20 & 21 mars 2018 / paris - parc floral

LES RENCONTRES DE LA PEINTURE ANTICORROSION 2018© RPA – Tous droits réservés

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20 & 21 MARS 2018 / PARIS - PARC FLORAL

PROTECTION EN MILIEUX CONTRAIGNANTS :ENJEUX ET SOLUTIONS


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Protection anticorrosion des éoliennes offshore : enjeux & solutionsOlivier Le Guennec & Quang-Tung Tran (SAIPEM)

PROTECTION EN MILIEUX CONTRAIGNANTS : ENJEUX ET SOLUTIONS


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Sommaire

1. Protection anticorrosion des éoliennes offshore§ Cas des fondations de type Monopile§ Identification des phénomènes de corrosion§ Optimisation de la protection anticorrosion des Monopiles

2. Systèmes de peinture pour les éoliennes offshore§ Surface à protéger§ Systèmes de peinture§ Impact de la durabilité des systèmes de peinture


LES RENCONTRES DE LA PEINTURE ANTICORROSION 2018

© RPA – Tous droits réservés4

Différents types d’éoliennes offshore

Source: DNVGL

Partie 1 - Protection anticorrosion des éoliennes offshore



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Fondation de type Monopile

Source : SINTEF



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Mêmes phénomènes de corrosion observés sur les plateformes pétrolières

Phénomènes de corrosion

Externe / Interne

Zone atmosphérique

Zone d’éclaboussures

Zone immergée

Zoneenterrée

Corrosion uniforme

Corrosionbactérienne

Corrosion galvanique

Corrosion atmosphérique

Fatigue corrosion

Corrosion localisée (matériaux passivables)



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ü Surépaisseur de corrosion + Peinture

ü Peinture

ü Penture + Protection Cathodique

ü Protection Cathodique (PC)

Mêmes symptômes…… Mêmes traitements :

Avec une différence Majeure :

Incertitudes sur l’impact des

morphologies de corrosion

observées (aspérités) sur la

résistance à la fatigue corrosion

des zones critiques (soudures)

Principal référentiel pour la

protection contre la corrosion des

éoliennes offshore :DNVGL-RP-0416 (2016) « CorrosionProtection for Wind Turbines » :Ä ISO 12944, ISO 20340,

NORSOK M-501 … (Peinture)Ä DNVGL-RP-B401(Protection Cathodique)

Choix de la barrière de protection est dictée par l’utilisation exclusive des courbes de fatigue S-N (Contraintes v.s. Nombre de cycles)• S-N dans l’air• S-N dans l’eau de mer avec PC

(DNVGL-RP-0005)



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EXT & INT : Peinture

EXT : PC avec ou

sans peinture

EXT : PC (drainage

de courant)

EXT & INT (au-dessus de la ligne d’eau) :

Peinture + Surépaisseur de corrosion

EXT & INT (en-dessous de la ligne d’eau) :

Peinture + PC

Protection des surfaces externe et interne des monopiles(DNVGL-RP-0416)

INT :

ü PC avec ou sans

peinture

ou

ü Surépaisseur de

corrosion avec ou

sans peinture

EXT: extérieur

INT:

intérie

ur



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-- ®++ OHeOHO 442 22

-- +®+ OHHeOH 222 22

Réactions à l’anode:-+ ++® eHOOH 442 22

-- +® eClCl 22 2

Réactions à la cathode:

-- ®++ OHeOHO 442 22-- +®+ OHHeOH 222 22

Réactions à la cathode:

Réactions à l’anode:-

+ +® eAlAl 33

Courant imposé Anodes galvaniques

Protection cathodique: anodes galvaniques ou courant imposé



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Protection cathodique - Surface externe

Illustration de la miseen place des anodes

MMO *(Courant imposé)

Illustration de la miseen place des

anodes galvaniques:Anneauxd’anodes

Source : MME

* MMO: Mixed Metal Oxide



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Protection cathodique - Surface interne

Illustration de la mise en place des chaines d’anodes

galvaniques ou MMO (courant

imposé)

Source : Deep Water

Source : Deep Water



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A la recherche d’une protection optimisée des monopilesZone d’éclaboussures: durabilité des peintures trop limitéeÄ « plus de 15 ans » seulement pour systèmes « Haute Durabilité » selon ISO 12944-5 (2007)

Quantité élevée d’anodes galvaniques (≈ 15 tonnes/pile) :Ä Impact environnemental de la dissolution des anodes dans l’environnement ?

Surface externe : nécessité d’avoir plus de 2 anneaux d’anodesÄ Coût de la post-installation offshore !!!

