Contexte
Les Énergies Marines Renouvelables (EMR) constituent un axe prioritaire de développement pour la Région des Pays de la Loire. La région se positionne comme un espace avant-gardiste dans le développement des EMR et la construction d’une filière cohérente qui couvre l’ensemble de la chaine de la valeur. Cela s’est concrétisé de manière forte par deux évènements marquants :
- Le début de production électrique de la première éolienne flottante en France, FLOATGEN, sur le site d’essai de SEMREV en septembre 2018,
- La fin de l’installation du parc éolien en mer de Saint Nazaire, avec 80 turbines d’une puissance totale de 480 MW, pour une mise en service programmé pour fin 2022.
D’un point de vue économique, le territoire ligérien accueille des nombreux acteurs déjà fortement impliqués dans la réalisation des différents projets français et européens. L’écosystème est composé de grands donneurs d’ordre historiques, de PME dynamiques, d’un savoir-faire reconnu sur les filières navales et industrielles liées aux EMR ainsi que de la présence d’une densité unique de centres de formation et de recherche reconnus.
De fortes complémentarités existent et se tissent régulièrement avec les autres régions françaises et européennes en fonctions des développements de projets et d’installation de centre de production. La région Pays de la Loire est le centre de gravité de l’ingénierie et de la recherche appliqué au domaine des EMR.
PRIORITÉS POUR RÉPONDRE AUX ENJEUX DU TERRITOIRE ET DE LA FILIÈRE
La Priorité 1 consiste à accompagner le développement du territoire et de ses acteurs dans le domaine des EMR :
- Au niveau de l’ingénierie et des études qui sont transposables sur l’ensemble des projets nationaux et internationaux ;
- En appui aux pouvoirs publics, aux grands donneurs d’ordres et aux PME du territoire afin de les accompagner dans les nouveaux enjeux des EMR et leur permettre par une performance accrue d’être reconnus à un niveau d’excellence permettant de se positionner vis-à-vis des appels d’offres du domaine ;
- En soutien aux démarches innovantes issues de la valorisation des travaux du monde académique pour qu’elles puissent trouver les partenaires industriels et économiques qui permettront leur transformation en solution pertinentes.
La Priorité 2 a pour objectif un soutien marqué aux partenaires académiques ou aux centres de recherche industriels du territoire en valorisant leurs compétences. L’objectif est aussi, bien sûr, de les accompagner pour permettre à ces compétences reconnues d’évoluer et de progresser afin d’être toujours pertinentes par rapport aux enjeux portés par la filière et le contexte énergétique national et international. Le soutien porte sur :
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- Le travail de recherche et la construction de nouveaux savoirs en accompagnant projets de recherche et d’innovation (notamment les projets collaboratifs qui intègrent des acteurs du monde socio-économique) ainsi que les travaux de thèses ;
- L’équipement des différents laboratoires et centres de recherche afin de pouvoir réaliser les essais et expérimentations nécessaires à cette montée en compétence ;
- La mutualisation des moyens techniques en favorisant les échanges et le retour d’expérience entre les membres de la communauté des essais.
- L’émergence de travaux pluridisciplinaires par l’animation de la communauté scientifique et une meilleure connaissance des différents acteurs.
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OBJECTIFS RECHERCHE ET INNOVATION WEAMEC
Différents objectifs prioritaires jalonnent la feuille de route. On citera notamment sans que ce soit exhaustif :
- Réduire le LCOE(Levelized Cost of Energy ou « coût actualisé de l’énergie ») :
- de l’éolien posé, par augmentation de la puissance et taille des éoliennes, et en particulier en conditions extrêmes et complexes (sols durs, houle de forte amplitude, augmentation de la profondeur…),
- des systèmes EMR flottants(dont augmentation taille et puissance, système flottant autonomes en haute mer,…) et sous-stations flottantes.
- Favoriser l’hybridation par des concepts en rupture et/ou par couplage à d’autres sources d’énergie, pour des applications d’autonomie énergétique en mer, d’alimentation de sites non raccordés au réseau, ou la production d’énergie verte (H2, …) ;
- Faire progresser les systèmes de production d’énergie en mer émergents (houlomoteur, hydrolien, solaire flottant, …) ;
- Accompagner la filière dans un développement durable et accepté indispensable face aux enjeux et échéances de notre société.
Ces objectifs sont portés sur trois axes complémentaires, les propositions scientifiques et technologiques d’une part, des moyens d’essais adaptés d’autre part, et enfin la formation et la montée en compétence des différents intervenants. WEAMEC travaille simultanément sur ces trois axes.
