FR3029212A1

FR3029212A1 - Traitement anticorrosif de structures portantes immergees

Info

Publication number: FR3029212A1
Application number: FR1461606A
Authority: FR
Inventors: Sami Barbouchi; Henry Kemp
Original assignee: Electricite de France SA
Current assignee: Electricite de France SA
Priority date: 2014-11-27
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2016-06-03
Anticipated expiration: 2034-11-27
Also published as: WO2016083718A1; FR3029212B1

Abstract

L'invention concerne un traitement contre la corrosion d'une structure portante creuse (MP), métallique et immergée dans de l'eau, dans lequel on applique deux ouvertures aménagées dans la structure, avec: - une première ouverture (T1), pour une entrée d'eau dans la structure, et - une deuxième ouverture (T2), pour une évacuation d'eau depuis la structure, permettant d'évacuer une acidité d'eau dans la structure, issue par exemple d'un traitement galvanique de protection contre la corrosion.

Description

Traitement anticorrosif de structures portantes immergées La présente invention concerne le domaine des structures portantes immergées, par exemple des structures portantes de dispositifs d'éoliennes offshore.

De telles structures (appelées aussi « monopiles » en anglais) sont le plus souvent métalliques (par exemple en acier) et creuses. Malgré les précautions prises pour éviter une fuite d'eau (notamment d'eau de mer) à l'intérieur de telles structures, il a été observé néanmoins la présence d'eau stagnante à l'intérieur de telles structures, entrainant leur corrosion. Des dispositifs connus, de traitement galvanique, ont été proposés pour protéger contre la corrosion l'intérieur de ce type de structure. Dans le cas par exemple d'une protection cathodique, on prévoit une anode sacrificielle plongée à l'intérieur de la structure. L'anode, composée par exemple d'aluminium, produit des ions Al3+ qui réagissent avec l'eau (H20) dans la structure pour former les composés Al(OH)3 et H30+. La présence de l'ion H30+ crée de fait une acidification de la solution à l'intérieur de la structure et, de là, une augmentation de la vitesse de corrosion. En outre, la solution ainsi acidifiée peut alors consommer des électrons à la cathode, ce qui rend moins efficace le traitement de protection galvanique. En outre, l'acier est connu pour être moins résistant à la corrosion en milieu acide, d'où une vitesse de corrosion accrue. Qu'un système de protection galvanique soit utilisé ou non, il n'a pas été trouvé de solution efficace au problème que pose la corrosion dans une telle structure. La présente invention vient améliorer la situation. Elle propose à cet effet un procédé de traitement contre la corrosion d'une structure portante creuse, métallique et immergée dans de l'eau, et dans lequel on applique deux ouvertures aménagées dans la structure: - une première ouverture, pour une entrée d'eau dans la structure, et - une deuxième ouverture, pour une évacuation d'eau depuis la structure. Ainsi, l'invention propose un traitement original pour limiter la corrosion dans une structure métallique creuse, portant par exemple un dispositif d'éolienne. En particulier, ce traitement anticorrosion est très simple de mise en oeuvre puisqu'il consiste à aménager deux ouvertures dans la structure afin de s'assurer d'une libre circulation d'eau dans la structure. On évite ainsi une stagnation d'eau et éventuellement une acidité, en maintenant un pH neutre ne favorisant pas une corrosion de la structure. Ainsi, dans une forme de réalisation où la structure est protégée intérieurement contre la corrosion par un traitement galvanique susceptible d'acidifier l'eau à l'intérieur de la structure, les première et deuxième ouvertures précitées sont aménagées dans la structure pour une circulation d'eau maintenant un pH neutre dans la structure. On entend par «pH neutre » un pH supérieur à 5, préférentiellement supérieur à 6 et idéalement voisin de 7. A titre d'exemple de réalisation, la protection galvanique est de type cathodique, et on plonge à cet effet une anode sacrificielle dans la structure. Dans un exemple d'application du procédé, la structure est immergée en mer. L'eau de mer étant un bon catalyseur d'oxydoréduction, une protection galvanique est particulièrement avantageuse dans ce contexte. Toutefois, elle génère une acidité accélérant la corrosion. La circulation d'eau dans la structure résultant de la mise en oeuvre du procédé de l'invention permet d'évacuer cette acidité. Ainsi, dans une forme de réalisation visant à optimiser la circulation d'eau dans la structure, on insère dans les première et deuxième ouvertures des guides intérieurs, orientés : - l'un, vers le haut, et - l'autre, vers le bas. Préférentiellement, on insère dans la première ouverture, pour l'entrée d'eau, le guide orienté vers le haut, tandis qu'on insère dans la deuxième ouverture, pour l'évacuation d'eau, le guide orienté vers le bas. Avantageusement, on peut utiliser, sur site, les courants d'eau à l'extérieur de la structure, pour favoriser l'entrée d'eau dans la structure. Ainsi, on tient compte d'un courant d'eau général dominant à l'extérieur de la structure pour l'aménagement desdites ouvertures. Le « courant général dominant », précité, peut être défini par un flux moyen d'eau, par exemple d'un courant de fleuve ou d'un courant marin général (hors phénomène de marée).

