FR2967642A1 - Dispositif d'eolienne offshore avec flotteur semi-submersible particulier - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'éolienne flottante offshore comprenant un flotteur (2) de type semi-submersible et au moins une éolienne (1) comprenant des pales (11), un rotor (12), une nacelle (13) et un mât (14), le mât étant assemblé audit flotteur. Le flotteur comprend au moins trois colonnes (3), chaque colonne comprenant une partie (4) non-immergée et une partie (5) immergée, et éléments de liaison (6) pour relier rigidement les colonnes les unes aux autres. La partie immergée (5) d'au moins une des colonnes (3) comprend au moins une portion de stabilisation (52) de plus grande section transversale, qui définit une surface supérieure (52a) et une surface inférieure reliées l'une à l'autre par une surface périphérique (52c).

Description

i La présente invention concerne un dispositif d'éolienne flottante offshore comprenant une éolienne montée sur un flotteur semi-submersible, plus particulièrement un tel dispositif avec un flotteur particulier. s Les structures flottantes (par exemple de type serai-submersible, barge, navire de production et de stockage de pétrole au large, SPAR) conçues pour une application offshore, notamment dans le domaine pétrolier, sont aujourd'hui développées de manière à minimiser les mouvements, les vitesses et les accélérations au niveau de la ligne de io flottaison ou des ponts de la structure. L'utilisation de ces conceptions existantes pour une application à l'éolien flottant se traduirait par l'apparition de mouvements de translation, de vitesse et d'accélérations excessives au niveau de la nacelle et du rotor, avec pour conséquence des charges dynamiques ls supplémentaires importantes sur tous les composants de l'éolienne. Il est connu, notamment par le document brevet WO 2009/131826 un dispositif d'éolienne offshore flottante comprenant un flotteur de type serai-submersible et au moins une éolienne comprenant des pales, un rotor, une nacelle et un mât, le mât étant assemblé au dit flotteur. Le 20 flotteur comprend au moins trois colonnes, chaque colonne comprenant une partie non-immergée et une partie immergée, et des éléments de liaison pour relier rigidement les colonnes les unes aux autres. Afin de stabiliser le flotteur, une plaque horizontale, dite plaque anti-pilonnement, est attachée à la base de chaque colonne. La fonction 25 de cette plaque est d'augmenter la masse ajoutée du système ainsi que de renforcer les phénomènes d'amortissement. Afin de résister aux charges extrêmes et de fatigue induites par les vagues, les plaques doivent être soutenues par une structure de renfort supplémentaire, comprenant des raidisseurs radiaux, des entretoises entre les raidisseurs et la colonne, 30 plusieurs traverses entre deux raidisseurs adjacents et plusieurs longerons entre les traverses. Les plaques anti-pilonnement sont formées par de fins panneaux en acier, ces panneaux fins étant montés sur le côté inférieur de la structure de renfort. Le but de la présente invention est de proposer une nouvelle 35 conception de flotteur visant à pallier les inconvénients précités, et permettant notamment de minimiser les mouvements, les vitesses et les 2

accélérations au niveau de la nacelle et du rotor, et qui soit notamment de simple conception. A cet effet, la présente invention propose un dispositif d'éolienne flottante offshore comprenant un flotteur de type serai-submersible et au s moins une éolienne comprenant des pales, un rotor, de préférence à axe de rotation horizontal, une nacelle et un mât, le mât étant assemblé audit flotteur. Ledit flotteur comprend au moins trois colonnes, dites extérieures, par exemple sensiblement verticales, ayant un axe longitudinal, chaque colonne comprenant une partie non-immergée et io une partie immergée, et des éléments de liaison pour relier rigidement les colonnes les unes aux autres. Ledit flotteur est caractérisé en ce que la partie immergée d'au moins une des colonnes comprend au moins une portion de stabilisation de plus grande section transversale que la section transversale du reste de la partie immergée, qui définit une surface is supérieure et une surface inférieure reliées l'une à l'autre par une surface périphérique, formant ainsi un volume de déplacement substantiel. La surface supérieure et la surface inférieure sont verticalement distantes l'une de l'autre, ces surfaces distantes conférant des propriétés hydromécaniques spécifiques qui procurent un effet de stabilisation 20 efficace au flotteur. En comparaison des fines plaques anti-pilonnenrIent de l'art antérieur attachées à une colonne, la colonne étagée selon l'invention, équipée de portion de stabilisation avec des surfaces supérieure et inférieure distantes procurent des propriétés hydromécaniques 25 différentes au flotteur, avec un effet de stabilisation plus élevé. Selon l'invention, au moins une des colonnes, de préférence toutes les colonnes extérieures du flotteur, possèdent une telle géométrie étagée afin de former au moins une portion de stabilisation immergée qui est entièrement intégrée à la structure de la colonne. 30 Cette colonne équipée de portion de stabilisation peut être fabriquée facilement. La portion de stabilisation peut être dimensionnée pour procurer un effet de stabilisation élevé tout en garantissant à la portion de stabilisation une bonne résistance aux charges hydrodynamiques. 