Chargé d'études : Amélioration des méthodes de dimensionnement thermique des liaisons sous-marines - F/H

Description de l'offre

Lieu : La Défense

Durée et/ou période du stage : 6 mois à partir de février 2024 (flexible)

Contexte :

RTE connait une forte augmentation de ses activités de développement du réseau électrique en mer. Cela résulte du nombre croissant de projets de raccordement éolien en mer et d’interconnexions sous-marines (Tous nos projets | RTE (rte-france.com). Ces projets sont portés par la Direction Ingénierie Interconnexions et Réseau en Mer (DIIREM) avec le support technique du Centre National d’Expertise du Réseau (CNER). Le CNER intervient entre autres sur la conformité des systèmes de câbles installés. Les équipes de la Division Système de Liaisons Sous-Marines (DSLSM) participent sur chacun des appels d’offre à la rédaction des spécifications, à la sélection des systèmes de câbles, puis au suivi de la qualification, de la production et de l’installation.

Afin d’optimiser la capacité de transport de ses liaisons, RTE cherche à améliorer ses méthodes d’estimation des pertes électriques et l’échauffement qui en résulte.

RTE is experiencing a sharp increase in its offshore grid development activities. This is the result of the growing number of offshore wind and submarine interconnection projects (Tous nos projets | RTE (rte-france.com). These projects are carried out by the Offshore Grid and Interconnection Engineering Department (DIIREM) with the technical support of the National Grid Expertise Centre (CNER). The CNER intervenes, among other things, on the conformity of the installed cable systems. The teams of the Submarine Links System Division (DSLSM) are involved in each call for tenders in drawing up the specifications, selecting the cable systems, then monitoring qualification, production and installation.

In order to optimize the transport capacity of its links, RTE is seeking to improve its methods for estimating electrical losses and the resulting heating. 

Objectifs :

Le stage vise à améliorer les méthodes d’estimation de la dissipation thermique autour des câbles sous-marins. La chaleur est générée par le courant traversant les câbles. Ce flux de chaleur se propage dans le sol et conduit à un champ de température autour du câble. Ce calcul guide le choix des tailles de câble, en fonction du transit visé.

Le dimensionnement thermique de câbles nécessite :

1. La caractérisation/quantification de nombreux paramètres externes (résistivités de sol, températures de sol…) ou internes (composants radiaux des câbles, armures…)
2. Des méthodologies de résolution de l’équation de la chaleur, soit via un solveur type « éléments finis », soit de manière analytique par simplification du problème

Historiquement, le dimensionnement thermique des liaisons sous-marines est réalisé en se ramenant à un seul mode de transfert thermique : la conduction. Cela permet une résolution analytique de l’équation de la chaleur et se révèle suffisant dans la majorité des cas. Néanmoins, pour des ouvrages complexes et de grandes tailles tels que les micro-tunnels, cette méthode de résolution n’est pas satisfaisante. Or, avec l’essor des projets sous-marins, RTE a besoin de plus en plus souvent de tels ouvrages.

Le stage cherchera donc, à l’aide du logiciel par « éléments finis » COMSOL Multiphysics, à améliorer la modélisation du transfert thermique par convection et rayonnement dans ces ouvrages complexes.

Le stage cherchera également à modéliser le transfert thermique par convection au sein de l’environnement extérieur, en particulier au niveau des enrochements (zone où nos liaisons sont recouvertes de roches) et dans les sols saturés ou partiellement saturés. Pour cela des études de sensibilité sur les paramètres externes tels que la perméabilité du milieu seront à réaliser.

Ce travail sera réalisé en suivant le programme ci-dessous :

1. Étude bibliographique des méthodes de calcul et des paramètres à considérer pour les simulations,
2. Compréhension physique des phénomènes et quantification de leur impact,
3. Test des modèles sur des cas d’études de références, et comparaison aux méthodologies/outils actuels.

Ces travaux seront au cœur des problématiques rencontrées sur les différents projets de raccordement, et peuvent donc faire l’objet de déplacements en usine ou sur chantier.

Le stagiaire aura, par sa présence au sein de DSLSM, une vision sur tous les projets sous-marins de RTE (raccordements éoliens et interconnexions).

Le stage donnera lieu à la rédaction d’un rapport et à une présentation orale des résultats. Il inclura une capitalisation du travail mené (données, codes et résultats).

The internship aims at improving the methods for estimating the heat dissipation around submarine cables. The heat is generated by the current flowing through the cables. The heat flow propagates in the ground and leads to a temperature field around the cable. This heat dissipation estimation guides the choice of cable size, depending on the transit targeted.

The main objective of the internship is to contribute to the improvement of underwater thermal design methods within the DSLSM team.

The thermal design of cables requires:

1. The characterisation/quantification of numerous external parameters (soil resistivities, soil temperatures...) or internal parameters (radial components of the cables, armours...)
2. Methodologies for solving the heat equation, either via a "finite element" type solver, or analytically by simplifying the problem

Historically, the thermal design of subsea links has been based on a single mode of heat transfer: conduction. This allows the heat equation to be solved analytically and is sufficient in most cases. However, for large, complex structures such as micro-tunnels, this method of resolution is not satisfactory. Yet, with the growth of submarine projects, RTE needs such structures more and more often.

Using COMSOL Multiphysics 'finite element' software, the internship will therefore seek to improve the modelling of heat transfer by convection and radiation in these complex structures.

The course will also seek to model heat transfer by convection within the external environment, in particular where our links are covered with rock and in saturated or partially saturated soils. To achieve this, sensitivity studies on external parameters such as the permeability of the environment will be carried out.

This work will be carried out according to the program below:

1. Bibliographical study of the calculation methods and parameters to be considered for the simulations,
2. Physical understanding of the phenomena and quantification of their impact
3. Testing of models on reference case studies, and comparison with current methodologies/tools.

This work will be at the heart of the problems encountered on the various connection projects, and may involve travel to factories or work sites.

The trainee will have, through his presence within DSLSM team, a vision on all RTE submarine projects (wind connections and interconnections).

The internship will result in the writing of a report and an oral presentation of the results. It will include a capitalization of the work done (data, codes and results).

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