Installation du point d’atterrissement d’un câble sous-marin : Test de lubrification des câbles pour les tirages de câbles difficiles

La demande en câbles électriques sous-marins connaît une forte croissance, principalement due au développement des énergies renouvelables en mer et à la mise en place de nouvelles interconnexions transfrontalières visant à diversifier l’approvisionnement énergétique régional. Les parcs éoliens offshore constituent une source d’énergie renouvelable à la fois très régulière et à forte capacité, grâce à l’exploitation de vents marins plus forts et plus fiables. Pour ne citer qu’un exemple, une interconnexion entre la France et l’Irlande s’étend sur 480 km (300 miles) et permet aux gestionnaires de réseau d’équilibrer plus efficacement la production et la demande. La demande de ces ressources continue d’augmenter. À mesure que de nouveaux câbles sous-marins (d’électricité et de télécommunications) sont installés et raccordés au réseau terrestre, différentes méthodes continuent d’être éprouvées et perfectionnées. Polywater® participe à cet effort.

La gestion de la transition entre la phase offshore et la phase onshore lors de l’opération d’atterrissement est un élément essentiel à prendre en compte lors de la planification de l’installation. Les méthodes évoluent. Autrefois, la pose en tranchée à ciel ouvert était une méthode courante et économique pour installer le câble lors des opérations d’arrivée à terre. Cette méthode nécessite un accès direct à la plage. Dans les zones soumises à une forte amplitude de marée et à une forte houle, le creusement de tranchées peut poser problème. Ces travaux ont un impact sur les espaces publics, ce qui explique que l’opinion publique y soit défavorable. L’obtention des autorisations est devenue plus difficile. De nouvelles techniques d’onshoring sont développées.

Méthodes d’installation de point d’atterrissement de câble sous-marin

Dans de nombreuses installations d’atterrissement, des contraintes environnementales strictes imposent le recours à des techniques d’installation alternatives. Une technique d’installation de plus en plus courante est le forage horizontal dirigé (HDD). Cette méthode est complexe, mais beaucoup moins perturbatrice pour la plage. Le HDD est la technique sans tranchée la plus couramment utilisée pour l’atterrissement des câbles sous-marins. Il s’agit d’une méthode d’installation technique qui nécessite une bonne planification et une grande rigueur. Les boues de forage doivent être récupérées. Parmi les autres méthodes alternatives importantes, on peut citer le micro-tunnelage et la pose directe de canalisations. Ces méthodes peuvent mieux s’adapter à des conditions de sol difficiles. Elles présentent également l’intérêt de permettre la pose de plusieurs câbles dans un même tunnel.

Comme la zone de transition nécessite beaucoup d’espace, elle est souvent située bien à l’intérieur des terres. La conception du point d’atterrissement dépend du relief et d’autres considérations d’ingénierie civile. Cela détermine donc le choix du conduit, qu’il soit en polyéthylène ou en acier, ainsi que la distance de tirage. Cette section du tirage de câble est souvent longue et difficile. Elle nécessite une planification spéciale. À mesure que les différentes méthodes d’atterrissement des câbles évoluent, les techniques de tirage des câbles sous-marins dans des conduits se perfectionnent également.

Polywater a connu une augmentation de ces projets d’installation au cours des cinq dernières années. Nous avons eu de nombreux échanges avec des concepteurs, des ingénieurs et des installateurs, alors que les méthodes ne cessent de s’améliorer. Ce sont des conceptions difficiles à planifier. Il existe de nombreux facteurs inconnus. À mesure que nous poursuivons nos études et nos tests, Polywater espère obtenir davantage de réponses et mieux comprendre les avantages de la lubrification dans ces installations.

Les différences entre les câbles électriques sous-marins et les câbles terrestres

Les câbles sous-marins sont relativement nouveaux au sein du laboratoire Polywater. Les tests se sont considérablement développés au cours des dernières années. Les câbles sous-marins sont conçus différemment des câbles souterrains terrestres. Les câbles sous-marins sont conçus pour résister à des conditions environnementales extrêmes et à la pression externe de l’eau. Ces câbles sont conçus pour résister à des contraintes mécaniques extrêmes, notamment aux forces résultant des charges axiales lors de leur pose, ainsi qu’aux forces de flexion et de torsion provoquées par l’action des vagues et les courants sous-marins.

