France – Vendredi 20/04/2018 – energiesdelamer.eu. La thèse de Charles Spraul soutenue le 12/04/2018 à l’Ecole Centrale de Nantes présente la mise en place d’une méthodologie pour le suivi en service de la fatigue mécanique pour l’ombilical dynamique d’un système EMR flottant. La méthodologie proposée est appliquée à une configuration simplifiée d’ombilical dans des conditions inspirées du projet FLOATGEN.
L’approche envisagée consiste à simuler à l’aide d’outils numériques la réponse de l’ombilical aux cas de chargement observés sur site.
Le post-traitement des résultats de ces simulations devant permettre d’accéder à différentes quantités d’intérêt en tout point du câble. Pour quantifier et réduire l’incertitude sur la réponse calculée de l’ombilical ce dernier doit être instrumenté. Un certain nombre de paramètres du modèle numérique feront alors l’objet d’une calibration régulière pour suivre l’évolution des caractéristiques de l’ombilical susceptibles d’évoluer.
Dans ce contexte l’objectif est notamment d’orienter le choix des mesures à mettre en œuvre. L’analyse en composantes principales permet pour cela d’identifier les principaux modes de variation de la réponse de l’ombilical en réponse aux variations des paramètres étudiés.
Différentes approches sont envisagées pour la calibration des paramètres suivis, avec en particulier le souci de quantifier l’incertitude restante sur le dommage. Les méthodes envisagées sont coûteuses en nombre d’évaluations du modèle numérique et ce dernier est relativement long à évaluer. L’emploi de méta-modèles en substitution des simulations numériques apparait donc nécessaire, et là encore différentes options sont considérées.
Jury
Sandrine AUBRUN-SANCHES, Professeur des universités École Centrale de Nantes, Christian BERHAULT, Docteur École Centrale de Nantes, Patrice CARTRAUD Professeur des universités École Centrale de Nantes, Olivier KIMMOUN Maître de conférences HDR École Centrale de Marseille, Bernard MOLIN, Docteur – HDR École Centrale de Marseille, Guillaume PUEL, Professeur des universités Centrale Supélec, Gif-sur-Yvette, membre invité Franck SCHOEFS, Professeur des universités, Université de Nantes
Un article avait été présenté lors des 15èmes Journées de l’hydrodynamique les 22 au 24 novembre 2016 organisées par l’ENSTA Bretagne (équipe rattachée à l’Institut de Recherche Dupuy de Lôme (UBO/UBS/ENIB/Telecom Bretagne/ENSTA Bretagne), l’IRENAV de de l’Ecole Navale et l’IFREMER(5).
Construction d’un modèle simplifié applicable au suivi en service de la durée de vie des ombilicaux dynamiques en faible profondeur d’eau.
Model reduction techniques toward the monitoring of dynamic umbilicals fatigue damage in shallow water. Charles Spraul (1) , Christian Berhault (1), Patrice Cartraud(2)
- (1) LUNAM Université, École Centrale de Nantes Laboratoire de recherche en Hydrodynamique, Énergétique et Environnement Atmosphérique
UMR CNRS 6598 BP 92101, 44321 NANTES Cedex 3 Nantes, France charles.spraul@ec-nantes.fr
- (2) LUNAM Université, École Centrale de Nantes Institut de Recherches en Génie Civil et Mécanique – UMR CNRS 6183 BP 92101, 44321 NANTES Cedex 3 Nantes, France cartraud@ec-nantes.fr
Résumé
L’article présente une méthode et des outils envisagés pour réaliser le suivi en service de la fatigue d’un câble dynamique servant au raccordement électrique d’un système EMR flottant.
Bien maîtriser la durée de vie des ombilicaux dynamiques représente un intérêt stratégique pour le développement des futures fermes EMR.
En effet tout surdimensionnement engendre un surcoût, tandis qu’en cas de rupture du raccordement électrique la production du système EMR concerné est interrompue.
Réparer ou remplacer ce composant nécessite l’intervention d’un navire spécialisé et une fenêtre météo favorable. Il s’agit donc d’une opération coûteuse qu’il est préférable de pouvoir anticiper. Dans ce contexte le suivi en service de la durée de vie de l’ombilical consiste à utiliser des mesures sur site, au cours de l’exploitation, pour mettre à jour l’estimation initiale de la durée de vie en évaluant notamment plus précisément la durée de vie consommée.
