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Les énergies marines

De Wikhydro
Site internet du RFRC : Réseau Français de Recherche Côtière

Sommaire

Introduction

Dans le domaine des énergies renouvelables, plusieurs phénomènes naturels sont actuellement exploités pour le développement de solutions alternatives comme l’éolien ou le solaire. Mais aujourd’hui, plusieurs de ces processus marins tiennent une place grandissante au sein de la famille des énergies propres : la marée, les courants marins et la houle. (a completer)

L’énergie marémotrice

Le dimensionnement des ouvrages destinés à récupérer l’énergie marémotrice est facilité par la connaissance parfaite des cycles de marée, d’où un rendement satisfaisant des installations. Cette énergie peut être captée de deux manières : en se servant uniquement des variations du niveau d’eau (on récupère alors une énergie potentielle par l’intermédiaire de barrages) ou en exploitant les courants de marée avec des hydroliennes (on capte ainsi de l’énergie cinétique).

Fonctionnement

Ce type de structures fonctionne sur les différences de niveaux d’eau entre chaque côté de l’usine et n’est donc envisageable que dans des zones où le marnage dépasse les 5 m. Une usine se compose d’un barrage, positionné dans un estuaire et muni de turbines. Ces dernières vont récupérer l’énergie de la marée en utilisant la force des millions de mètres cubes d’eau entrant et sortant de l’estuaire lors du cycle de marée. Enfin, un générateur va convertir l’énergie fournie par les turbines en électricité. Cet ouvrage peut être utilisé aussi bien lors de marées montantes que descendantes, à condition de se munir de turbines avec des pales à double effet (tournant dans les deux sens).

Puissance générée

Chaque année, la marée dissipe une énergie équivalente à 22.000 TWh soit 1/5ème de la consommation mondiale. Cependant, le nombre de sites, où l’installation d’usines marémotrices est envisageable, reste limité. L’usine de la Rance, seul ouvrage du genre en France, produit 0,5TWh chaque année grâce à 24 turbines à double effet. Par conséquent, seule une fraction de cette énergie est récupérable actuellement.

Coûts

Le coût des différentes usines marémotrices varie d’un projet à l’autre car évidemment, plus sa capacité de production est élevée, plus son coût de fabrication s’en trouvera augmenté. L’usine de la Rance, par exemple, représente un investissement initial de construction de 500 millions d’euros. En Grande-Bretagne, l’usine marémotrice.

On peut cependant considérer qu’il s’agit d’un investissement rapidement amorti si l’on compare le prix de revient de l’énergie produite par l’usine marémotrice de la Rance, fonctionnant depuis 40 ans, qui est de 18 centimes/kW, à celui de l’énergie photovoltaïque, qui est de 42 centimes/kW à l’heure actuelle.

Les coûts de maintenance sont, quant à eux, difficilement chiffrables.

Inconvénients

  • Le nombre de sites qu’il est possible d’équiper est limité. Il faut un fort marnage, des conditions hydrodynamiques amplifiant l’onde de marée et une topographie garantissant la stabilité de la structure.
  • Les aménagements se révèlent particulièrement destructeurs pour l’environnement : corrosion des matériaux de l’usine, modification de la sédimentologie et de la courantologie des zones d’implantation, rupture de l’équilibre entre espèces.

Ces difficultés ont amené à l’abandon de presque tous les projets d’usine marémotrice à travers le monde. La récupération d’énergie cinétique des courants de marée par des hydroliennes s’est alors imposée comme une méthode prometteuse.

L’énergie des courants

Face aux difficultés de mettre en place une usine marémotrice, une nouvelle technique a rapidement vu le jour. L’immersion d’hélices sous-marines au fond des estuaires, soumis à de fortes marées, permettrait d’exploiter les courants des marées sans construire de barrage.

Fonctionnement

L’hydrolienne fonctionne sur le même principe qu’une éolienne. Des turbines munies de pâles sont disposées dans l’axe des courants, pour éviter une trop forte résistance au courant et la détérioration du matériel (dans un estuaire pour les courants de marée ou au large pour les courants marins). C’est l’énergie cinétique de ces courants, dont la vitesse doit dépasser 3 nœuds sur des durées assez importantes pour être exploitable, qui est récupérée et convertie en électricité.

Le générateur, relié aux turbines, ne peut pas être entraîné par le simple mouvement de rotation des pâles, trop faible (moins de 200 tours minutes). La présence d’un multiplicateur est donc préférable pour augmenter cette vitesse de rotation. De nombreux constructeurs français et européens ont compris l’importance de cet outil pour le bon fonctionnement des hydroliennes et fabriquent des multiplicateurs qui transmettent 95% minimum de l’énergie des pâles au générateur.

Enfin, un corps mort est indispensable pour la fixation de l’engin sur le fond.