LES DEFIS PORTES PAR WEAMEC
Différents défis pour le territoire et les acteurs des EMR se concrétisent sur la base de ces de ces objectifs :
- Favoriser l’acceptabilité des EMR et développer des modèles économiques novateurs de déploiement.
Il s’agira notamment de soutenir les travaux portant sur :
- Les outils et méthodes de coopération pour faire émerger des décisions collectives ;
- Les études favorisant la compréhension de l’utilisation de l’espace maritime ;
- Les bases de données, les outils de suivi et les systèmes de visualisation des activités maritimes ;
- Les outils d’aide à la planification en cohérence avec les documents stratégiques de façade ;
- Le développement et analyse de l’emploi et de l’activité locale ;
- La caractérisation fine de la ressource, des caractéristiques environnementales, des usages, du territoire et des enjeux socio-économiques ;
- La possibilité et la construction de co-activités ;
- L’analyse et la définition de nouveaux modèles économiques pour les EMR.
- Imaginer, construire et tester des méthodes outillées d’étude et de surveillance de l’environnement marin afin de permettre l’adaptation et la protection nécessaire au développement des activités EMR.
Il s’agit en priorité d’accompagner les projets qui portent sur :
- La caractérisation de l’environnement marin ;
- Le suivi de l’évolution et de la modification des écosystèmes ;
- Le suivi longitudinal des impacts des activités EMR durant l’installation, l’exploitation et le démantèlement ;
- Les méthodes, outils et systèmes de caractérisation et de protection de la faune marine, la flore marine ainsi que de l’avifaune ;
- Le développement de compétences pour la protection spécifique des mammifères marins ;
- Les effets cumulés des fermes sur les écosystèmes marins ;
- Les outils et méthodes qui favorisent les démarches dans le triptyque « Eviter- Réduire -Compenser ».
- Renforcer le socle scientifique, les méthodes d’analyses et travailler sur les briques technologiques et les méthodes industrielles qui permettront le développement opérationnel et compétitif de l’éolien flottant.
Le développement de l’éolien flottant se concrétise au travers des premiers appels d’offre industriels, il s’agit d’accompagner ce développement avec une attention accrue aux projets portant sur :
- Les flux logistiques, portuaires et les méthodes d’industrialisation adaptés aux dimensions de l’éolien flottant ;
- Les systèmes de flotteurs ainsi que les différentes méthodes et matériaux de construction :
- Les systèmes d’ancrages, notamment dans leur fiabilité et leur impact sur le fond ;
- La compréhension des mouvements de plateforme, leur impact sur la fatigue des matériaux, la résistance aux conditions extrêmes lors des tempêtes et leur compensation sur la production d’énergie ;
- La dynamique et le vieillissement des câbles de puissance dynamiques ;
- L’optimisation des moyens nautiques et la sécurisation des accostages ;
- Les outils de modélisation et de calcul au service du design, de la compréhension des mécanismes en jeu, du pilotage, de la surveillance et de la maintenance.
- Les méthodes et principes permettant d’acheminer le courant à terre notamment en travaillant pour franchir la « break-even distance » en utilisant par exemple le courant continu.
- Développer des outils, des méthodes et des savoirs faire pour optimiser la maintenance et les opérations offshores au service des installations EMR.
Alors que les premiers parcs entrent en service, la question de la maintenance devient une priorité évidente. Il s’agit d’accompagner les recherches et innovation qui portent particulièrement sur :
- Le monitoring, la détection d’incidents sur les différentes installations ;
- Les outils d’aide à la décision sur l’ordonnancement et la planification de la maintenance ;
- Le suivi de la bio-colonisation et le nettoyage des installations EMR ;
- Les systèmes d’accostage et de transbordements de colis lourds ;
- Les systèmes, outils et méthodes d’inspection des systèmes en mer ;
- Les moyens, dispositifs et méthodes permettant d’assurer la sécurité des navires et des intervenants ;
- Le développement de navires innovants adaptés aux enjeux de maintenance lourde ;
- Les travaux et moyens logistiques et portuaires, leur évaluation, la planification de l’espace permettant de proposer des solutions efficaces et durables.
- Proposer et évaluer des méthodes, composants et technologies durables au profit de la filière des EMR.
