FR2990477A1 - Ensemble d'eoliennes offshores flottantes reliees entre elles - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un ensemble d'éoliennes offshores flottantes comprenant au moins deux éoliennes flottantes (1), chacune desdites éoliennes comprenant des moyens de flottaison (3) ancrés sur le fond marin (2), et des moyens de transformation (4 ; 5) de l'énergie éolienne en énergie mécanique. Au moins deux éoliennes sont reliées par des moyens de liaison (7) desdits moyens de flottaison (3), lesdits moyens de liaison (7) étant aptes à générer un moment de renversement au niveau desdits moyens de flottaison (3) de façon à maintenir lesdites éoliennes (1) en position verticale. L'invention concerne également un procédé d'installation d'un ensemble d'éoliennes selon l'invention.

Description

La présente invention concerne le domaine de l'énergie marine, et plus particulièrement l'énergie éolienne marine. Depuis quelques années, les éoliennes se développent, notamment grâce à la volonté politique d'accroître la part des énergies renouvelables dans le mix énergétique. Toutefois, le développement se heurte à la difficulté de pouvoir installer suffisamment de grandes éoliennes à terre. De plus, il est connu que le vent est plus fort et plus constant en mer. C'est pourquoi les dernières tendances portent sur la construction de grandes éoliennes en mer et surtout d'éoliennes offshores flottantes installées suffisamment loin des cotes pour être peu ou pas visibles. Classiquement, on implante un ensemble d'éoliennes sous forme de champ (appelé également ferme), afin de partager les moyens de transport et/ou de stockage de l'énergie électrique. Les éoliennes offshore flottantes sont aujourd'hui considérées comme des objets indépendants que l'on vient positionner relativement proches les uns des autres dans un champ ou une ferme d'éoliennes. Dans ces champs, seuls certains postes de transformation des courants, les câbles de puissance locaux et le câble de puissance entre la ferme et la terre sont mis en commun, alors que les moyens de flottaison et d'ancrages sont spécifiques à chaque éolienne. La problématique première d'une éolienne offshore flottante est d'avoir un flotteur de taille suffisante pour assurer la stabilité statique de celle-ci. En effet, des masses très importantes sont situées au niveau de la nacelle de l'éolienne et les efforts de poussée liés au vent sont positionnés à la même hauteur, ce qui peut engendrer une gite de l'éolienne. C'est pourquoi le support flottant doit atteindre une taille importante pour assurer la stabilité statique du système et éviter qu'il ne se renverse mais aussi pouvoir contrecarrer les efforts de poussée vélique de l'éolienne pour limiter sa gîte. La taille importante du flotteur est contraignante notamment au niveau de la masse et du coût de ces moyens de flottaison. Par exemple, pour le pilote Hywind de Statoil 0 (éolienne de 2,3 MW), le flotteur est une colonne de 100 m de haut et de 8,3 m de diamètre et qui est ballasté par 3600 tonnes de pierre pour un poids total de 5300 tonnes. Malgré ces chiffres très élevés, une gite statique de 3 degrés est admise. Or l'éolienne de Hywind est une "petite" éolienne comparée à ce qui peut exister pour les éoliennes offshore flottantes car l'optimum économique de ce type d'éolienne semble être compris entre 7 et 10 MW. Pour palier ce problème, quelques solutions existent dont la plus prometteuse semble être l'utilisation de plateforme à lignes tendues (TLP de l'anglais tensioned leg platform). La demande de brevet GB 2378679 décrit un exemple d'une telle plateforme. Cette technique consiste à multiplier les lignes d'ancrage (par exemple des tendons) entre le flotteur et le fond marin. Par la géométrie de son ancrage et à condition d'écarter les tendons du flotteur, la plateforme reste parfaitement horizontale, ce qui assure la verticalité de l'éolienne. De plus, la tension dans les tendons amortit les effets de pilonnement induits par la houle. Cependant ce type de plateforme a comme inconvénient des coûts de mise en place élevés du fait de son ancrage très particulier qui nécessite une préparation longue et couteuse. La présente invention concerne un ensemble d'éoliennes, pour lequel les éoliennes voisines sont reliées entre elles par des moyens de liaison. L'invention propose ainsi de mutualiser les ancrages entre plusieurs éoliennes pour assurer la stabilité de celles-ci tout en minimisant la masse et le coût des moyens de flottaison. Le système selon l'invention L'invention concerne un ensemble d'au moins deux éoliennes flottantes, chacune desdites éoliennes comprenant des moyens de flottaison ancrés sur le fond marin. Au moins deux éoliennes sont reliées par des moyens de liaison desdits moyens de flottaison, lesdits moyens de liaison étant aptes à générer un moment de renversement au niveau desdits moyens de flottaison de façon à maintenir lesdites éoliennes en position verticale.
