Vortex Studio fait progresser l'installation des turbines dans les mers difficiles

Seaqualize, une entreprise néerlandaise de génie civil, utilise Vortex Studio pour réaliser des prototypes virtuels et des essais de validation de principe pour un outil de stabilisation des levages en mer.

Le vent souffle de manière plus régulière en mer que sur terre, ce qui crée des conditions énergétiques plus fiables pour la production d’énergie renouvelable – une occasion majeure de lutter contre le changement climatique sans perturber la vie des personnes qui en bénéficieront le plus.

Bien que les éoliennes offshore soient des sources d’énergie efficaces, l’échelle même de ces structures massives présente des défis importants en matière d’ingénierie et d’installation.

L’installation en mer est généralement réalisée par des navires de type « jack-up », qui se stabilisent eux-mêmes grâce à des pieds extensibles. Cependant, leur utilisation est limitée aux eaux peu profondes et le processus prend du temps, ce qui ralentit le calendrier des projets d’installation.

L’autre solution, qui consiste à utiliser des navires-grues flottants pour les opérations de levage, pose de nouveaux défis, notamment des durées de levage plus longues et un positionnement de précision à des hauteurs de tour pouvant atteindre 100 à 200 mètres. Les boîtes de vitesses, les générateurs, les contrôleurs et autres composants sensibles étant préinstallés dans les turbines, les mouvements inattendus exposent les pièces délicates de l’instrumentation – sans parler de la structure elle-même – à un risque constant d’endommagement.

Pour que les attentes en matière de production d’énergie en mer se concrétisent, le déploiement des turbines doit devenir plus fiable, plus sûr et plus rentable.

Technologie de stabilisation équilibrée

Basée aux Pays-Bas, Seaqualize est une start-up technologique qui a de grandes idées sur la façon dont le travail peut être effectué de manière sûre et efficace. Ainsi, cette organisation innovante a mis au point un outil de stabilisation breveté qui neutralise l’instabilité de la grue et de la charge pendant les levages.

Initialement développée et déployée pour la manutention de matériaux – comme les carrousels industriels dans les usines – la technologie a donné d’excellents résultats dans ces applications à petite échelle.

À peu près au même moment, le ministère néerlandais des affaires économiques a commencé à chercher des solutions pour soutenir la croissance rapide de l’industrie de l’énergie éolienne en mer.

« Il est devenu évident qu’il existait une possibilité d’aider à transporter de lourdes charges dans des conditions extrêmement dynamiques », explique Edouard Schinkel, fondateur et directeur général de Seaqualize. « Notre technologie était parfaitement adaptée aux défis complexes et imprévisibles de la stabilisation en haute mer.

En théorie, les navires et les grues pourraient être adaptés à la technologie de « compensation équilibrée du pilonnement » de Seaqualize pour permettre aux charges de rester relativement stationnaires pendant un levage, même en cas de mouvement du navire.

Les eaux inexplorées

Les petits opérateurs d’équipements terrestres sont une chose, mais comment l’appareil fonctionnerait-il dans les conditions difficiles de la haute mer ?

Seaqualize a commencé à chercher à tester ses hypothèses virtuellement grâce à la simulation. En commençant par des simulations de la grue basées sur MATLAB, l’équipe s’est vite aperçue que si ce logiciel permettait de modéliser des composants individuels, une représentation plus complète, au niveau du système, était nécessaire pour répondre aux questions essentielles avant de passer aux prototypes physiques.

En outre, les ingénieurs de Seaqualize avaient du mal à trouver une application logicielle capable de valider leurs calculs complexes. La nécessité de modéliser des grues sophistiquées – y compris les câbles de levage, les charges et le gréement, le mouvement du navire et le chantier offshore dynamique – a poussé Schinkel à rechercher une solution qui inclurait ces fonctionnalités dès le départ.

« J’ai trouvé des outils de simulation utilisés pour l’ingénierie offshore, dont certains avaient une excellente hydrodynamique, mais des capacités mécaniques minimales », a expliqué Schinkel. « Les mouvements des navires étaient corrects, mais il n’était pas possible de simuler un système complet. De plus, il était particulièrement difficile de connecter ces outils à MATLAB. »

D’autre part, les logiciels standard de génie mécanique n’offraient pas grand-chose en termes d’hydrodynamique ou d’environnements dynamiques, ce qui rendait difficile la prise en compte des variables essentielles au projet

La recherche a finalement abouti à Vortex® Studio, et M. Schinkel a immédiatement reconnu la valeur que le logiciel pouvait apporter au génie mécanique et aux applications maritimes.

