L’innovation au cœur de l’action dans la construction navale

Pour amé­lio­rer la per­for­mance des navires qu’elle construit, STX France a concen­tré ses efforts de R & D sur les thèmes iden­ti­fiés comme les plus stratégiques :

• la pro­fi­ta­bi­li­té pour les arma­teurs et notam­ment la réduc­tion de la fac­ture éner­gé­tique des navires ;
• la prise en compte des nou­velles exi­gences envi­ron­ne­men­tales induites par la régle­men­ta­tion et par une sen­si­bi­li­té du public (croi­sié­ristes, rive­rains des ports, etc.) ;
• la sécu­ri­té des navires et de leurs passagers ;
• la com­pé­ti­ti­vi­té du chantier.

Efficacité énergetique et environnementale

L’augmentation du prix des com­bus­tibles, asso­ciée à la mise en place de nou­velles régle­men­ta­tions limi­tant l’utilisation de fuel lourd bon mar­ché mais hau­te­ment sou­fré donc pol­luant, a lar­ge­ment réduit la pro­fi­ta­bi­li­té des arme­ments. La fac­ture éner­gé­tique est deve­nue, pour les navires de croi­sière, le pre­mier poste de dépenses.

“ Concentrer les efforts de R & D sur les thèmes les plus stratégiques ”

Anti­ci­pant le besoin de navires plus éco­nomes en car­bu­rant et plus res­pec­tueux de l’environnement, STX a lan­cé en 2007 son pro­gramme de R & D « Eco­ri­zon ». Une équipe dédiée d’ingénieurs a pour mis­sion de divi­ser par deux la consom­ma­tion d’un paque­bot d’ici 2020, par rap­port à des navires mis en ser­vice en 2010, et de répondre aux exi­gences des nou­veaux règle­ments envi­ron­ne­men­taux, notam­ment sur les fumées d’échappement.

À ce jour, la moi­tié du che­min est par­cou­rue. STX peut affi­cher un gain de 25 %, notam­ment grâce à ses tra­vaux sur la cogé­né­ra­tion, la récu­pé­ra­tion de l’énergie ther­mique des moteurs, l’hydrodynamisme des carènes, l’efficacité des pro­pul­seurs, la pro­duc­tion et la dis­tri­bu­tion de l’énergie électrique.

Pour la ques­tion des émis­sions pol­luantes, STX est aujourd’hui en mesure de pro­po­ser des solu­tions fiables, éco­no­miques et dépas­sant les exi­gences régle­men­taires grâce à ses tra­vaux sur la pro­pul­sion au gaz natu­rel liqué­fié et sur les tech­no­lo­gies de cap­ture du soufre dans les fumées (scrub­ber).

Optimisation des processus

Dans un contexte de concur­rence inter­na­tio­nale très forte, une autre com­po­sante essen­tielle du pro­gramme de R & D porte sur les pro­ces­sus d’études et de construc­tion des navires. Nous met­tons en œuvre un pro­ces­sus de « réa­li­sa­tion concou­rante » : pour tenir les délais très courts (36 mois en moyenne), la fabri­ca­tion et le mon­tage du navire sont démar­rés alors que la tota­li­té des études n’est pas terminée.

“ L’utilisation d’outils de simulation numérique s’est largement répandue ”

Pour ce faire, des solu­tions très inno­vantes d’ingénierie-PLM (pro­duct life-cycle mana­ge­ment) sont mises au point, repo­sant sur l’interfaçage très étroit entre outils de CAO et ERP (enter­prise resource plan­ning) autour d’une maquette numé­rique unique.

L’utilisation d’outils de simu­la­tion numé­rique s’est lar­ge­ment répan­due, que ce soit dans le domaine des cal­culs pour opti­mi­ser l’hydrodynamisme des carènes ou dans celui de la réa­li­té vir­tuelle grâce au sou­tien de l’association Clar­té de Laval (par exemple pour la simu­la­tion de l’accessibilité d’un équi­pe­ment dans une zone du navire par­ti­cu­liè­re­ment dense).

