L’ancrage, la ligne de vie flexible et robuste des systèmes EMR flottants

Deux critères essentiels pour les ancrages : fiabilité et robustesse

Les systèmes flottants de production d’énergies marines renouvelables présentent plusieurs avantages : ressources en vent et vagues plus importantes, profondeur d’eau techniquement non limitée, meilleure adaptabilité aux types de sols… Ces derniers doivent cependant limiter leur dynamique pour des raisons :

d’efficacité (ex : diminution des performances des éoliennes si les mouvements du flotteur sont trop importants),
de sécurité (ex : perturbation du trafic maritime),
de robustesse et de viabilité technico-économique (ex : arrachage du câble électrique d’export, surcoût lié au surdimensionnement).

Développer des lignes d’ancrage fiables et robustes est donc essentiel. Pour cela, deux critères sont à prendre en compte : limiter l’amplitude des efforts et résister aux sollicitations maximales sur la durée de vie d’un parc.

Adapter le retour d’expérience de l’offshore pétrolier aux EMR

Difficile de transposer tel quel aux EMR le retour d’expérience de l’offshore pétrolier car certaines contraintes sont radicalement différentes : limitation de l’empreinte au sol, forte dynamique des flotteurs dans la houle, réduction de l’emprise sur le domaine public maritime… Les systèmes flottants de récupération d’énergies marines sont déployés dans des profondeurs d’eau relativement faibles (50 à 150 m) où la ressource en vent et vague permet un meilleur facteur de charge. Or, plus la profondeur est faible, plus le dimensionnement de l’ancrage est complexe. Les ancrages proposés pour les systèmes flottants, en particulier les éoliennes, diffèrent donc notablement de ceux utilisés dans l’offshore pétrolier. Les normes et outils de conception doivent être adaptés et validés. Le retour d’expérience sur des sites d’essais ou des parcs pilotes obtenu en parallèle d’études spécifiques aux ancrages va permettre de réduire les incertitudes sur la prédiction de leur durée de vie et optimiser les solutions retenues.

Caractérisation des ancrage synthétiques

Les ancrages synthétiques permettent d’introduire de l’amortissement dynamique dans le système, notamment grâce à une forte capacité d’élongation, à l’instar du nylon. Ces dispositifs semi-tendus sont particulièrement adaptés à des profondeurs d’eau comprises entre 60 et 150 m. Le nylon a l’avantage d’être moins onéreux que la classique chaîne d’ancrage, ce qui contribue à diminuer le LCOE du système ainsi qu’à limiter la longueur totale et donc l’empreinte au sol. France Energies Marines et ses partenaires ont mené trois projets de R&D sur ce thème :

Le premier portait sur la caractérisation fine du comportement dynamique et à long terme de lignes d’ancrage en nylon (Projet POLYAMOOR). Il a permis de démontrer que le nylon peut avoir une durée de vie en fatigue pour des ancrages permanents de l’ordre de 25 ans. Une loi représentative du comportement complexe visco-elasto-plastique de ce matériau ainsi qu’une méthodologie d’évaluation accélérée de la durée de vie par auto-échauffement ont été proposées.
Le deuxième visait à développer des moyens de suivi en service du comportement mécanique des lignes d’ancrage en nylon. Il intègrait un déploiement en mer, le développement de capteurs et méthodologie dédiés pour le monitoring de ces ancrages ainsi qu’une procédure d’installation incluant le pré-tensionnement (Projet MONAMOOR).
Le troisième a pour objectif d’améliorer la modélisation du comportement à court et long terme des cordages en nylon et développer les connaissances sur les mécanismes de fatigue et de dégradation (Projet BAMOS).

Suivi en service des lignes d’ancrage

Le dimensionnement des systèmes en mer est nécessairement basé sur des statistiques météo-océaniques. Il comporte donc des incertitudes auxquelles s’ajoutent l’intégration de nouveaux matériaux. Il apparait donc incontournable de disposer de méthodes et de moyens pour suivre l’état des composants d’ancrage en continu, pour alerter en cas de risques élevé de déradage et pour anticiper les opérations de réparation ou de remplacement (Projets MHM-EMR, SUBSEE 4D et DIONYSOS).

Influence du biofouling sur les ancrages

Le biofouling peut affecter fortement le poids et le comportement hydromécanique du flotteur et des lignes d’ancrage, notamment synthétiques. Ceci est particulièrement vrai pour des sites à faibles profondeur d’eau (< 150 m) où la plus grande partie de la colonne d’eau comporte des organismes vivants. Un projet collaboratif achevé en 2022 visait à développer des protocoles de mesure et de caractérisation du biofouling, en prenant en compte les spécificités de sites et de composants (Projet ABIOP+).

Liste des publications en lien avec les ancrages (PDF)

Crédit photo : Wanfahmy / AdobeStock

Projets

Terminé

ABIOP+

Prise en compte du biofouling au moyen de protocoles de quantification utiles à l’ingénierie

En cours

DIONYSOS

Réseau numérique intelligent opérationnel à l’aide d’une approche hybride capteurs / simulations

Terminé

MONAMOOR

Modélisation et suivi en service des lignes d’ancrages en polyamide

Terminé

ABIOP

Quantification du biofouling au moyen de protocoles établis et recommandations associées

En cours

BAMOS

Comportement et vieillissement des ancrages en cordages synthétiques

Terminé

MHM-EMR

Suivi en service des systèmes d’ancrage pour les énergies marines renouvelables

Terminé

POLYAMOOR

Ligne d’ancrage polyamide souple et durable pour les énergies marines renouvelables

En cours

MUTANC

Ancres mutualisées pour les éoliennes offshores flottantes

Terminé

SUBSEE 4D

Un jumeau numérique pour faciliter l’exploitation des parcs éoliens flottants

Fiche de synthèse sur les ancrages

Atlas bibliographique du biofouling des façades maritimes françaises dans un contexte d’énergies marines renouvelables

Bain et al. (2022)

Experimental evaluation of the main parameters influencing friction between polyamide fibers and influence of friction on the abrasion resistance. The Journal of The Textile Institute

Civier et al. (2022)

Short and long term creep behaviour of polyamide ropes for mooring applications. Ocean Engineering

Chevillotte et al. (2020)

Fatigue of improved polyamide mooring ropes for floating wind turbines. Ocean Engineering