Conception des parcs

Produire massivement une énergie à bas coût et respectueuse de l’environnement

Un parc ou une ferme EMR offshore se compose d’un ensemble d’unités de production d’énergie exploitant une ou plusieurs sources d’énergies marines renouvelables sur une zone de concession en mer. L’objectif principal d’un parc est de maximiser la récolte d’énergie dans l’espace et le temps, tout en assurant une disponibilité à un coût minimum. Pour cela, le parc EMR doit être considéré comme un système, et non comme la simple agrégation de plusieurs unités de production. Sa conception nécessite une approche scientifique multidisciplinaire, appelée ingénierie des systèmes,qui vise à établir une architecture globale permettant d’atteindre le meilleur compromis de coût et de disponibilité tout en respectant des contraintes prédéfinies.

Les parcs offshores, un challenge complexe de conception et d’optimisation

Les disciplines rentrant en jeu dans la conception d’un parc EMR sont très nombreuses. Dans le domaine de l’ingénierie, on peut citer la mécanique, l’aérodynamique, le contrôle, l’électrotechnique, la science des matériaux et l’ingénierie civile. Pour ce qui est des sciences dures, cela concerne les mathématiques, la physique, la chimie, la géotechnique, la dynamique de l’atmosphère, l’océanographie et la biologie. Enfin, dans le domaine des sciences sociales, l’économie, la politique, le juridique et la sociologie sont nécessaires à l’appréhension des interactions entre le parc, la société et le marché de l’énergie. Toutes ces disciplines interviennent dans la conception de sous-systèmes d’un parc éolien en mer. Pour illustrer le concept d’objectifs concurrents de conception, prenons la maximisation de la production annuelle d’énergie (AEP) et la minimisation du coût actualisé de l’énergie. Pour maximiser l’AEP, il est tentant de définir une grande densité de machines sur la zone à exploiter, ce qui augmente considérablement le coût du parc, et in fine le LCOE. A l’inverse, minimiser à l’extrême le LCOE peut conduire à une production d’énergie quasi nulle. Il est donc nécessaire de trouver un compromis à l’aide de méthodes d’optimisation. France Energies Marines, ses membres et partenaires s’attachent à l’optimisation de l’AEP du réseau de câbles entre machines et des possibilités de mutualisation d’ancrages (Projet MUTANC).

Vers les méthodes et outils d’optimisation conjointe

Un état de l’art des méthodes d’optimisation actuellement utilisées et des logiciels aujourd’hui disponibles a été réalisé dans le cadre d’un projet de R&D piloté par France Energie Marines (Projet VALARRAY). La méthode la plus facile à appréhender est l’optimisation séquentielle. Elle consiste à optimiser les sous-systèmes les uns après les autres, chacun prenant en compte les contraintes héritées de la conception du précédent. C’est sur cette méthode qu’est basée la suite logicielle open source DTOcean+ développée dans le cadre d’un projet européen (Projet DTOCEANPLUS) regroupant 17 partenaires dont France Energies Marines. Cet outil numérique vise à concevoir, optimiser et évaluer les systèmes EMR, de l’échelle des composants à celle du parc. Notre équipe a développé les modules traitant de la caractérisation de sites, de la conception des fondations et ancrages ainsi que de l’évaluation de l’acceptabilité sociétale et environnementale. L’optimisation séquentielle est intuitive et présente des facilités de mise en œuvre. Elle a cependant la limitation de ne pas explorer systématiquement l’ensemble des solutions de conception possibles.  Pour cela, l’utilisation d‘algorithmes permettant une optimisation conjointe, amenant à tendre vers un optimum global, devient nécessaire. C’est une des raisons pour laquelle la suite logicielle DTOcean+ est développée de manière modulaire : cela permet d’adapter le code des différents éléments de la suite pour l’appliquer à des méthodes d’optimisation conjointe. La quantification des incertitudes des modèles utilisés dans la conception doit également être maîtrisée et documentée. La suite logicielle DTOcean+ répond à cette nécessité par la prise en compte de différents niveaux de complexité d’analyse.

L’intégration environnementale, un objectif de conception intégré à l’échelle de la ferme

Au-delà de la méthode d’optimisation, l’intégration environnementale est également un thème majeur à considérer lors de la conception d’un parc EMR. Un des modules de la suite DTOcean+ qui a été développé par France Energies Marines répond à cette problématique. Il permet l’évaluation environnementale et socio-économique des différents choix technologiques et de configurations de parcs. Pour chaque opération du cycle de vie d’un projet, le potentiel impact est évalué en termes de pression existante (ex. risque de collision avec la mégafaune marine) d’analyse de cycle de vie (ex. estimation du bilan carbone) et d’acceptabilité sociale (ex. bénéfices économiques par la création d’emplois). Il s’agit d’un outil original en la matière qui est amené à connaître des développements futurs pour gagner en précision. La thématique de l’intégration environnementale appliquée à la conception des fermes EMR devrait continuer de croître fortement à l’avenir.

Liste des publications en lien avec la conception des parcs (PDF)

Crédit photo : Axelsson / AdobeStock

Interlocuteurs

Tanguy Coquio

Ingénieur en hydrodynamique et ancrages

Nicolas Ruiz

Responsable R&D systèmes et parcs EMR

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