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Apprendre à construire durable

Apprendre à construire durable

Les hydroliennes de DCNS convertissent l'énergie cinétique des courants marins en électricité, comme le feraient des éoliennes avec le vent.

© D.R.

Construire un dispositif de récupération de l'énergie des océans et des vents marins est un exercice délicat. Les choix de conception doivent intégrer la maximisation du rendement. Mais pas seulement. Viser la simplicité de l'installation et la capacité des structures à durer 15 ou 30 ans sans que les coûts ne dépassent le rendement est également crucial.

Septembre 2012. La première hydrolienne française est remorquée pour une phase d'essais. Mais une défaillance survient au niveau d'un treuil. Un incident qui contraint les opérateurs à laisser la turbine reposer par 30 mètres de fond, avant qu'EDF n'annonce son intention de la rapatrier à terre pour des tests de fonctionnement visant à parfaire la conception de l'équipement. Cette mésaventure illustre toute la difficulté de l'exploitation du potentiel énergétique marin, aérien ou immergé. Mais le jeu en vaut la chandelle : rien qu'en France, vagues et courants représenteraient un potentiel de 18 gigawatts.

 

Le défi de la corrosion marine

 

Reste que le défi n'est pas mince. Outre une endurance à toute épreuve, les structures immergées doivent résister à la corrosion. On pourrait croire le problème réglé depuis que l'industrie pétrolière installe ses plates-formes en mer. Il n'en est rien.

« Il y a des effets complexes encore mal compris comme le couplage entre la corrosion et les efforts, ou la corrosion et les polluants », souligne Alain Bovis, directeur de DCNS Research. Ce phénomène d'altération des métaux, que les États-Unis estiment responsable de dommages à hauteur de 3 % de leur PIB, est très problématique pour les énergies marines. Il perturbe en effet les flux hydrodynamiques. La corrosion forme en particulier des rugosités sur les surfaces et des points d'accroches pour des organismes marins plus ou moins envahissants. « Les tubes de verre, les balanes ou les bryozoaires réduisent particulièrement la traînée », explique Christine Bressy, chercheuse au laboratoire Matériaux polymères interfaces environnement marin de l'université du Sud Toulon-Var.

Traiter les matériaux contre cette forme d'invasion appelée « fouling » est inévitable. Mais la marge de manoeuvre est étroite, du fait des contraintes réglementaires liées notamment au règlement Reach, qui bannit des produits anti-fouling. La tendance est donc à la recherche de molécules naturelles qui évitent l'adhésion des micro-organismes sans effet biocide. Le fabricant de peinture Nautix participe par exemple au projet de recherche Biopaintrop, dont le but est d'identifier des composés d'intérêt dans l'écosystème marin de l'Île de la Réunion.

Des recherches sont aussi menées sur la structuration de surfaces, pour reproduire des motifs antiadhésifs présents dans la nature, comme sur la peau de requin. « Cela n'a pas encore été testé à l'échelle 1 », nuance Christine Bressy.

Au sein de l'Institut de recherche technologique (IRT) Jules Verne, DCNS, Alstom et STX et le Cetim se sont alliés pour comprendre plus finement le mécanisme et trouver de nouvelles stratégies de lutte. Des peintures plus respectueuses de l'environnement seront expérimentées, mais aussi « des systèmes actifs, électriques ou autres », dévoile Alain Bovis.

 

Alléger les structures pour réduire la facture

 

L'autre grand axe de progrès lié aux matériaux concerne l'allégement. Avec en corollaire un impact sur le coût final des structures. En effet, plus elles sont lourdes, plus les navires à affréter sont grands et plus l'installation coûte cher. La course au gigantisme engagée entre Siemens et Alstom dans l'éolien offshore arrive donc probablement à son apogée.

« Les industriels ne devraient peut-être pas rechercher systématiquement le meilleur potentiel et la rentabilité immédiate, mais faire des machines mieux adaptées aux potentiels moins importants », conseille Michel Colinet, directeur d'études énergies marines au sein du cabinet d'études Créocéan.

À défaut de structures plus petites, les fabricants peuvent au moins opter pour des matériaux moins denses. Ainsi, le projet Apstram, démarré récemment à l'IRT Jules Verne, vise à transférer les aciers à haute limite élastique (HLE) dans les jackets, l'un des types de fondation des éoliennes offshore. « Ces aciers permettraient de diminuer les épaisseurs de tôle, jusqu'à un centimètre sur les grosses dimensions », détaille Julien Masson, chef du projet et détaché de STX. Comme les aciers HLE n'ont jamais été mis en oeuvre dans les structures marines, des développements sont nécessaires. « Il s'agit d'améliorer la tenue en fatigue, de retravailler le parachèvement et la géométrie des soudures », poursuit le chercheur.

 

Simplifier l'installation

 

Si le design des éoliennes semble actuellement plus ou moins arrêté, il en va tout autrement pour les hydroliennes et autres capteurs houlomoteurs. « Dans l'hydraulique, on fait la révolution technologique tous les jours », juge Maryse-François Xausa, vice-présidente R&D chez Alstom Hydro. Les concepts étant moins matures, beaucoup de démonstrateurs voient le jour. L'État, par le biais des appels à manifestation d'intérêt relayés notamment par l'Ademe, dynamise la recherche dans le secteur. On voit par exemple émerger des designs très différents de l'hydrolienne de fond adoptée pour l'instant par DCNS, à l'image des hydroliennes flottantes Electrimar de la société Tidalys. En la fabriquant à 80 % à partir de matériaux composites, cette start-up promet un allégement d'un facteur 5 comparé à sa concurrente.

C'est surtout sur le mode d'installation et de maintenance que les fondateurs de Tidalys espèrent imposer leur système flottant. L'équipement électrique de l'hydrolienne sera accessible en surface et, en cas de grave avarie, l'infrastructure pourra être tractée jusqu'au port.

Pour Michel Colinet, l'installation est effectivement le talon d'Achille de nombreux projets d'énergies marines. « Pour un chantier de système de climatisation à l'eau froide en Polynésie, nous avons eu huit mois de préparatifs avant l'installation, réalisée en seulement 96 heures », témoigne-t-il. Dans la pratique, le scénario idéal du zéro-houle, zéro-courant et zéro-vent est rare. Des cycles d'essais-erreurs sont inévitables pour la réussite des énergies marines. Mais beaucoup de progrès et de gain de temps sont attendus grâce aux outils de modélisation, et leur capacité à simuler les conditions réelles de chargement en mer.

Conscient de cet enjeu, l'IRT Jules Verne investit, entre les projets et les chaires de recherche, plus de trois millions d'euros pour la mise sur pied d'un véritable bassin numérique dédié à l'hydrodynamique.

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