Le secteur européen de l’éolien en mer flottant se prépare à s’étendre à des eaux plus profondes
La capacité mondiale annuelle de production d’énergie éolienne en mer a augmenté de façon exponentielle depuis 2009, passant d’environ 2 gigawatts (GW) à plus de 72 GW par an. La majorité de la capacité offshore européenne se trouve dans la région de la mer du Nord, où la plupart des éoliennes sont des installations à fond fixe, posées directement sur le fond marin. Cette technologie restreint le déploiement à des eaux relativement peu profondes, jusqu’à 60 mètres de profondeur. Les éoliennes offshore flottantes (FOWT pour Floating offshore wind turbines) seront capitales pour étendre l’exploitation des prometteuses ressources éoliennes dans des eaux plus profondes, dont les plateaux continentaux étroits de la région méditerranéenne. De meilleurs outils de modélisation sont absolument indispensables afin d’accélérer le développement de manière rentable. Avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet SEAFLOWER se propose de développer une procédure numérique qui intègre les expériences passées et de nouvelles découvertes en s’appuyant sur l’analyse par éléments finis, la «métamodélisation» et l’IA.
Métamodéliser les systèmes d’ancrage
La métamodélisation est une méthode efficace d’approximation informatique, qui reproduit la réponse de modèles d’éléments finis complexes. En créant un modèle simplifié qui capture le comportement essentiel d’un système plus complexe, la métamodélisation permet des calculs plus rapides et moins gourmands en ressources, ce qui est particulièrement précieux dans le cadre de grands ensembles de données et de simulations complexes. Les systèmes d’ancrage des FOWT constituent l’un de ces problèmes complexes. Les FOWT sont montées sur des plateformes sécurisées par des amarres et des ancres. Celles-ci en sont encore aux premiers stades de développement et seuls quelques projets pilotes ont été réalisés. De plus, les systèmes d’ancrage ont été empruntés à l’industrie pétrolière et gazière en mer. Le déploiement de l’énergie éolienne en mer répond toutefois à des exigences différentes. Alessio Mentani, boursier MSCA à l’université de Bologne, a saisi l’occasion pour développer et valider une procédure dédiée à mener des études de métamodélisation sur les solutions d’ancrage. Bien qu’il soit titulaire d’un doctorat en ingénierie géotechnique, il n’avait jamais travaillé dans le domaine de la géotechnique en mer et son expérience des techniques de métamodélisation était limitée. «SEAFLOWER m’a apporté une occasion unique d’élargir mes connaissances et mes compétences dans ce domaine de recherche spécialisé. Il m’a également permis d’élargir considérablement mon réseau professionnel, ce qui était l’un de mes principaux objectifs», explique-t-il.
Coupler des métamodèles et des modèles d’éléments finis
«L’intégration de la modélisation par éléments finis et des méthodes de métamodélisation s’est révélé complexe, tout comme l’était l’identification et l’étude d’un problème réalisable qui permettrait d’exploiter efficacement les deux techniques. Des améliorations itératives et notre persévérance nous ont permis de surmonter les obstacles, de développer une méthodologie solide et d’améliorer notre compréhension de la manière de combiner ces techniques avancées dans des applications pratiques», explique Laura Govoni, professeure agrégée à l’université de Bologne et superviseure du projet. Alessio Mentani a d’abord appliqué la procédure d’ancrage sur pieux battus soumis à une charge de traction pure en tant que preuve de concept. La deuxième étude de cas a exploré le scénario plus complexe d’une plaque d’ancrage fixée dans un sol dont les propriétés matérielles varient en fonction de l’emplacement, ce qui a permis d’obtenir des résultats plus avancés. «L’intégration de la variabilité spatiale dans les techniques de métamodélisation afin d’étudier manière dont la variabilité spatiale des propriétés du sol affecte la capacité de maintien d’une plaque d’ancrage était à la fois innovante et complexe. Son intégration réussie a fourni une approche fiable pour l’analyse du problème dans un cadre probabiliste», ajoute Alessio Mentani. «Un article décrivant les principaux résultats est actuellement en cours d’examen, et je suis optimiste quant à sa capacité à apporter de nouvelles connaissances et à faire progresser le domaine», conclut-il. Si les modèles de ces deux systèmes d’ancrage constituent des résultats importants, la validation de la fiabilité de la méthode ouvre la voie à son utilisation généralisée et constituera une formidable contribution aux ambitions croissantes d’énergie éolienne flottante en mer de l’Europe..
Mots‑clés
SEAFLOWER, métamodélisation, systèmes d’ancrage, énergie éolienne en mer, FOWT, modèles à éléments finis, plaque d’ancrage, IA, ancrage sur pieux battus, analyse par éléments finis, éoliennes offshore flottantes
