Brevet FR3149859A1 — publié le 20241220

F lotteur semi-submersible pour éolienne offshore L’invention concerne un flotteur (2) semi-submersible pour éolienne offshore, comprenant au moins trois colonnes verticales (4, 6) dont l’une est destinée à recevoir un mât d’éolienne, les colonnes verticales étant reliées entre elles par des pontons (8) formés chacun par une pluralité de panneaux plans (8 1 à 8 4 ) qui sont assemblés entre eux au niveau d’arêtes (10) s’étendant longitudinalement entre deux colonnes, les arêtes des pontons étant arrondies et raccordées à chacune de leurs extrémités longitudinales à une colonne par l’intermédiaire d’une pièce de transition (12). Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Flotteur semi-submersible pour éolienne offshore La présente invention se rapporte au domaine général des flotteurs semi-submersibles utilisés pour les éoliennes offshore. Elle concerne plus précisément une nouvelle architecture de flotteur semi-submersible. 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 (appelée ci-après flotteur). Il existe plusieurs familles principales de flotteurs 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 flotteurs avec un contrepoids pendulaire. L’invention concerne plus précisément les flotteurs semi-submersibles, c’est-à-dire des fondations en acier ou en béton qui se présentent 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 système de ballastage 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 par exemple se référer à la publication FR 3,064,973 qui décrit une structure de flotteur hybride semi-submersible comportant une colonne centrale et trois colonnes extérieures raccordées à la colonne centrale par des branches en forme de ponton. Ce type de flotteur hybride présente l’avantage d’être de conception simple. Cependant, une telle construction possède un poids non négligeable qui est fortement influencé par la fatigue. Il existe donc un besoin de pouvoir disposer d’un flotteur semi-submersible dont le poids est optimisé tout en respectant les critères de fatigue. Ce but est atteint grâce à un flotteur semi-submersible pour éolienne offshore, comprenant au moins trois colonnes verticales dont l’une est destinée à recevoir un mât d’éolienne, les colonnes verticales étant reliées entre elles par des pontons formés chacun par une pluralité de panneaux plans qui sont assemblés entre eux au niveau d’arêtes s’étendant longitudinalement entre deux colonnes, et dans lequel, conformément à l’invention, les arêtes des pontons sont arrondies et sont raccordées à chacune de leurs extrémités longitudinales à une colonne par l’intermédiaire d’une pièce de transition. Le flotteur selon l’invention est remarquable en ce que les arêtes des pontons ne sont pas vives (c’est-à-dire à angle droit) mais sont arrondies, ce qui permet de limiter les concentrations de contraintes et ainsi d’améliorer sensiblement le comportement en fatigue de ces zones. Par rapport à des angles droits, cette caractéristique permet au flotteur de remplir les critères de fatigue tout en réduisant son poids. Quant à la pièce de transition, elle permet de limiter les contraintes dans la zone du raccord entre les pontons et les colonnes du flotteur. De plus, l’invention permet d’améliorer la fabricabilité des pontons en supprimant la continuité des raidisseurs transversaux d’une face du ponton à une autre. L’invention permet encore d’améliorer le comportement hydrodynamique du flotteur en supprimant les effets indésirables liés aux arêtes vives de l’art antérieur. De préférence, les arrêtes arrondies des pontons ont une géométrie de quart de cercle de rayon compris entre 100 et 1500mm. De préférence également, les arrêtes arrondies des pontons ont une épaisseur identique à celle des panneaux plans adjacents. La pièce de transition peut présenter une extrémité qui est arrondie pour se raccorder à l’extrémité longitudinale d’une arête arrondie et une extrémité opposée qui forme un angle droit. La pièce de transition peut être une pièce obtenue par l’une des techniques suivantes : forgeage, moulage, mise en forme par pliage sous presse, et fabrication additive passant d’une forme triangulaire d’un côté, à une forme arrondie à son côté opposé. De préférence, chaque panneau plan est muni sur une face interne de deux ou trois raidisseurs principaux longitudinaux et d’une pluralité de raidisseurs secondaires transversaux. Cette caractéristique permet de réduire le poids du flotteur et d’en faciliter la fabrication. Dans ce cas, les raidisseurs principaux de chaque panneau plan sont de préférence régulièrement espacés les uns des autres par l’intermédiaire de cloisons verticales délimitant des zones de ballastage. Selon un mode