Selon l'invention, lesdits moyens de liaison comporte un premier moyen fixé à proximité d'une extrémité supérieure desdits moyens de flottaison d'une première éolienne et à proximité d'une extrémité inférieure desdits moyens de flottaison d'une deuxième éolienne, et un deuxième moyen, fixé à proximité d'une extrémité inférieure desdits moyens de flottaison de ladite première éolienne et à proximité d'une extrémité supérieure desdits moyens de flottaison de ladite deuxième éolienne. Avantageusement, lesdits moyens de liaison sont des câbles formés de torons métalliques, de torons en polyester, de torons constitués de métal et de polyester, ou des tendons métalliques, des tendons en carbone, des tendons constitués de métal et de carbone, ou sont formés d'un assemblage de câbles métalliques, de câbles en polyester, de tendons métalliques ou de tendons en carbone. Selon un mode de réalisation de l'invention, lesdits moyens de liaison entre deux éoliennes comportent au moins deux câbles. Alternativement, lesdits moyens de liaison entre deux éoliennes comportent au moins deux longerons.
De manière avantageuse, lesdits moyens de flottaison sont ancrés sur le fond marin au moyen d'au moins un tendon. Selon une variante de réalisation de l'invention, lesdites éoliennes sont disposées de manière à former un réseau rectangulaire, ledit réseau étant de préférence constitué de carrés, chaque éolienne étant reliée aux éoliennes avec lesquelles elle délimite des côtés des rectangles dudit réseau.
De préférence, chaque éolienne est reliée aux éoliennes avec lesquelles elle forme des diagonales des rectangles dudit réseau. Selon une deuxième variante de réalisation, lesdites éoliennes sont disposées de manière à former un réseau triangulaire, ledit réseau étant de préférence constitué de triangles équilatéraux, chaque éolienne étant reliée aux éoliennes avec lesquelles elle délimite des côtés des triangles dudit réseau. Avantageusement, des ancrages caténaires sont installés sur les éoliennes situées sur un bord extérieur dudit ensemble. En outre, lesdits moyens de flottaison peuvent comprendre un flotteur situé près de la surface de l'eau et une extension rigide disposé en dessous dudit flotteur, ledit tendon est fixé sur ladite extension rigide. De plus, lesdits moyens de flottaison peuvent comprendre un ballast disposé entre ledit longeron et ladite extension.
L'invention concerne également un procédé d'installation d'un ensemble d'éoliennes offshore flottantes tel que décrit précédemment, dans lequel on réalise les étapes suivantes pour chaque éolienne appartenant audit ensemble : a) on fixe au moins un tendon sur le fond marin ; b) on met une éolienne équipée d'un flotteur en position verticale au-dessus dudit tendon ; c) on attache ladite éolienne audit tendon ; et d) on tend des câbles entre ladite éolienne et les éoliennes adjacentes déjà installées. Selon un mode de réalisation du procédé, chaque éolienne est ballastée avec de l'eau pour amener ladite éolienne verticalement au-dessus du tendon, puis une fois accrochée audit tendon on évacue le ballast de chaque éolienne. Alternativement, on met une éolienne en position verticale au-dessus d'un tendon en réalisant les étapes suivantes : i) on amène des moyens de flottaison couchés au-dessus dudit tendon ; ii) on ballaste lesdits moyens de flottaison pour les disposer verticalement ; iii) on fixe lesdits moyens de flottaison audit tendon ; iv) on fixe ladite éolienne sur lesdits moyens de flottaison ; et v) on évacue le ballast desdits moyens de flottaison.
