Les fonds marins, une thématique à creuser pour l’implantation des EMR

Caractérisation des fonds marins et interactions avec les EMR : deux enjeux majeurs

La surface des fonds marins est façonnée par l’action combinée des vagues et des courants. Cette partie superficielle est composée, selon les zones, de sédiments plus ou moins grossiers. Parfois, le substrat rocheux affleure en surface. Plus en profondeur, le fond marin est l’enregistrement de l’histoire géologique de la région étudiée. Il peut être composé de sédiments meubles, sur plusieurs dizaines voire centaines de mètres de profondeur, et de roche mère. La caractérisation des fonds marins ainsi que la compréhension de leurs interactions avec les infrastructures EMR sont deux aspects sur lesquels d’importants travaux de R&D sont menés par France Energies Marines, ses membres et partenaires.

Bathymétrie et caractérisation des sédiments

Pour caractériser la partie superficielle d’une zone, il est d’abord nécessaire de connaître sa bathymétrie et caractériser les sédiments qui la composent (nature, taille, forme, porosité) à l’échelle du grain ou d’un ensemble sédimentaire. La bathymétrie est réalisée grâce à des sondeurs fournissant une mesure de la profondeur sur toute la zone analysée. L’organisation de campagnes à haute fréquence est nécessaire afin d’effectuer des comparaisons sur des intervalles de temps donnés. C’est l’approche privilégiée dans le cadre d’un projet qui visait à étudier les dunes sous-marines au large de Dunkerque (Projet DUNES). La caractérisation du fond a notamment été réalisée par prélèvement in situ à la benne pour étudier les premiers centimètres. Les échantillons collectés ont ensuite analysés été en laboratoire, par exemple pour étudier leur distribution granulométrique.

Etude des processus hydrosédimentaires

Pour mieux appréhender la dynamique des fonds marins superficiels, il est nécessaire d’étudier les processus hydrosédimentaires décrivant le mouvement des sédiments. Ces processus sont dépendants des conditions hydrodynamiques en présence, elles-mêmes dépendantes de la morphologie du fond. Ces conditions sont évaluées à l’aide d’instruments spécifiques comme les profileurs de courants de type ADCP utilisés dans différents projets achevés ou en cours (Projets HYD2M, THYMOTE, PHYSIC, DUNES, ELEMENT). Ces données peuvent être couplées à des mesures optiques et acoustiques de matières en suspension et charriées sur le fond. Ceci permet d’estimer les flux sédimentaires sur la zone (Projet PHYSIC).

L’acquisition de données de bathymétrie, de données océanographiques et une meilleure compréhension des processus hydrosédimentaires d’une zone permettent aussi la configuration et l’amélioration de modèles hydrosédimentaires (Projet DUNES). Ceux-ci peuvent par exemple être utilisés pour étudier la dynamique du fond sous certaines conditions ou estimer des tendances d’évolution du fond, utiles dans un contexte EMR pour aider à la prise de décisions. Pour aller plus loin dans la connaissance de la dynamique des dunes sous-marines, un nouveau projet a été lancé afin d’appréhender les évolutions à petite et grand échelles en utilisant des approches de modélisation (Projet MODULLLES).

Le lancement récent de DRACCAR, la première plateforme française de recherche en mer dédiée à l’éolien offshore couplée à un programme de R&D innovant, va permettre d’améliorer la compréhension des interactions entre l’éolien en mer et l’environnement, d’optimiser le dimensionnement des éoliennes et de co-construire un réseau d’observation pérenne des façades maritimes.