3 En outre, la portion de stabilisation entièrement intégrée à la colonne, constitue un volume qui peut être utilisé comme réservoir de ballast ou peut constituer un lest efficace. En outre, le flotteur selon l'invention peut être adapté facilement à s différents emplacements et à différentes éoliennes. La portion de stabilisation peut être coaxiale ou non coaxiale au reste de la colonne. Selon une autre particularité, les éléments de liaison comprennent au moins une poutre inférieure ou ponton immergé reliant rigidement io deux portions de stabilisation l'une à l'autre. Ces pontons donnent un effet de stabilisation supplémentaire aux mouvements du flotteur. Chaque ponton présente une surface supérieure et une surface inférieure, de préférence espacées l'une de l'autre et de préférence reliées l'une à l'autre par des surfaces latérales, pour ls constituer un volume pour le déplacement d'eau, et procurer ainsi un effet de stabilisation. En outre, les pontons peuvent constituer également un volume qui peut être utilisé comme réservoir de ballast ou peut constituer un lest efficace. 20 Le flotteur selon l'invention, muni de ces colonnes étagées, en combinaison notamment avec de tels pontons, permet de proposer un système hydromécanique avec des caractéristiques de mouvement qui sont spécifiquement adaptées à la fonction, aux charges et à la fiabilité de l'éolienne. 25 Le flotteur selon l'invention permet de minimiser l'inclinaison statique de l'éolienne résultant des efforts de poussée dus au vent, ainsi que l'inclinaison dynamique de l'éolienne. Le flotteur selon l'invention permet de réduire au minimum les mouvements, les vitesses et les accélérations de la nacelle et du rotor. 30 Une conséquence est la réduction de l'impact dynamique induit par la vitesse relative de déplacement du plan rotor dans le champ du vent. L'amplitude des variations de vitesse en bout de pale est également réduite et le risque de voir apparaître des phénomènes de résonance et/ou des comportements dynamiques instables est ainsi limité. Le flotteur 35 selon l'invention permet ainsi d'améliorer la qualité de la production électrique de l'éolienne et son rendement. 4

Les principaux avantages de ce système hydromécanique sont : - Réduction des forces et moments, induits par les vagues au premier ordre, agissant sur le flotteur dans la plage de fréquences pertinente phénomène dit d'équilibrage, entraînant une annulation s partielle des efforts d'excitation de la houle par un agencement et un dimensionnement spécifique des différents éléments du flotteur (partie non-immergée, portion supérieure et portion de stabilisation des colonnes, pontons immergés, et autres éléments de liaison tels que des entretoises primaires et secondaires) ; io - Augmentation de la masse ajoutée du système et des moments d'inertie en cavalement, embardée , pilonnement, roulis , tangage et lacet (yaw), ainsi que des coefficients croisés de la matrice des masses ; - Augmentation de l'amortissement hydrodynamique autour des fréquences propres en pilonnement, roulis et tangage et augmentation de ls la valeur des coefficients croisés de la matrice d'amortissement hydrodynamique pour ces mêmes degrés de libertés ; - Diminution des efforts de dérive moyens induits par la houle au second ordre en cavalement, embardée et lacet ; - Position verticale élevée du centre de rotation instantané par un 20 agencement spécifique du centre de gravité, centre de flottabilité, moment d'inertie géométrique de la surface de flottaison ; - Décalage des fréquences propres des mouvements de pilonnement, roulis et tangage en dehors des plages de fréquences propres de l'éolienne et des plages de fréquences pour lesquelles la houle 25 présente une énergie significative. Selon un mode de réalisation, chaque colonne se présente sous la forme d'un corps creux comprenant une paroi périphérique, la portion de stabilisation étant lestée et/ou constitue un réservoir de ballast. Selon un mode de réalisation, chaque ponton immergé, de 30 préférence disposé substantiellement horizontalement, a une section transversale sensiblement rectangulaire avec une surface supérieure et une surface inférieure reliées l'une à l'autre par deux surfaces latérales, la dimension horizontale, également appelée largeur du ponton, étant de préférence supérieure ou égale à la dimension verticale, également 35 appelée hauteur du ponton. Selon un mode de réalisation chaque partie immergée de chaque colonne comprend une portion de stabilisation. Selon un mode de réalisation, le flotteur comprend plusieurs pontons immergés, chaque ponton immergé reliant deux colonnes 5 adjacentes. Selon un mode de réalisation, la partie immergée comprend une portion supérieure s'étendant vers le bas depuis la partie non-immergée, la portion de stabilisation s'étendant vers le bas depuis ladite portion supérieure, et de préférence constitue la partie d'extrémité de la colonne. Io Selon un mode de réalisation, le rapport (section transversale de la portion de stabilisation en m2/ section transversale de la portion supérieure en m2) est compris entre 1,00 et 5.00, de préférence entre 2,50 et 3,50, encore mieux entre 2,90 et 3,20, et/ou le rapport (hauteur de la portion supérieure / hauteur de la portion de stabilisation) est compris ls entre 2,00 et 10,00, de préférence entre 4,00 et 6,50, encore mieux entre 5,00 et 5,50. La hauteur de la portion supérieure et la hauteur de la portion de stabilisation correspondent aux longueurs