Voici quelques éléments courants de conception des câbles sous-marins :

• Les câbles électriques sous-marins sont lourds et pèsent généralement de 50 à 160 kg/m (35 à 105 livres/pied).
• Les câbles sont composés d’une gaine métallique, d’une gaine en polyéthylène et d’un renfort en ruban métallique. Ces éléments protègent le câble des infiltrations d’eau et préservent ses propriétés électriques.
• Les câbles électriques sous-marins sont blindés à l’aide de fils conçus pour améliorer leur stabilité à la tension et leur équilibre à la torsion.
• La gaine extérieure du câble est généralement constituée de couches de fils de polypropylène enrobées d’un revêtement asphalté. Cela offre une protection supplémentaire contre les dommages mécaniques et la corrosion.
• La fibre est intégrée au câble afin de mesurer les effets thermiques et de détecter les mouvements à proximité du câble.

Les limites maximales de traction applicables aux câbles tirés à travers les conduits lors de l’atterrissement sont fixées par le fabricant du câble. Certains fabricants de câbles tiennent compte du fait que la force est transmise à l’armature et prévoient ainsi des tensions de traction plus élevées. Dans tous les cas, les tensions des câbles sont soigneusement prises en compte lors de la planification de l’installation.

Opérations de tirage à terre pour la pose de câbles sous-marins

Le parcours du câble entre le navire poseur de câbles et l’entrée du conduit varie d’un projet à l’autre. La manière dont le câble parvient jusqu’à la baie de raccordement à l’intérieur des terres lors de l’opération de « tirage à terre » met en évidence l’ingéniosité technique dont font preuve les professionnels dans ce domaine. Cette méthode varie en fonction de l’équipement utilisé, des conditions sur le rivage et d’autres facteurs. Vous trouverez ci-dessous deux scénarios d’installation représentatifs.

Alimentation depuis le navire

Lors de cet atterrage, le câble est déroulé depuis le carrousel du navire, passe à travers un tensionneur, puis par la goulotte du navire, tandis qu’il est tracté à travers le HDD au moyen d’un treuil terrestre. Le câble est descendu sous l’eau, puis tiré jusqu’à l’entrée du HDD au point d’atterrissement sur le rivage. La lubrification peut être effectuée à bord du navire avant le passage du câble dans la goulotte du navire.

Tirage assisté par porte-à-faux

Dans ce tirage à terre, une surlongueur de conduit est créée et suspendue à une plateforme en porte-à-faux installée sur un navire auto-élévateur d’assistance. Le câble est déroulé depuis le carrousel du navire, passe à travers le tensionneur, puis remonte jusqu’au navire auto-élévateur. Dans cette configuration, le câble est lubrifié à son entrée dans le conduit du HDD, à proximité du porte-à-faux situé sur le navire auto-élévateur d’assistance.

Lubrification des câbles lors de l’atterrissement

Dans les deux cas, le lubrifiant doit perdurer et continuer à remplir sa fonction dans un milieu aqueux. Au cours de l’analyse de planification, une attention particulière est accordée à la configuration des câbles et à leur intégrité. Voici quelques-uns des critères limitatifs :

• Tension maximale admissible du câble
• Rayon de courbure minimal
• Pression latérale maximale

Une fois que le câble atteint le conduit, il est tiré à faible vitesse. L’eau lui confère une portance et la résistance est faible. En raison de la faible vitesse de tirage, le processus est considéré comme quasi-statique. Même en tenant compte de l’effet de flottabilité, le câble est lourd et doit être tiré sur une longue distance. Il est important de vérifier la tension de traction dès la phase de conception et de planification de l’opération. Il est utile de disposer d’une estimation fiable du coefficient de friction (CDF) prévu entre le câble et le conduit.

