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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