 » J’ai lu qu’Allseas – une entreprise spécialisée dans la pose de pipelines en mer, le levage lourd et l’installation sous-marine – entraînait l’équipage de son navire de pose de pipelines à l’aide d’une simulation développée dans Vortex Studio. J’ai également vu des simulateurs de grues portuaires dotés de capacités incroyables en matière de dynamique des câbles et de manutention des matériaux.

 » Le logiciel de CM Labs offrait une représentation visuelle rapide et complète pour la validation des projets. Ces points, ainsi que la connectivité intégrée entre Vortex Studio et MATLAB, ont suscité mon intérêt et finalement ma décision d’achat. »

La rencontre des concepts et du monde réel

Bien que la construction du prototype physique et les essais du système de stabilisation ne soient prévus que dans plusieurs mois, Vortex Studio a permis à Seaqualize d’étudier immédiatement les questions relatives à l’effet de l’outil sur la performance du navire-grue.

Pour quantifier les aspects hydrodynamiques et l’effet du système de compensation du pilonnement équilibré sur la grue, un prototype virtuel complet a été construit dans Vortex Studio.

« Je viens de l’ancien monde de la simulation basée sur le code, où les choses sont délicates et où l’on espère pouvoir effectuer le rendu à la seconde suivante « , conclut M. Schinkel.  » Ce n’est jamais un problème avec Vortex Studio. Il fonctionne tout simplement.

« Vortex Studio nous permet de relier tous les aspects par la simulation ».

Le fait de travailler avec le moteur robuste de dynamique multicorps de Vortex Studio a également permis de mettre en lumière certains problèmes de conception qui avaient été négligés.

Il était essentiel de comprendre les interactions entre la grue et sa charge de 200 tonnes pour découvrir une situation où des vibrations incontrôlées auraient pu endommager la grue ou le navire lui-même. Si un tel problème n’avait pas été détecté, il aurait pu s’avérer catastrophique en aval du développement, mais Seaqualize a pu le résoudre en apportant quelques modifications minimes à la conception et en rééquilibrant la charge, le tout vérifié dans le Vortex Studio.

 » C’était facile avec Vortex Studio. La vue systémique des opérations à l’échelle du site vous permet de tout faire, de tout voir et d’en comprendre les effets. »

« L’exécution de ces simulations dans le logiciel, plutôt que la construction et l’essai de prototypes physiques, nous permet de tester rapidement de multiples alternatives de conception et scénarios du monde réel », a noté M. Schinkel.

Une expérience de formation étonnante

Bien que le logiciel soit assez simple à apprendre et à utiliser, M. Schinkel a choisi d’accélérer davantage son projet et a envoyé un membre de son équipe suivre une séance de formation pratique sur Vortex Studio, afin d’accroître les capacités et la productivité de l’utilisateur.

Les séances de formation de Vortex Studio sont des cours ciblés qui offrent une expérience éducative d’humain à humain, ce qui permet de former rapidement des utilisateurs compétents. Par conséquent, même les petites entreprises, comme Seaqualize, peuvent égaler les capacités d’ingénierie et de simulation d’organisations beaucoup plus importantes.

« L’accélération du rythme de l’innovation permet à une start-up comme la nôtre de rester compétitive », observe M. Schinkel. « Notre ingénieur en simulation a rapidement appris les fonctions avancées. Je suis impressionné par la différence que fait une semaine de formation – le nombre d’itérations et d’améliorations de produits que nous sommes maintenant en mesure d’apporter dans un court laps de temps est tout simplement stupéfiant. »

Prêt à être déployé

D’ici 2020, Seaqualize entend déployer le premier système de stabilisation pour le tester sur le terrain. Il s’agit de la première étape vers un déploiement à grande échelle.

Équipée de Vortex Studio, Seaqualize s’emploie à permettre l’expansion des énergies renouvelables dans des zones jusqu’alors inaccessibles. Avec moins de risques de dommages pendant le processus d’installation, les parcs éoliens devraient devenir opérationnels et rentables plus rapidement que jamais.

« En utilisant la simulation dans le cadre de nos projets, j’ai l’impression d’être un pionnier, à la fois ici aux Pays-Bas et dans l’ensemble de l’industrie offshore », a conclu M. Schinkel. « Nous faisons confiance au logiciel, et cette confiance est validée à maintes reprises.