Énergies marines renouvelables : enjeux, techniques et ... · GÉOTECHNIQUE Énergies marines...

Philippe SERGENT, Cerema/DTecEMF Yves NEDELEC – Cerema/DTerSO

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LACANAU – 13 au 15 octobre 2015

LES PLÉNIÈRES 2015Sciences et techniquesdu Génie Civil

JOURNÉESGÉOTECHNIQUE

Énergies marines renouvelables,enjeux, techniques et contraintes

Énergies marines renouvelables :enjeux, techniques et contraintes


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PLAN DE L’EXPOSÉ

• Le contexte français

• Les éoliennes

• Les hydroliennes

• Énergie des vagues

• Conclusions


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Objectif pour 2020: production de 6 GW150 GW en Europe en 2030

L’usine marémotrice de la Rance en 1966 avec une capacité de 240 MW Deux appels d’offres en 2011 et 2013 pour des parcs d’éoliennes posées avec capacité de 3 GW L’ADEME a lancé en 2013 un appel d’offres pour des fermes pilotes d’hydroliennes

La mise en place d’un site de test au Croisic SEM-REV pour la filière houlomotrice Mais des contraintes…


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Potentiel de l’éolien posé

Vitesse moyenne annuelle du vent à 100 mètres d'altitudeVitesse du vent > 7 m/s

Bathymétrie < 30 m (40 m en Méditerranée)

L’éolien offshore posé


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Potentiel de l’éolien flottant

Vitesse moyenne annuelle du vent à 100 mètres d'altitudeVitesse du vent > 7 m/s

30 m (40 m en Méditerranée) <Bathymétrie < 200 m

L’éolien offshore flottant


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L’houlomoteur

Potentiel de l’houlomoteurau large

Puissance linéaire moyenne annuelle de la houle > 20 kW/m

50 m < Bathymétrie < 130 m


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Concertation

Les zones sont déterminées par le Ministère de l’Ecologie après une concertation menée par les Préfets Maritimes et les Préfets de Département

Tous les acteurs sont invités à participer

Données publiques : Environnement / Paysages et héritage historique / Défense et sécurité / Navigation / Données techniques : ressources, géotechnique / Données Socio-économiques : pêche, extraction de sédiments / Radars / Raccordement électrique …


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PLAN DE L’EXPOSÉ


• Les éoliennes



• Conclusions


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Comparaison des dimensions - Gigantisme


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L’éolienne poséecomposantes et forçages

PalesTurbineMâtPièce de transitionFondation_________________

VentHouleMaréeCourantsDirections


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Fondation : lien au sol + structure intermédiaire

DE TELS MODES DE FONDATION DEPENDENT TRES FORTEMENT DU SOLET DES FORÇAGES, IL N’EXISTE PAS DE SOLUTION UNIVERSELLE


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Fondation gravitaire• Analyse du chargement• Etude en cuve à houle / courants / vent• Méthode de construction des caissons en

béton• Méthode d’installation

Etude des fondations


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Phase construction : Bruit

Battage des monopieux

Systèmes anti – bruit :

1) rideau de bulles 2) barrière anti - bruit


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Eolienne flottante : lignes tendues

Reproduit la stabilité de la structure fondée

Une partie essentielle des structures flottantes est constituée par ses ancrages !!!

LA ENCORE LES FONDATIONS DEPENDENT TRES FORTEMENT DU SOLET IL N’EXISTE PAS DE SOLUTION UNIVERSELLE


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L’ancrage d’une plateforme à ligne tendue doit être surdimensionné, car les lignes doivent TOUJOURS rester en tension, même dans les pires conditions


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PLAN DE L’EXPOSÉ


• Les éoliennes



• Conclusions


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Bases de la conception(extraits de J.Ruer – Saipem)

Ne pas faire obstacle à la navigation Ne pas faire obstacle aux animaux→ machine sous-marine ? Fiabilité, maintenance réduite, sécurité Machine simple et robuste avec le minimum d’éléments mécaniques exposés à la mer


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Défis technologiques

Fiabilité des machines Étanchéité – Corrosion – Salissures marines

Mise en place des machines dans les zones de fort courant

Stabilité des machinesTenue des câbles électriques sous-marins Maintenance : récupération et remise en place des machines


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Dimensionnement à la houle

Pour les structures poséesDimensionnement de la structure avec effort de renversement à la houle

Pour les structure flottantesDimensionnement des ancrages à la houle

Lors des tempêtes, les efforts de renversement peuvent être doublés Les efforts sont particulièrement violents près de la surface, là où les vagues sont les plus fortes En mer ouverte, il est exclus d’utiliser des hydroliennes flottantes (OK dans les zones peu exposées à la houle, les estuaires) → laisser un tirant d’eau suffisant au-dessus de la machine


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Abrasion par les sédiments marins

Présence de bancs au voisinagedes sites hydroliens

Risque de mise en suspension de sables, graviers et galets

→ laisser un tirant d’eau suffisant au-dessus des fonds (de plus vitesse faible au fond)


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Variabilité et modification des conditions

hydrodynamiques (marée + houle)

Variabilité et modification des transits

sédimentaires

Performance énergétique

des parcs

Endommagement par chocs

Suspension (sables)

Charriage (sables, galets)

Abrasion

Évolution des fonds

Transport de polluants

Affouillement/dépôt

Conditions de navigation

Stabilité des stocks

sableuxlittoraux,

dynamique des bancs

Qualité de l'eau et des

biotopes

Impact sur les hydroliennes Impact sur le milieu

Insertion en milieu très variable :


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PLAN DE L’EXPOSÉ


• Les éoliennes



• Conclusions


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Ressource mondiale : 1 Gtep


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(Colonne d’eau oscillante)


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Systèmes bord à quai

Système à franchissement

Rendement : application WOPSIM de l’Université d’Aalborg

Survivabilité : efforts sur les parois, stabilité générale, tassement différentiel

Batteur inversé

Rendement : modèle 3D BEM linéaire, modèle 3D CFD avec digue

Survivabilité : modèle 3D CFD

Système oscillant flottant

Rendement : modèle 3D BEM linéaire, modèle 3D CFD avec digue

Survivabilité : modèle 3D CFD

Colonne d’eau oscillante

Rendement : modèle 3D BEM linéaire

Survivabilité : efforts sur les parois, stabilité générale, tassement différentiel


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● Cycle court en termes de production / consommation● Démonstration pour l’offshore● Soutien à la filière des travaux maritimes● Vitrine et tourisme industriel● Aide au choix pour les collectivités

Contexte


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Analyse multicritère


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Système à franchissement à trois ou quatre réservoirs

Puissance récupérée dans chaque réservoir

Ouvrages à moderniser et à adapter

Résultats : exemple de Saint-Jean-de-Luz


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Systèmes à franchissements

Colonnes d’eau oscillante


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Résultats : exemple de la Baie d’Audierne

3) Flotteur pilonnant sur rail

Technologies

Mesuresdu potentiel

Calculs du potentiel


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PLAN DE L’EXPOSÉ


• Les éoliennes



• Conclusions


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Des opportunités pour les travaux maritimeset leurs considérations géotechniques

● Croissance bleue ● Énergies marines pour longtemps● Digues du futur (ouvrage polyvalent / faible coût)● Adaptation à la remontée du niveau marin

Conclusions


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MERCI POUR VOTRE ATTENTIONTOUJOURS SOUTENUE

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