Les aubes de l’éolienne sont aussi hautes qu’un immeuble de 40 étages. Les hélicoptères peuvent décoller et atterrir sur le toit de sa salle des machines. Elle n’utilise pas de carburant et ne rejette aucune pollution. Elle peut générer 400 millions de kilowattheures d’électricité pendant ses 20 années de durée de vie. Parmi les éoliennes, c’est une géante. L’assemblage de cette éolienne sur cette mer agitée durant la saison des typhons a été un défi sans précédent.
Île de Yangshan
Le 2 août 2011, « Fengfan », le plus grand navire de grue à double bras en mer de Chine, arrive au port en eaux profondes de la baie de Hangzhou. Sur l’île de Yangshan, à 38 mille marins plus loin, se trouve la plus grande grue sur chenilles de Chine et son capitaine, Zheng Shize. Ils sont prêts à aider le navire « Fengfan » à accomplir une mission sans précédent. La grue, qui coûte autant qu’un Boeing 737, a un moteur de 9 000 chevaux. Elle peut soulever 800 voitures à une hauteur de 40 étages. Les deux navires vont installer la plus grande éolienne du monde, la SL 5000. Une mer agitée et des conditions météorologiques imprévisibles font de ce projet un énorme défi.
La consommation de pétrole et de charbon a augmenté sans cesse à partir de la Révolution industrielle. Ces ressources non-renouvelables pourraient s’épuiser dans un proche avenir, suscitant d’importants problèmes dans le monde entier.
Aujourd’hui, l’exploitation des énergies renouvelables est devenue la première urgence. Surtout en Chine, un pays qui se développe à grande vitesse.
La Chine a commencé à développer l’énergie éolienne offshore près de Shanghai en 2009. Un an plus tard, le plus grand parc d’éoliennes offshore d’Asie a été construit près du Pont de la mer de Chine orientale, pour l’Exposition universelle de Shanghai, en 2010. A l’été 2010, les ingénieurs chinois ont lancé leur projet : installer la plus grande éolienne offshore du monde, la SL 5000, de l’autre côté du pont. Le toit de la salle des machines est aussi grand qu’une piste d’hélicoptère et le rotor a, à lui seul, un diamètre de 128 mètres. Une telle taille entraîne pour les ingénieurs et les ouvriers un défi sans précédent.
Port de Yangshan
Base d’assemblage de l’île de Yangshan
Les pièces du SL 5000 sont produites dans des lieux différents et assemblées plus tard au port de Yangshan. Le 5 août 2011, le cargo transportant le pont d’atterrissage et le navire semi-submersible arrivent à la base d’assemblage sur terre.
Selon la météo, « Plum », le neuvième typhon de 2011, se dirige vers le port de Yangshan. Les travailleurs ont besoin de transférer la salle des machines dans un endroit plus sûr. Quant au navire semi-submersible, il doit rejoindre le port. Pour assurer la sécurité de l'énorme SL5000, un grand navire semi-submersible sera utilisé. Le quai a été agrandi il y a deux mois pour pouvoir accueillir un engin d’une telle largeur. La salle des machines attend toujours d'être déplacée. Mais la météo, elle, se dégrade.
Est-ce que la tige est levée ?
Oui, elle est levée.
Zheng vérifie la direction du vent et déclenche le moteur à 9 000 chevaux. Objectif : mettre la salle des machines, qui pèse 300 tonnes, à l’endroit prévu. Cette tâche n’est pour lui pas difficile mais il est préoccupé par l’impact que le vent va avoir sur l’opération.
Début 2011. Au bout de six mois de coopération entre de nombreux services du gouvernement, cette éolienne géante, la SL5000, est conçue. Peu après, plusieurs entreprises leaders du secteur de l’énergie éolienne signent un contrat pour la produire.
La première étape est de construire la charpente principale. Elle doit supporter la force du vent et le poids de toute l’éolienne. Il faut qu’elle soit très solide. Cette puissante machine de coupe sera utilisée pour fabriquer les épaisses tôles d’acier.
