Hydrolienne

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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.

La turbine de l'hydrolienne permet la transformation de l'énergie hydraulique en énergie mécanique, qui est alors transformée en énergie électrique par un alternateur.

Sommaire

[modifier] Principe de départ

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

 P_{cin} = \frac{1}{2} . \rho . S . V^3  \, 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


La formule de la "Limite de Betz" ne peut s'appliquer contrairement aux éoliennes, car elle est valable seulement pour les fluides compressibles (comme l'air), or l'eau est un fluide imcompressible (ou très peu), seule une partie (non définie par cette loi) de l'énergie du fluide peut être transformée en énergie mécanique pour produire de l'électricité.

Cependant la masse volumique de l'eau, environ 800 fois plus élevée que celle de l'air (environ 1,23 kg/m3 à 15 °C), permet de produire la même puissance qu'une éolienne de surface beaucoup plus grande.

[modifier] 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 munies d'un pied qui dépasse de l'eau. Il peut aussi y avoir des perturbations d'importance mineure pour la sédimentation et les poissons.

[modifier] Impacts possibles

Les impacts potentiels de ces capteurs sont encore mal connus, et préoccupent notamment 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 donc le développement de la flore, et créant ainsi à long terme une zone morte. Les courants seraient accélérés (voir discussion) et les petits animaux auraient du mal à se déplacer sans fournir d'effort considérable. Les hydroliennes pourraient aussi précipiter dans leurs pales quelques animaux marins qui n'auraient pas su résister à l'aspiration créée par l'hydrolienne.

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 quand l'eau passe le long d'une roche : les poissons évitent les obstacles en suivant les lignes de plus 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 faciliterait l'entretien. De plus, 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 très 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 actuellement étudié dans de nombreux projets de recherche et développement en Europe dans la Manche, la mer du Nord et la mer Baltique.

[modifier] 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 environ 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 deuxième 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 constituent toutefois pour l'instant le domaine préférentiel de ce type de technologie : les courants de marée présentent en effet, par rapport aux courants généraux (comme le Gulf Stream) des caractéristiques particulièrement favorables :

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

[modifier] Perspectives possibles

Les rotors du SeaGen dans les chantiers Harland and Wolff à Belfast
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 essentiellement la Grande-Bretagne. La compagnie londonienne TidalStream a mis au point en 2006-2007 un système d'hydrolienne adapté aux eaux profondes et aux courants marins rapides, pour la production d'électricité. Le Semi-Submersible Turbine comporte quatre turbines montées sur une bouée tubulaire placée verticalement et amarrée au fond de la mer par un bras pivotant. Ce bras sert à 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 système 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 l'instant faire reculer les investisseurs.

En 2007, EDF et le Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels construiront une véritable hydrolienne sur le canal du Pont de Claix (Isère). Si cet essai est concluant, d'autres hydroliennes seront construites en Rhône-Alpes : mais si le principe utilisé est le même, il ne s'agit pas d'énergie marine, mais d'énergie hydroélectrique terrestre captée par un système non conventionnel.

En France toujours, le projet industriel MARENERGIE, labellisé par le pole de compétitivité Mer de Bretagne, rassemble les acteurs bretons et une machine de démonstration de 10 kW sera immergée en mer à la fin de l'année 2007.

[modifier] Projets

En France , une première expérience va avoir lieu au large de l'estuaire de l'Odet en Bretagne au printemps 2008. Une hydrolienne de type Sabella fabriquée par le français HydroHelix sera alors testée dans les conditions de fonctionnement réel. Aux Etats Unis, 6 des 30 hydroliennes sur les 300 initialement prévues sont en cours d'installation dans l'embouchure de l'Hudson River. Au Royaume-Uni, un projet E.ON et Lunar Energy de 8 turbines de 15 m de haut et 25 m de long, devrait être mis en oeuvre au large de la Péninsule de St David dans le courant de l'été 2008 pour être achevé en 2010. (source à citer : Les énergies de la mer - http://energiesdelamer.blogspot.com/)

[modifier] Références

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

http://energiesdelamer.blogspot.com/

[modifier] Voir aussi

[modifier] Liens internes

[modifier] Liens externes

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