Par exemple, la première ouverture peut être aménagée pour être face au courant général dominant, pour l'entrée d'eau dans la structure. La deuxième ouverture peut être aménagée dos au courant pour l'évacuation d'eau. Néanmoins, une telle réalisation impose que les deux ouvertures soient créées dans des parois respectivement opposées de la structure, alors qu'il convient généralement de limiter les trous à percer dans la structure métallique. On entend par « face au courant » et « dos au courant » le fait que les ouvertures sont aménagées sur : - une première paroi recevant le flux d'eau correspondant au courant et, respectivement, - une seconde paroi, opposée à la première paroi et donc abritée par cette dernière du flux d'eau.

Dans une réalisation préférable, on utilise une ouverture déjà présente dans la structure, dans laquelle on prévoit de placer un joint d'étanchéité (par exemple un joint de passage de câble d'éolienne), et les première et deuxième ouvertures précitées sont aménagées dans ce joint. Ainsi, les première et deuxième ouvertures sont nécessairement aménagées dans une même face de la structure par rapport au courant dominant. On prévoit alors en outre au moins un tuyau extérieur dont : - une première extrémité est raccordée à l'une des deux ouvertures, et - une deuxième extrémité fait circuler un flux d'eau parallèle au courant général dominant. En effet, comme les deux ouvertures dans ce cas sont aménagées dans un même endroit de la structure, dans le joint précité, il convient de raccorder l'une au moins des ouvertures à l'extrémité d'un tuyau extérieur dont l'autre extrémité est orientée dans la direction du courant dominant. Dans une réalisation où l'on peut aménager le joint dans une paroi de la structure étant dos au courant dominant, la première extrémité du tuyau extérieur est raccordée préférentiellement à la première ouverture pour l'entrée d'eau, tandis que son autre extrémité est face au courant. Une telle réalisation permet alors de n'avoir à prévoir qu'un seul tuyau extérieur.

La présente invention vise aussi une structure portante creuse, destinée à être immergée dans de l'eau et réalisée dans un matériau métallique susceptible de subir une corrosion, et comportant en particulier deux ouvertures aménagées : - l'une, pour permettre une entrée d'eau dans la structure, - l'autre, pour permettre une évacuation d'eau depuis la structure.

Comme indiqué précédemment, la structure portante peut comprendre un joint d'étanchéité comportant les première et deuxième ouvertures précitées, ce joint étant par exemple un joint de passage de câble d'éolienne que porte la structure.

La structure peut comporter en outre un dispositif de protection galvanique de protection contre la corrosion à l'intérieur de la structure (par exemple une anode sacrificielle).

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels : la figure 1 illustre une vue d'ensemble d'une structure au sens de l'invention, selon une coupe longitudinale ; les figures 2 et 3 illustrent une structure en coupes respectivement longitudinale et transversale selon un exemple de réalisation dans lequel le joint de passage de câble précité fait face à un courant dominant ; la figure 4 illustre une alternative de structure dans laquelle le joint de passage de câble précité est dos à un courant dominant ; la figure 5 illustre un exemple de réalisation d'un procédé selon l'invention. On se réfère à la figure 1 sur laquelle on a représenté une structure portante MP (par exemple d'une éolienne) immergée dans de l'eau (de mer par exemple, représentée par des vaguelettes, tandis que le fond est représenté par des points). Cette structure est creuse et réalisée en métal, par exemple de l'acier. La structure peut loger un élément tel qu'un câble d'éolienne CA (raccordé à un réseau électrique par exemple) et comporter à cet effet un joint J de passage du câble. Comme des fuites d'eau sont fréquemment observées, la structure est ici remplie d'eau. La structure MP inclut, dans l'exemple représenté, une anode sacrificielle AN pour un traitement galvanique de la cathode que forme la paroi interne de la structure métallique afin de la protéger de la corrosion. La réaction d'oxydoréduction produit un composé issu de l'anode, qui vient réagir avec la paroi interne de la structure en formant une couche de protection contre la corrosion. Toutefois, comme la réaction d'oxydoréduction produit aussi des ions H30+, il s'en suit une acidification du milieu et finalement une accélération de corrosion. Bien entendu, dans une variante, il est possible de prévoir une anode non sacrificielle, mais avec un apport d'énergie électrique et une fourniture de matériau dont le produit de réaction d'oxydoréduction forme une couche de protection de la paroi intérieure de la structure. La solution de l'invention vise à aménager une circulation d'eau entre l'extérieur et l'intérieur de la structure. Une telle solution est contrintuitive dans la mesure où il est plutôt recherché habituellement d' étanchéifier l'intérieur de la structure. On prévoit au sens de l'invention de former deux ouvertures Ti et T2 dans la structure, l'une pour une entrée d'eau et l'autre pour une évacuation.