Liu Yuwei, opérateur de la machine de coupe
La flamme atteint une température de plus de 3 000°C et coupe l’acier comme du beurre. Non seulement elle peut couper une tôle d’acier épaisse comme trois planches. Mais elle peut aussi découper, avec précision, toute forme conçue par ordinateur. Un découpage précis constitue une bonne base pour souder les pièces ensemble.
La charpente principale de la SL5000 devra supporter le gros couple produit par les aubes les plus longues du monde. Toutes les soudures doivent être solides. Les bulles d’air dans les soudures, quant à elle, peuvent réduire la solidité de la charpente et entraîner des conséquences catastrophiques. Les ouvriers utilisent ce testeur à ultra-sons, réglé à la sensibilité maximale, afin de s’assurer de la qualité des soudures.
Zhao Yongping, opérateur du testeur à ultra-sons
Cette onde indique qu’il y a de petites bulles dans la soudure. Mais elles sont très petites et restent dans la norme qui a été définie.
Chaque joint de soudure de la charpente principale est inspecté pour s’assurer que l’éolienne peut résister aux difficiles conditions naturelles à laquelle elle est soumise.
Construire la charpente principale n’est que la première étape. La prochaine étape sera un défi plus grand encore. Les aubes prévues pour la SL5000 auront une taille sans précédent. Mais leur fabrication est-elle véritablement possible ?
Base de production des aubes de l’éolienne
Le plus grand fabricant chinois d’aubes a relevé ce défi.
Liu Yong, docteur en mécanique aéronautique
Personne n’a jamais fabriqué des aubes d’une longueur de 62 mètres. On ne peut que se baser sur des calculs théoriques. Et au niveau de la conception et des matériaux, on doit faire des réglages.
Quelles que soient la taille et la forme des aubes, elles doivent être solides et légères. Ce sont deux caractéristiques contradictoires. Le docteur Liu doit trouver un équilibre entre ces deux contraintes. L’éolienne sera en pleine mer et soumise à l’érosion et au mauvais temps, qui mettront sa durabilité à rude épreuve. Si les aubes ne sont pas assez solides, les conséquences seraient catastrophiques. Les aubes de la SL5000 seront les plus grandes et les plus longues du monde, ce qui signifie qu’elles seront soumises à une grande intensité de couple. Un bon choix de matériaux est donc crucial.
Les scientifiques ont finalement choisi l’époxy. Une matière d’excellente stabilité chimique et physique. Mais l’époxy est fragile. On ajoute donc des fibres dans la résine d’époxy pour créer une matière composite, connue sous le nom de PRF (polymère renforcé de fibres). On espère que les fibres pourront rendre l’époxy plus résistant.
Epoxy sans fibre
Epoxy avec fibres
La réduction de l’épaisseur et du poids du PRF à un quart de l’époxy d’origine permet de multiplier la solidité de départ par 10. Le PRF semble être le meilleur choix pour les aubes de la SL5000.
Les aubes sont de forme irrégulière, afin de les rendre aussi aérodynamiques que possible. Mais cela complique la fabrication. Un prototype doit d’abord être construit et testé. Le but : vérifier que les aubes puissent répondre aux exigences de la conception.
Six mois plus tard, le prototype est prêt à être testé.
Le littoral Est de la Chine est l’une des régions les plus prospères du pays. Mais le développement économique rapide nécessite un approvisionnement très important en énergie. Les centrales thermiques traditionnelles entraînent une grave pollution ainsi que des problèmes environnementaux. Des progrès dans l’exploitation des énergies propres sont donc une des priorités.
L’île de Yangshan, dans la baie de Hangzhou, était déserte avant qu’un grand port ne soit construit ici en 2005. Après l’achèvement d’un pont de 30 km de long, qui relie l’île au continent, le port de Yangshan est devenu immédiatement un port en eaux profondes de classe mondiale. On a aussi remarqué que l’énergie éolienne atteignait ici les 300 kWh par m². La baie de Hangzhou, avec ses ressources éoliennes abondantes et son bon emplacement, à proximité d’une zone à forte demande, semble être un bon endroit pour implanter un parc éolien. Mais cette zone est également soumise à des typhons estivaux fréquents. La conception et la fabrication de la SL5000 doivent prendre tous ces facteurs en considération.
