COMOSEA | Monitoring de la corrosion basée sur les données pour les parcs éoliens offshore

MOnitoring et gestion réalistes basées sur les données de la COrrosion sous-marine des fondations de parcs éoliens offshore 

La corrosion a un effet considérable sur la durée de vie des structures en acier offshore. Il n’existe actuellement aucune méthode précise et abordable pour contrôler la corrosion dans ces environnements. Une estimation plus précise des pertes matérielles dues à la corrosion permettrait de réduire les marges de sécurité ou de prolonger la durée de vie des structures.

COMOSEA (COrrosion  at SEA) est un projet de recherche visant à développer une approche réaliste pour le monitoring global de la corrosion grâce aux données SCADA des systèmes ICCP (Impressed Current Cathodic Protection).

Contexte

La corrosion représente un défi majeur pour les structures en acier en mer, générant beaucoup d’incertitudes. Il va sans dire que la corrosion entraîne de lourdes conséquences financières, car elle nécessite du matériel supplémentaire, de la prévention et des coûts d’inspection. 

L’étude d’impact réalisée par la National Association of Corrosion Engineers (NACE) [1] montre que 3,8% du PIB mondial est perdu chaque année en prévention et réparation de la corrosion. Dans le secteur maritime, cela peut même atteindre 19,9% du chiffre d’affaires [2,3]. En outre, l’incertitude sur l’étendue et l’emplacement de la corrosion, ainsi que sur l’efficacité des mesures de prévention, complique davantage la situation. L’inspection sous-marine est souvent difficile voire impossible et les résultats sont souvent discutables. 

Des projets comme MAXWind et l’implication de Sirris chez SOCORRO mettent en lumière la nécessité de solutions fiables de surveillance et de gestion de la corrosion basée sur les données pour les grandes structures en acier offshore et sans pilote. Des données à plus long terme provenant de sources multiples aident à comprendre les effets et leur contribution. 
 

Objectifs et résultats

Les opérateurs de parcs éoliens recherchent des modèles de durée de vie améliorés et une estimation précise de la fin de vie de leurs structures (prolongation ou mise en service antérieure). Les dommages causés par la corrosion doivent être introduits dans ces modèles via deux axes : 

1. une estimation correcte de la corrosion “générale” pour déterminer l’épaisseur de réserve restante (en termes quantitatifs) 
2. les dimensions et formes de la corrosion par piqûres. 

COMOSEA se concentre sur l’axe 1, actuellement la seule méthode appliquée, et utilise la perte d’épaisseur de paroi (ou la marge de corrosion) pour mettre à jour le rapport signal/bruit (S/N) dans les calculs de la durée de vie en fatigue. En termes de précision, il reste beaucoup à améliorer : la vitesse réelle de corrosion est aujourd’hui estimée de manière approximative, souvent basée sur des données théoriques, avec une large marge de sécurité. Des calculs plus précis permettraient de réduire les marges de corrosion (nécessitant moins d’acier et réduisant ainsi les coûts) ou de prolonger la durée de vie des structures.

COMOSEA travaille sur un moyen de surveiller la corrosion de l’ensemble du parc à l’aide des données SCADA du système ICCP (Impressed Current Cathodic Protection). Ces données sont déjà collectées sur toutes les fondations, ce qui est une excellente nouvelle pour la rentabilité du monitoring de la corrosion. L'axe (2), qui repose sur l’analyse des dimensions et des formes des piqûres, nécessite une compréhension fondamentale de la corrosion locale de l’acier au carbone dans un environnement marin. Cette approche fait encore l’objet de recherches à un niveau de maturité technologique (TRL – technology Readiness Level) faible et n’est encore appliquée dans l’industrie. 

Le principal résultat du projet est une description détaillée d’une configuration de mesure et d’un modèle permettant une estimation plus précise de la marge de corrosion restante. Cela servira de base pour l’évaluation de la durée de vie et sera intégré dans une directive destinée aux propriétaires ou exploitants. Cette directive expliquera les éléments suivants :

• Comment utiliser les données de protection cathodique pour surveiller les processus de corrosion. 
• Quel est l’impact de la corrosion sur les fondations de type monopieu,
• Et comment utiliser des sondes de qualité de l’eau, des coupons et des sondes de corrosion pour effectuer des mesures.

Ainsi, il sera expliqué comment ces trois aspects contribuent à l’élaboration de modèles de durée de vie plus précis. 
 

Approche

L’approche du projet peut être résumée comme suit :

L’objectif est de développer une méthode de surveillance et de gestion de la corrosion basée sur un concept de parc ICCP-leader en :

• Identifiant les épisodes de sous-protection (périodes où la corrosion peut se produire) lors des phases d’inactivité du système ICCP
   
• Identifiant les fondations présentant des “anomalies” dans les processus de corrosion, issues de variations de la consommation de courant ICCP qui ne peuvent pas être liées à des changements dans des paramètres connus. 

Une expérimentation contrôlée ICCP sera mise en place dans le port d’Ostende afin de collecter les données et les connaissances nécessaires pour développer ce modèle. L’objectif est de :

• Découvrir comment le potentiel de protection diminue lors des périodes d’inactivité et déterminer l’impact des facteurs environnementaux sur la consommation de courant ICCP. 
   
• Réaliser l’expérience avec des coupons de petites et grandes tailles. Si possible, effectuer également un test avec un acier enterré dans la zone boueuse.
• Faire durer cette expérience pendant au moins 1,5 ans.

En parallèle, une base de données de long terme sur la corrosion et l’ICCP sera construite et analysée, en s’appuyant sur plusieurs fondations de monopieux d’éoliennes en mer. Cela permettra de :

• Valider la méthodologie développée.
• Etudier l’inversion de l’oxygène dissous (‘DO inversion’) et sa corrélation avec le pH (résultats encore à publier des projets SOCORRO et MAXWind), ainsi que l’impact du design des monopieux, en lien avec les vitesses de corrosion observées et les résultats ICCP.

Groupe cible

• Les parties prenantes concernées par la corrosion dans un environnement maritime et/ou en espace confiné. 
• Les exploitants d’éoliennes offshore utilisant des systèmes de protection cathodique. 
• D’autres secteurs appliquant la protection cathodique.

Financement

• Type of project: ETF
• Project nr HBC.2024.0692 

Liens

• OWILAB
• NACE INTERNATIONAL IMPACT

Sources

[1] National Association of Corrosion Engineers (NACE). (2016). Economic Impact. Consulté le 1er juin 2023, à l'adresse suivante : http://impact.nace.org/economic-impact.aspx.
[2] Koch, G. H., Brongers, M. P., Thompson, N. G., Virmani, Y. P., & Payer, J. H. (2005). Cost of corrosion in the United States. In Handbook of environmental degradation of materials (pp. 3-24). William Andrew Publishing. 
[3 ]Kroon, D. H., Bowman, E., & Jacobson, G. Journal: American Water Works Association (2019)