La start-up brestoise invente un nouveau concept d’éolienne marine, plus légère et plus performante, pouvant aller jusqu’à 20 MW en 2030. Après 2 prototypes et un démonstrateur de 5 MW, sa première ferme de 40 MW avec des machines de 10 à 12 MW devrait être raccordée au réseau en 2026.

Il est quelque fois des idées dont on se demande pourquoi personne n’y a pensé plus tôt. C’est le cas pour les éoliennes marines que propose Eolink. Il suffit de les regarder pour comprendre tout de suite leur côté innovant. Plutôt que de poser sur un flotteur une machine terrestre traditionnelle avec une nacelle perchée au bout d’un énorme pylône, l’idée brevetée en 2013 par Marc Guyot, le fondateur de l’entreprise, a été de placer le rotor au sein d’un chevalet avec quatre pieds reposant sur une plate-forme semi-immergée. « Nous sommes partis de zéro en intégrant toutes les caractéristiques propres à l’environnement marin, pour en tirer des avantages et minimiser les contraintes », explique-t-il.

Ainsi, plus besoin de système mécanique dans la nacelle pour orienter le rotor face au vent. La structure flottante est amarrée à la partie supérieure d’un point d’ancrage flottant par deux aussières en nylon qui amortissent les tensions dues aux vagues. Ce point d’ancrage unique étant lui-même relié à trois ancres ou structures posées sur le fond. C’est la même technique que le ‘‘CALM buoy’’ utilisée pour l’amarrage des pétroliers venant charger sur les champs pétrolifères. La structure flottante de l’éolienne ainsi amarrée se met automatiquement dans le lit du courant marin, qui est quasiment toujours le même que celui du vent en haute mer. En cas de désalignement, Eolink a breveté un système d’orientation pilotable pour le flotteur, permettant de contrôler l’orientation sur une plage de 120 degrés, grâce à un système de ballasts dynamiques.

Une structure pyramidale plus résistante qu’un mât unique

Plus besoin donc de faire pivoter la nacelle en haut d’un mat. D’où l’idée de placer le rotor au centre d’un chevalet sur un axe fixe, ainsi supporté à ses deux extrémités. Dans un premier temps pour minimiser les investissements, Eolink entend utiliser des turbines standard avec génératrices synchrone à entrainement direct pouvant aller jusqu’à 13 MW, qui sont disponibles sur le marché. Pour cela, il suffit juste de créer une pièce d’adaptation entre le nez de la turbine et le chevalet, la fixation arrière restant classique. Dans un second temps, Eolink souhaite créer des axes traversant les turbines, ce qui uniformiserait les deux fixations sur le chevalet et permettrait de gagner près d’un tiers sur le poids des pièces de fixation.

L’utilisation d’un chevalet dont les 4 pieds s’écartent des pales, diminue les interactions aérodynamiques. Cela permet aussi de concevoir des pales plus longues et plus flexibles, sans risque qu’elles viennent heurter le pylône, afin de capter plus de puissance vélique sans ajouter des contraintes de masse, de flexion et de fatigue sur la structure. A hauteur d’axe identique, le gain de puissance captée peut atteindre 6 %. Ainsi Eolink envisage des pales de 130 m pour une puissance de 15 MW, avec une densité énergétique de 282 W/m².

De plus, la structure pyramidale permet de répartir les efforts de manière homogène dans les 4 mâts et de réduire le risque de mise en résonnance pouvant entrainer la ruine de la structure. De même, cette architecture de la structure limite les contraintes en fatigue dues aux pillonements répétés des vagues, alors que celles-ci sont très élevées sur les pieds des pylônes traditionnels, ce qui limite drastiquement leur durée de vie. Les contraintes étant mieux réparties, les épaisseurs d’acier sont réduites tout comme le poids de la structure. En comparaison, une solution à pylône unique serait plus lourde de 40 %.