La qualité des aubes est essentielle. Un prototype est donc construit pour les tests. Dans la salle de test, le docteur Liu attache des capteurs de contrainte sur différentes parties du prototype de l’aube. Les capteurs sont reliés à l’ordinateur dans la salle de commande afin d’enregistrer tout dégât éventuel sur l’aube. Au-dessus de la porte de la salle, un voyant rouge signale que le test est en cours.
Liu Yong, docteur en mécanique aéronautique
Les aubes doivent être capables de survivre à 4 millions de vibrations tout au long de leur durée de vie de 20 ans. Mais nous soumettons le prototype à 5 millions de vibrations dans des conditions similaires.
Le docteur Liu augmente la valeur de tous les paramètres afin de s’assurer que les aubes résisteront lorsqu’elles seront véritablement en fonction.
Le prototype a déjà subi plus de 250 000 vibrations depuis six jours. Nous arrêterons après 5 millions.
Après quatre mois de tests intensifs, équivalents à une exposition à des conditions naturelles difficiles durant 20 ans, l’aube est examinée. C’est l’heure du contrôle de sa structure interne. Aucun dégât n’a été découvert. Trois jours après la fin des tests, la fabrication de la première aube du SL5000 débute.
Base d’assemblage de l’île de Yangshan
Nous sommes le 30 août 2011. Monsieur Qiu, le chef ingénieur du chantier, est de bonne humeur. Les aubes du SL5000 sont arrivées hier après-midi. Le mauvais temps et d’autres problèmes ont beaucoup retardé le projet. Le coût des équipements et du personnel s’élève à près de 100 000 dollars par jour. Un retard supplémentaire est synonyme de dépassement considérable du budget. Monsieur Qiu a aussi hâte de partir en vacances. Il pourra prendre deux semaines dès que l’éolienne sera mise en place. Après avoir déjà passé six mois dans cette zone littorale et humide, Qiu aspire à rejoindre sa famille, à Pékin. L’assemblage de l’éolienne commence par l’installation des aubes. Les ouvriers doivent faire très attention durant ce processus. Ils doivent s’assurer que les aubes ne subissent aucun dégât qui puisse entraîner l’échec de l’opération.
Un problème se pose peu après le début de l’assemblage. L’équipe se rend compte que, malgré son expérience, la méthode habituelle pourrait se révéler dangereuse, en raison de la taille des aubes. Après un examen minutieux du problème, le chef de l’équipe propose une solution peu orthodoxe.
Ça n’est pas conforme aux règles.
Il faut respecter les règles.
(Ça n’est pas conforme aux règles.)
Mais maintenant il y a tellement de trous. S’il est trop près du sol, on peut le relever, aucun problème.
En tant que chef ingénieur du chantier, monsieur Qiu doit prendre rapidement une décision et résoudre ce genre de problèmes. Puisque cette opération n’a connu aucun précédent, il est d’accord que l’équipe essaie une nouvelle méthode. Les trois aubes sont installées avec succès et l’éolienne géante commence à prendre forme.
L’énergie éolienne est une source naturelle inépuisable. Les scientifiques continuent de faire des progrès technologiques dans son exploitation. Durant sa durée de vie de 20 ans, la SL5000 de 5 mégawatts peut produire de l’électricité pour un montant équivalent à 50 millions d’euros. Mais la maintenance en mer est plus compliquée et plus coûteuse que sur terre. Si des composants de l’éolienne, comme les roulements, doivent être remplacés, le coût peut rendre le projet peu rentable. Les roulements sont soumis à un couple important et constituent la partie la plus vulnérable. Actuellement, seulement trois fabricants dans le monde sont en mesure de produire des roulements adaptés à cette éolienne.
Base de production de roulements de précision
Wangfangdian est une petite ville. Mais ici se trouvent deux machines parmi les plus précises et les plus puissantes du monde. Elles seront utilisées pour produire les roulements de la SL5000. Pour fonctionner correctement, les surfaces des roulements doivent être extrêmement lisses et régulières.