Puissance

L’énergie fournie par les courants marins est une énergie cinétique, elle est fonction de la masse et de la vitesse du volume d’eau. La puissance motrice de l’eau qui traverse le rotor est donc donnée par :

LaTeX: W=1/2. ρ. U<exp>3</exp>

Avec W la puissance en W/m<exp>2</exp>, ρ la masse volumique égale à 1024 kg/m<exp>3</exp> et U la vitesse du courant en m/s. Le grand intérêt de cette technique est que la densité de l’eau, 1000 fois supérieure à celle de l’air, permet à une hydrolienne de produire plus d’électricité qu’une éolienne, à dimensions identiques. Cette caractéristique est représentée dans le tableau ci-dessous.

Ressource Courant marin Courant marin Vent Vitesse en m/s 1,5 2 13 Puissance en kW/m² 1,7 3,9 1,4

Coût

La technologie étant assez nouvelle, il est difficile d’établir une moyenne des sommes à investir pour ce type de projets. Cependant, en comparant avec l’expérience reçue grâce aux éoliennes offshore, on peut penser que le coût sera de l’ordre de 2 500 €/kW à 3 500 €/kW selon la profondeur d’eau, le type de sol, la distance à la côte et la taille du parc.

Toutefois, sachant que le gisement de courants marins exploitables représente 3 GW environ en France, le long des côtes de la Manche et la pointe de la Bretagne, EDF R&D prévoit d'installer dans cette zone, d’ici 2012, une centrale hydrolienne de 4 à 10 rotors, pour une capacité totale de 4 à 6 MW. Ancrées par 35 m de fond, dans l'anse de Lesnay, les hydroliennes devraient pourvoir aux besoins de 5 000 foyers, soit l'équivalent des 3 communes à proximité. Le coût annoncé de l'opération : 20 millions d'euros.

Avantages et inconvénients

L’énergie est ici inépuisable et continue: en effet, le vent ne souffle pas en continu sur terre, alors que les courants sont toujours présents sous l’eau. Le positionnement des hydroliennes étant le plus souvent immergé, leur impact visuel sur le paysage est bien moindre que les usines marémotrices ou éoliennes offshores. Les nuisances sonores et lumineuses pour les riverains sont également éliminées.

En revanche, la résistance de l’hydrolienne est un important problème car cette dernière est soumise à des conditions particulièrement difficiles telles que la salinité, la puissance des courants, le sable en suspension, etc.… La maintenance s’avère également compliquée à mettre en œuvre en raison de l’accès limité au champ d’hydroliennes, qui nécessite un personnel formé spécialement pour la maintenance en mer. De plus, certains types d’hydroliennes ne possèdent pas de système leur permettant de remonter en surface, la maintenance doit alors être effectuée sous l’eau, par des plongeurs.

La rouille et la corrosion des matériaux la composant ne permettent presque pas leur récupération et leur réutilisation après la fin de la vie de l’hydrolienne. Ceux-ci sont donc destinés à être détruits ou jetés et se transforment en déchets. Un autre inconvénient se trouve dans le financement: en effet l’investissement est en général trop important pour les entreprises, et l’état seul ne peut assurer le financement complet d’un champ d’hydroliennes.

Projets français

Plusieurs entreprises françaises s’intéressent à ce type d’énergie car Hydrohelix Energies a récemment identifié plus de 200 sites sur le littoral atlantique ou cette technologie serait particulièrement rentable. Sur le littoral breton, trois sites permettraient une production d’électricité optimale :

  • La Chaussée de Sein (21 km de long) avec des courants jusqu'à 6 noeuds donnerait lieu à la contruction d’un parc hydroliennes de 1000MW,
  • Le Fromveur (même installation) avec des courants jusqu'à 8 noeuds produirait le double de la Chaussée de Sein,
  • Le Raz Blanchard (même installation) avec des courants jusqu'à 10 noeud permettrait l’installation d’une centrale de 3000 MW.

Cette dernière a par ailleurs deux projets en cours :

  • Marénergie qui a été labellisé par le Pôle Mer de Bretagne en décembre 2005, mais n’a pas reçu les financements nécessaires. (10 millions d’€)
  • Sabella pour la construction d’une hydrolienne 4 fois plus petite que les futures hydroliennes prévues dont le prototype a coûté 750 000 €. Elle fut plongée à 23 m de profondeur, durant 133 jours pour des essais concluants en Décembre 2008.

Dans un autre registre, la SARL Aquaphile a travaillé sur le concept des Hydrogen, hydroliennes flottantes (sur le concept des roues à aubes flottantes) ancrées sur le fond, utilisant les courants de marée. Le premier modèle est désormais commercialisé.

Enfin, le laboratoire grenoblois LEGI s’attèle au projet HARVEST visant à la réalisation d’une hydrolienne à turbines verticales en chaîne entre un flotteur et un point d’ancrage sur le fond.

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