desdites portions selon l'axe longitudinal de la colonne. Selon un mode de réalisation, la section transversale de la portion 20 supérieure et la section transversale de la partie non-immergée sont sensiblement constantes et sont sensiblement égales. La section transversale de la portion de stabilisation peut être sensiblement constante ou peut être variable. La colonne, et notamment sa portion de stabilisation, peuvent être 25 de forme cylindrique, avec une section transversale circulaire. Cependant, la section transversale de la colonne et de la portion de stabilisation de la colonne peut être de toute autre forme. Selon un mode de réalisation, les colonnes sont sensiblement verticales. Selon des variantes de réalisation, les colonnes sont inclinées, 30 par exemple d'un angle de 5° à 25° par rapport à la verticale, de préférence inclinées vers l'extérieur. Selon un mode de réalisation, la distance entre la surface supérieure et la surface inférieure du ponton, qui correspond à la hauteur de ponton, est d'au moins 1 mètre (m), de préférence d'au moins 2 m, 35 mieux encore d'au moins 3 m. 6 Selon un mode de réalisation, le rapport (hauteur de ponton/ hauteur de la partie immergée) est compris entre 0,5 et 4,0, de préférence entre 0,8 et 2,5, mieux encore entre 1,0 et 2,0. Selon un mode de réalisation, le rapport (section transversale de la s portion supérieure de la colonne / section transversale du ponton) est compris entre 0,5 et 4,0, de préférence entre 0,8 et 3,0, mieux encore entre 1,2 et 2,0. Selon un mode de réalisation, le ponton immergé se présente sous la forme d'un corps creux comprenant une paroi périphérique, le ponton Io immergé étant lesté et/ou constitue un réservoir de ballast. Selon un mode de réalisation, la surface supérieure et la surface inférieure de la portion de stabilisation sont sensiblement horizontales. Selon un mode de réalisation, les pontons et/ou la portion de stabilisation sont en béton ou remplis de béton. ls Selon un mode de réalisation, la hauteur de la portion de stabilisation, qui correspond à la distance entre la surface supérieure et la surface inférieure de la portion de stabilisation, est d'au moins 1 mètre (m), de préférence d'au moins 2 m, encore mieux d'au moins 3 m. Selon un mode de réalisation, le rapport (distance radiale entre le 20 point d'intersection de l'axe de chaque colonne avec la ligne de flottaison et l'axe vertical central du dispositif / hauteur de la partie immergée) est compris entre 1,00 et 4,00, de préférence entre 1,25 et 2,00, encore mieux entre 1,50 et 1,80. Le flotteur selon l'invention est particulièrement adapté pour une 25 éolienne disposée sensiblement axialement sur le flotteur, et supportée par les colonnes extérieures du flotteur, sans colonne centrale pour supporter l'éolienne. Selon un mode de réalisation, les éléments de liaison comprennent des poutres supérieures, de préférence horizontales, chaque poutre étant reliée par une première extrémité à une colonne, de 30 préférence à l' extrémité supérieure de la colonne, et s'étend radialement vers l'intérieur, les poutres étant reliées par leurs secondes extrémités au niveau de l'axe central vertical du flotteur, de préférence à une pièce de jonction centrale, cette pièce de jonction étant de préférence équipée d'une pièce intermédiaire verticale, s'étendant verticalement vers le haut 35 depuis ladite pièce de jonction, pour le support du mât de l'éolienne. 7 Selon un mode de réalisation, les poutres sont reliées à une colonne centrale pénétrant dans l'eau, ladite colonne centrale portant le mât de l'éolienne. Selon un mode de réalisation, les éléments de liaison comprennent s des entretoises primaires diagonales qui sont reliées à la partie immergée des colonnes, au-dessus de la portion de stabilisation, et à la pièce intermédiaire, les entretoises primaires étant de préférence guidées à travers les poutres et structurellement reliées auxdites poutres. Selon un mode de réalisation, les éléments de liaison io comprennent des entretoises secondaires diagonales qui sont reliées aux pontons immergés et aux entretoises primaires, les secondaires entretoises étant de préférence raccordées aux pontons, sensiblement au milieu de la longueur des pontons et sensiblement au milieu de la longueur des entretoises primaires. ls Selon un mode de réalisation, les entretoises primaires sont reliées à la pièce intermédiaire, en un point disposé entre la moitié et les trois quarts de la hauteur de la pièce intermédiaire, de préférence environ au deux tiers de la hauteur de la pièce intermédiaire. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, 20 caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation particulier actuellement préféré de l'invention, en référence aux dessins schématiques annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif d'éolienne 25 selon l'invention comprenant une éolienne montée sur un flotteur semi-submersible ; - la figure 2 est une vue de côté schématique d'une colonne du flotteur de la figure 1 ; et, - les figures 3A à 3D sont des vues schématiques de côté de 30 différentes colonnes selon des variantes de réalisation de l'invention. En référence à la figure 1, le dispositif comprend une éolienne 1 et une coque ou flotteur 2 de type serai-submersible. L'éolienne 1 comprend de manière connue des pales 11, un moyeu ou rotor 12, une nacelle 13 et un mât 14. 