de réalisation, le flotteur comprend quatre colonnes verticales dont une colonne centrale (4) qui est destinée à recevoir le mât d’éolienne, et trois colonnes extérieures sont raccordées à la colonne centrale par des pontons inférieurs. Dans ce mode de réalisation, les colonnes extérieures peuvent être chacune formées par un assemblage de panneaux plans. Alternativement, les colonnes extérieures peuvent présenter chacune une forme sensiblement cylindrique. Toujours dans ce mode de réalisation, le flotteur peut comprendre en outre au moins une passerelle entre une extrémité supérieure d’une colonne extérieure et la colonne centrale. Une telle passerelle permet de faciliter l’accès au flotteur (par hélicoptère par exemple) ou d’avoir un deuxième point d’accès pour un navire de maintenance. Toujours dans ce mode de réalisation, la colonne centrale peut présenter une forme tronconique ou une forme cylindrique. Selon une disposition avantageuse de l’invention, le flotteur comprend à l’intérieur de chaque ponton et/ou de chaque colonne extérieure une zone de ballastage pouvant être ajustée pour corriger l’assiette du flotteur et améliorer le comportement hydrodynamique du flotteur. La représente en perspective un flotteur semi-submersible selon l’invention. La est une vue coupe selon II-II de la . La montre les raidisseurs à l’intérieur d’un ponton du flotteur de la . La représente en perspective un flotteur semi-submersible 2 pour éolienne offshore selon un premier mode de réalisation de l’invention. Dans ce mode de réalisation, le flotteur 2 comprend quatre colonnes verticales dont une colonne centrale 4 destinée à recevoir un mât d’éolienne (non représenté sur la ), et trois colonnes extérieures 6 qui sont raccordées à la colonne centrale 4 par des branches formant des pontons inférieurs 8. Plus précisément, les pontons inférieurs 8 et les colonnes extérieures 6 sont espacés angulairement les uns des autres de 120° pour former une structure en étoile. Bien entendu, il est possible d’envisager que les colonnes verticales du flotteur soient reliées entre elles par des pontons supérieurs et/ou des pontons inférieurs. Par ailleurs, au moins les pontons formés par une pluralité de panneaux plans qui sont assemblés entre eux. Plus précisément, dans le mode de réalisation de la , chaque ponton inférieur 8 est constitué par l’assemblage de quatre panneaux plans 8 1 à 8 4 formant un parallélépipède rectangle (seuls les panneaux plans 8 1 et 8 4 sont visibles sur la ). Bien entendu, il est possible d’envisager que le nombre de panneaux plans formant chaque ponton soit différent (par exemple au nombre de cinq, six, etc.). Selon l’invention, les panneaux plans de chaque ponton sont assemblés entre eux au niveau d’arêtes 10 qui s’étendent longitudinalement entre deux colonnes et qui sont arrondies en se raccordant à chacune de leurs extrémités longitudinales à une colonne par l’intermédiaire d’une pièce de transition 12. Plus précisément, comme représenté sur la , les arêtes 10 des pontons ont une géométrie de quart de cercle de rayon compris entre 100 et 1500mm. Les arêtes arrondies 10 des pontons se raccordent à chacune de leurs deux extrémités longitudinales à une colonne verticale du flotteur par l’intermédiaire d’une pièce de transition 12 permettant de passer d’une forme de quart de cercle à une forme à angle droit. A cet effet, comme représenté sur la loupe de la , la pièce de transition 12 présente une extrémité 12a qui est arrondie pour se raccorder à l’extrémité longitudinale d’une arête arrondie 10 et une extrémité opposée 12b qui forme un angle droit. Cette pièce de transition 12 est une pièce qui peut être obtenue par l’une des techniques suivantes : forgeage, moulage, mise en forme par pliage sous presse, et fabrication additive passant d’une forme triangulaire d’un côté, à une forme arrondie à son côté opposé. De plus, les arrêtes arrondies 10 des pontons 8 peuvent présenter une épaisseur qui est identique ou différente à celle des panneaux plans adjacents. Selon une disposition avantageuse représentée sur la , chaque panneau plan 8 1 à 8 4 constitutif des pontons 8 est muni, sur une face interne, de deux ou trois raidisseurs principaux longitudinaux 14 et d’une pluralité de raidisseurs secondaires transversaux 16. Ainsi, sur le mode de réalisation de la , chaque panneau plan 8 1 à 8 4 est muni de trois raidisseurs principaux 14 longitudinaux régulièrement espacés les uns des autres et d’une pluralité de raidisseurs secondaires 16 transversaux. En outre, les raidisseurs principaux 14 de chaque panneau plan sont avantageusement espacés les uns des autres par l’intermédiaire de cloisons verticales 18 délimitant des zones de ballastage. Ainsi, à