Les fondations gravitaires sont une catégorie assez commune de fondations pour turbines marémotrices, largement utilisé dans les domaines de l'hydrolien, mais aussi de l'éolien offshore. Ces fondations sont aussi déployées afin de stabiliser certains composants annexes tels que les connecteurs ou encore les câbles dynamiques. Elles sont maintenues en place par l’ajout de ballast.
Le développement rapide du secteur des énergies marines renouvelables favorise le besoin de nouveaux concepts d'embases gravitaires. Outre la conception, le lest constitue un élément essentiel des structures à embase gravitaire. Sa qualité, sa densité et son poids, définis par le choix des matériaux et la conception du système de lestage, sont d'une importance cruciale pour la stabilisation et le fonctionnement de la plateforme. En effet la bonne stabilité de la fondation permet des meilleurs performances.
Lestage en fonte pour embases gravitaires
L'utilisation de béton dans ces fondations induit des structures énormes, autrement dit les coûts des matériaux et logistiques sont plus augmentant de façon importante les coûts des matériaux, mais aussi les coûts logistiques.Par ailleurs, les fondations gravitaires lestées avec du béton ou du sable, en raison de leur faible densité nécessitent des moyen d'installation plus importants et une plus grande surface sur les fonds marins.
À l'inverse, la fonte est plus dense que le béton et constitue une solution économique et bien moins sujette aux efforts hydrodynamiques. La fonte, avec une densité de 7.10 permet ainsi d'atteindre le poids cible dans un espace et un volume nettement inférieurs à ceux du béton. En général, la fonte permet une réduction du volume de 3 à 7 fois comparé à celle d'un lest de plus faible densité. La densité élevée de la fonte favorise aussi une empreinte très limitée sur les fonds marins comparée à des fondations de faible densité. En outre, l'utilisation de la fonte facilite les opérations de levage et d’installation grâce à la compacité du système de lestage.
Les principaux avantages des systèmes de lestage en fonte:
- Minimisation de l'empreinte sur le fond marin
- Réduction des volumes immergés
- Minimisation des surfaces exposées aux efforts hydrodynamiques
- Optimisation des coûts de transports et de logistiques
- Optimisation du design de la fondation grâce à une grande variété de formes, d’assemblage et de moyen de manutention/installation des lests
FMGC a démontré avec succès sa capacité à développer et fournir des systèmes de lestage en fonte dédiés aux embases gravitaires dans le cadre des principaux projets européens sur des sites hydrolien ou fortement sollicité (forts courants/houle). En raison de la difficulté, de l’exigence et de la croissance rapide de ce secteur impliquant de forts courant, des efforts importants mais aussi des fenêtres d’installation et de manutention réduites, toutes les solutions dédiées doivent être dynamiques et facilement adaptables à différentes conceptions. Les lests en fonte de FMGC peuvent être personnalisés afin de proposer des designs et poids spécifiques. Ces lests peuvent atteindre un poids unitaire allant jusqu'à 16 tonnes et composer des assemblages de plusieurs centaines de tonnes.
Lest pour embases gravitaires pour turbine HydroQuest Ocean
FMGC Ballast on the deck during the installation of the HydroQuest Ocean Turbine;
Photo Credit: Ocean Installer
HydroQuest Ocean est une turbine Hydrolienne d'une puissance de 1 MW développée par HydroQuest et CMN (Constructions Mécaniques de Normandie), qui a récemment été déployée au large de Paimpol-Bréhat, en Bretagne.
FMGC a été mandatée par CMN et Hydroquest pour la conception, le développement, la fabrication et la livraison de l'ensemble du système de lestage de l’embases gravitaires, qui a pour but de stabiliser et de sécuriser la turbine.. Grâce à une étroite collaboration avec CMN et HydroQuest, FMGC a développé une solution qui contribue à une réduction importante des coûts et des volumes de l'infrastructure.
Le système de lestage repose sur un assemblage de lests de plusieurs centaines de tonnes autour d'un système de levage assurant un déploiement aisé du système de stabilisation en fonte. FMGC a également été responsable de la conception et de la validation de ce système basé sur des inserts.
