Hydrolienne

Une hydrolienne est une turbine sous-marine qui utilise l'énergie cinétique des courants marins, comme une éolienne utilise l'énergie cinétique de l'air.

Principe de départ

La puissance cinétique d'un fluide traversant un disque de section $S \,$ est :

$P_{cin} = \frac{1}{2} . \rho . S . Vˆ3 \,$ en W, avec :

$\rho \,$ : masse volumique du fluide (eau douce 1000 kg/m³, eau de mer 1025 kg/m³)

$V \,$ : vitesse du fluide en m/s

Encore plus strictement que pour une éolienne, l'incompressibilité du fluide impose que le produit de la vitesse $V$ par la section $S$ de la veine de fluide qui traversera ou a traversé le disque est constant. Devant le disque de l'hydrolienne, le fluide est ralenti et la veine s'élargit. Au niveau de l'hydrolienne le changement de section est négligeable et par conséquent (paradoxalement) la vitesse du fluide est constante. Après le disque, le fluide est toujours ralenti et la veine s'élargit toujours. Un modèle élémentaire de fonctionnement des hélices, dû à Rankine et Froude permet d'évaluer la fraction de la puissance cinétique récupérable au moyen d'un disque perpendiculaire à un fluide en mouvement. C'est la limite de Betz, identique à 16/27 = 59%. Cette limite peut être dépassée si le courant de fluide est forcé dans une veine de section variable au lieu de circuler librement autour de l'hélice.

Comparé à une éolienne, les hydroliennes tirent profit de la masse volumique de l'eau, 832 fois plus élevée que celle de l'air (environ 1, 23 kg/m³ à 15 °C). Malgré une vitesse de fluide généralement plus faible, la puissance récupérable par unité de surface d'hélice est bien plus grande pour une hydrolienne que pour une éolienne.

Avantages et Inconvénients

Avantages : En utilisant l'énergie marémotrice, les hydroliennes exploitent une énergie inépuisable, non polluante (tout comme le vent avec les éoliennes) et prédictible (des modèles permettent de prédire avec précision les courants de marée en un lieu donné).

Inconvénients : Il y a par contre des inconvénients pour la maintenance. Au niveau de l'accessibilité, certaines hydroliennes sont pourvues d'un pied qui dépasse de l'eau. Il peut aussi y avoir des perturbations d'importance mineure pour la sédimentation et les poissons.

Impacts envisageables

Les impacts potentiels de ces capteurs sont toujours mal connus, et préoccupent surtout les pêcheurs qui travaillent dans les zones d'intérêt ; selon certaines hypothèses, les turbines créeraient des zones de turbulence, empêchant les dépôts de sédiment et par conséquent le développement de la flore, et créant ainsi à long terme une zone morte. Les hydroliennes pourraient aussi heurter quelques animaux marins qui, trop curieux, se seraient approchés trop près.

Le captage de l'énergie des courants ralentit la vitesse du fluide dans l'axe de la turbine ce qui provoque une légère accélération des courants de contournement; ce phénomène se rencontre lorsque l'eau passe le long d'une roche : les poissons évitent les obstacles en suivant les lignes qui plus est fortes vitesses. D'autre part, le régime de rotation du rotor est limité par la vitesse en bout de pale à cause du phénomène de cavitation. Ainsi les grandes hydroliennes ne tourneront qu'au rythme de 10 à 20 tours par minute et leurs effets se limiteraient aux turbulences en aval de l'hydrolienne. Les sédiments ne se déposeraient pas autour de l'hydrolienne, ce qui éviterait l'envasement que connaît l'usine marémotrice de la Rance, et favoriserait l'entretien. Qui plus est , une vitesse de rotation suffisamment faible ne perturberait pas les poissons.

Il faut aussi considérer que les sites préférentiels pour l'installation d'hydroliennes sont des sites de courants forts à particulièrement forts (plus de 3 m/s), où les conditions sont peu favorables au développement de la faune et de la flore. Les cartes marines montrent que ces zones sont exclusivement composées de roches ou de gravières de gros calibre. L'impact environnemental de l'énergie hydrolienne est aujourd'hui étudié dans de nombreux projets de recherche et développement en Europe dans la Manche, la mer du Nord et la mer Baltique.

