Avant qu'une seule turbine ne soit ancrée dans le fond marin, les navires de levé doivent cartographier le terrain sous-marin avec une précision de centimètre.Les données recueillies, de la profondeur de l'eau et de la composition du fond marin aux obstacles enfouis et aux voies de câbles, influent directement sur le positionnement de la turbine, la conception des fondations, l'installation de câbles et la sécurité opérationnelle à long terme.À mesure que l'industrie éolienne offshore mondiale s'étend aux eaux plus profondes, aux endroits plus exposés et aux milieux géologiques de plus en plus complexes, les exigences en matière de levés hydrographiques se sont intensifiées.

Le rôle de l'arpentage hydrographique dans le développement des parcs éoliens en mer

Les relevés hydrographiques fournissent des données de base essentielles. Au cours de la reconnaissance, les relevés à grande échelle permettent de déterminer les profondeurs générales des eaux, les principales caractéristiques des fonds marins et les dangers potentiels tels que les épaves ou les affleurements rocheux. Les relevés de faisabilité permettent de préciser ces données pour délimiter les zones de turbine et les corridors de câbles appropriés.

Les données hydrographiques appuient également les évaluations d'impact environnemental (EIE) en cartographieant les habitats sensibles, les types de sédiments et les propriétés des colonnes d'eau. Par exemple, les images sonar à balayage latéral peuvent révéler la présence de prairies de graminées marines, de récifs coralliens ou de sites archéologiques qu'il faut éviter. De plus, les profileurs sub-fondents (p. ex., piquants, boomers, scintillants) des couches d'image sous le fond de mer pour détecter les blocs enfouis, les poches de gaz peu profondes ou les canaux paléo-calcaires qui pourraient déstabiliser les fondations.

L'Organisation hydrographique internationale (OHI) fournit des normes pour les levés hydrographiques, y compris la série S-44, qui définit des classes de précision à des fins de cartographie. Pour les applications éoliennes en mer, les levés répondent généralement aux normes de l'OHI ou de l'Ordonnance spéciale 1a, exigeant une incertitude verticale supérieure à ± 0,25 m et une incertitude horizontale inférieure à ±1,5 m, à 95 % de confiance.

Technologies et équipements clés

Sondes multifaisceaux Echo (MBES)

Les sondes multifaisceaux sont les principaux outils de cartographie bathymétrique dans les évaluations du vent en mer. Ils émettent un ventilateur de faisceaux acoustiques (jusqu'à 512 ou plus) à travers le fond marin, fournissant une couverture complète du fond marin avec une densité élevée. Les systèmes modernes MBES, tels que ceux de Kongsberg, Teledyne et R2Sonic, fonctionnent à des fréquences allant de 200 kHz à 700 kHz. Les fréquences supérieures (par exemple, 400 à 700 kHz) produisent une résolution plus fine mais ont une portée plus courte, ce qui les rend adaptés aux sites peu profonds et moyens.

Pour les sites en eau profonde (plus de 200 m), il faut des systèmes de MBS en eau profonde avec des impulsions plus longues et des fréquences plus basses, mais ils sacrifient une certaine résolution verticale. Les véhicules sous-marins autonomes (UVA) et les véhicules à distance (VCR) peuvent transporter ces systèmes plus près du fond marin, améliorant considérablement la résolution même en grande profondeur. Par exemple, un VUV Hugin équipé d'un MBS à haute fréquence peut cartographier les détails du fond marin à une résolution de quelques centimètres lorsqu'il est exploité de 30 à 50 m au-dessus du fond.

Sonar à balayage latéral (SSS)

Contrairement au MBES, qui mesure la profondeur, le scan latéral crée une image acoustique de la réflectivité du fond marin, révélant les textures, les ombres et les bords. Les systèmes de scan latéral remorqués ou montés sur véhicule (par exemple Edgetech, Klein) fournissent des images de pipelines, de câbles, de blocs, d'épaves et de structures biologiques.

Profileurs de sous-bottes (SBP)

Les profileurs sub-bastomiques envoient des impulsions acoustiques à basse fréquence (généralement de 1 à 24 kHz) qui pénètrent dans le fond de mer et réfléchissent à partir de couches de sédiments et d'objets enfouis. Les profileurs sub-bastomiques de Chirp peuvent, par exemple, représenter une stratigraphie sédimentaire inférieure à 50 à 100 m du fond de mer dans des conditions favorables.

Véhicules autonomes et sans équipage

Les véhicules sous-marins autonomes (UVA) et les véhicules téléguidés (VAR) sont devenus des outils standard pour les levés en eau profonde. Les VAR fonctionnent sans dispositif, après des missions préprogrammées utilisant le positionnement acoustique et la navigation par inertie. Ils peuvent exécuter des suites multicapteurs (MBES, scan latéral, profileur sous-bastom, magnétomètre et capteurs océanographiques) pendant des jours, couvrant de grandes zones de qualité de données constante. Les VAR restent fixés au navire et servent à des inspections ciblées, comme la vérification des pieux d'épingles ou des conditions de tranchées par câbles.

