L’Union européenne souhaite porter à au moins 60 gigawatts la capacité de production d’électricité éolienne en mer, et ce d’ici 2030. Avec ses solutions d’étanchéité pour les structures de fondation, Freudenberg Sealing Technologies (FST) contribue à ce que les nouvelles éoliennes atteignent une durée de vie de 30 ans et plus, malgré les conditions difficiles en mer.
La plus grande vitesse de vent jamais mesurée dans la partie allemande de la mer du Nord fut de 191 km/h. Certes, les éoliennes installées en mer sont mises à l’arrêt dès des vitesses de vent nettement inférieures. Mais les éoliennes doivent résister en toutes circonstances aux forces énormes déployées par un ouragan, et ce pendant toute leur durée de vie. La fondation, qui permet d’ancrer les mâts dans le fond marin, joue ici un rôle majeur. Dans le cas de profondeurs d’eau faibles, comme c’est le cas en mer du Nord et en mer Baltique, les fondations sont généralement réalisées à l’aide de ce que l’on appelle des « monopieux », piliers d’acier enterrés dans le fond marin et dont l’extrémité supérieure dépasse de la surface de l’eau. Le mât, qui peut atteindre une hauteur de 150 mètres jusqu’au moyeu du rotor pour une installation de 10 mégawatts déjà, n’est généralement pas monté directement sur le pilier, mais est porté par une pièce de raccordement – une bride –. Cette bride est fixée à l’aide de douzaines de boulons, qui, une fois la tour montée, sont inaccessibles et ne peuvent donc être soumis à des travaux de maintenance. Afin que ceux-ci ne rouillent pas, malgré les conditions difficiles en mer, ils doivent être protégés contre la pénétration d’humidité. Dans plus de 800 éoliennes offshore, cette tâche primordiale est assumée à ce jour déjà par des joints de FST.
La fonction la plus importante revient à une bague située à l’extrémité supérieure du pilier, laquelle enserre la partie intérieure de la pièce de raccordement, où se trouvent les boulons. Ce joint de bride appelé MP-TP (Monopile-Transition-Piece) peut, pour les éoliennes modernes, atteindre un diamètre de huit à dix mètres. Depuis quelques années, FST propose ce joint en modèle double. L’avantage de la structure à deux rangées est principalement la redondance qui en résulte, comme l’explique Manuel Hille, spécialiste chez Freudenberg : « Si de petits endommagements viennent à se produire pendant le transport ou le montage, l’un des deux joints assure tout de même sa fonction. De plus, ceci permet de combiner de manière optimale des formes et des matériaux différents. »
Dans le mode de construction traditionnel, il reste un espace entre l’extrémité inférieure du raccord et le pilier. Une ou deux bagues traversées par des chambres à air et conçues comme des brise-lames empêchent la pénétration d’eau. Lorsque l’espace est rempli de ciment, une bague peut maintenir le ciment en place pendant le durcissement, et protéger ensuite le système de l’agression de l’eau de salée. De même, les plateformes de maintenance, souvent posées au-dessus de la surface à l’intérieur du monopieu, peuvent être protégées, par un joint spécial, des gaz pouvant se former de par des processus biologiques dans l’eau de mer.
Conçus pour une longue vie
Les exigences adressées à la longévité des éléments d’éoliennes en mer ont beaucoup augmenté au cours des dernières années. Alors qu’une durée de 25 ans était au départ considérée comme bonne, les pièces sont aujourd’hui conçues pour au moins 35 ans. Des tests au banc d’essai ne peuvent suffire pour garantir une durée de service aussi longue. C’est pourquoi Freudenberg procède à une extrapolation à partir des résultats d’essais de sollicitation intenses, réalisés six semaines durant à l’aide d’un algorithme d’Arrhenius adapté. Ce procédé qui porte le nom du chimiste suédois Svante August Arrhenius, lauréat du Prix Nobel, a été systématiquement développé plus avant par les spécialistes de Freudenberg au cours des dernières années. Ceci permit de prolonger nettement le schéma de durée de vie, en associant les effets chimiques et physiques au comportement mécanique structurel du matériau.
« 80 % de tous les parcs d’éoliennes actuellement en projet reposent sur la technique du monopieu », estime Marcel Schreiner, responsable des Ventes FST dans le segment de l’énergie. « Pour nous, il s’agit là d’un marché de croissance important. » De son point du vue d’expert, la tendance également à des éoliennes de plus en plus grandes – il est question de puissances nominales de 20 mégawatts en 2030 – doit motiver à accorder une attention toute particulière à la durée de vie lors du choix des éléments.
