Les fondations gravitaires sont communément utilisée pour supporter les plateformes pétrolières et les fermes éoliennes offshore en eaux peu profondes. Les éoliennes offshore représentent une source d'énergie prometteuse et alimentent les débats épineux sur le changement climatique qui font la une de l'actualité. Le développement continu du secteur requiert des des concepts robustes, fiables et innovants, permettant d’accompagner la réduction du LCOE.
Le principal composant des embases gravitaires est le lest. C'est l'élément responsable de la stabilisation de la turbine, et par conséquent de sa capacité à afficher un facteur de capacité maximal. Le matériau qui compose le lest va fortement influencer son efficacité et sa fiabilité, mais aussi d'autres aspects tels que le volume, l'érosion, la corrosion, etc.
Applications générale des fondations gravitaires
Parmis les différentes technologies relative aux énergies marines renouvelable l'hydrolien est la technologie ayant le plus souvent recours aux fondations gravitaires. Malgré de nombreux défis technologiques et un niveau de maturité encore faible, les hydroliennes représentent une technologie à fort potentiel qui, avec l'aide d'autres énergies renouvelables, peut former une combinaison efficace pour la production d'électricité.
Parmi les projets utilisant des fondations gravitaires, citons : Hydroquest, Meygen and Sabella.
Les fondations gravitaires sont très appréciées comme solution de stabilisation, en partie pour leur facilité d'installation dans des eaux de 20 à 80 m de profondeur, particulièrement sur des sites à fort houle et/ou fort courant, où les fenêtres d'opérabilité sont réduites. Le seul inconvénient de cette solution est que le béton couramment utilisé est extrèmement volumineux, ce qui contraint les sociétés à recourir à des navires plus imposants et à des solutions de levage plus lourdes. Les efforts hydrodynamiques appliqués pendant l'installation et lors de l’exploitation sont également plus élevés en raison d'une zone de contact plus importante. De plus, l'utilisation du béton et de lests à faible densité génère une forte empreinte sur les fonds marin.
Le marché est à la recherche de solutions nouvelles et innovantes. Sabella, Hydroquest et Guinard Energies ont récemment testé le lestage en fonte et ont grandement apprécié ses performances.
Des lests en fonte FMGC pour le MegaWattBlue 20kW P154
Les fondations gravitaires sont également utilisées pour la stabilisation des parcs éoliens et des plateformes gazières et pétrolières offshore. Cependant, ces industries déploient également d'autres type de fondations en fonction des conditions et exigences propre aux sites d’installation.
Lorsqu'ils sont déployés par le secteur pétrolier et gazier, les terminaux GBS sont souvent construits dans des fjords, offrant une zone protégée et une profondeur suffisante. Avant l'installation, une étude des fonds marins a dû être réalisée afin de s'assurer de la stabilité de la fondation et de sa capacité à supporter les différents poids durant sa phase d'exploitation.Dans ce cas, les professionnels se tournent plutôt vers des solutions de haute qualité pouvant offrir une maintenance réduite et une empreinte limitée sur le fond marin.
Lest en fonte pour embase gravitaire – Une réponse innovante à un défi commun
Les fondations gravitaires ayant recours à des solutions de lestages basé sur l'ajout de béton, de sable ou d'autres ballasts de faible densité exigent d'importantes préparations du sol en raison de leur volumes et dimensions importantes. La préparation du site est très coûteuse et utilise des méthodes invasives. De plus, les fondations gravitaires en béton requièrent une sous structure plus importante, entraînant des coûts supplémentaires, à la fois liés aux matériaux, mais aussi aux moyen logistiques qu’ils convient de dimensionner. Les dimensions accrues de la surface de contact avec le fond marin créent également un plus fort impact environnemental et multiplient les risques éventuels de détérioration du fond marin.
À titre de comparaison, la fonte est jusqu'à 3 fois plus dense que le béton : elle constitue donc une solution bien moins lourde et beaucoup plus compacte. L'étude de FMGC, le leader européen de la fabrication des contrepoids en fonte, menée par INNOSEA, une entreprise de conseil en ingénierie marine, a prouvé que grâce à sa densité la fonte permet une forte réduction des volumes, et ainsi des effets hydrodynamiques appliqués à la fondation. Cette réduction des efforts hydrodynamiques, couplé à la compacité de la solution assure une réduction importante du poids nécessaire à la stabilisation de la fondation, et ceux particulièrement dans des sites à forts courant ou les masses nécessaires peuvent êtres réduites par un facteur allant de 3 à 7. (Veuillez noter que cette étude est uniquement disponible en français. Pour toute question supplémentaire, veuillez contacter FMGC).
L'objectif de cette étude était d'identifier une solution pouvant optimiser le lest pour l'embase gravitaire des turbines marémotrices.
Autres utilisations possibles du lest en fonte
Les lests en fonte peuvent aussi être utilisés lorsqu'une solution de lestage compacte est requise. Hormis les fondations gravitaires, d'autres éléments doivent aussi être stabilisés.
Sur des sites où les efforts hydrodynamiques liés aux courants ou à la houle sont importants, la stabilisation du connecteur et des boîtes de jonction sont d'une importance critique. Pour éviter tout risques de dommages et afin de garantir une connexion fiable au réseau, ces éléments doivent être maintenus en position, et ceux dès, dès qu'elles sont déployées sur le fond marin. Dans ce cas particulier, la fonte offre une solution compacte et facile à installer, grâce à sa haute densité et à un dimensionnement précis.
Le lest en fonte offre aussi une solution économique pour l'optimisation de l'ancrage des plateformes flottantes. Un design d'ancrage avec des ancres à succions doivent pouvoir supporter des efforts verticaux très importants sur les ancres. Pour reprendre ces efforts, les piles à succion doivent être plus longues et plus grandes, augmentant ainsi les coûts de production. Une solution mixte utilisant des lests en fonte au sommet de la pile à succion peut supporter une partie des efforts verticaux, permettant ainsi de réduire les dimensions de cette dernière.
And last but not least, the cast iron ballast can fit inside a floating platform as static ballast as well. A spar foundation such as the one used for Hywind Scotland for example features a steel weight of 2, 300 tons but a total weight of around 10,000 tons because of the amount of the ballast that has been used. Here a cast iron solution can represent a part of the ballast and thanks to its high density contribute to the reduction of the volume needed and the associated substructures.
Les 25 années de connaissance et d'expériences de la fonte détenues par la FMGC, couplé à une forte compréhensions de l'environnement offshore, et plus précisément des attentes et besoins inhérent au domaine des énergies marines renouvelables assurent une performance, une fiabilité et une sécurité exceptionnelles. Cette solution prouve que les solutions ingénieuses, et dont les impacts environnementaux sont limités ne sont pas forcément plus chères. L'alliance de la simplicité de conception et de l'expertise est un vecteur d'innovation.