Rémunération pour le positionnement et la motion

Les systèmes mondiaux de navigation par satellite (GNSS) avec des corrections Kinematic en temps réel (RTK) ou Kinematic après traitement (PPK) fournissent une précision horizontale de 0,02 à 0,05 m. Pour les corrections verticales (poignées, pitch, roulis), des unités de référence de mouvement (MRU) sont montées sur le navire de levé ou sur les VUV et synchronisées avec les horodamètres sonar. Les MRU modernes intègrent des gyroscopes et accéléromètres à fibre optique pour compenser les mouvements en temps réel des navires, assurant que les sonorisations multifaisceaux sont correctement géoréférencées même dans les mers rugueuses.

Défis dans les levés hydrographiques en mer

Environnement marin dangereux

Les vents violents, les grosses houles (hauteur des vagues supérieure à 3 à 5 m), les courants forts et la lumière du jour limitée (surtout pendant les mois d'hiver) restreignent les fenêtres météorologiques pour les levés. Selon l'Organisation de gestion marine du Royaume-Uni, les fenêtres météorologiques typiques pour les levés en mer du Nord ne sont que de 40 à 60 % de l'année.

Deep Water et la topographie complexe

Les systèmes traditionnels de remorquage deviennent moins efficaces en raison de la longueur plus longue des câbles et de l'atténuation des signaux. Les eaux profondes augmentent également le coût et le temps des relevés par kilomètre carré. La topographie complexe des fonds marins – pentes profondes, vagues de sable, champs de blocs et moraines glaciaires – exige une planification adaptative des relevés. Par exemple, les vagues de sable peuvent atteindre 10 à 20 m de haut et migrer au fil du temps, exigeant des relevés répétés pour comprendre leur dynamique.

Précision et résolution des données

Pour un MOCS de 400 kHz fonctionnant à 200 m de profondeur, l'empreinte du faisceau à nadir peut être de 0,2 m, mais à la limite de la largeur (60°), il peut dépasser 1 m. La résolution horizontale se dégrade également avec la portée. Les pings près des bords de la largeur contiennent moins de sons par zone, ce qui entraîne des lacunes dans les données ou des artefacts d'interpolation. Les données du profileur de sous-fond dans l'eau profonde souffrent de pertes d'absorption et de propagation, réduisant la pénétration et la résolution.

Barrières réglementaires et permises

En Europe, la Directive-cadre sur la stratégie pour le milieu marin et la Directive sur les habitats imposent des restrictions au calendrier des relevés pour protéger les mammifères marins (p. ex. pendant les saisons de reproduction ou de migration) et les habitats sensibles. Le bruit provenant des réseaux de canons aériens (utilisés dans le profilage des sous-basses) peut perturber les cétacés; les mesures d'atténuation telles que les démarrages mous, les procédures de montée en flèche et les observateurs de mammifères marins sont obligatoires.

Contraintes liées au coût et au temps

Une campagne d'évaluation de site typique pour un parc éolien de taille moyenne (1 GW) peut coûter 5-15 millions d'euros, selon la profondeur, la superficie et l'équipement. Les tarifs de jour du navire pour un navire d'étude spécifique vont de 20 000 à 50 000 euros. Les opérations d'UVA coûtent moins par jour (de 5 000 à 10 000 euros) mais ont un débit de données plus faible.

Meilleures pratiques et solutions

Technologies avancées d'enquête

Les sondes modernes multifaisceaux avec des taux de ping plus élevés, une meilleure formation des faisceaux et un traitement en temps réel réduisent le bruit et améliorent la résolution même dans les mers rugueuses. Les systèmes tels que les Kongsberg EM 2040P et Teledyne Reson T50-R offrent des configurations à double tête qui couvrent deux fois la surface sans sacrifier la résolution. Pour les eaux profondes, les MBES à basse fréquence (par exemple, 50 à 100 kHz) combinés avec des unités à haute fréquence montées sur les UV offrent une couverture étendue et des détails fins.

Planification des enquêtes et des conditions météorologiques Windows

Les entreprises d'enquête utilisent des prévisions opérationnelles à des perspectives de 3 à 10 jours, combinées à des prévisions climatologiques saisonnières, pour planifier les mobilisations. Dans les régions où les tempêtes sont fréquentes (p. ex. la mer du Nord), les arpenteurs planifient souvent des campagnes pour les mois d'été (mai à septembre) lorsque les fenêtres météorologiques sont plus longues. Cependant, comme les changements climatiques modifient les modèles de tempête, une planification plus souple est nécessaire.

Traitement et validation des données

Les données brutes multifaisceaux subissent plusieurs étapes de traitement : correction de la vitesse de la marée et du son, suppression du mouvement du navire, filtrage aberrant et grille. Les progiciels avancés (par exemple CARIS HIPS et SIPS, QPS Qimera, EIVA NaviModel) intègrent des algorithmes comme CUBE (Incertitude combinée et estimation de la bathymétrie) qui calculent une meilleure estimation de la profondeur tout en quantifiant l'incertitude pour chaque sondage.