Plus particulièrement, dans un mode de réalisation, on forme des trous Ti et T2 dans le joint J qui est prévu au point d'entrée du câble CA. Ces trous, en permettant à l'eau de mer venant de l'extérieur de circuler, réduisent l'acidification. La taille des trous est préférentiellement dimensionnée afin d'avoir une eau avec un pH proche de 7 à plusieurs hauteurs dans la structure. Par contre, la section des trous est préférentiellement limitée pour éviter que le niveau d'eau dans la structure n'atteigne les éléments supérieurs de l'éolienne ou une plateforme de travail. Il convient de considérer en outre la vitesse du courant, les hauteurs de marrée et la composition chimique de l'eau. Sur la base de ces considérations, le diamètre des trous au niveau du joint J peut varier entre 10 et 100 mm. Par ailleurs, on insère dans ces trous Ti et T2 des tubes formant guides d'eau pour l'entrée et l'évacuation d'eau. Les matériaux de ces tubes peuvent être divers selon le contexte d'utilisation, par exemple, en titane si l'environnement est particulièrement corrosif (typiquement en mer). Dans l'exemple représenté, l'un des trous Ti est formé au-dessus du câble et l'autre T2 en-dessous. Des guides sont insérés dans ces trous pour les maintenir ouverts lorsque le joint est resserré pour être en position de service. Les deux guides entrent dans la structure et ont une forme courbe, l'un (inséré dans le trou Ti) courbé vers le haut, et l'autre (inséré dans le trou T2) courbé vers le bas. Les guides débouchent donc dans la structure dans des directions opposées de façon à éviter à faire circuler correctement l'eau dans la structure : en effet, l'un des guides (issu du trou T2 dans l'exemple de la figure 2) permet l'entrée de l'eau, l'autre (issu du trou Ti) permet sa sortie.