35 Le flotteur 2 comprend au moins trois colonnes 3 externes disposées autour de l'axe A central vertical du flotteur, et reliées entre 8 elles par des éléments de liaison 6. Chaque colonne 3 présente une section ou partie non-immergée 4, qui est disposée au-dessus de la ligne de flottaison 9 (fig.2) du flotteur en condition d'utilisation du dispositif, et une section ou partie immergée 5. s Dans le présent mode de réalisation illustré, le flotteur 2 comprend trois colonnes 3 verticales externes, chacune avec un axe B longitudinal vertical sensiblement parallèle à l'axe A. Les colonnes sont disposées à espaces angulaires réguliers autour de l'axe A. La partie non-immergée 4 et la partie immergée 5 sont de forme cylindrique, avec des sections io transversales circulaires, sensiblement constantes. Les colonnes peuvent être de toute autre forme appropriée pour la construction du flotteur, par exemple de forme dodécagonale. Afin d'optimiser les caractéristiques de mouvements de pilonnement, de roulis et de tangage du dispositif, les colonnes, plus ls précisément leur partie immergée, ont une géométrie étagée. En référence à la figure 2, la partie immergée 5 comprend une portion inférieure, appelée portion de stabilisation 52, avec un diamètre qui est augmenté par rapport au reste de la partie immergée. La partie immergée 5 comprend une portion supérieure 51 s'étendant vers le bas depuis la 20 partie non-immergée 4, la portion de stabilisation 52 s'étendant vers le bas depuis la portion supérieure 51 et constitue la partie d'extrémité inférieure de la colonne. Les sections transversales de la partie non-immergée 4 et de la portion supérieure 51 sont identiques et sensiblement constantes. La section transversale de la portion de 25 stabilisation est sensiblement constante. La portion supérieure et la portion de stabilisation sont disposées sensiblement coaxialement, la portion de stabilisation 52 définit une surface supérieure 52a horizontale annulaire, une surface inférieure 52b horizontale en forme de disque, et une surface périphérique 52c verticale cylindrique. La surface supérieure 30 et la surface inférieure sont des surfaces pleines, c'est-à-dire sensiblement sans ouverture. Chaque colonne est constituée d'un corps creux, comprenant une paroi périphérique 31 cylindrique, fermée à ses extrémités par une paroi supérieure 32 et une paroi inférieure 33. La paroi inférieure 33 forme la 35 surface inférieure 52b de la portion de stabilisation. La paroi supérieure 32 forme un pont en haut de la colonne.

9 Les éléments de liaison 6 comprennent des poutres inférieures ou pontons 61 horizontaux entièrement immergés, des poutres 62 supérieures, appelées également passerelles ou ponts, une pièce de jonction 63 centrale, des entretoises primaires 64 et des entretoises secondaires 65. Entre les portions de stabilisation 52 des colonnes, trois pontons horizontaux 61 entièrement immergés sont disposés. Ces pontons procurent à la fois une résistance structurelle et une optimisation hydromécanique du flotteur. Les sections transversales des pontons sont de forme rectangulaire, avec une surface supérieure 61a horizontale pleine et une surface inférieure 61b horizontale pleine reliées entre elles par deux surfaces latérales 61c verticales. Selon des variantes de réalisation, les sections transversales des pontons peuvent être de n'importe quelle autre forme appropriée pour la construction du flotteur, 15 par exemple de forme globalement circulaire. Chaque ponton est rigidement relié par ses extrémités entre deux portions de stabilisation, la hauteur des pontons étant sensiblement égale à la hauteur des portions de stabilisation. Au niveau supérieur de la partie non-immergée de la colonne, trois 20 poutres 62 supérieures sont disposées, chacune s'étendant radialement depuis l'axe A du flotteur vers l'une des parties non-immergées. Selon un mode de réalisation, les sections transversales des poutres sont de forme rectangulaire. Cependant, les sections transversales des poutres peuvent être de n'importe quelle autre forme convenant à la construction du 25 flotteur, par exemple de forme circulaire. Les trois poutres 62 sont reliées au niveau de l'axe A à la pièce de jonction 63. Une pièce intermédiaire 66 verticale pour le support du mât 14 de l'éolienne est assemblée à la pièce de jonction 63. La pièce intermédiaire 66 est de section circulaire. Un assemblage par bride ou un assemblage par 30 soudure est utilisé pour la liaison du mât 14 à la pièce intermédiaire 66. A l'interface d'assemblage entre la pièce intermédiaire et le mât, le diamètre de la pièce intermédiaire est sensiblement égal au diamètre du mât afin d'assurer une continuité de structure et réduire les concentrations des contraintes. 