La comparaison des bandes recoupantes révèle des erreurs systématiques telles que le biais de roulis ou l'inadéquation de la vitesse du son. De plus, l'intégration des données géotechniques des forages avec les interprétations géophysiques permet de confirmer les types de sédiments et les limites des couches. Pour les relevés par câbles, l'arpenteur doit s'assurer que la position des obstacles enfouis (p. ex. les pipelines existants) est exacte à 0,1 m pour éviter les affrontements pendant les tranchées.

Conformité réglementaire et participation des intervenants

Les observateurs devraient préparer des évaluations de l'impact environnemental (EIE) spécifiques au plan de sondage, en utilisant la modélisation du bruit sous-marin pour démontrer que l'atténuation est adéquate. L'utilisation d'observateurs de mammifères marins et de systèmes de surveillance acoustique passive (PAM) assure la conformité. Il est également bon de partager les résultats de l'enquête avec les intervenants pour établir la confiance; par exemple, la diffusion de données bathymétriques qui aident les pêcheurs à éviter de nouveaux câbles ou structures.

Intégration aux levés géotechniques

Une fois que les données bathymétriques et les données du sous-fond sont traitées, les équipes géotechniques ciblent des emplacements précis pour les essais de pénétration des cônes (CPT) et les vibrocores. La connaissance des conditions exactes du fond marin leur permet d'éviter les blocs, les roches dures ou les sédiments instables, réduisant ainsi les risques de dommages à l'équipement ou de défaillance de l'échantillonnage.

Études de cas : Applications du monde réel

Ferme éolienne de la Dogger Bank (Royaume-Uni)

Le Dogger Bank, le plus grand parc éolien au monde (3,6 GW), est situé en mer du Nord, à 130 km au large de la côte britannique, avec des profondeurs d'eau allant de 18 à 63 m. Les caractéristiques du fond marin du site comprennent un till glaciaire, des vagues de sable et des canaux enfouis. Une campagne hydrographique complète a utilisé une combinaison de sonar à échos multifaisceaux, de sonar à balayage latéral et de profileurs sous-fond montés sur les navires d'arpentage et les VA. Les VA ont permis de cartographier en haute résolution l'ensemble du corridor de câbles au-delà du périmètre de 100 m de profondeur.

Projet Hornsea 2 (Royaume-Uni)

Hornsea Two (1,4 GW) a exigé des relevés sur une superficie de 480 km2 en mer du Nord, avec des profondeurs allant jusqu'à 60 m. Le projet a permis de rencontrer de nombreux blocs enfouis — qui étaient des restes de dépôts glaciaires — qui présentaient des risques pour l'installation de fondations.

Tendances futures

Apprentissage automatique et traitement automatisé des données

L'intelligence artificielle commence à faciliter l'interprétation des données sonar. Par exemple, les réseaux neuronaux convolutionnels (RNC) peuvent automatiquement classer les types de sédiments des fonds marins à partir de rétrodiffusion multifaisceaux ou d'images à balayage latéral. Les modèles d'apprentissage automatique peuvent également détecter les blocs enfouis, les naufrages ou les passages par câbles dans les données sous-fondaires, réduisant ainsi la charge de travail manuelle des géophysiciens.

Enquête en temps réel et enquêtes numériques

Les parcs éoliens offshore sont construits et les données hydrographiques en temps réel alimentent en modèles numériques jumelles. Ces modèles combinent bathymétrie, position des câbles et surveillance environnementale pour soutenir les opérations et l'entretien. Pour les parcs éoliens flottants, les conditions dynamiques du fond marin, telles que l'affouillement de la ligne d'amarrage, doivent être surveillées en permanence.

Intégration de la surveillance de l ' environnement

Les relevés hydrographiques intègrent de plus en plus des capteurs pour les paramètres environnementaux – turbidité, chlorophylle, oxygène dissous et bruit sous-marin. Ces données aident à la surveillance à long terme de l'impact écologique du parc éolien. L'imagerie par colonne d'eau multifaisceaux peut détecter les bancs de poissons, la présence de mammifères marins et même les courants subsurfaces.

Conclusion

L'étude hydrographique est un élément indispensable de l'évaluation des sites éoliens en mer. Des sites peu profonds près du littoral aux eaux profondes et exposées du plateau continental, la cartographie des fonds marins a une incidence directe sur la sécurité, le coût et l'efficacité de l'installation de turbines et de câbles. Bien que des défis comme les conditions météorologiques difficiles, les eaux profondes, la géologie complexe et les restrictions réglementaires persistent, l'industrie a développé des solutions solides : systèmes multifaisceaux avancés, véhicules autonomes sous-marins, planification minutieuse et traitement rigoureux des données.

Pour de plus amples renseignements sur les normes de levé hydrographique, consultez la page Organisation hydrographique internationale.Pour explorer les technologies de levé utilisées dans l'industrie, voir ].Les nouvelles et les données de projet de l'industrie sont disponibles à OffshoreWind.biz et 4C Offshore.