexion des tendons préinstallés sur le flotteur au contrepoids. Procédé selon la revendication 5, comprenant la mise en place et la connexion par les tendons du contrepoids dans son état coulant sous le flotteur, suivi du remorquage du contrepoids et du flotteur jusqu’au site d’installation de l’éolienne offshore. Procédé selon la revendication 5, comprenant la connexion des tendons préinstallés sur le flotteur au contrepoids dans son état flottant, suivi de la mise en place de lignes de remorquage comprenant des remorqueurs (14), le flotteur (10) et le contrepoids (2 ; 2’) dans son état flottant, suivi du remorquage de l’ensemble jusqu’au site d’installation de l’éolienne offshore. Procédé selon l’une quelconque des revendications 5 à 8, dans lequel la descente du contrepoids sous le flotteur semi-submersible est réalisée de façon progressive en utilisant des chaines de ballastage (20) puis en dégonflant progressivement les airbags. Procédé selon la revendication 9, dans lequel les airbags sont retirés de la structure principale après avoir été dégonflés.