Effets secondaires de la mise en œuvre de la protection cathodique interne (espace semi fermé): acidification du milieu (hydrolyse des ions d’aluminium), formation de gaz H2, Cl2

Extension de la durabilité des peintures jusqu’à 30 ans ? Ä ISO 12944 révisée (2018)

Conservatisme des codes de calculs pour la PC : • Diminution du courant de

protection en milieu semi fermé ?

• Diminution du courant de drainage dans le sol?

Nécessité d’implémenter des systèmes de ventilation de l’air / de renouvellement de l’eau à l’intérieur des piles



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Restrictions sur le relargage des métaux dans l’environnement

Cadre réglementaire (Arrêtés Préfectoraux) impose des principes de précaution

Zinc = métal lourd (densité>5000kg/m3)

ÄZinc pur proscrit pour les anodesgalvaniques

ÄZinc limité à 5% dans les anodesgalvaniques à base d’Aluminium

Aluminium naturellement présent dans le milieu

marin (concentration moyenne dans l’eau demer varie de 2 à 150 μg/l)

Ä Masse d‘Aluminium limitée à ≈ 15 tonnes/ pile

ÄVers un moratoire sur l’étude des dangers del’Aluminium sur les organismes vivants ?(Parcs éoliens des îles d’Yeu et Noirmoutier)

Incertitude actuelle sur les possibles effets nocifs de la dissolution des anodes galvaniques utilisées par la PC sur les organismes vivants dans l’environnement

Y a-t-il un impact réel ?



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Partie 2 : Les systèmes de peinture pour les éoliennes offshore

1- Définition des surfaces à

protéger

2- Définition des systèmes

de peinture pour éolienne

3- Impact de la durabilité des systèmes de

peinture



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Définition des surfaces à protéger

Zone atmosphérique

•Extérieur / Intérieur de la pile (C5M)

• ~950 m² par éolienne

•Structure secondaire (C5M)


•Echelle et garde-corps (galvanisé)


Zone d’éclaboussures

•Extérieur / Intérieur de la pile (C5M / Im2)


Zone immergée

•Extérieurs/Intérieurs de la pile (Im2)


Soit ~260.000 m² de surface à peindre pour

un champ de 80 éoliennes comme par ex.

Courseulles ou Saint-Nazaire.



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Basé sur les Standards du Client / fabrication (DNV, …)

- Définition du design

- Définition des prérequis techniques

… l’ISO 12944

- Considérations de design

- Sélection par rapport à l’environnement

- Pré-sélection des systèmes de peinture

… le Norsok M 501

- Confirmation de la pré-sélection des systèmes pour le milieux offshore

- Vérification de la pré-qualification des systèmes sélectionnés

… l’ISO 20340

- Anticipation de la durabilité afin de déterminer l’impact sur la maintenance

Séle

ctio

n d

u s

ystèm

e

de p

ein

ture

En prenant en compte les impositions environnementales (cadre réglementaire)

Les requis liés à l’inspection et la maintenance

Les contraintes liées à la méthode d’installation

Comment sélectionner les systèmes de peinture ?

Recom

mandatio

ns

/ Im

posit

ions t

echniq

ues

Contrain

tes

addit

ionnelles



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Que recommandent les standards ?Extérieur & Intérieur – Zone Atmosphérique (C5-M)

NORSOK M501 rev 6& ISO 12944-5 (rev 2007)

Système 1 (Pré-qualifié) - Haute Durabilité

Première couche 1 x Zn (R) 1 x 60 µm

Couche

intermédiaire

1 x EP 1 x 160-180 µm

Couche de finition 1 x PU 1 x 60-80 µm

Epaisseur totale Min. 280-320 µm

conforme à ISO 20340

Extérieur & Intérieur – Zone Atmosphérique (C5-M)

Echelles & Rampes


Système 6B – Haute Durabilité

«Hot Dip Galvanizing» HDG 125 µm

Première couche 1 x EP 75-80 µm

Couche intermédiaire 1 x EP 100-160 µm

Couche de finition 1 x PU 50-80 µm

Epaisseur totale Min. 350-445 µm

conforme à ISO 20340

/!\ « Haute durabilité » selon ISO 12944-5 version 2007

Zn (R): Primaire riche en zinc / EP: Epoxy / PU: Polyuréthane



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Que recommandent les standards ?

Extérieur & Intérieur - Zone d’éclaboussures (C5-M & Im2)

Système 7A (Pré-qualifié) – Haute Durabilité

Première couche 1 x EP GF 1 x 300 µm

Couche de finition 1 x EP GF 1 x 300 µm

Epaisseur totale Min. 600 µm


Extérieur & Intérieur – Zone immergée (IM2)

Système 7B (Pré-qualifié) – Haute Durabilité

Première couche 1 x EP GF 1 x 175 µm

Couche de finition 1 x EP GF 1 x 175 µm

Epaisseur totale Min. 350 µm

NORSOK M501 rev 6 conforme à l’ISO 20340

conforme à l’ISO 20340

/!\ « Haute durabilité » selon ISO 12944-5 version 2007

EP GF: Epoxy « Glass Flake » (renforcé aux écailles de verre)



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Les peintures et l’environnementLes peintures comme solution ?

