Configurations étudiées

Différentes configurations sont envisageables pour l’installation des ombilicaux dynamiques des éoliennes flottantes. Les figures 2.1 à 2.4 présentent 4 configurations classiques.

Figure 2.1 : Configuration caténaire

Figure 2.2 : Configuration "Lazy Wave"

Figure 2.3 : configuration "Pliant Wave" Figure 2.4 : Configuration "Steep Wave"

La configuration caténaire (Figure 2.1) est la plus simple et consiste à laisser le câble rejoindre le sol sous l’effet de son poids. Pour accommoder les déplacements extrêmes du flotteur une certaine longueur de câble dynamique repose sur le sol. Cette longueur garantit que les efforts sur le point

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d’ancrage soient horizontaux. La configuration caténaire pose cependant un certain nombre de difficultés, en particulier dans la zone de contact avec le sol où le câble peut être soumis à des efforts de compression qui doivent être évités.

L’objectif de la configuration « lazy wave » (Figure 2.2) est de découpler la réponse du câble au niveau de la zone de contact au sol du mouvement du flotteur. Pour cela des modules de flottabilité sont ajoutés sur une section du câble afin de lui donner une forme en S. Cette forme en S permet d’accommoder la majorité des déplacements du flotteur. L’arrivée du câble sur le sol se fait cependant, après la section de flottabilité, de façon caténaire. La zone de contact avec le sol est donc relativement imprécise, tant en termes de position sur le sol que d’abscisse le long du câble.

La configuration « pliant wave » (Figure 2.3) permet de restreindre le mouvement du câble dans la zone de contact avec le sol par l’ajout d’un tendon. Ce dernier doit cependant reprendre un effort principalement vertical et nécessite donc un système d’ancrage plus complexe. Cette configuration permet alors en outre d’accroitre le nombre de modules de flottabilité (et donc la composante verticale de la tension) et d’anticiper ainsi sur les effets de la bio-colonisation.

La configuration « steep wave » (Figure 2.4) suppose une connexion verticale avec le sol. Cette configuration est peu réaliste car ce type de connexion est difficile à réaliser en pratique. La configuration « steep wave » permet cependant de simplifier la configuration « pliant wave » de façon avantageuse en évitant de modéliser la zone de contact avec le sol.

Dans les travaux présentés, deux configurations sont étudiées à titre d’exemple. La première considère une profondeur d’eau de 36m, ce qui correspond à la profondeur moyenne sur le site d’essai en mer SEMREV. La seconde configuration considère 72m de profondeur d’eau, ce qui correspond davantage aux profondeurs où l’installation de fermes d’éoliennes flottantes est envisagée. En dehors des différentes profondeurs d’eau, les deux configurations sont prises aussi identiques que possible.

L’ombilical dynamique est placé dans la configuration « steep wave » grâce à l’ajout de modules de flottabilité répartis uniformément sur la seconde moitié du câble. La connexion au niveau du sol se fait ainsi verticalement ce qui évite de modéliser l’interaction avec le fond qui peut être très complexe (Elosta et al. 2013). En effet, l’usage d’une connexion horizontale en « lazy wave » est plus courant en pratique mais introduit des non-linéarités supplémentaires. En particulier il est difficile dans ce cas de définir l’emplacement exact où le câble vient toucher le sol (désigné par la suite par l’abréviation TDP pour « touch down point »). C’est ce qui a motivé l’usage de la configuration

« steep wave ».

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Pour la première configuration la distance horizontale entre le HOP (« hang off point », point où la câble quitte le flotteur) et le TDP lorsque le flotteur est en position nominale est fixée à 30m, et à 60m pour la deuxième configuration.

Figure 2.5 : Configuration 36m

Figure 2.6 : Configuration 72m

Le même flotteur est considéré pour les deux configurations. Celui-ci est défini pour avoir un comportement représentatif du prototype d’éolienne flottante de 2MW qui doit être prochainement installé sur le site d’essai SEMREV dans le cadre du projet européen FLOATGEN. Les dimensions du flotteur sont donc similaires à celles du flotteur développé par l’entreprise IDEOL : un anneau carré de 36m de largeur et de 10m de hauteur avec un puits central de 21m de côté (Guignier et al. 2016).

La masse combinée du flotteur et de son éolienne est prise égale à 5800T, avec un tirant d’eau de 7m.

L’ancrage considéré dans la première configuration (36m) est un ancrage semi-tendu comportant 7 lignes en Nylon. Cet ancrage est modélisé de manière simplifiée en considérant uniquement une raideur d’ancrage équivalente. Pour la seconde configuration la raideur d’ancrage est conservée identique malgré le changement de profondeur.

Les mêmes caractéristiques de câble et de modules sont utilisées pour les deux configurations mais la longueur totale de l’ombilical est doublée pour la seconde configuration, passant de 60m à 120m. Dans les deux cas, les modules de flottabilité sont régulièrement espacés de 3m. La première configuration comporte ainsi 10 modules quand la seconde en compte 20.

HOP

TDP

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Table 2.1 : Caractéristiques du câble et des modules de flottabilité

Caractéristiques Valeurs

Table 2.2 : Différences entre les deux configurations étudiées

Configuration 36 m Configuration 72 m

Profondeur 36 m 72 m

Distance horizontale HOP-TDP 30 m 60 m

Longueur de câble 60 m 120 m

Nombre de modules 10 20

Il est ici supposé que le câble est encastré au niveau de la jonction avec le flotteur (HOP) et que ses rotations sont libres au niveau du TDP. L’influence de ce choix est discutée en annexe. Les équipements de protection (flexjoint, bend stiffener…) du câble ne sont pas modélisés.