Présentation succincte des figures D'autres caractéristiques et avantages du système selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.
La figure 1 illustre un ensemble d'éoliennes selon l'invention. Les figures 2a) et 2b) représentent deux modes de réalisation de la disposition des éoliennes. La figure 3 illustre les dimensions géométriques d'un couple d'éoliennes selon l'invention.
La figure 4 représente les efforts appliqués sur une éolienne appartenant à un ensemble selon l'invention. Les figures 5a), 5b) et 5c) illustrent trois variantes de réalisation du flotteur pour une éolienne appartenant à un ensemble selon l'invention.
Description détaillée de l'invention L'invention concerne un ensemble (ou champ ou ferme) d'éoliennes dans lequel la flottaison et la stabilité est assurée par une mutualisation des ancrages entre plusieurs éoliennes. Selon l'invention, la mutualisation des ancrages est réalisée par la liaison entre éoliennes adjacentes par des moyens de liaison.
De préférence ces moyens de liaison peuvent être des câbles tendus, des tendons ou des longerons. Les câbles peuvent être formés de torons métalliques ou en polyester ou constitués à la fois de métal et de polyester. Alternativement, les moyens de liaison sont formés de tendons métalliques ou en carbone ou constitués à la fois de métal et de carbone. Un tendon est composé soit d'un seul élément allongé, soit d'un faisceau d'éléments allongés. Ces éléments allongés peuvent être des tiges. Ils peuvent être des éléments pleins ou creux (tubes). Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les moyens de liaison sont formés d'un assemblage de câbles métalliques, de câbles polyester et/ou de tendons métalliques ou en carbone. On appelle longeron une poutre ou une barre rigide, dont la longueur est supérieure aux dimensions de la section transversale. Selon l'invention, un longeron peut être réalisé en métal ou en tout autre matériau lui conférant une rigidité suffisante. Dans la suite de la description et sur les figures, seul le cas de l'éolienne à axe horizontal convertissant l'énergie éolienne en énergie mécanique est décrit. Toutefois, on ne sortirait pas du cadre de l'invention pour les éoliennes à axe vertical. La figure 1 représente un ensemble d'éoliennes conformément à l'invention. Classiquement, une éolienne offshore flottante à axe horizontal (1) comporte un mât (4) fixé sur des moyens de flottaison (3), le mât supporte une nacelle (5) qui comprend des moyens de conversion de l'énergie éolienne en une énergie alternative, par exemple électrique, hydraulique ou pneumatique. Dans le cas d'une éolienne à axe verticale, l'éolienne ne possède pas de nacelle en haut du mât (4), son centre de gravité et de poussée est alors à mi-hauteur du mât.
L'éolienne est fixée au fond marin (2), de préférence au moyen d'un unique moyen d'ancrage (6), notamment un tendon (6). Toutefois, il peut être envisagé d'ancrer chaque éolienne par plusieurs tendons (6). Tel que représenté sur la figure 1, le tendon (6) et les moyens de flottaison (3) sont en partie immergés, alors que le mât (4) et la nacelle sont au-dessus du niveau de la mer.
Selon l'invention, chacune des éoliennes est reliée à au moins une autre éolienne par des moyens de liaison (7), notamment par au moins deux câbles (7) tendus qui se croisent. La liaison entre deux éoliennes concerne deux éoliennes adjacentes. Les câbles (7) (ou longerons (7) assurent la stabilité des éoliennes en imposant des efforts et un moment de renversement au niveau des moyens de flottaison (3) qui tendent à rappeler le mât de l'éolienne dans une position verticale. Ainsi, la stabilité est assurée à la fois par les moyens de flottaison (3) et par les moyens de liaison (7). Par conséquent, les moyens de flottaison ne doivent plus présenter des caractéristiques mécaniques aussi importantes que dans les solutions de l'art antérieur ; il est donc possible de réduire les dimensions et le coût des moyens de flottaison (3).