35 Pour une meilleure résistance structurelle et une meilleure rigidité, les colonnes 3, les pontons 61, les poutres 62 et la pièce intermédiaire 66 2967642 io sont interconnectés avec structure en treillis composée d'entretoises primaires 64 disposées en diagonale et d'entretoises secondaires 65 disposées en diagonale. Les entretoises primaires 64 sont reliées à la partie immergée, plus précisément à la partie inférieure de la portion s supérieure 51, au-dessus de la portion de stabilisation 52, et à la pièce intermédiaire 66. En outre, les entretoises primaires 64 sont guidées à travers les poutres 62 et structurellement reliées à ces dernières. Selon un mode de réalisation, les entretoises primaires sont connectées à la pièce intermédiaire, environ aux deux tiers de la hauteur de la pièce io intermédiaire. Les entretoises secondaires 65 sont connectées aux pontons 61 immergés et aux entretoises primaires. Selon un mode de réalisation, les entretoises secondaires sont connectées environ au milieu de la longueur des pontons, et environ au milieu de la longueur des entretoises primaires. Les entretoises primaires et les entretoises ls secondaires sont de formes tubulaires, avec des sections transversales circulaires ou rectangulaires. Selon d'autres modes de réalisation, les entretoises primaires et les entretoises secondaires peuvent également être formées de poutres de section transversale en I, H ou T. Des virures ou éléments semblables peuvent être disposés le long des entretoises 20 primaires et/ou des entretoises secondaires afin de contrôler la génération de tourbillons. Avec cette conception de structure utilisant une pièce intermédiaire 66 et des entretoises primaires raccordées à la pièce intermédiaire environ aux deux tiers de la hauteur de la pièce 25 intermédiaire, les moments de flexion statique et dynamique exercés par l'éolienne sur la structure du flotteur sont considérablement réduits. Pour la construction des colonnes, de la pièce intermédiaire et des entretoises primaires, des plaques d'acier sont enroulées et soudées pour former des portions tubulaires. Ces portions sont reliées par des soudures 30 circonférentielles et de préférence renforcées par des cloisons, des raidisseurs annulaires et des raidisseurs longitudinaux. Les pontons, les poutres et la pièce de jonction sont formés de panneaux en acier de préférence renforcés par des cloisons, des raidisseurs transversaux et des raidisseurs longitudinaux. Les entretoises secondaires sont formées à 35 partir de tubes certifiés pour une application offshore. Pour tous les procédés de soudage, des machines à souder ou des robots de soudage ii automatisés sont utilisés afin de permettre une production en série à un niveau de qualité élevé, en un temps réduit et à coûts réduits. Les colonnes 3 forment des ballasts. De préférence, le volume intérieur des colonnes est compartimenté. La portion supérieure 51 et la s portion de stabilisation 52 forment deux compartiments de ballast séparés. Chaque ponton constitue également un réservoir de ballast séparé. Le dispositif comprend des systèmes de canalisation pour le chargement et le déchargement des eaux de ballast, et des systèmes de contrôle et de surveillance pour contrôler les systèmes de canalisation. io Chaque colonne peut également être équipée d'au moins une plaque anti-pilonnement 7, une plaque anti-pilonnement étant par exemple attachée à la portion supérieure 51 de chaque colonne. Cette conception du flotteur pour une éolienne offshore tel que dans la présente procure une structure solide et efficace, tant vis-à-vis ls des chargements extrêmes (ULS) que des chargements en fatigue (FLS). Dans le mode de réalisation illustré, la résistance et la rigidité du flotteur sont le résultat de la géométrie tétraédrique de la structure et des substructures formées par les colonnes, les pontons, les poutres, la pièce de jonction, la pièce intermédiaire, les entretoises primaires et les 20 entretoises secondaires. La charge statique des composants de l'éolienne (pales 11, rotor 12, nacelle 13 et mât 14) est reportée par les entretoises primaires sur les trois colonnes. La résistance à la rupture et la résistance à la fatigue, ainsi que la rigidité de la structure du flotteur, peuvent être adaptées et optimisées : 25 - en faisant varier les épaisseurs de plaque des colonnes, des pontons, des poutres, de la pièce de jonction, de la pièce intermédiaire, des entretoises primaires et des secondaires entretoises ; et, - en faisant varier les dimensions des sections transversales des poutres, des entretoises primaires et des secondaires entretoises. 30 La conception de flotteur est définie de sorte qu'il existe toujours, en tenant compte des mouvements et des inclinaisons statiques de l'éolienne flottante, un tirant d'air minimal entre les crêtes des vagues les plus élevées attendues, et les poutres et ponts en haut de chaque colonne. La hauteur de la nacelle de l'éolienne au-dessus du niveau de l'eau 35 est définie de sorte que, pour un diamètre choisi du rotor, il existe toujours - en tenant compte des mouvements et des inclinaisons statiques 12

de l'éolienne flottante - une garde sous pale minimale entre les crêtes des vagues les plus élevées attendues et les extrémités des pales du rotor. Pour le positionnement de l'éolienne flottante, un système d'ancrage caténaire est par exemple conçu pour une plage de profondeurs s entre 50 et 300 m. Ce système d'ancrage se compose d'au moins trois lignes d'ancrage 8, au moins une ligne d'ancrage étant attachée à chaque colonne. Les lignes d'ancrage comprennent des chaînes, des câbles souples, des poids disposés de façon discrète le long de la ligne d'ancrage, et des ancres. Le système d'ancrage caténaire doit empêcher 10 l'éolienne flottante de s'écarter de sa position nominale en contrecarrant l'action combinée des efforts moyens induits par l'éolienne, des efforts constants induits par le vent agissant sur le mât et le flotteur, des efforts constants induits par le courant agissant sur le flotteur et des efforts moyens de dérive dus à la houle. D'autre part, le système d'ancrage doit 15 autoriser, sans les contraindre, les mouvements du premier ordre induits par la houle et l'éolienne, et ceci