Utilisation de tests non destructifs par ultrasons pour garantir le succès en eau profonde

Avant l'installation finale, GF Piping Systems a évalué l'état de chaque soudure par ultrasons, en utilisant un algorithme sophistiqué pour prédire les performances futures.

Lorsque l'Hôpital général de la Polynésie française (CHPF) a voulu améliorer le refroidissement de ses bâtiments, il s'est tourné vers une solution qui utilisait à la fois la ressource la plus courante sur terre et une manière innovante d'assurer le succès du projet.

Le CHPF, situé dans la capitale Papeete, est l'hôpital de référence de toute la nation, un territoire d'outre-mer de la France qui compte plus de 100 îles largement dispersées dans le Pacifique Sud. Compte tenu du climat tropical de la région, la climatisation est une priorité pour les établissements de santé. La température moyenne annuelle à Papeete est de 79 degrés F, avec une humidité élevée pendant la saison des pluies. Refroidir l'établissement avec la climatisation traditionnelle était énergivore, avec des effets négatifs sur l'environnement et les résultats de l'hôpital.

Pour contrer ces deux défis, CHPF s'est associé à Geocean pour installer le système de climatisation à eau de mer (SWAC) le plus long au monde.

Basée à Cassis, en France, Geocean est la division travaux maritimes et offshore de VINCI Construction Grands Projets. Ses travaux se concentrent sur les projets de construction near-shore et en eaux peu profondes où l'offshore devient progressivement onshore. En mettant l'accent sur le développement clé en main, ses capacités englobent la conception, l'approvisionnement, la construction et l'installation.

Dans les zones avec un accès facile à l'océan, les systèmes SWAC offrent une alternative respectueuse du climat. Puisqu'ils exploitent les températures déjà froides de l'eau de mer (puisée à des profondeurs inférieures à 700 m), les SWAC nécessitent beaucoup moins d'électricité (jusqu'à 75 %) pour obtenir les mêmes résultats de refroidissement. Selon une étude de 2020 dans la revue Energy Efficiency, 1 m3 d'eau dans un système SWAC peut fournir la même énergie de refroidissement que 21 éoliennes ou une centrale solaire de la taille de 68 terrains de football.

L'appel était clair pour le CHPF, mais les enjeux du projet de Geocean l'étaient aussi. Une fois la tuyauterie nécessaire posée au fond de l'océan, il n'y aurait plus de seconde chance : une confiance totale dans chacune des quelque 400 soudures était essentielle.

La clé du succès de Geocean est venue d'un partenaire expérimenté et d'une nouvelle technologie : GF Piping Systems et son test de soudure par ultrasons non destructif (NDT). La société a initialement développé sa version de CND par ultrasons pour les soudures métalliques, mais l'a également adaptée pour tester les joints sur les systèmes de tuyauterie en plastique.

Avec 60 ans d'expérience, GF Piping Systems fournit des systèmes de transport de fluides sûrs et durables. Comme en témoigne son développement de CND par ultrasons pour l'évaluation des soudures, la société se concentre fortement sur le partenariat avec les clients pour trouver des réponses aux problèmes.

Les soudures peuvent être le talon d'Achille de tout système de tuyauterie. Ils sont d'une importance cruciale pour un fonctionnement sûr et fiable, mais historiquement, jusqu'à une soudure sur 300 peut échouer. Jusqu'à tout récemment, il était impossible de vérifier la qualité des soudures dans les systèmes de tuyauterie en plastique lors de l'installation sans détruire les soudures.

Les propriétaires et les chefs de projet étaient confrontés à un douloureux dilemme : ils pouvaient choisir de détruire certaines soudures et espérer que tester certaines de cette manière fournirait une lecture valable de l'état des autres, ou ils pouvaient s'abstenir de procéder à des tests destructifs et accepter un niveau plus élevé de risque économique et de réputation. Les tests de pression conventionnels ne pouvaient tout simplement pas prédire avec précision l'avenir d'une soudure.