De préférence, uniquement deux câbles (7) relient deux éoliennes (1) adjacentes pour assurer une symétrie qui permet d'apporter un moment de redressement optimal. Les câbles peuvent être fixés sur les extrémités supérieure et inférieure des moyens de flottaison (3) : au niveau de l'ancrage du tendon (6) et au niveau de la fixation du mât (4). Les câbles (7) sont par nature des composants élastiques, qui s'allongent sous traction. Les câbles engendrent alors des efforts proportionnels à leur allongement, ce qui tend à augmenter la stabilité du système. De manière avantageuse, les deux câbles sont identiques, notamment en ce qui concerne leurs caractéristiques mécaniques et leurs dimensions. Selon un premier mode de réalisation illustré à la figure 2a), on peut disposer les éoliennes selon un réseau rectangulaire, de préférence carré. Les éoliennes (1) représentent alors les angles des rectangles. On peut relier ensuite par des câbles ou des longerons (7) les éoliennes (1) adjacentes délimitant les côtés des rectangles du réseau. En outre, on peut relier par des câbles ou des longerons (7) les éoliennes (1) adjacentes délimitant les diagonales des rectangles du réseau. Ainsi, la stabilité des éoliennes est assurée quelque soit la direction du vent.
Selon un deuxième mode de réalisation illustré à la figure 2b), on peut disposer les éoliennes selon un réseau triangulaire, formé de préférence de triangles équilatéraux. Les éoliennes (1) correspondent alors aux angles des triangles. On peut relier ensuite par des câbles (7) les éoliennes adjacentes délimitant les côtés des triangles du réseau. Ainsi, la stabilité des éoliennes est assurée quelque soit la direction du vent. D'autres configurations des éoliennes peuvent être adaptées à l'invention : par exemple une disposition sous forme de réseau hexagonal. Le choix de la configuration dépend du nombre d'éoliennes (1), de leur intervalle et du nombre de câbles (7) assurant une stabilité et une sécurité suffisante de l'ensemble. Sur les figures 2a) et 2b), le signe de référence (8) désigne des ancrages caténaires pouvant être installés aux extrémités de l'ensemble d'éoliennes (1). Ces ancrages caténaires (8) permettent de parfaire la stabilité de l'ensemble.
La figure 5 illustre trois variantes de réalisation des moyens de flottaison (3) adaptés à une éolienne appartenant à un ensemble selon l'invention. Selon la variante de réalisation de la figure 5a) les moyens de flottaison comprennent uniquement un flotteur (9) ; il s'agit de moyens de flottaison standard. Les câbles (7) sont fixés à chaque extrémité du flotteur (9). Selon la variante de réalisation de la figure 5b) les moyens de flottaison comprennent un flotteur (9) disposé à proximité de la surface de la mer, et une extension rigide (10). En mettant le volume de flottabilité à proximité de la surface de la mer, on augmente le moment de redressement de l'éolienne dû au flotteur. Toutefois, pour conserver certaines caractéristiques géométriques des moyens de flottaison, notamment la distance des points d'accroche du tendon (6) et des câbles (7), l'utilisation d'une extension rigide (10) est nécessaire. Pour cette variante de réalisation, un premier câble (7) est fixé sur l'extrémité supérieure du flotteur (9), un deuxième câble (7) est fixé sur l'extrémité inférieure de l'extension rigide (10). Selon la variante de réalisation de la figure 5c) les moyens de flottaison comprennent de manière identique à la variante de réalisation décrite ci-dessus, un flotteur (9) disposé à proximité de la surface de la mer et une extension rigide (10). Les moyens de flottaison comprennent en outre un ballast (11) au point d'ancrage du tendon (6). Le ballast (11) permet de diminuer le moment du versement dû au poids du flotteur, ce qui améliore la stabilité de l'éolienne. Toutefois, pour cette variante de réalisation, il est préférable d'augmenter le volume du flotteur (9) pour garder une tension du tendon (6). Dans ce cas, un premier câble (7) est fixé sur l'extrémité supérieure du flotteur (9) alors qu'un deuxième câble (7) est fixé sur le ballast (11). D'autres modes de réalisation des moyens de flottaison (3) sont adaptés à l'invention, notamment des moyens de flottaison (3) ayant une forme allongée et pour lesquels l'ancrage est déporté vers le bas.