même dans les conditions extrêmes. En particulier, dans le mode de réalisation illustré, le flotteur a une forme symétrique, avec la pièce intermédiaire pour le mât centrée selon l'axe central vertical et les trois colonnes disposées à un angle de 120° 20 les unes des autres. Par conséquent, l'arrangement du système d'ancrage est également de forme symétrique, l'angle de déploiement de chaque ligne d'ancrage est d'environ 120°. Par cette approche de conception de symétrie à 120°, on limite le risque d'exciter les mouvements basses fréquences du système. En outre, il n'est plus nécessaire de prévoir de 25 systèmes de ballast actifs, qui augmentent le coût total et constituent un risque supplémentaire en cas de panne ou de dysfonctionnement. Même pour des emplacements de parc éolien avec des orientations significativement dominantes de vent et/ou de houle, un arrangement non symétrique du flotteur et du système d'ancrage serait d'aucun 30 avantage par rapport à la conception de flotteur selon l'invention. Dans d'autres modes de réalisation, des valeurs différentes de l'angle de déploiement peuvent être choisies selon les conditions spécifiques à l'emplacement sélectionné. La structure modulable particulière du flotteur selon l'invention 35 permet d'adapter la conception du flotteur à différentes conditions tout en 13 gardant un grand nombre d'éléments structuraux identiques et en changeant qu'un nombre limité d'éléments structuraux. Le paramètre principal pour l'adaptation de la conception du flotteur à des conditions environnementales (état de mer, courant, vent) s et à des caractéristiques de poussée du rotor, est la distance radiale des colonnes verticales par rapport à l'axe vertical central. En adaptant la distance radiale des colonnes verticales, la stabilité hydrostatique en gîte et en assiette du flotteur, ainsi que les fréquences propres en roulis et en tangage peuvent être ajustées aux niveaux requis. 10 En outre, les fréquences d'annulation pour les efforts d'excitation induits par la houle en cavalement, embardée et lacet peuvent être adaptées. Les dimensions de la partie non-immergée et de la partie immergée (portion supérieure et portion de stabilisation) des colonnes 15 verticales et les dimensions de la pièce de jonction et de la pièce intermédiaire restent identiques. Les dimensions des sections transversales des pontons immergés, des poutres, des entretoises primaires et secondaires restent identiques, mais les longueurs de ces éléments sont adaptées à la position radiale des colonnes verticales. 20 Deux paramètres supplémentaires pour l'adaptation de la conception sont les diamètres et les hauteurs de la partie non-immergée et de la partie immergée (portion supérieure et portion de stabilisation) des colonnes verticales. En adaptant les diamètres de la partie non-immergée 4 et de la portion supérieure 51 des colonnes verticales, la 25 stabilité hydrostatique en pilonnement, gîte et assiette du flotteur, ainsi que les fréquences propres en pilonnement, roulis et tangage peuvent être ajustées aux niveaux requis. Un exemple non limitatif d'un dispositif selon l'invention est défini dans le tableau 1 ci-dessous : Tableau 1 Eléments Description Valeur Eolienne - Nombre d'éolienne 1 Mât Forme du mât Cylindrique Diamètre en partie supérieure 3 m Diamètre en partie inférieure 5 m Hauteur 65m Colonne extérieure Nombre de colonne 3 Angle entre l'axe A et l'axe B 0 ° Partie non immergée Forme Cylindrique Diamètre en partie supérieure 8m Diamètre en partie inférieure 8m Hauteur 10m Partie Portion Forme Cylindrique immergée supérieure Diamètre en partie supérieure 8m Diamètre en partie inférieure 8m Hauteur 16m Portion de Nombre 3 stabilisation Forme Cylindrique Diamètre en partie supérieure 14m Diamètre en partie inférieure 14m Hauteur 3m Eléments de Ponton Nombre 3 liaison Section Rectangulaire Hauteur 3m Largeur 3m Longueur 44m Poutre Nombre 3 Section Rectangulaire Hauteur 3m Largeur 5m Longueur 30m Entretoise Nombre 3 primaire Section Cylindrique Diamètre en partie supérieure 2m Diamètre en partie inférieure 2m Plaque anti-pilonnement Nombre 0 - Rapport A 1,76 - Rapport B 3,06 - Rapport C 5,33 Rapport A = (distance radiale entre le point d'intersection de l'axe de chaque colonne avec la ligne de flottaison et l'axe central vertical du dispositif sur la hauteur) / (hauteur de la partie immergée des colonnes) Rapport B = (section transversale de la portion de stabilisation) / (section transversale de la portion supérieure) Rapport C = (hauteur de la portion supérieure)/ (hauteur de la portion de stabilisation)

15 Selon une variante de réalisation illustrée à la figure 3A, chaque colonne 103 du flotteur a un axe longitudinal B vertical et présente une partie non-immergée 104 et une partie immergée 105. Chaque colonne est constituée d'un corps creux, comprenant une paroi périphérique 131, fermée à ses extrémités par une paroi supérieure 132 et une paroi inférieure 133. La partie immergée comprend une portion supérieure 151 s'étendant vers le bas depuis la partie non-immergée 104, une portion de stabilisation 152 s'étendant vers le bas depuis la portion supérieure, et une portion inférieure 153 qui s'étend vers le bas depuis la portion de stabilisation et qui est fermée par la paroi inférieure 133. Les portions de stabilisation des colonnes sont reliées deux à deux par des pontons. La section transversale de la partie non-immergée 104, de la portion supérieure 151 et de