Cet article constituait une première étape dans la construction d’une méthode de suivi en service de la durée de vie des ombilicaux dynamiques en faible profondeur d’eau.
Différents outils sont présentés et appliqués sur un cas de démonstration. L’analyse en composantes principales (PCA) a permis de réduire significativement le nombre de variables en sortie du modèle en se limitant à l’observation des modes les plus importants.
En outre l’étude de l’influence des paramètres de suivi sur la réponse aux différents modes a montré que certains modes pourraient s’avérer plus propices au recalage des paramètres que d’autres. Il convient maintenant d’étudier la possibilité de retrouver la réponse du câble sur ces modes en fonction des mesures qui seraient disponibles en mer.
L’utilisation d’un méta-modèle est nécessaire pour s’affranchir des temps de simulations dans les tâches demandant un grand nombre d’évaluations du modèle, telles que la simulation de Monte Carlo par chaînes de Markov utilisée pour le recalage des paramètres.
Des résultats satisfaisants ont été obtenus en utilisant une méthode de krigeage (qui est en géostatistique, la méthode d’estimation linéaire garantissant le minimum de variance) basée sur des processus gaussiens (Wikipédia).
Des alternatives sont cependant à étudier. L’approche bayésienne pour le recalage des paramètres a donné des résultats satisfaisants sur un cas simple où les valeurs des paramètres de suivis sont fixes et non bruitées. Ces résultats sont cependant à confirmer pour des configurations moins favorables. Un point particulièrement intéressant à étudier est la capacité de la méthode à prédire l’erreur entre le modèle et les mesures.
Enfin il serait maintenant intéressant d’évaluer le gain possible en termes de précision sur la prédiction de la durée de vie.
Les auteurs remercient le projet européen FLOATGEN et la région Pays de la Loire qui cofinancent la thèse dans le cadre de laquelle ces travaux ont été effectués. Certains travaux sont également menés en lien avec les projets EMODI (ANR Octobre 2014 pour 42 mois) et OMDYN (France Énergies Marines).
Le projet EMODI s’articule autour de la plateforme marine SEM-REV et d’un banc expérimental de l’Institut français des Sciences et Technologies des Transports, de l’Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR). Il propose d’aborder la problématique de réduction des coûts et de fiabilisation des réseaux sous-marins. Les partenaires sont notamment, CEA, SEM-REV, IREENA Institut de Recherche en Énergie Électrique de Nantes Atlantique, IFSTTAR Institut français des sciences et technologies des transports, de l’aménagement et des réseaux, LHEEA Laboratoire d’Hydrodynamique, Energétique et Envionnement Atmosphérique Ecole Centrale de Nantes, NEXANS FRANCE et RTE
Points de repère
Le projet de R&D Omdyn* vise à développer et maintenir des câbles ombilicaux dynamiques, notamment pour l’éolien flottant. Sélectionné lors de l’appel à projets EMR ITE 2015, il a pour objectif d’apporter des solutions techniques innovantes pour répondre aux besoins des industriels.
Fin 2015, dans le cadre des investissements d’avenir, le gouvernement a retenu dix projets de recherche dans les EMR qui vont obtenir un soutien financier. Pour ce premier appel à projets intitulé « Instituts pour la Transition Énergétique » (qui sera prochainement suivi d’un deuxième, début 2016, et d’un troisième, début 2017), plus de 4 M€ ont été répartis.
Omdyn* est porté par France Energies Marines fédère plusieurs acteurs des Pays de la Loire : l’Université et l’Ecole centrale de Nantes, Naval Energies, EDF et Innosea.
Summary
In this paper model reduction techniques are applied to the monitoring of fatigue damage of dynamic umbilicals used for power export of floating renewable energy devices. Dynamic umbilicals are key components for future floating renewable energy farms. In case of failure, repair or replacement are costly as they require the intervention of specialized ship and an adequate weather window. Accurate prediction of fatigue failure is therefore of particular interest for the planning of such operations. The methodology introduced here intends to use in situ measurements to recalibrate the estimation of the cumulated damage, and achieve an increased accuracy in predicting the remaining life span of the umbilicals.
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