Les normes pour la lisseté et l’uniformité des roulements de précision sont très strictes. Plus grand est le roulement, plus stricte sont les normes. Les roulements de la SL5000 seront les plus grands roulements de précision jamais faits. Cette fraiseuse de pointe, la plus précise du monde, peut arrondir les éléments composants métalliques de plus de 3 mètres de diamètre avec une erreur de l’ordre du micron. Le matériau utilisé pour les roulements est 5 fois plus dur que l'acier inoxydable d’un couteau de cuisine. Et cette machine ne met que 45 secondes pour découper un profond sillon.
Il faut trois heures pour fabriquer un composant majeur d’un roulement. En raison de la vitesse élevée du roulement en fonctionnement réel, le moindre défaut peut causer de graves dégâts. Les méthodes de contrôle traditionnelles sont insuffisantes pour s’assurer de la conformité de ces roulements de la SL5000. Car les exigences sont strictes. Ceci est le plus grand détecteur 3D de précision au monde. Il utilise des sondes de rubis à pointe ultra-dure. Il a une portée de détection de plus de 3 mètres et une précision de 0,8 microns. En clair, c’est comme s’il pouvait détecter une bosse de la taille d’un grain de sable sur une surface plane de 3 km de diamètre. La tolérance pour les roulements de la SL5000 est de 6 microns.
Zhou Faming, examinateur des coordonnées 3D
Six microns, cela équivaut à peu près à 1/20 de l’épaisseur d’un cheveu.
Tous les roulements de la SL5000 sont fabriqués par cette puissante machine. Le plus grand d’entre eux, aussi haut qu’un immeuble de deux étages, sera installé au fond de la salle des machines. Il permettra à la grosse éolienne de tourner face au vent.
Dans le courant alternatif, la tension électrique et le sens du courant électrique changent par période. La découverte du courant alternatif, il y a 130 ans, a constitué l’un des plus grands progrès scientifiques de l'histoire.
Nikola Tesla, découvreur du courant alternatif
Mais quand le courant alternatif a été découvert pour la première fois, personne n’avait encore conscience de son importance pour les hommes.
Thomas Edison, inventeur
En son temps, Thomas Edison était fermement opposé à l’utilisation du courant alternatif. Pour convaincre le grand public du danger de ce courant alternatif, il a même permis à son assistant d’électrocuter un éléphant. Aujourd’hui, l’expérimentation d’Edison nous prouve combien le courant alternatif peut être puissant. Mais lorsque les avantages du courant alternatif sont devenus évidents pour tous, l’ère électrique a émergé.
La vie moderne est inévitablement liée à l’électricité. Pour cette raison, les gens sont constamment à la recherche de nouvelles façons de répondre à la demande de la société en matière d’énergie électrique.
La combustion de combustibles fossiles est le moyen le plus pratique pour produire de l’électricité. Mais les réserves en combustibles fossiles sont limitées. En outre, leur combustion est très polluante et est liée à de nombreuses catastrophes écologiques.
Les progrès technologiques ont permis de créer différentes types de méthodes pour produire de l’électricité plus propre : l'hydroélectricité, l’énergie nucléaire, l'énergie éolienne ou encore l'énergie solaire. Mais elles ont toutes des inconvénients. Jusqu’à présent, l’énergie éolienne est celle qui s’avère la plus écologique parmi toutes les sources d’énergie propre déjà connues.
Levez l’anémomètre.
Maintenant, levez la tour de mesure du vent.
énergie éolienne sur Terre pour alimenter la consommation d’énergie de trois planètes. Mais l’énergie éolienne ne peut constituer la source d’énergie principale. Car le souffle du vent n’est pas régulier.
C’est un inconvénient inhérent à l’énergie éolienne, puisque la production et l’utilisation de l’électricité sont souvent simultanées. Le rôle du réseau électrique est de maintenir un équilibre entre production et consommation. Trop ou trop peu d’alimentation pourrait entraîner une panne de l’ensemble du réseau. Si la régulation du réseau n’est pas améliorée, jamais l’énergie éolienne ne pourra vraiment se développer. Mais les technologies de pointe, telles que le courant continu haute tension, ainsi que le système de réseau intelligent, permettent de faire un meilleur usage des sources d’énergie propre et renouvelables.