la portion inférieure 153 sont sensiblement identiques et sensiblement constantes. La section transversale de la portion de stabilisation est sensiblement constante et plus grande que celle des autres portions 151, 153. La partie non-immergée 104, la portion supérieure 151 et la portion inférieure 153 sont disposées coaxialement. La portion de stabilisation n'est pas coaxiale avec les autres portions, son axe vertical étant décalé latéralement, par exemple décalé radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe central du flotteur. La portion de stabilisation définit une surface supérieure 152a horizontale annulaire, une surface inférieure 152b horizontale annulaire, et une surface périphérique 152c verticale. Selon une variante de réalisation illustrée à la figure 3B, chaque colonne 203 du flotteur a un axe longitudinal B vertical et présente une partie non-immergée 204 et une partie immergée 205. Chaque colonne est constituée d'un corps creux, comprenant une paroi périphérique 231, fermée à ses extrémités par une paroi supérieure 232 et une paroi inférieure 233. La partie immergée comprend une portion supérieure 251 s'étendant vers le bas depuis la partie non-immergée 204, une portion de stabilisation 252 s'étendant vers le bas depuis la portion supérieure et une portion inférieure 253 qui s'étend vers le bas depuis la portion de stabilisation et qui est fermée par la paroi inférieure 233. Les portions de stabilisation des colonnes sont reliées deux à deux par des pontons. La section transversale de la partie non-immergée 204, de la portion supérieure 251 et de la portion inférieure 253 sont identiques et 16 sensiblement constantes. La section transversale de la portion de stabilisation est supérieure à celle des autres portions 251, 253. La partie non-immergée et les trois portions 251, 252, 253 sont disposées coaxialement, la section transversale de la portion de stabilisation est non s constante, afin de définir une surface supérieure 252a horizontale annulaire, une surface périphérique 252c verticale et une surface inférieure 252b tronconique, avec une section transversale qui diminue de manière sensiblement continue, de haut en bas. Selon une variante de réalisation illustrée à la figure 3C, chaque io colonne 303 du flotteur a un axe longitudinal B vertical et présente une partie non-immergée 304 et une partie immergée 305. Chaque colonne est constituée d'un corps creux, comprenant une paroi périphérique 331 fermée à ses extrémités par une paroi supérieure 332 et une paroi inférieure 333. La partie immergée comprend une portion supérieure 351 ls s'étendant vers le bas depuis la partie non-immergée 304 et une portion de stabilisation 352 s'étendant vers le bas depuis la portion supérieure et constituant la partie d'extrémité inférieure de la colonne. Les portions de stabilisation des colonnes sont reliées deux à deux par des pontons. La section transversale de la partie non-immergée 304 et de la portion 20 supérieure 351 sont identiques et sensiblement constantes. La section transversale de la portion de stabilisation est supérieure à celle de l'autre portion 351. Les portions 351, 352 sont coaxiales, la section transversale de la portion de stabilisation n'est pas constante, afin de définir une surface supérieure 352a annulaire tronconique, avec une section 25 transversale qui augmente de manière sensiblement continue de haut en bas, une surface périphérique 352c verticale et une surface inférieure 352b horizontale en forme de disque, constituée par la paroi inférieure. Selon une variante de réalisation illustrée à la figure 3D, chaque colonne 403 du flotteur a un axe longitudinal B' incliné, qui est incliné 30 de préférence vers l'extérieur par rapport à l'axe central du flotteur, par exemple d'un angle de 5° à 25° par rapport à la verticale. La colonne présente une partie non-immergée 404 et une partie immergée 405. Chaque colonne est constituée d'un corps creux, comprenant une paroi périphérique 431, fermée à ses extrémités par une paroi supérieure 432 et 35 une paroi inférieure 433. La partie immergée comprend une portion supérieure 451 s'étendant vers le bas depuis la partie non-immergée 404, 17 une portion de stabilisation 452 s'étendant vers le bas depuis la portion supérieure, et une portion inférieure 453 s'étendant vers le bas depuis la portion de stabilisation et fermée par la paroi inférieure 433. Les portions de stabilisation des colonnes sont reliées deux à deux par des pontons s 461. La partie non-immergée 404, la portion supérieure 451 et la portion inférieure 453 sont coaxiales, et leurs sections transversales sont identiques et sensiblement constantes. La section transversale de la portion de stabilisation est sensiblement constante, est supérieure à celle des autres portions 451, 453, et n'est pas disposée coaxialement, de io manière à définir une surface supérieure 452a horizontale annulaire, une surface inférieure 452b horizontale annulaire, et une surface périphérique 452c verticale. Dans d'autres modes de réalisation, chaque colonne peut comprendre plusieurs portions de stabilisation espacées les unes des ls autres le long de la partie immergée, et/ou peut comprendre des portions de stabilisation étagées, avec une surface supérieure non continue et/ou une surface inférieure non continue, lesdites surfaces non continues comprenant au moins deux portions qui sont décalées verticalement et reliées entre elles par une surface périphérique.