L'invention concerne également un procédé d'installation d'un ensemble d'éoliennes tel que décrit précédemment. Ce procédé peut comporter les étapes suivantes pour l'installation de chaque éolienne (1) dudit ensemble : a) on fixe au moins un tendon (6) sur le fond marin (2) et on le maintient vertical à l'aide d'une bouée ; b) on met une éolienne équipée d'un flotteur en position verticale au-dessus du tendon (6) ; c) on attache l'éolienne au tendon (6) et on largue la bouée ; et d) on tend des câbles (7) entre ladite éolienne et les éoliennes adjacentes déjà installées. e) on retire le ballast des flotteurs de façon à mettre en tension les ancrages Ces étapes peuvent être répétées pour chaque éolienne appartenant audit ensemble, ou on peut effectuer chaque étape pour toutes les éoliennes appartenant audit ensemble. En fonction des moyens de transport utilisés, chaque éolienne est transportée depuis un port en position verticale ou en position horizontale. Pour chaque configuration, il est nécessaire de prévoir les étapes adaptées pour la mise en place de l'éolienne (1). Dans le premier cas, chaque éolienne (1) est ballastée avec de l'eau pour assurer sa stabilité pendant le déplacement. Ainsi, l'éolienne est amenée verticalement au-dessus du tendon (6), puis accrochée audit tendon (6), enfin le ballast de l'éolienne est évacué. Dans le deuxième cas, on réalise les étapes suivantes pour mettre l'éolienne en position verticale au-dessus du tendon (6) : i) on amène des moyens de flottaison (3) couchés au-dessus dudit tendon (6) ; ii) on ballaste lesdits moyens de flottaison (3) pour les disposer verticalement ; iii) on fixe lesdits moyens de flottaison (3) audit tendon (6) ; iv) on évacue partiellement le ballast desdits moyens de flottaison (3) ; v) on fixe ladite éolienne (1) sur lesdits moyens de flottaison (3) ; et vi) on finalise l'évacuation du ballast desdits moyens de flottaison (3).
Par rapport à une éolienne TLP comportant plusieurs tendons, dans ce concept il n'y a préférentiellement qu'un tendon (6) par éolienne (1) et ce tendon (6) peut-être mis en place avant l'arrivée des moyens de flottaison (3). Il est alors maintenu vertical par une bouée.
De plus, comme les câbles (7) sont croisés il y a accès pour un navire à toutes les éoliennes de l'ensemble. La maintenance préventive ou les réparations ne nécessitant pas un démontage de la nacelle peuvent être faites par un navire de service qui vient s'accoster à l'éolienne. Pour les réparations importantes nécessitant de ramener à terre la nacelle on laisse les moyens de flottaison (3) sur place attaché à ses câbles (7) et au tendon (6) et on vient retirer la nacelle avec des moyens de levage ad hoc tout en rajoutant du ballast. Les moyens de flottaison peuvent être ballastés pour éviter une traction trop forte sur le tendon. Étude de la stabilité du système Afin de prouver l'intérêt de l'invention, notamment l'apport de la stabilité par les câbles (7), une étude statique 2D est menée sur un couple d'éoliennes selon l'invention (figure 3). Pour ce mode de réalisation, une symétrie est respectée : les deux câbles (71 ; 72) sont identiques, notamment de longueurs initiales égales. Notations Dans cette partie, les notations suivantes seront utilisées : - Hp : hauteur des moyens de flottaison (3) - Lt : longueur du tendon (6) - Dt : distance entre deux points d'ancrage des tendons (6) - Lat La2 : longueur des câbles (71 ; 72) entre les moyens de flottaison (3) avec La0 la longueur initiale des câbles (71 ; 72). - Ai, A2: angle des tendons (6) par rapport à la verticale - G1, G2 : gite des éoliennes (2) - P: poussée de l'éolienne (1) - Mn: masse de la nacelle (5) - Mm : masse du mât (4) - Mp: masse des moyens de flottaison (3) - Fh : poussée d'Archimède - Tai, Ta2, Ta3, Ta4 : efforts des câbles (71 ; 72) - Tt: effort du tendon (6) - K: constance d'élasticité des câbles (71 ; 72) - E : module d'Young des câbles (71 ; 72) - A: section des câbles (71 ; 72) Lorsque qu'une notation est suivie du signe h on parle de la composante horizontale, alors que le signe v désigne la composante verticale. La figure 3 illustre les dimensions utilisées pour les calculs, la figure 4 représente les vecteurs des différentes forces appliquées sur une éolienne (1) appartenant à un ensemble selon l'invention. Les équations géométriques s'écrivent comme suit : Dtb = Dt-Hr(sin(A1)-sin(A2)) La12 = Dtb2 + Hp2 + 2Dtb*Hp*sin(G1) La22 = Dtb2 + Hp2 - 2Dtb*Hp*sin(G2) A vent constant, les angles Al et A2 sont égaux donc Dtb est égal à Dt.