Cela per­met d’améliorer la qua­li­té des études et d’éviter les modi­fi­ca­tions ulté­rieures, sources de surcoût.

Un robot intelligent

L’utilisation d’outils de simu­la­tion numé­rique s’est lar­ge­ment répandue.

Les pro­cé­dés de fabri­ca­tion font éga­le­ment l’objet d’une acti­vi­té de R & D et d’optimisation sou­te­nue. Le pro­jet « Char­man », par exemple, consiste à déve­lop­per un robot de sou­dage de coque (bor­dé) en col­la­bo­ra­tion avec l’Institut de recherche tech­no­lo­gique Jules-Verne de Nantes. Il s’agit d’un robot capable de se mou­voir sur un bor­dé ver­ti­cal pour réa­li­ser la jonc­tion de deux blocs de navire.

Ce robot aura toute l’« intel­li­gence » néces­saire pour suivre la bonne tra­jec­toire et adap­ter son cor­don de sou­dage à la géo­mé­trie des tôles à sou­der. C’est un exemple signi­fi­ca­tif d’accroissement de la pro­duc­ti­vi­té (plus besoin des écha­fau­dages néces­saires au sou­dage manuel) mais aus­si de la sécu­ri­té des opé­ra­teurs (plus de tra­vaux en hauteur).

En 2014, nous avons éga­le­ment mis en ser­vice une nou­velle uni­té de fabri­ca­tion : l’unité d’armement des pan­neaux (UAP). Elle a per­mis d’atteindre, pour l’Oasis III, un taux de pré­ar­me­ment des pan­neaux et des blocs (tuyaux, gaines de ven­ti­la­tion, che­mins de câbles, etc.) inéga­lé jusqu’à pré­sent, avant leur assem­blage dans la cale. Les gains de pro­duc­ti­vi­té sont significatifs.

Ces mêmes blocs sont peints et équi­pés de leurs bal­cons dans des abris mis en place sur l’aire de pré­mon­tage : on s’affranchit ain­si des aléas météo, tout en amé­lio­rant la qualité.

Enfin, le nou­veau por­tique, d’une capa­ci­té de 1 400 tonnes, per­met de construire des blocs plus lourds et plus volu­mi­neux, d’où une réduc­tion du nombre de blocs et de la durée d’assemblage des navires.

Les énergies marines

Le chan­tier naval de Saint-Nazaire, son envi­ron­ne­ment indus­triel, les com­pé­tences en matière d’ingénierie et de fabri­ca­tion qui s’y trouvent consti­tuent un excellent ter­reau pour le déve­lop­pe­ment de nou­velles acti­vi­tés indus­trielles en mer.

C’est pour­quoi STX France s’est natu­rel­le­ment tour­né depuis quelques années vers l’une de ces acti­vi­tés en fort déve­lop­pe­ment : les éner­gies marines. À titre d’exemple, deux modules off­shore ont été réa­li­sés en 2014 à Saint-Nazaire.

Le pre­mier est des­ti­né aux mar­chés des éner­gies marines renou­ve­lables : il s’agit d’une sta­tion élec­trique (top­side, fon­da­tion jacket et piles) d’une puis­sance de 210 MW, éle­vant le cou­rant d’une ten­sion de 33 kV en pro­ve­nance des éoliennes à une ten­sion de 132 kV pour pou­voir l’exporter vers la terre.

Cette sta­tion élec­trique est aujourd’hui en opé­ra­tion en Grande-Bre­tagne dans le parc éolien off­shore de Wes­tern­most Rough. Un des prin­ci­paux enjeux a été son très court délai de réa­li­sa­tion (17 mois).

Le deuxième est des­ti­né au mar­ché pétrole et gaz puisqu’il s’agit d’un module tech­nique élec­trique et de condi­tion­ne­ment d’air des­ti­né à la FPSO Giras­sol en Ango­la (floa­ting pro­duc­tion sto­rage and offloa­ding unit, uni­té flot­tante de pro­duc­tion, de sto­ckage et de déchar­ge­ment), pour en aug­men­ter la capa­ci­té de production.