l’intérieur de chaque ponton et/ou de chaque colonne extérieure, il est prévu au moins une zone de ballastage pouvant être ajustée pour corriger l’assiette du flotteur et améliorer son comportement hydrodynamique. On notera que dans le mode de réalisation de la , les colonnes extérieures 6 du flotteur 2 présentent chacune une forme sensiblement cylindrique. Bien entendu, l’invention s’applique également aux flotteurs dont les colonnes extérieures sont chacune formées par un assemblage de panneaux plans afin de présenter une forme de polyèdre (on pourra se référer à la demande de brevet FR 23 01328 déposée le 13 février 2023 par la Demanderesse). On notera également dans le mode de réalisation de la , la colonne centrale 4 du flotteur 2 recevant le mât d’éolienne présente une forme de tronc de cône s’évasant vers le bas. Bien entendu, l’invention s’applique également aux flotteurs dont la colonne centrale présente une forme cylindrique. On notera encore que le flotteur peut avantageusement comprendre en outre au moins une passerelle (ne faisant partie de la structure primaire du flotteur et non représentée sur les figures) entre une extrémité supérieure d’une colonne extérieure et la colonne centrale afin de faciliter l’accès au flotteur (par hélicoptère par exemple) ou d’avoir un deuxième point d’accès pour un navire de maintenance. Flotteur (2) semi-submersible pour éolienne offshore, comprenant au moins trois colonnes verticales (4, 6) dont l’une est destinée à recevoir un mât d’éolienne, les colonnes verticales étant reliées entre elles par des pontons (8) formés chacun par une pluralité de panneaux plans (8 1 à 8 4 ) qui sont assemblés entre eux au niveau d’arêtes (10) s’étendant longitudinalement entre deux colonnes, caractérisé en ce que les arêtes (10) des pontons sont arrondies et sont raccordées à chacune de leurs extrémités longitudinales à une colonne par l’intermédiaire d’une pièce de transition (12). Flotteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les arrêtes arrondies (10) des pontons (8) ont une géométrie de quart de cercle de rayon compris entre 100 et 1500mm. Flotteur selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les arrêtes arrondies (10) des pontons (8) ont une épaisseur identique à celle des panneaux plans (8 1 à 8 4 ) adjacents. Flotteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pièce de transition (12) présente une extrémité (12a) qui est arrondie pour se raccorder à l’extrémité longitudinale d’une arête arrondie (10) et une extrémité opposée (12b) qui forme un angle droit. Flotteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pièce de transition (12) est une pièce obtenue par l’une des techniques suivantes : forgeage, moulage, mise en forme par pliage sous presse, et fabrication additive passant d’une forme triangulaire d’un côté, à une forme arrondie à son côté opposé. Flotteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque panneau plan (8 1 à 8 4 ) des pontons (8) est muni sur une face interne de deux ou trois raidisseurs principaux longitudinaux (14) et d’une pluralité de raidisseurs secondaires transversaux (16). Flotteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les raidisseurs principaux (14) de chaque panneau plan sont régulièrement espacés les uns des autres par l’intermédiaire de cloisons verticales (18) délimitant des zones de ballastage. Flotteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’il comprend quatre colonnes verticales dont une colonne centrale (4) qui est destinée à recevoir le mât d’éolienne, et trois colonnes extérieures (6) qui sont raccordées à la colonne centrale par des pontons inférieurs (8). Flotteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les colonnes extérieures (6) sont chacune formées par un assemblage de panneaux plans. Flotteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les colonnes extérieures (6) présentent chacune une forme sensiblement cylindrique. Flotteur selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu’il comprend en outre au moins une passerelle entre une extrémité supérieure d’une colonne extérieure (6) et la colonne centrale (4). Flotteur selon l’une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que la colonne centrale (4) présente une forme tronconique. Flotteur selon l’une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que la colonne centrale (4) présente une forme cylindrique. Flotteur selon l’une quelconque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce qu’il comprend à l’intérieur de chaque ponton (8) et/ou de chaque colonne extérieure (6) une zone de ballastage pouvant être ajustée pour corriger l’assiette du flotteur et améliorer le comportement hydrodynamique du flotteur.