L'un des deux guides (issu du trou T2 dans l'exemple de la figure 2) fait face au courant dominant (flèche référencée SCD dans la figure 2), afin de faire entrer dans la structure la plus grande quantité d'eau possible. Ce guide forme donc l'entrée majoritaire d'eau, en dirigeant l'eau d'abord à travers le joint J, puis à l'intérieur de la structure, préférentiellement en dirigeant le flux d'eau entrant vers la surface intérieure de la structure. L'autre guide (issu du trou Ti dans l'exemple de la figure 2) sert à la sortie d'eau. Toutefois, comme le trou Ti dont il est issu est aménagé aussi dans le joint J de passage de câble, il se situe donc également face au courant. En référence à la figure 3, on prévoit alors de prolonger le guide inséré dans le trou Ti pour l'évacuation d'eau par un tuyau TE extérieur à la structure et dont la tubulure TU est dos au courant SCD. Bien entendu, une telle disposition est un simple exemple de réalisation. En référence à la figure 4, il est préféré, dans une autre variante de réalisation, que le guide d'entrée d'eau soit orienté vers le haut à l'intérieur de la structure et que le guide de sortie soit orienté vers le bas. Ainsi, le tuyau extérieur a sa tubulure face au courant dominant SCD. L'eau y entre (flèche F) et circule dans le tuyau extérieur TE puis dans le guide Gl inséré dans le trou Ti, pour être libérée vers le haut de la structure (flèche F1). En revanche, le guide G2 inséré dans le deuxième trou T2 est orienté vers le bas de la structure pour en évacuer l'eau (flèche F2). Ainsi, le trou qui est dos au courant dominant (T2) est préférentiellement la sortie d'eau et le guide G2 qu'il loge est dirigé vers le bas de la structure, pour permettre à l'eau initialement présente au bas de la structure d'en sortir, chassée par l'eau entrante qui vient du haut de la structure. Bien entendu, ces sens de circulation peuvent s'inverser en cas de courant contraire au courant dominant, mais néanmoins, lesdits sens de circulation (évacuation par le bas et entrée vers le haut de la structure) ont présenté de bonnes performances. En référence à la figure 5 illustrant un exemple de réalisation du procédé de l'invention, on installe une anode sacrificielle dans la structure à l'étape Si. A l'étape S2, on aménage un trou dans la structure pour le joint de passage de câble d'éolienne, de sorte que ce trou est dos au courant SCD comme représenté sur la figure 4. A l'étape S3, on insère le câble dans le joint mais en le laissant dans une position détendue et à l'étape S4 on perce les trous Ti et T2. A l'étape S5, on insert les guides G1 et G2 en laissant le joint détendu, en orientant les guides G1 et G2 respectivement vers le haut et vers le bas, dans la structure. A l'installation des guides, il convient de s'assurer que la partie verticale des guides reste préférentiellement en contact avec (et repose sur) une paroi interne de la structure afin d'éviter un basculement des guides vers des positions autres que celles illustrées sur la figure 4. A l'étape S6, le guide G1 est raccordé à l'extrémité d'un tuyau extérieur TE dont l'autre extrémité est disposée face au courant SCD comme représenté sur la figure 4. Une fois les guides installés, à l'étape S7, le joint peut être resserré de façon à maintenir les guides en place. On peut prévoir en outre des dispositifs de protection des guides pour éviter un bouchage par des éléments naturels sur site, selon la nature de l'environnement et les vitesses de l'eau dans les guides. Ce procédé peut être exécuté sur des structures déjà sur site. Dans le cas où le trou de passage de câble (et le joint J correspondant) ne sont pas dos au courant, on pourra aménager deux tuyaux extérieurs, l'extrémité de l'un (raccordé au guide Gl) étant face au courant et l'extrémité de l'autre (raccordé au guide G2) étant dos au courant. Ce système s'applique avantageusement aux structures « monopiles » en acier qui constituent les fondations des éoliennes en mer et connaissent une acidification du fait des systèmes de protection galvanique. Il pourrait aussi s'appliquer à des structures quelconques subissant une acidification dans un système clos et comportant un joint à traiter selon le procédé décrit en référence à la figure 5. Le procédé est plus simple à mettre en oeuvre si la structure comporte un point facile à percer tel qu'un joint accueillant les guides, mais il peut être mis en oeuvre également sur une simple paroi métallique de la structure, en perçant un trou principal et en y logeant un joint (par exemple réalisé dans une résine époxy) pour maintenir les guides en place. Enfin, ce procédé peut être utilisé dans toute structure close entourée d'eau en mouvement (eau de mer ou eau douce) dès lors que la stagnation de l'eau menace l'intégrité de la structure. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci-avant à titre d'exemple ; elle s'étend à d'autres variantes. Par exemple, les matériaux décrits ci-avant, notamment de l'anode sacrificielle, sont susceptibles de variantes.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de traitement contre la corrosion d'une structure portante creuse, métallique et immergée dans de l'eau, caractérisé en ce qu'on applique (S4) deux ouvertures aménagées dans la structure: - une première ouverture (Tl), pour une entrée d'eau dans la structure, et - une deuxième ouverture (T2), pour une évacuation d'eau depuis la structure.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la structure étant protégée intérieurement contre la corrosion, par un traitement galvanique (Si) susceptible d'acidifier l'eau à l'intérieur de la structure, lesdites première et deuxième ouvertures sont aménagées dans la structure pour une circulation d'eau maintenant un pH neutre dans la structure.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la protection galvanique est de type cathodique, et en ce qu'on plonge (Si) une anode sacrificielle (AN) dans la structure.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la structure 20 est immergée en mer.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on insère dans les première et deuxième ouvertures des guides intérieurs, orientés : - l'un (G1), vers le haut, et 25 - l'autre (G2), vers le bas.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'On insère dans la première _ ouverture, pour l'entrée d'eau, le guide orienté vers le haut, tandis qu'on insère dans la deuxième ouverture, pour l'évacuation d'eau, le guide orienté vers le bas. 30
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on tient compte d'un courant d'eau général dominant (SCD) à l'extérieur de la structure pour l'aménagement desdites ouvertures.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les première et deuxième ouvertures sont aménagées dans un joint d'étanchéité que comporte la structure, et en ce qu'on prévoit au moins un tuyau extérieur (TE) dont : - une première extrémité est raccordée à l'une des deux ouvertures, et - une deuxième extrémité fait circuler un flux d'eau parallèle au courant général fo dominant.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le joint (J) est aménagé dans une paroi de la structure étant dos au courant général dominant, et en ce que la première extrémité du tuyau extérieur est raccordée à la première ouverture pour 15 l'entrée d'eau (Ti).
10. Procédé selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que le joint d'étanchéité est un joint de passage de câble (CA) d'éolienne. 20
11. Structure portante creuse, destinée à être immergée dans de l'eau et réalisée dans un matériau métallique susceptible de subir une corrosion, caractérisée en ce qu'elle comporte deux ouvertures aménagées : - l'une, pour permettre une entrée d'eau dans la structure, - l'autre, pour permettre une évacuation d'eau depuis la structure. 25
12. Structure portante selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle comprend un joint d'étanchéité comportant lesdites première et deuxième ouvertures.
13. Structure portante selon l'une des revendications 11 et 12, caractérisée en ce que le 30 joint d'étanchéité est un joint de passage de câble d'éolienne.
14. Structure portante selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un dispositif de protection galvanique contre la corrosion à l'intérieur de la structure.