20 Selon une variante de réalisation, les portions de stabilisation et/ou les pontons immergés sont munis de trous ou puits verticaux traversant, les puits verticaux d'une portion de stabilisation débouchant sur ses surfaces supérieure et inférieure, et les trous verticaux d'un ponton débouchant sur ses surfaces supérieure et inférieure. Ces trous verticaux 25 peuvent présenter différentes sections transversales, par exemple des sections transversales rectangulaires. Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec différents modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques 30 des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif d'éolienne flottante offshore comprenant - un flotteur (2) de type serai-submersible comprenant s - au moins trois colonnes (3), chaque colonne comprenant une partie (4) non-immergée et une partie (5) immergée, et - éléments de liaison (6) pour relier rigidement les colonnes les unes aux autres, et - au moins une éolienne (1) comprenant des pales (11), un rotor io (12), une nacelle (13) et un mât (14), le mât étant assemblé audit flotteur, caractérisé en ce que la partie immergée (5) d'au moins une des colonnes (3) comprend au moins une portion de stabilisation (52) de plus grande section transversale, qui définit une surface supérieure (52a) et une surface inférieure reliées l'une à l'autre par une surface périphérique ls (52c).
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de liaison (6) comprennent au moins un ponton immergé (61) reliant rigidement deux portions de stabilisation (52) l'une à l'autre.
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque 20 ponton immergé (61) est disposé sensiblement horizontalement et a une section transversale sensiblement rectangulaire avec une surface supérieure (61a) et une surface inférieure (61b) reliées l'une à l'autre par deux surfaces latérales (61c).
4. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le 25 ponton immergé (61) se présente sous la forme d'un corps creux comprenant une paroi périphérique, le ponton immergé étant lesté ou constitue un réservoir de ballast.
5. 5. Dispositif selon la revendication 1 à 4, caractérisé en ce que la surface supérieure (52a) et la surface inférieure (52b) de la portion de 30 stabilisation (52) sont sensiblement horizontales.
6. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque colonne (3) se présente sous la forme d'un corps creux comprenant une paroi périphérique (31), la portion de stabilisation (52) étant lestée ou constitue un réservoir de ballast.19
7. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque partie immergée (5) de chaque colonne comprend une portion de stabilisation (52).
8. 8. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce s que le flotteur comprend plusieurs pontons immergés (61), chaque ponton immergé reliant deux colonnes adjacentes (3).
9. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la partie immergée (5) comprend une portion supérieure (51), s'étendant vers le bas depuis la partie non-immergée (4), la portion de 10 stabilisation (52) s'étendant vers le bas depuis ladite portion supérieure (51).
10. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le rapport (section transversale de la portion de stabilisation / section transversale de la portion supérieure) est comprise entre 1,00 et 5.00. 15
11. 11. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le rapport (hauteur de la portion supérieure / hauteur de la portion de stabilisation) est comprise entre 2,00 et 10,00.
12. 12. Dispositif selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que la section transversale de la portion supérieure (51) et la section 20 transversale de la partie non-immergée (4) sont sensiblement constantes et sont sensiblement égales.
13. 13. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le rapport (distance radiale du point d'intersection de l'axe de chaque colonne avec la ligne de flottaison à l'axe vertical central du 25 dispositif / hauteur de la partie immergée) est compris entre 1,00 et 4,00.
14. 14. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les éléments de liaison (6) comprennent - des poutres (62), chaque poutre est reliée par une première extrémité à une colonne (3) et s'étend radialement vers l'intérieur, les 30 poutres étant reliées par leurs secondes extrémités, au niveau de l'axe central vertical (A) du flotteur, à une pièce de jonction (63) centrale, cette pièce de jonction étant équipée d'une pièce intermédiaire (66) verticale pour le support du mât (14) de l'éolienne (1), - des entretoises primaires (64) diagonales qui sont reliées à la 35 partie immergée (5) des colonnes (3) et à la pièce intermédiaire (66), et20 - des entretoises secondaires (65) diagonales qui sont reliées aux pontons immergés (61) et aux entretoises primaires (64).
15. 15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que les entretoises primaires (64) sont reliées à la pièce intermédiaire (66), en un s point disposé entre la moitié et les trois quarts de la hauteur de la pièce intermédiaire.