Un des prin­ci­paux enjeux de la réa­li­sa­tion de ce module a été de conce­voir une struc­ture légère de manière à pou­voir réa­li­ser les tra­vaux d’intégration off­shore avec le moyen de levage mobi­li­sé à cet effet.

Offshore pétrolier et éolien

Dans le domaine de l’off­shore pétro­lier, le déve­lop­pe­ment de nou­velles tech­no­lo­gies a accom­pa­gné l’évolution des uni­tés de pro­duc­tion fixes vers des uni­tés flot­tantes (FPSO) ancrées à des pro­fon­deurs de plus en plus impor­tantes, ren­dant ain­si acces­sibles de nou­velles res­sources en hydrocarbures.

Module tech­nique de condi­tion­ne­ment d’air ins­tal­lé en Angola.

STX France a déjà réa­li­sé plu­sieurs études de concep­tion de FPSO ou d’unité flot­tante de pro­duc­tion de GNL axées sur la struc­ture du flot­teur, ou sur les quar­tiers d’habitation. Les fabri­ca­tions elles-mêmes peuvent être exé­cu­tées ailleurs qu’à Saint-Nazaire.

Le sec­teur des éner­gies marines renou­ve­lables est encore peu mature, à l’exception de l’éolien off­shore posé qui dis­pose à ce jour d’une base ins­tal­lée opé­ra­tion­nelle de taille signi­fi­ca­tive. En juillet 2014, on comp­ta­bi­li­sait (d’après les sta­tis­tiques de l’EWEA – Euro­pean Wind Ener­gy Asso­cia­tion) plus de 8 GW rac­cor­dés au réseau électrique.

En France, six pro­jets éoliens off­shore au large des côtes métro­po­li­taines ont été attri­bués à dif­fé­rents grou­pe­ments, pour une puis­sance totale de l’ordre de 3 GW. Ces pro­jets devraient voir le jour dans les années qui viennent, et d’autres vont être lan­cés pour pour­suivre le déploie­ment en France et ain­si contri­buer de manière signi­fi­ca­tive à l’objectif de 32 % d’énergies renou­ve­lables dans la consom­ma­tion finale d’énergie en 2030 fixé par la loi sur la tran­si­tion énergétique.

Pour y par­ve­nir il fau­dra tou­te­fois que l’innovation et le déploie­ment à grande échelle puissent en réduire les coûts à un niveau accep­table pour le consom­ma­teur : notam­ment par l’augmentation de la puis­sance uni­taire des tur­bines (il existe des déve­lop­pe­ments de machines pou­vant aller jusqu’à 10 MW), par l’augmentation de la taille des rotors (meilleur fac­teur de charge des machines), par la réduc­tion des délais de construc­tion (donc de la durée d’immobilisation du capital).

Grâce à l’innovation et à la R & D, les postes de trans­for­ma­tion élec­trique off­shore et les fon­da­tions métal­liques d’éolienne off­shore peuvent aus­si for­te­ment contri­buer à la réduc­tion des coûts de l’électricité éolienne off­shore.

Optimiser les plateformes

Sta­tion élec­trique de Wes­tern­most Rough (Grande-Bre­tagne).

Les postes de trans­for­ma­tion off­shore ont une fonc­tion clé dans la ferme éolienne, qui consiste à concen­trer l’électricité pro­duite par les éoliennes, en éle­ver la ten­sion et l’exporter vers la terre. Un cer­tain nombre de sys­tèmes de super­vi­sion et de sécu­ri­té de la ferme éolienne y sont éga­le­ment installés.

Le pro­gramme de recherche et déve­lop­pe­ment « Wat­teole » est lan­cé depuis trois ans. Il pour­suit plu­sieurs objec­tifs dont celui de la stan­dar­di­sa­tion. En effet, avec six pro­jets aujourd’hui attri­bués en France d’une puis­sance d’environ 500 MW cha­cun, il paraît tout à fait réa­liste de tra­vailler sur la défi­ni­tion d’une pla­te­forme commune.