Les inserts en acier assurent un montage plus efficace du système de lestage. Ils facilitent également les opérations de levage et d'installation, limitant ainsi le temps de mobilisation, à quai comme en mer.
Certaines étapes cruciales de la validation, qui englobent notamment plusieurs essais mécaniques, ont permis de finaliser le développement du système de lestage dédié à l'embase gravitaire.
Préalablement à la fabrication des premiers inserts une analyse des éléments finis a été réalisée afin de confirmer la capacité des inserts à répondre aux sollicitations mécaniques en conditions réelles d'exploitation. Les résultats obtenus ont répondu à toutes les attentes, et la fabrication des premières pièces a été lancée.
Une fois les inserts en acier fabriqués, FMGC a réalisé un essai en charge, avec plus de 450 tonnes d'efforts appliquées au cours de ce test.
Début d'avril, FMGC a également réalisé un premier assemblage de la structure complète avant le déploiement de la turbine et de sa sous-structure. En moins d’une journée, l’ensemble du système de lestage a été assemblé, positionné et verrouillé, répondant ainsi à toutes les attentes. Enfin, différents contrôles ont été effectuées pour valider la hauteur et l'inclinaison, confirmant une nouvelle fois la conformité du système et sa capacité à être déployé.
Finalement, le 26 Avril la fondation gravitaire ainsi que le système de lestage développé par la FMGC a été déployé par la société Ocean installer sur le site de Paimpol Bréhat.
Lest pour embases gravitaires pour Naval Energies
The Natick Project of Microsoft & Naval Energies equipped with FMGC Gravity Base Ballast
Naval Energies et Microsoft ont développés un prototype de data center, mis en place sur le site de l’EMEC au nord de l’Ecosse - dans une zone de forts courants et de forte houle. En raison de ces conditions particulières, la stabilisation du système se devait d’être compacte et facilement déployable.
Forte de ses précédentes collaborations, Naval Energie a de nouveau fait confiance à FMGC pour le développement et la fourniture de lests en fonte. FMGC a ainsi conçu un système sur-mesure adapté à la structure métallique tout en adaptant les lests au matériel de levage et de manutention présent à quai puis sur le navire.. La densité de la fonte a permis la réalisation d’un système compact assurant une installation et un déploiement plus aisée. Les pièces ont été livrées directement en Ecosse et le data center a été installé avec succès.
Dans le cadre de ses activités passées dans le secteur des énergies marémotrices, Naval Energies a déjà travaillé en étroite collaboration avec FMGC dans le but de garantir la stabilisation et le lestage de ses connecteurs sous-marins.
L'entreprise a d'abord envisagé le béton comme le matériau de lestage le plus approprié. Cependant, sa faible densité n'a pas assuré la stabilité des connecteurs pour des volumes limités, rendant la solution inadaptée pour des raisons techniques et financières.
Après s'être penché sur la possibilité de l'usage de la fonte, son efficacité a été reconnue et FMGC a commencé à développer des systèmes sur mesure, tant pour Paimpol-Bréhat que pour Fundy.
Conception du Système de stabilisation et de lestage pour Guinard Energies
The P154 Tidal Turbine from Guinard Energies equipped with FMGC gravity base ballast
Pour le déploiement de sa turbine marémotrice P154 dans la rivière d'Étel en Bretagne, Guinard Energies a également choisi la fonte pour assurer la stabilisation de sa plateforme et de la turbine associé. Développée par FMGC, la solution de lestage est directement reliée à l'infrastructure et permettra la stabilité de la turbine durant sa phase d’exploitation.
FMGC est particulièrement fière de faire partie de ces projets pionniers et d'accompagner l'ensemble de ces clients, de la phase de concept au déploiement du système de lestage complet. Par ces réalisations, les systèmes de ballastage en fonte confirment une fois de plus le rôle important qu’ils jouent dans les applications offshore. Le produit est adaptable à une gamme étendue d'industries, et peut être développé et dimensionné en conséquence.