Cadre réglementaire

• Restrictions sur les relargage des certains métaux ex. Zn et Al

Conséquences

• Limitation de la protection active par anodes galvaniques (sacrificielles type Zn ou alliage Al)

Solution apportée par la peinture

• Diminution des surface nues a protéger et réduction des quantités de Zn et Al relarguées dans l’environnement

Environnement

• Pas d’impact sur l’écosystème (CMR*, métaux lourds)

• Pas de substances nocives solubles

Corrosion• Compatibilité avec la

protection cathodique• Respect des

coefficients de dégradation des peintures ou ‘CBF’ (Coating Breakdown Factor) pour la durée de vie prévue

Oui, mais …

* CMR : Cancérogène, Mutagène et Reprotoxique



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Impact de la durabilité des peintures

Système haute

durabilité

Allongement de la durée avant première

maintenance (majeure)

RéductionOPEX

Impact sur le CAPEX ** – Zone d’éclaboussures / immergée

Système haute

durabilité

Diminution de la dégradation

dans le temps

Diminution du nombre

d’anodes à installer

RéductionCAPEX

Impact sur le CAPEX – Zone d’éclaboussures

Système haute durabilité

Prise en compte des courbes de

fatigue en air

Diminution surépaisseur de corrosion

RéductionCAPEX

Impact sur l’OPEX * – Zone atmosphérique

* CAPEX : « Capital Expenditure » ou dépenses d’investissement** OPEX : « Operational Expenditure » ou dépenses d’exploitation



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Impact sur les coûts d’installation

Système haute durabilité

Diminution de la quantité d’anodes à

installer

Diminution des travaux d’installation

offshore

RéductionCAPEX

Système haute

durabilité

Diminution surépaisseur de corrosion

Diminution du poids total de

l’éolienne

Bateau d’installation

moins coûteux

Réduction CAPEX



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Par contre :

Un système plus durable mais pas plus complexe / ni plus épais car …

Système plus

complexe ou augmentation

des épaisseurs

Temps

d’application plus long

Peinture (peut

être) en temps critique

Planning de

production rallongé

Augmentation

CAPEX

Durabilité > 15 ans envisageable avec les systèmes actuels ?

Envisageable selon Force Technology (« Offshore Wind Farms Sucessful CorrosionProtection and Effective Quality Management » - JPCL Déc. 2016): système standard en

zone d’éclaboussure (ex. 660 µm) susceptible de résister à plus de 15 ans (durabilité > 15

ans) sous réserve de:

• L’élaboration d’une spécification technique ad hoc précisant les requis d’application (préparation

de surface, application, tests et contrôles finaux)

• La formation appropriée des applicateurs

• L’inspection des travaux de peinture par un inspecteur qualifié et certifié



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Conclusions & Perspectives

Meilleure qualification de la robustesse des systèmes de peinture

Mise à jour des standards de peinture offshore

Augmentation de la durée avant la première maintenance majeure

Meilleure maîtrise de la protection anti corrosion des éoliennes offshore

ü Rôle essentiel de la peinture pour la protection anticorrosion

des éoliennes offshore

ü Importance de la sélection des systèmes de

peinture pour réduire le CAPEX et l’OPEX

mais …

G Révision ISO 12944-1 (2017) & 12944-5 (Fév. 2018):Þ « haute » durabilité de 15 à 25 ansÞ « très haute » durabilité > 25 ans



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Conclusions & Perspectivesü Référentiel pour la protection contre la corrosion des éoliennes offshore

Principal référentiel est actuellement le DNVGL-RP-0416

Référentiel allemand en cours d’élaboration:• Parties publiées en Juillet 2017:

- VGB-S-021-01-2017-06-EN “Part 1: General”,- VGB-S-021-02-2017-06-EN “Part 2: Requirements for Corrosion Protection Systems”- VGB-S-021-03-2017-06-EN “Part 3: Application of Coating Systems”

• Parties 4 (Protection cathodique), 5 & 6 (réparation, contrôle et inspection en service des systèmes de peinture) en cours de préparation

ü Intérêt d’un référentiel français ?

Pour pendre en compte et homogénéiser à l’échelle nationale les impositionsréglementaires françaises relatives notamment à l’environnement (types d’anodesgalvaniques, CMR dans les peintures, substances nocives solubles etc.), traitées à ce jourlocalement aux travers d’Arrêtés Préfectoraux

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