Tests en laboratoire de la lubrification des câbles sous-marins

Reproduction des conditions de tirage à terre

Chez Polywater, nous essayons de comprendre les conditions d’installation des câbles et de les reproduire dans notre laboratoire. Cela nous aide à concevoir des lubrifiants ciblés pour des utilisations finales spécialisées. Cela nous aide dans notre travail d’accompagnement des ingénieurs pour l’estimation du CDF et apporte aux installateurs des conseils sur les meilleures techniques de lubrification des câbles. Il est difficile d’attribuer une valeur de coefficient de friction à une installation de tirage d’atterrissement.

Les tests CDF récents chez Polywater représentent 3 fabricants de câbles différents avec 3 projets différents. Dans deux de ces cas, il est prévu de faire passer les câbles dans des conduits en acier, ce qui complique encore davantage l’installation.

La surface extérieure du câble et celle du conduit sont essentielles pour mesurer le CDF. Les câbles sous-marins sont recouverts d’un fil de polypropylène enrobé d’un revêtement asphaltique (bitumineux). Cette couche ajoute une protection supplémentaire contre la corrosion et les forces mécaniques. Elle ajoute une résistance à l’abrasion et au frottement. Cette couche est parfois appelée guipage extérieur (serving) ou matelas d’assise (bedding). C’est l’une des nombreuses caractéristiques propres aux câbles sous-marins qui présente un intérêt particulier pour Polywater, dans le cadre de nos essais portant sur le CDF et l’efficacité de la lubrification.

La surface en fils de polypropylène est très différente de celle d’un câble terrestre classique. Le fil crée une surface texturée avec plus de surface à couvrir pour le lubrifiant. Afin de reproduire les conditions de surface, différents échantillons de câble sous-marin ou de fil de polypropylène ont été fournis par les fabricants de câbles. Des câbles sous-marins ou des échantillons de câbles de laboratoire constitués de couches de fils de polypropylène enroulés ont été testés. Bien que des différences aient été observées au niveau des fils, les résultats des essais n’ont révélé aucune différence notable en termes de performances.

La surface en polypropylène lubrifiée a été testée à sec, après avoir été trempée dans de l’eau salée pendant 24 heures, ou encore immergée dans l’eau. Le conduit en acier évalué présentait une couche d’oxyde (rouille) dans le scénario le plus défavorable. Les informations présentées ci-dessous ne constituent que les prémices de nos recherches.

Résultats de coefficient de friction (CDF)

L’un des premiers éléments à retenir dans cet ensemble de données est que l’utilisation du lubrifiant Polywater NN donne des résultats constants sur plusieurs câbles. On constate une certaine perte d’efficacité après le trempage dans l’eau, mais les performances restent supérieures à celles du modèle de référence non lubrifié.

L’utilisation de Polywater NN montre une réduction du CDF de 30 à 65 % dans les conduits en PEHD et une réduction de 40 à 50 % du CDF dans les conduits en acier. Après l’essai de trempage dans l’eau, Polywater NN reste efficace. Le lubrifiant persiste dans cette simulation de milieu aqueux réalisée en laboratoire. Après exposition à l’eau, les résultats CDF obtenus avec Polywater NN se situent dans une fourchette de 25 % par rapport à ceux obtenus lors de l’essai de lubrification standard à sec.

Cela tient compte de certaines conditions sur le terrain, mais pas toutes. Les essais en laboratoire montrent ce qui pourrait être possible dans un scénario d’installation optimal. L’un des aspects de ces tests consiste à évaluer la capacité du lubrifiant à recouvrir le fil de polypropylène sans être éliminé par l’eau, étant donné que la pose des câbles sous-marins s’effectue dans un environnement extrême. Une autre question sur laquelle nous continuons à nous pencher est de savoir si le lubrifiant peut offrir une protection supplémentaire pour empêcher le fil de s’user et de s’effilocher.

Recherches futures de Polywater sur la pose de câbles sous-marins

Notre travail ne fait que commencer. Dans un second temps, nous allons recueillerons des données de tension sur le terrain provenant d’installations d’atterrissement de câbles sous-marins et les comparerons aux résultats de laboratoire. La création de cette base de connaissances aidera les ingénieurs dans leurs futures conceptions. En fin de compte, une meilleure compréhension du processus d’installation guide le développement de nos produits et nous permet de concevoir des lubrifiants de qualité supérieure destinés aux câbles sous-marins. Quelle est votre expérience ? Nous aimerions en savoir plus.

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