Potentiel

Le potentiel européen de l'énergie hydrolienne est , selon plusieurs études menées il y a quelques années axées sur ce projet d'envergure mondiale, à à peu près 12, 5 GW qui pourraient produire 48 TWh annuels, ce qui représente la capacité de trois centrales électriques récentes.

D'après EDF^[1], la France posséderait la seconde ressource européenne, soit 20% du potentiel européen, correspondant à 10 TWh pour 3 GW «installables», répartis entre la Bretagne et le Cotentin.

Les courants marins pourraient être exploitables partout dans le monde ; les courants de marée forment cependant pour le moment le domaine préférentiel de ce type de technologie : les courants de marée présentent en effet, comparé aux courants généraux (comme le Gulf Stream) des caractéristiques spécifiquement favorables :

intensité importante (dans certaines zones les courants de marée peuvent atteindre ou dépasser 10 nœuds, soit 5 m/s, tandis que les courants généraux dépassent rarement 2 nœuds) ;
proximité de la côte : les veines de courant intense apparaissent dans des zones de faibles profondeurs localisées à proximité de la côte, ce qui en favorise l'exploitation ;
direction stable : les courants de marée sont le plus souvent alternatifs, ce qui simplifie le système de captage ;
enfin, prédicibilité : les courants de marée sont idéalement prévisibles, dans la mesure où ils ne dépendent que de la position relative des astres générateurs - Lune et Soleil - et de la topographie locale.

Perspectives

Les rotors du SeaGen dans les chantiers Harland and Wolff à Belfast

Plusieurs entreprises britanniques et une française se sont spécialisées dans le domaine ; les projets les plus avancés concernent à ce jour principalement la Grande-Bretagne. La compagnie londonienne TidalStream a mis au point en 2006-2007 un dispositif d'hydrolienne adapté aux eaux profondes ainsi qu'aux courants marins rapides, pour la production d'électricité. Le Semi-Submersible Turbine comporte quatre turbines montées sur une bouée tubulaire positionnée verticalement et amarrée au fond de la mer par un bras pivotant. Ce bras permet de l'installation et la maintenance des turbines et supprime les travaux sous-marins coûteux et dangereux. Le prototype testé à Pentland Firth comporte quatre turbines de 20 mètres de diamètre pour une puissance maximale de 4 MW. Le coût de l'électricité pourrait atteindre 0, 045 euro/kWh. Selon TidalStream, le dispositif sera compétitif avec les éoliennes offshore et onshore, et opérationnel en 2010.

La technologie des hydroliennes en est à un stade expérimental. Le développement de centrales hydroliennes repose sur des technologies éprouvées de l'hydraulique et ne nécessite a priori pas d'évolution importante.

Le coût élevé de l'investissement d'une centrale hydrolienne et le faible tarif de rachat de l'électricité produite peuvent pour le moment faire reculer les investisseurs.

Le projet le plus avancé en France dans ce domaine est le projet HARVEST (Hydrolienne à Axe de Rotation Vertical STabilisé). Ce projet est issu d'un regroupement de plusieurs laboratoires, 3S-R de l'université Joseph Fourier (UJF) ), G2ELab et LEGI (de Grenoble Institut National Polytechnique (G-INP) ) et LAMCOS (de l'INSA) de Lyon). L'objectif de ce regroupement est le développement d'un nouveau concept d'hydrolienne pour la récupération de l'énergie des courants marins et fluviaux. Le projet entre dans une seconde phase, où il s'agit d'implanter une première tour à Pont de Claix (Isère) dans un canal EDF pour la fin 2008 ; les turbines seront alors à l'échelle 1/2. L'ultime étape consistera à mettre en commun plusieurs tours pour former un parc, avec l'objectif de tester une telle «ferme fluviale» en 2010.

En France toujours, le projet industriel MARENERGIE, labellisé par le pôle de compétitivité Mer de Bretagne, rassemble des acteurs bretons et une machine de démonstration de 10 kW a été immergée dans l'estuaire de l'Odet en avril 2008. La différence principale entre ces deux projet réside dans le fait que l'un est porté par des laboratoires universitaires reconnus dans ce domaine et l'autre par une PME.

Références

↑ http ://www. edf. com/53971d/Accueilfr/LesenergiesEDF/PDFsEnergiesEDF/pdfhydrolienne

http ://energiesdelamer. blogspot. com/

Liens externes

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