Enfin, le flotteur, qui reprend la technologie éprouvée des plates-formes pétrolières de type MODU, est composé de quatre colonnes montées sur des coques immergées, offrant de très bonnes performances hydrodynamiques. Cette architecture avec 4 colonnes, plutôt que 3 sur la plupart des éoliennes marines, autorise, à stabilité égale, des dimensions réduites de 20 % en longueur et en largeur par comparaison à un flotteur à 3 colonnes. Ceci permet aussi de réduire la masse globale. Ainsi, l’éolienne d’Eolink atteint une masse inférieure à 200 t/MW, soit 30 % de moins que le marché.

Notons que ce flotteur est ballastable. Lors de la phase d’acheminement sur site, sa forme de catamaran combinée à un tirant d’eau de 3 m, autorise une vitesse de remorquage de 7 nœuds et une fois sur place il est ballasté pour atteindre un tirant d’eau de 15 m afin d’assurer sa stabilité.

Deux prototypes et un démonstrateur

L’efficacité du concept a déjà été démontrée par 2 prototypes et un démonstrateur de 5 MW doit être mis à l’eau prochainement. Le premier prototype à l’échelle du 1/50^e d’une machine équivalente de 12 MW, a été testé dans les bassins d’essais de l’IFREMER en 2016, pour en valider la stabilité et le comportement dynamique, afin de confirmer les simulations numériques déjà effectuées. Cela a notamment montré que l’ancrage résistait aux tempêtes avec des vagues de 24 m de haut et que l’éolienne atteignait 12 MW avec un vent de 8 m/s. Le second prototype, à l’échelle du 1/10^e cette fois, a été testé en Rade de Brest en 2018 et 2019. Disposant d’un rotor de 20 m sur un flotteur de 7 m, ce prototype instrumenté avec 35 capteurs a permis de recueillir de précieuses informations sur le comportement dynamique de l’éolienne en environnement réel et notamment sa capacité à résister à des tempêtes.

En 2020, une subvention de l’ADEME a permis de concevoir un démonstrateur pré-commercial d’une machine de 5 MW à l’échelle 3/4, pouvant produire jusqu’à 17 GWh par an dans sa version 140 mètres. Il devrait être mis en service en France en 2023. Eolink sera ainsi la quatrième entreprise au monde à atteindre la puissance de 5 MW sur une éolienne flottante. Mais Eolink entend aussi s’appuyer sur les résultats de mesure de ce démonstrateur pour valider le dimensionnement de sa future machine de 15 MW.

Une industrialisation optimisée

Parallèlement au développement de ses machines, Eolink a aussi travaillé sur leur fabrication et leur assemblage. En utilisant les techniques classiques de construction navale, assemblage de modules de panneaux ouverts avec des raidisseurs faisant appel au soudage robotisé, et en évitant de souder des fortes épaisseurs de tôle, un processus long et complexe, Eolink entend minimiser les coûts de production, tout en ayant de fortes cadences pour produire jusqu’à 67 machines par an en 2030.

Ensuite, l’assemblage final pourra se faire sur la plate-forme à destination des énergies renouvelables Brest Terminal EMR, qui est en cours de construction. La forme de 80 m permettra de construire simultanément 5 flotteurs. Le chenal de 8 m de profondeur permettra ensuite de les acheminer à flot jusqu’au quai d’armement où une grue Demag CC 8800, d’une capacité de 1 600 tonnes et d’une hauteur maximum de levage de 240 m, assurera la pose des bras des chevalets sur les flotteurs, ainsi que la mise en place des génératrices, puis des pales des rotors.

Un projet qui a retenu l’attention des investisseurs puisqu’après avoir levé plusieurs millions d’euros, ça a été au tour d’Acciona Energía, filiale du conglomérat espagnol Acciona, d’acquérir fin mai 24 % du capital de la start-up de 20 personnes, afin de renforcer sa structure financière pour assurer son développement à court et moyen terme.

Parallèlement, Eolink a fait partie des start-up sélectionnées pour intégrer cette année le French Tech – Green20. Elle va ainsi bénéficier d’un accompagnement en termes de financement, de développement international, de recrutement, de certification, de protection de la propriété intellectuelle et de transfert de travaux de recherche.

Tous les vents de la Mer d’Iroise soufflent donc dans le bon sens pour Eolink !

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : http://eolink.fr/fr/