L'hôpital général de la Polynésie française est le principal hôpital régional de tout le pays, qui comprend des dizaines d'îles du Pacifique Sud.

Pour fournir une meilleure solution, GF Piping Systems a examiné 25 années de recherche sur les matériaux, cataloguant les détails fins de nombreuses soudures et suivant la corrélation entre ces informations et la résistance à long terme des soudures.

Ces données ont permis à GF Piping Systems de développer un algorithme propriétaire capable d'évaluer la probabilité d'une future défaillance de la soudure sur une base réussite/échec, avec des résultats disponibles dans les 24 heures.

Une fois sur place, les inspecteurs déploient des techniques telles que la diffraction en temps de vol et les tests par ultrasons multiéléments pour recueillir des informations sur l'état des soudures. Les soudures qui ne passent pas peuvent être remplacées immédiatement. Une fois que toutes les soudures sont passées, il est prudent de procéder à des étapes (telles que la fermeture d'une tranchée) qui rendent l'accès futur aux soudures difficile ou impossible.

Pour l'ambitieux projet de Geocean à Tahiti, l'importance de la tranquillité d'esprit à cet égard ne saurait être surestimée.

Le gouvernement de la Polynésie française a commandé le système SWAC pour CHPF dans le but d'aider à éliminer progressivement les combustibles fossiles tout en récoltant les avantages d'une consommation d'énergie réduite. Étant donné que SWAC s'appuie sur une ressource renouvelable et peut réduire les demandes d'électricité, Ocean Energy Europe l'a qualifiée de "technologie parfaite pour décarboner les systèmes de chauffage et de refroidissement sur les côtes du monde". Les systèmes SWAC sont également considérablement plus silencieux et plus compacts que les équipements de climatisation traditionnels.

Les systèmes SWAC fonctionnent en utilisant l'eau froide de l'océan pour refroidir une boucle fermée d'eau douce via un système d'échangeurs de chaleur. L'eau de l'océan qui a été réchauffée par l'échange est ensuite renvoyée à la mer. Pour le projet CHPF, Geocean a prévu une conduite d'amenée de 3 800 m qui se prolongerait dans l'océan jusqu'à une profondeur maximale de 900 m, avec trois pompes capables de puiser 1 million de litres d'eau par heure.

Le tuyau d'admission envoie de l'eau dans le système de climatisation de l'hôpital à une température d'environ 41 degrés F, tandis qu'un tuyau d'évacuation de 200 mètres renvoie l'eau à l'océan à environ 53 degrés F. Le refroidissement a lieu directement, par contact thermique, sans production d'électricité. Les conduites sont constituées de tuyaux en polyéthylène haute densité (HPDE) NPS 710 mm soudés par polyfusion. Avec une longueur totale de 4 300 m, le système est le plus long du genre au monde.

Pour créer un système aussi vaste sans perturber inutilement l'hôpital, le pipeline a été principalement assemblé sur un chantier à Papeari, de l'autre côté de l'île. À la fin, toute la longueur a été remorquée à travers l'océan jusqu'à un site de raccordement près de Papeete, soumettant le pipeline et toutes ses soudures à des conditions extrêmes. Des techniciens qualifiés ont travaillé jusqu'à neuf étages au-dessus du sol, puis ont effectué la délicate opération de raccordement du tuyau de plusieurs tonnes au réseau de climatisation de l'hôpital.

Une autre préoccupation était qu'une fois le tuyau posé, la tuyauterie flexible en polyéthylène se conformerait au fond océanique irrégulier, soumettant éventuellement les soudures à des contraintes supplémentaires, mais à un endroit où les réparations seraient impossibles. La connaissance préalable de l'état des soudures, avec une certitude scientifique, n'aurait pas pu être plus essentielle à la viabilité du projet.

Étant donné la nécessité absolue de savoir que les soudures tiendraient, le projet SWAC pour CHPF a fourni un cas de test presque parfait pour la capacité CND par ultrasons de GF Piping Systems, à la fois sur le plan technologique et organisationnel.