Dans le cas idéal où les câbles reliant les deux flotteurs sont des structures non déformables, les longueurs Lai et La2 doivent rester constantes. Compte tenu des équations reliant les longueurs Lai et La2 à la longueur Dtb et aux angles G1 et G2 et pour satisfaire Lai et La2 constants, il faut que G1 et G2 soient égaux à zéro : les éoliennes restent verticales. Dans le cas réel où les câbles (71; 72) sont élastiques, on voit que la longueur Lai augmente et que la longueur La2 se réduit quand les gites G1 et G2 augmentent. Ceci va donc se traduire par une augmentation de la traction du câble (71) en tête des premiers moyens de flottaison (3). Cette traction est contraire à la direction du vent et sa composante 10 horizontale va donc augmenter pour contrecarrer la poussée du vent sur l'éolienne. Au contraire la longueur La2 diminue et donc la traction du câble (72) va diminuer d'autant. La traction sous le vent se réduit et donc sa traction horizontale diminue également. On suppose que toutes les éoliennes (1) réagissent de la même façon. Cette hypothèse est valable pour un vent constant, les angles G1 et G2 sont donc égaux et 15 dénommés G dans la suite du texte. Dans ce cas tous les angles de tendon et de gite sont égaux et on a: Dtb = Dt La12 = Dt2 + Hp2 + 2Dt*Hp*sin(G) La22 = Dt2 + Hp2 - 2Dt*Hp*sin(G) 20 On écrit en première approximation et en notant La0 = Dt2 + Hp2 : Lai = La0 + Dt*Hp*sin(G)/La0 La2 = La0 - Dt*Hp*sin(G)/La0 La symétrie impose que Ta3 = Ta2 et Ta4 = Tai et donc que la somme des efforts Ta est nulle. On a donc une première conclusion importante : le fait de rajouter des câbles entre 25 éoliennes ne nécessite pas d'augmenter la flottabilité du flotteur. En effet : la poussée d'Archimède Fh est égale à Mn+Mm+Mp+Ta1v+Ta2v-Ta3v-Ta4v (par convention les efforts utilisés dans les différentes formules correspondent à leur valeur absolue : d'où l'utilisation de signe + et -). On peut donc écrire Fh = Mn+Mm+Mp 30 La poussée d'Archimède est bien indépendante des efforts Ta des câbles (71 ; 72). Comme les câbles (71 ; 72) sont élastiques, on peut écrire que la variation des efforts Ta des câbles (71 ; 72) est proportionnelle à la variation des longueurs La des câbles : ATa1 = K* Dt*Hp*sin(G)/La0 et ATa2 = - K *Dt*Hp*sin(G)/La0 35 Les composantes horizontales de ces deux forces (notées avec l'indice h) vont créer un moment par rapport au point d'attache du flotteur au tendon égal à (par convention un moment de redressement est compté positif et un moment de versement est compté négatif): M(Ta1h) = ATa1h*Hp*cos(G) M(Ta2h) = -ATa2h*Hp *cos(G) soit: M(Tah) =M(Ta1h)+M(Ta2h) = 2*K*Dt*Hp2*sin(G)*cos(G)/La0 De la même façon, on calcule la variation des composantes verticales des moments liés aux efforts Ta1 et Ta2 qui est égale à M(Ta) =M(Ta1,)+M(Ta2v) = - 2*K*Dt*Hp2*sin2(G)/La0 L'angle de gite G étant petit (2 à 3 degrés au plus), la somme M(Ta,), qui est en sin2(G), est nettement plus petite que celle des M(Tah) qui est elle en sin(G)cos(G). Par conséquent, les efforts sur les câbles (71 ; 72) s'opposent à la gite des moyens de flottaison (3) sous l'effet de la poussée du vent sur la nacelle de l'éolienne.