En juillet 2011, environ un an après le début de la conception et de la fabrication de la SL5000, la charpente principale, la boîte de vitesse et le générateur d’électricité sont tous en place dans la salle des machines. Le gros camion à plateau qui sert à la transporter a des roues contrôlables indépendamment. Malgré sa taille, il peut donc être dirigé facilement.
Trois heures plus tard, la SL 5000 atteint sa destination terrestre finale. De là, un bateau l’acheminera vers le port de Yangshan, le site d’assemblage.
L’assemblage et l’installation de l’éolienne en mer constituent un grand défi. En particulier en baie de Hangzhou, où la mer est très agitée.
Zhang Wenlong, capitaine
Le courant à proximité de la baie de Hangzhou est beaucoup plus fort qu’ailleurs.
Les plus grands ennemis du travail en mer sont les vagues agitées et la météo capricieuse. La mer peut être agitée même par temps clair et ensoleillé. Autre difficulté : la plateforme est fixe alors que le navire transportant les machines, lui, ne l’est pas. Cela rend le suivi du processus sur la plateforme particulièrement important.
La SL5000 est la plus grande éolienne offshore du monde, avec une hauteur de 150 mètres et un poids de 400 tonnes. Le moindre choc sur la lourde salle des machines, en train d’être hissée, pourrait endommager gravement la plateforme ou la machinerie elle-même. Tout cela constitue un extraordinaire défi.
L’étape cruciale de l’assemblage de la SL5000 commence le 3 septembre 2011. Tout d’abord, la salle des machines est fixée sur le sommet de la tour, à l’angle défini. L’opération se déroule bien, grâce à un plan précis et une exécution minutieuse. Maintenant, c’est le moment d’installer le rotor.
C’est une tâche difficile. Le rotor a non seulement une taille démesurée. Mais aussi une forme spéciale, qui complique l’opération. Il faut deux grues pour le lever et maintenir son équilibre, afin de limiter ses mouvements au maximum. Comme les aubes sont très longues, la moindre secousse pourrait les endommager.
Le vent se lève dans l’après-midi. Il faut accélérer l’assemblage. Il est temps de tester le savoir-faire des deux grutiers. Monsieur Qiu est satisfait de la progression de l’opération jusqu’ici. Tout le monde est extrêmement prudent en manipulant ce rotor de 128 mètres de diamètre. Grâce au bon travail des grutiers, l’opération se déroule finalement sans encombre. Mais l’équipe a évité le pire.
Le vent continue à se renforcer. L’opération doit être suspendue pour aujourd’hui. Mais le vent tombe souvent aussi vite qu’il se lève. Le travail pourra se poursuivre demain. Malheureusement, l’équipe va devoir faire face à une nouvelle difficulté.
Selon les prévisions météo, la pression atmosphérique dans l'ouest de l'océan Pacifique est extrêmement instable. Ce qui signifie qu’une tempête tropicale ou un typhon est susceptible de se former dans les deux prochains jours. La chose la plus sûre à faire serait de suspendre l'opération. Mais pour cela, il faut que la salle des machines et le rotor soient démontés. Le responsable financier avertit : un tel retard causerait un dépassement important du budget du projet.
L’équipe peut également choisir d’attendre que le vent se calme et reprendre l’assemblage. S’ils font ce choix, aucune erreur ne leur sera permise, car le typhon arrivera bientôt. Monsieur Qiu vent tenter cette méthode. Mais il doit attendre la décision définitive du siège. Pendant ce temps, la salle des machines est toujours fixée temporairement sur la tour. Une grue est utilisée pour la soutenir durant la nuit.
Le 4 septembre 2011, au matin, Zheng examine la grue. A part une diminution de la quantité d’huile, elle ne présente aucun dégât, même après avoir fonctionné toute la nuit. Le vent n’est pas retombé et aucune nouvelle n’est encore venue du siège. Zheng était engagé dans plusieurs projets similaires au cours des dernières années, mais celui-ci est beaucoup plus stimulant. Il a grandit au bord de la mer et aime les défis. Mais maintenant, il ne peut que se résoudre à attendre. La pêche est particulièrement abondante aujourd’hui. L’équipe pourra bénéficier d’un très bon dîner ce soir.