A plus de 4 000 m, le système de climatisation à l'eau de mer (SWAC) de l'Hôpital général de Polynésie française est le plus long du genre au monde. Geocean a achevé le projet de 32,6 millions de dollars en moins d'un an.

Heureusement, le projet a passé ce test avec brio. La construction du projet de 32,6 millions de dollars a été achevée en novembre 2021 après moins d'un an de travaux, malgré les perturbations de la COVID-19. Le système est devenu pleinement opérationnel à l'hôpital en juillet 2022. Toutes les parties concernées se sont senties satisfaites du résultat positif de leur collaboration.

« Chacune des 350 soudures réalisées a dû être inspectée par ultrasons, et GF Piping Systems a été le seul à nous prouver et à nous garantir l'efficacité de son système », a déclaré Roy Issa, chef de projet chez Geocean.

Damien Moine, responsable commercial utilités chez GF Piping Systems France, rappelle l'importance de ce rôle pour son entreprise. "Nous avons commencé par un support technique dès le lancement du projet, jusqu'à fournir un service unique sur le marché : le contrôle non destructif par ultrasons", a déclaré Moine.

Parallèlement, le SWAC atteint des objectifs importants pour le CHPF et pour la Polynésie française. Le système réduira la consommation annuelle d'électricité de l'hôpital de 12 GWh par an, ce qui représente 90 % de ses dépenses antérieures en climatisation et un peu plus d'un tiers de sa consommation totale. Les économies annuelles pour l'hôpital sont estimées à 2,9 millions de dollars.

L'hôpital produisant également 5 000 tonnes de CO2 en moins chaque année, Issa a noté que le projet devrait remplacer 2 % de l'énergie à base de carbone utilisée en Polynésie française. Environ les deux tiers de l'électricité en Polynésie française sont générés par du pétrole importé et (du moins jusqu'à présent) CHPF a été l'établissement le plus énergivore de la région.

Le concept SWAC a été développé pour la première fois dans les années 1960, et les premiers utilisateurs incluent l'Opéra de Sydney, qui a été achevé en 1973. Des systèmes existent actuellement dans des zones côtières de Hong Kong à Hawaï, y compris ailleurs en Polynésie française. Cependant, le véritable potentiel de cette approche n'a pas encore été pleinement exploité. Par exemple, les plans de durabilité régionaux actuels dans la région des Caraïbes ne se sont pas concentrés sur la technologie.

Un obstacle possible à l'adoption est le coût initial élevé de la construction. Cependant, l'investissement dans un SWAC est susceptible d'être récupéré à long terme. Par exemple, le SWAC installé au CHPF devrait avoir une durée de vie opérationnelle de 30 ans, mais les économies de coûts sont suffisamment importantes pour que le projet atteigne un retour sur investissement en 10 ou 15 ans.

La géographie est clairement une limite de cette solution. Strictement parlant, le SWAC n'est réaliste que pour les bâtiments très proches de l'océan. De plus, il est plus facile à exécuter dans des endroits où la profondeur de l'océan diminue relativement fortement du rivage, comme c'est le cas près de Tahiti. Cependant, des systèmes de refroidissement sur le même principe sont également possibles pour des sites proches de lacs profonds. Par exemple, Lake Source Cooling à l'Université Cornell utilise l'eau du lac Cayuga pour assurer le refroidissement du campus Cornell et de l'école secondaire Ithaca à proximité.

Selon un rapport de l'Agence internationale de l'énergie, l'énergie consommée par le refroidissement des bâtiments dans le monde a triplé entre 1990 et 2016, ce qui en fait la source de demande énergétique à la croissance la plus rapide. Ce niveau d'utilisation alourdit le réseau électrique dans les régions plus chaudes et génère plus d'un million de tonnes de CO2 dans l'environnement chaque année. Les températures élevées récentes à travers le monde suggèrent que le besoin de refroidissement ne fera qu'augmenter dans les années à venir. D'ici 2070, la demande mondiale de refroidissement pourrait dépasser la demande mondiale de chaleur.