C’est un défi stratégique pour la filière mais il est essentiel que les projets à venir soient durables dans toutes leurs composantes et à chaque étape. Ce défi visa à susciter des propositions et accompagner les projets d’innovation qui apportent cette dimension durable dans :
- Le choix du site, en intégrant le dialogue avec les parties prenantes, en tenant compte des enjeux de biodiversité, en contribuant au développement territorial et à la transition écologique des territoires ;
- La gestion du démantèlement, de la fin de vie et du recyclage des composants ;
- La fourniture de composants durables et/ou à faible impact environnemental ;
- L’optimisation des méthodes constructives ;
- L’analyse des circuits logistiques pour objectiver le recours aux solutions durables ;
- L’utilisation pour les différentes opérations offshores de moyens à faibles impacts ;
- La participation accrue des acteurs du territoire et la préférence à des circuits courts pour l’ensembles des opérations durant tout le cycle de vie ;
- Des moyens de contrôle des installations pour protéger la faune et la flore, en innovant sur la variété de modes de fonctionnement et de modules d’équipement.
- Soutenir les développements, les tests et le déploiement de systèmes EMR émergents.
Si l’éolien en mer, posé ou flottant, connait un essor notable avec la mise en service des premiers parcs et la multiplication des appels d’offres, le mix énergétique des EMR doit aussi rester ouvert à d’autres sources. Ce défi a pour objectif de soutenir les solutions moins avancées dont le niveau de maturité technologique doit encore progresser.
- Le développement et le test de solutions houlomotrices sous leurs différentes formes ;
- Le développement de systèmes hydroliens ainsi que les essais et tests en mer permettant de valider les concepts et leur pertinence ;
- Les systèmes photovoltaïques flottants maritimes;
- Les systèmes EMR destinés au zones isolées et/ou non raccordées ;
- Les petits systèmes de production d’énergie marine au service des installations en mer ;
- L’ensemble des concepts EMR à TRL très bas qui nécessitent encore un investissement conséquent de R&D.
- Accompagner les travaux, dispositifs et systèmes permettant le couplage de différentes sources d’énergies, le stockage, la production de carburants « verts » et l’optimisation de l’injection sur le réseau.
Les EMR ne peuvent se résumer à la génératrice et au site, les sujets liés au raccordement, à l’injection de courant de sur le réseau et éventuellement à la production conjointe d’autres formes d’énergie constituent également un vaste champ de recherche, d’innovation et de développement. Ce défi a pour objet de susciter et d’accompagner les travaux dans ce sens. Il s’agira notamment :
- Des méthodes et outils permettant de simuler et de gérer des stratégies « d’overplanting »
- De la production d’énergie verte en proximité des parcs d’énergies en mer.
- De l’optimisation du transfert de l’énergie vers la terre. Cela passe par exemple par le développement des solutions HVDC ou l’utilisation de médias énergétiques intermédiaires tels que l’hydrogène…
- Du couplage de différents systèmes de production d’énergie ;
- Des mécanismes, outils et méthodes pour la gestion et l’anticipation de l’intermittence avec notamment les solutions de back up ou d’effacement, le déploiement de solutions plus flexibles;
- Les outils de prévision et d’anticipation de la disponibilité de la ressource.
LES ATOUTS ET LES FORCES DU TERRITOIRE
Pour réussir ces défis, il s’agira d’amplifier les compétences fortes de l’écosystème et porter l’effort sur les briques transversales clés innovantes :
- Modélisations multiphysiques couplées des parcs et des structures à la mer (ressources / aérodynamique / hydrodynamique / mécanique / sol / électrique),
- Simulations numériques (intégration de modèles, optimisation des temps de calcul, deep learning, …)
- Plateformes expérimentales
- Automatique avancée de contrôle-commande des systèmes énergétiques,
- Géotechnique et géophysique marine,
- Matériaux (composites, bétons, métalliques) : technologies avancées de production et comportement en environnement marin. Modélisations associées.
- Bio colonisation des structures marines (modélisation, caractérisation, tests en mer, …),
- Monitoring de l’évolution des structures en mer, corrélées aux conditions d’environnement, et stratégies de maintenance associées,
- Collisions navires structures EMR,
- Logistique du port à la mer,
- Sciences Humaines et Sociales pour le partage des usages, les co-activités et acceptabilité des technologies EMR.
Pour porter l’effort sur des composants clés à forte valeur ajoutée permettant un transfert à terme vers le tissu industriel régional
- Outils avancés pour l’ingénierie (machines et parcs – conception, fabrication et logistique),
- Systèmes d’ancrage,
- Câbles dynamiques et raccordement électrique,
- Structures métalliques, composites et bétons (posées, flottantes, pales, …)
- Dispositifs de stockage de l’énergie et gestion de la qualité du courant,
- Couplage au vecteur H2 (électrolyse, stockage en mer) et/ou e-fuels,
- Dispositifs de caractérisation des sites (ressources et impacts), et de monitoring des structures en mer.