Elle per­met­trait de pas­ser d’une logique de « pro­duit uni­taire » à une logique de « pro­duit série ». Les gains obte­nus liés à l’industrialisation du pro­duit et à la courbe d’apprentissage ou encore au volume d’achat seraient significatifs.

“ Un excellent terreau pour le développement de nouvelles activités ”

Un autre objec­tif de ce pro­gramme est de réduire la masse de la struc­ture en acier de la pla­te­forme. En effet, la masse est un impor­tant induc­teur du coût de la pla­te­forme ; la réduire per­met de dimi­nuer les coûts de fabri­ca­tion, de trans­port et d’installation en mer, et de réduire éga­le­ment la masse de la struc­ture sup­port de la plateforme.

L’enjeu est impor­tant et c’est bien une ana­lyse de coût com­plet de la fonc­tion qui doit être réa­li­sée. Il sera par­fois pré­fé­rable de ne pas pous­ser à l’extrême la cure d’amaigrissement : par exemple, les qua­li­tés des aciers devront être adap­tées à leur uti­li­sa­tion, tout en étant rai­son­na­ble­ment dis­po­nibles sur le marché.

Des structures des navires à celles des plateformes

Une des inno­va­tions mises en œuvre pour réduire les masses repose sur l’utilisation de méthodes de concep­tion de la struc­ture issues de la construc­tion navale plu­tôt que celles habi­tuel­le­ment uti­li­sées dans l’off­shore pétrolier.

“ Le croisement d’idées est une source importante d’innovation ”

Le stan­dard de l’off­shore pétro­lier, dont s’est natu­rel­le­ment ins­pi­rée l’industrie de l’éolien off­shore, est de conce­voir des struc­tures dites de type « poteaux-poutres » : seuls les poteaux et les poutres sont struc­tu­rels, les cloi­sons ver­ti­cales et les ponts ayant des fonc­tions telles que l’étanchéité ou l’isolation.

Dans les pla­te­formes élec­triques conçues par STX France, les cloi­sons ver­ti­cales et les ponts sont fabri­qués en pan­neaux d’acier rai­dis et contri­buent à la tenue de l’ouvrage. Outre la réduc­tion de masse, c’est aus­si l’industrialisation des pro­cé­dés qui per­met de réduire les coûts de fabrication.

En effet la fabri­ca­tion de pan­neaux d’acier rai­dis peut être plus faci­le­ment auto­ma­ti­sée que l’assemblage par sou­dage de poteaux et de poutres.

Croiser les idées

Les dif­fé­rents thèmes d’innovation et de R & D évo­qués illus­trent la com­plexi­té des pro­blé­ma­tiques ren­con­trées et per­mettent de sou­li­gner l’importance de la col­la­bo­ra­tion entre les dif­fé­rents acteurs. Ils démontrent aus­si que, comme sou­vent, le croi­se­ment des idées en pro­ve­nance de dif­fé­rents domaines tels que celui de l’off­shore pétro­lier, celui de la construc­tion navale et celui des éner­gies marines renou­ve­lables, est une source impor­tante d’innovation.

Rap­pe­lons qu’un fort déve­lop­pe­ment des éner­gies marines renou­ve­lables en France contri­bue­ra aus­si à la mise en place d’une indus­trie pérenne source de créa­tion d’emplois : c’est aus­si l’objectif de STX, qui a déci­dé d’investir 20 mil­lions d’euros dans la réa­li­sa­tion d’une uni­té de pro­duc­tion dédiée aux éner­gies marines, actuel­le­ment en construc­tion, qui déploie­ra des moyens et des méthodes de pro­duc­tion de pointe.

Dans les pla­te­formes élec­triques conçues par STX France, les cloi­sons ver­ti­cales et les ponts sont fabri­qués en pan­neaux d’acier raidis.

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