Si l'on étudie comment ces sommes varient avec la gite G on obtient d(M(Tah) )/dG cos2(G) -sin2(G) = cos(2G) et d(M(Tav) )/dG z12sin(G)cos(G) = sin(2G). Pour des faibles angles de gite G, M(Tah) varie proportionnellement à G alors que M(Ta) varie en G2. Donc M(Ta) augmente moins vite que M(Tah). Le système est donc stable car le couple de redressement augmente plus vite que le couple de versement. En conclusion, en ajoutant des câbles (7) entre chaque éolienne (1), on ajoute un couple de redressement qui va s'ajouter au couple de redressement issu de la poussée d'Archimède. L'ajout de ce couple va permettre de diminuer la taille des moyens de flottaison (3).
Exemple numérique Pour un cas type d'une éolienne de 5 MW montée sur un flotteur cylindrique, dont les principales caractéristiques sont : P=860 kN, Mn = 350 tonnes, Mm = 350 tonnes, Hn = 90 m, Hp =110 m, Lt = 100 m, Hauteur d'eau = 200 m (le flotteur émerge dans ce cas), les calculs de stabilité pour une gite de 10 degrés donnent les moments suivants (en 107 N.m): Poussée vélique Nacelle+rotor Mât Flotteur Poussée hydrostatique 167 119 92 60 439 Nous avons vu que : M(Tah) = K * 2*Dt*Hp2*sin(G)*cos(G)/La0 avec La0= Dt2 + Hp 2 .
Si on se fixe Dt (distance entre deux éoliennes) à 500 m (soit légèrement supérieur à 5 fois le diamètre pour une éolienne de 5 MW) alors 2*Dt*Hp2*sin(G)*cos(G)/La0 est sensiblement égal à 3350 (La0 = 510 m). La raideur d'un câble (7) se calcule par K= EA/L avec E Module de Young, A la section du câble (7) et L sa longueur. En prenant E=150 kN/mm2, un câble (7) de diamètre 50 mm (A=1960 mm2) et L=La0=510 m on trouve que K est égal à 580 kN/m et donc M(Tah) = 200 x 107 N.m Le moment de redressement ajouté par le câble correspond à 45% de celui issu de la poussée hydraulique (439 x 10' N.m). Comme ce moment de redressement est 10 proportionnel au carré du diamètre du flotteur (3), on peut diminuer, grâce à l'invention, de 22% ce diamètre pour garder un couple de redressement total équivalent. Et comme la masse du flotteur (3) est sensiblement proportionnelle au diamètre, celle-ci va diminuer d'environ 22% et son coût va diminuer d'autant.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS1) Ensemble d'au moins deux éoliennes flottantes (1), chacune desdites éoliennes comprenant des moyens de flottaison (3) ancrés sur le fond marin (2), caractérisé en ce qu'au moins deux éoliennes sont reliées par des moyens de liaison (7) desdits moyens de flottaison (3), lesdits moyens de liaison (7) étant aptes à générer un moment de renversement au niveau desdits moyens de flottaison (3) de façon à maintenir lesdites éoliennes (1) en position verticale.