Le siège a ordonné de continuer l’assemblage. Le vent tombe enfin dans l’après-midi. Qiu décide d’attacher le rotor à la salle des machines. Mais Zheng s’inquiète pour l’assemblage. Il faut fixer les 108 grosses vis du rotor sur les trous sur la salle des machines. Et tout cela, à 80 mètres de haut, là où le vent est beaucoup plus fort. Le rotor pourrait se balancer en avant et en arrière, compliquant ainsi l’opération. C’est un autre grand défi pour Zheng.
Le vent se renforce à la nuit tombante. L’assemblage doit se terminer avant. Tout d’abord, il faut mettre le rotor debout, ce qui nécessite une parfaite coordination entre les deux grues. Elles lèvent le rotor ensemble, puis l’une d’entre elles relâche lentement le câble pour que le rotor prenne une position verticale.
La dernière étape de l’assemblage commence à 15h. 45 minutes plus tard, le rotor atteint la position verticale. C’est maintenant une seule grue qui doit réaliser l’opération la plus délicate. Difficulté : éviter tout heurt entre la salle des machines et le rotor, lorsqu’il est suspendu à la grue. Tout dégât pourrait affecter gravement le fonctionnement de l’éolienne.
Plus long est le câble, plus il faut de temps pour effectuer le réglage. Après l’envoi de l’ordre, il faut plusieurs secondes au rotor pour bouger véritablement. Zheng démontre un excellent savoir-faire en contrôlant la grue pendant une heure et en déplaçant graduellement le rotor. Le rotor est mis en place juste avant la nuit tombante. L’éolienne offshore géante fait sa première apparition. Pour l’instant, tout va bien.
Le 5 septembre 2011, à 9 heures du matin, la SL5000 part du port de Yangshan sur un navire semi-submersible. Le site d’installation se situe à environ 40 mille marins du port. Le voyage a duré 8 heures. Le plus grand navire de grue à double bras, le « Fengfan », a attendu là-bas durant 9 jours.
Noru, le 13e typhon de l’année dans l’ouest de l’Océan Pacifique, se renforce depuis deux jours et rend la mer agitée. Il ne reste que 24 heures pour finir l’installation. Le 6 septembre sera le dernier jour ensoleillé de la semaine. L’étape suivante est la plus cruciale. La base en mer est plus instable que celle sur terre. Un petit mouvement de la base de l’éolienne causerait un grand mouvement vers le haut, qui pourrait être catastrophique pour le projet.
La base est étroitement surveillée par des instruments spécialisés afin de s’assurer que l’éolienne ne frappe pas la base. Mais comme le navire bouge sans cesse au gré des vagues, placer l’éolienne géante SL5000 en douceur sur la base semble être mission impossible. A 10 heures, « Fengfan » commence le levage. Deux heures plus tard, la SL5000 est droite au-dessus de la base. Comme prévu, elle se balance en avant et en arrière, même avec l’aide du gigantesque navire de grue.
A 14 heures, le dispositif d’accueil, basé sur une technologie secrète, est mis en place. Personne ne sait s’il fonctionnera ou pas. Mais à 16 heures, la tour est fixée avec précision à la base. Aucun déplacement de la base n’a été détecté par les dispositifs de surveillance au cours de l’installation. Dans la soirée du 6 septembre 2011, l’installation de la SL5000 près du Pont de la mer de Chine orientale est enfin achevée. Un événement qui marque une étape importante dans l’histoire du développement de l’énergie éolienne.
Les mégaprojets de la Chine Épisode 5 Le méga-méthanier
Un bateau-citerne destiné à transporter du gaz naturel liquéfié est en cours de construction. Il faudra 5 000 ouvriers et deux ans pour accomplir ce mégaprojet.
Rejoignez-nous pour l’épisode 5 des Mégaprojets de la Chine.