Géophysique et géotechnique

La caractérisation en profondeur est réalisée en utilisant des méthodes géotechniques et géophysiques. Ces dernières, non intrusives, regroupent la sismique de réflexion et l’imagerie électromagnétique. Elles permettent d’avoir accès à la variation dans la structure du profil du sol et d’identifier ses différentes couches. Les levés géophysiques dans leur ensemble ont l’avantage d’être moins couteux et de donner une vue globale du site étudié. Les méthodes géotechniques impliquent une phase d’extraction du sol par carottage. L’obtention des échantillons permet de classifier le sol et de déterminer ses propriétés physiques et mécaniques. Ces méthodes sont coûteuses et leurs résultats concernent des points précis du site. Un projet de R&D visait à corréler les données obtenues par méthodes géophysiques et géotechniques afin de définir les propriétés mécaniques et physiques du fond de toute la zone analysée (Projet GEOSISMEM).

Interactions entre fonds marins et systèmes EMR

La morphologie du fond peut avoir un fort impact sur le tracé, l’installation et la stabilité des câbles sous-marins. La géométrie et les pentes peuvent changer rapidement. Pour le futur parc éolien de Dunkerque, qui sera situé dans un champ de dunes sous-marines mobiles, garantir l’immersion des câbles est un challenge. Si ces derniers se retrouvaient hors du sédiment, ils seraient soumis aux contraintes induites par les courants et risqueraient la rupture. Comprendre ces déplacements afin de mieux définir le tracé des câbles sous-marins est donc essentiel (Projet DUNES).

Les caractéristiques des sédiments de surface sont aussi un paramètre important à prendre en compte dans le dimensionnement des structures EMR. Un projet de R&D maintenant achevé a permis l’étude de la dynamique des sédiments grossiers (graviers, galets) dans le Raz Blanchard pour prévenir tout dommage sur de futures hydroliennes (Projet PHYSIC). L’obtention des caractéristiques mécaniques du sol en profondeur est elle aussi importante pour le dimensionnement des fondations. Les futurs parcs éoliens offshores de Saint-Nazaire et de Fécamp seront posés sur des fonds calcaires ou crayeux. Ce matériau, dont les propriétés physiques et mécaniques évoluent avec le temps et les efforts auxquels il est soumis, est très difficile à caractériser. Un projet dédié à la caractérisation de ses propriétés mécaniques a permis de mieux dimensionner les fondations des futures éoliennes en mer qui seront ancrées dans ces roches particulières (Projet SOLCYP+).

Liste des publications en lien avec les fonds marins (PDF)

Crédit photo : France Energies Marines

Projets

Terminé

DUNES

Dynamique des dunes hydrauliques et impact sur les projets EMR

En cours

MODULLES

Modélisation de dunes sous-marines : évolutions locales et à grande échelle dans un contexte éolien offshore

Terminé

GEOSISMEM

Levés géophysiques pour la caractérisation des fonds marins des sites EMR

En cours

DRACCAR

Première plateforme française de recherche en mer dédiée à l’éolien offshore couplée à un programme de R&D innovant

Terminé

HYD2M

Hydrodynamique du Raz Blanchard : mesures et modélisation

Terminé

PHYSIC

Processus hydrosédimentaires en interaction avec les courants extrêmes

Terminé

SOLCYP+

Sollicitations cycliques des monopieux d’éoliennes offshores

Terminé

THYMOTE

Turbulence hydrolienne : modélisation, observation, tests en bassin

Bulletin COME3T N°6 – Est-ce que le développement des énergies marines renouvelables et leur raccordement à terre peuvent avoir un effet sur l’évolution du trait de côte ?

Le Bot et al. (2023)

Marine dune morphodynamics and sediment fluxes (off Dunkirk, France). Spatio-temporal variability and relations with hydrodynamic forcings. Proceedings of the 7th Marine and River Dune Dynamics Conference Series

Robert et al. (2023)

Dynamic of the benthic ecosystem of bedform areas assessed via structural diversity, functional diversity and isotopic diversity. Proceedings of the 7th Marine and River Dune Dynamics Conference Series

Bourgoin et al. (2021)

Use of Large-Eddy Simulation for the bed shear stress estimation over a dune. International Journal of Sediment Research