  2. 2) Ensemble selon la revendication 1, dans lequel lesdits moyens de liaison (7) comportent un premier moyen (7) fixé à proximité d'une extrémité supérieure desdits moyens de flottaison (3) d'une première éolienne (1) et à proximité d'une extrémité inférieure desdits moyens de flottaison (3) d'une deuxième éolienne (1), et un deuxième moyen (7), fixé à proximité d'une extrémité inférieure desdits moyens de flottaison (3) de ladite première éolienne (1) et à proximité d'une extrémité supérieure desdits moyens de flottaison (3) de ladite deuxième éolienne (1).
  3. 3) Ensemble selon la revendication 2, dans lequel lesdits moyens de liaison (7) sont des câbles formés de torons métalliques, de torons en polyester, de torons constitués de métal et de polyester ou des tendons métalliques, des tendons en carbone, des tendons constitués de métal et de carbone, ou sont formés d'un assemblage de câbles métalliques, de câbles en polyester, de tendons métalliques ou de tendons en carbone.
  4. 4) Ensemble selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens de liaison (7) entre deux éoliennes comportent au moins deux câbles (7). 25
  5. 5) Ensemble selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel lesdits moyens de liaison (7) entre deux éoliennes comportent au moins deux longerons (7).
  6. 6) Ensemble selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits moyens de flottaison (3) sont ancrés sur le fond marin (2) au moyen d'au moins un tendon (6).
  7. 7) Ensemble selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdites éoliennes (1) sont disposées de manière à former un réseau rectangulaire, ledit réseau étant de préférence constitué de carrés, chaque éolienne (1) étant reliée aux éoliennes (1) avec lesquelles elle délimite des côtés des rectangles dudit réseau.
  8. 8) Ensemble selon la revendication 7, dans lequel chaque éolienne (1) est reliée aux éoliennes (1) avec lesquelles elle forme des diagonales des rectangles dudit réseau.
  9. 9) Ensemble selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel lesdites éoliennes (1) sont disposées de manière à former un réseau triangulaire, ledit réseau étant de préférence constitué de triangles équilatéraux, chaque éolienne (1) étant reliée aux éoliennes (1) avec lesquelles elle délimite des côtés des triangles dudit réseau.
  10. 10) Ensemble selon l'une des revendications précédentes, dans lequel des ancrages caténaires (8) sont installés sur les éoliennes situées sur un bord extérieur dudit ensemble.
  11. 11) Ensemble selon l'une des revendications 6 à 10, dans lequel lesdits moyens de flottaison (3) comprennent un flotteur (9) situé près de la surface de l'eau et une extension rigide (10) disposé en dessous dudit flotteur (9), ledit tendon (6) est fixé sur ladite extension rigide (10).
  12. 12) Ensemble selon la revendication 11, dans lequel lesdits moyens de flottaison (3) comprennent un ballast (11) disposé entre ladite extension (10) et ledit tendon (6). 20
  13. 13) Procédé d'installation d'un ensemble d'éoliennes offshore flottantes selon l'une des revendications 3 et 4, dans lequel on réalise les étapes suivantes pour chaque éolienne (1) appartenant audit ensemble : a) on fixe au moins un tendon (6) sur le fond marin (2) ; b) on met une éolienne équipée d'un flotteur en position verticale au-dessus dudit tendon (6) ; c) on attache ladite éolienne audit tendon (6) ; et d) on tend des câbles (7) entre ladite éolienne et les éoliennes adjacentes déjà installées. 30
  14. 14) Procédé selon la revendication 13, dans lequel chaque éolienne (1) est ballastée avec de l'eau pour amener ladite éolienne verticalement au-dessus du tendon (6), puis une fois accrochée audit tendon (6) on évacue le ballast de chaque éolienne.
  15. 15) Procédé selon la revendication 13, dans lequel on met une éolienne (1) en position verticale au-dessus d'un tendon (6) en réalisant les étapes suivantes : i) on amène des moyens de flottaison (3) couchés au-dessus dudit tendon (6) ; ii) on ballaste lesdits moyens de flottaison (3) pour les disposer verticalement ; iii) on fixe lesdits moyens de flottaison (3) audit tendon (6) ; iv) on fixe ladite éolienne (1) sur lesdits moyens de flottaison (3) ; et v) on évacue le ballast desdits moyens de flottaison (3).
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