Comment la fibre

Jul 11, 2023

Yuxin Wu (Avec l'aimable autorisation de Yuxin Wu)

Dans les eaux peu profondes, les éoliennes offshore sont fixées au fond de l’océan. Cependant, dans les zones d'eau profonde où les vents sont généralement plus forts et ont la capacité de récolter plus du double de l'énergie, les éoliennes offshore flottantes doivent être amarrées au fond marin, là où l'océan est trop profond pour les structures fixes. L’éolien offshore flottant (FOSW) est l’une des technologies d’énergie propre les plus prometteuses avec un marché potentiel d’une valeur de près de 16 milliards de dollars – mais des solutions scientifiques et technologiques sont nécessaires pour contribuer à réduire les coûts de développement, de déploiement et de maintenance de ces systèmes complexes.

Les scientifiques du laboratoire national Lawrence Berkeley du ministère de l'Énergie (Berkeley Lab) développent des technologies de détection constituées de câbles à fibres optiques, qui pourraient être installés sur les structures FOSW prévues au large de la côte californienne. Cela permettrait aux structures d'auto-surveiller les conditions dommageables qui pourraient entraîner des réparations coûteuses et aiderait également à évaluer l'impact du FOSW sur les mammifères marins en détectant leur activité.

En collaboration avec des experts en science des matériaux, en ingénierie, en géophysique et en développeurs FOSW du monde entier, Yuxin Wu, scientifique au Berkeley Lab, travaille actuellement au développement de solutions permettant de réduire le coût de développement et de déploiement de FOSW, tout en minimisant les impacts environnementaux potentiels.

Q. Quel est le plus grand obstacle au développement des technologies éoliennes offshore flottantes ?

Wu : Jusqu’à présent, il y a eu peu de déploiements FOSW car la technologie en est aux premiers stades de développement. Actuellement, aucun système de ce type n’a été déployé à proximité de 1 000 mètres de profondeur. Nous souhaitons tirer parti de l’innovation scientifique en co-concevant des matériaux structurels plus capables de résister aux environnements marins difficiles et aux événements météorologiques extrêmes. Et nous souhaitons ajouter une détection distribuée par fibre optique aux systèmes FOSW pour permettre aux systèmes de s'auto-surveiller en temps réel pour détecter les problèmes potentiels, une capacité qui pourrait prolonger la durée de vie d'un système et réduire les coûts d'exploitation et de maintenance.

Q. Comment votre équipe applique-t-elle la détection par fibre optique à ces innovations ?

Wu : Un câble à fibre optique possède une âme en verre qui permet d'envoyer un signal optique à la vitesse de la lumière ; en cas de vibration, de contrainte ou de changement de température du matériau surveillé, cette information sera transmise dans le signal lumineux qui est rétrodiffusé. Lorsqu’il est attaché ou intégré à la structure de l’éolienne, cela lui confère un « système nerveux » qui lui permet « d’entendre » et de « ressentir ». La fibre est capable de surveiller les signaux acoustiques environnants, tels que les cris de baleines, ce qui peut aider les scientifiques à évaluer les impacts potentiels des opérations FOSW sur les grands mammifères marins.

Nous avons testé le déploiement de cette technologie de détection sur des composants structurels, tels que des tours et des turbines, pour surveiller les conditions physiques et mécaniques rencontrées par la structure elle-même, comme la température ou les contraintes. Jusqu'à présent, nos recherches se sont concentrées sur le test des fibres optiques sur la tour et la boîte de vitesses, certains des composants les plus coûteux pour lesquels il est avantageux d'identifier les dommages avant qu'ils n'entraînent des problèmes.

Q. Quelle est l’importance de la science des matériaux pour réduire le coût des systèmes éoliens offshore flottants ?

Wu : En révélant en temps réel ce qui se passe dans un système FOSW, la détection par fibre optique nous donne les connaissances nécessaires pour développer des matériaux plus résilients et plus rentables au niveau du système. Concevoir des systèmes FOSW à moindre coût et pour résister aux environnements marins difficiles nécessite une science des matériaux de pointe combinée à l'informatique pour produire de meilleurs matériaux et simuler efficacement leurs performances. Des matériaux peuvent être développés pour donner aux structures des capacités d’auto-guérison ; par exemple, l'eau de mer pénétrant dans une fissure dans le béton déclenche des réactions pour colmater la fissure sans intervention.

Nous travaillons en partenariat avec des experts en science des matériaux et en simulations, de l'échelle moléculaire à l'échelle structurelle, pour apporter des innovations qui présentent un grand potentiel pour les futurs systèmes flottants en eaux profondes en raison de leur important potentiel d'économies de coûts, de leur productibilité locale, de leurs meilleures performances et de leur durabilité environnementale. Les installations des utilisateurs du DOE au Berkeley Lab, telles que la fonderie moléculaire, l'Advanced Light Source et le National Energy Research Scientific Computing Center, jouent un rôle clé en facilitant les innovations dans notre recherche.