Energie des courants marins

Abstract - Présentation

De nombreuse études générales ont montré que les courants marins ont un large potentiel en tant que ressource durable prédictible en vue de la génération à échelle commerciale de centrales de puissance électrique. Pour un exploitation réussie de cette ressource, une compréhension de l'hydrodynamique des turbines de courant marin est de prime importance. Bien que beaucoup d'expérience peut être soutirée du transfert de technologie des éoliennes et des propulseurs de bateaux, des recherches hydrodynamiques limitées ont été menées à ce jour dans ce domaine d'application particulière.

Various global studies have shown that marine currents have large potential as a predictable sustainable resource for commercial scale generation of electrical power. For successful exploitation of this resource, an understanding of the hydrodynamics of the marine current turbine is of primary importance. Although a lot can be learned from the technology transfer from wind turbines and ship propellers, there has been limited hydrodynamics research for this particular application.

Potentiel énergétique

Le potentiel énergétique marin mondial : les courants marins transportent une puissance constante d'environ 5 TW en permanence, ce qui représente une énergie de 10 950 TWh pour l'ensemble du globe terrestre. Une fraction importante (150 GW) pourrait être récupérée au moyen d'hydroliennes immergées et fixées le long des côtes, soit une production annuelle d'énergie de l'ordre de 328,5 TWh, à raison de 18 kWh/an par m² de surface perpendiculaire au courant pour une vitesse de 5 m/s (800 fois la puissance éolienne). Des prototypes fonctionnent déjà en Norvège et au Royaume-Uni ; la France effectue des essais entre la Bretagne et le Cotentin.

Selon une étude d'IFP Energies Nouvelles, le potentiel extractible de l'énergie des courants serait supérieur à 800 TWh/an.

Cette nouvelle source d’énergie pourrait, à long terme, contribuer significativement à la production d’électricité d’origine renouvelable, en particulier au Royaume-Uni et en France, qui concentre à elles seule 80 % du potentiel européen hydrolien (hydrocinétique), avec 25 TWH pour le Royaume-Uni (puissance installée de 11415 MW) et 20 TWH (puissance installée de 9130 MW) pour la France, d’après l’Université d’Oxford (2005) et Black&Veatch (2004-05). Le facteur de charge de centrales hydroliennes est en moyenne de 25% (2190 heures productives à pleine charge par an).

Selon les responsables d’EDF, la France métropolitaine dispose d’un potentiel de 6 gigawatts sur les trois principaux secteurs constitués par le Raz Blanchard (pointe du Contentin), le Fromveur à Quessant et le Raz de Sein (large du Finistère). En tout, sur les trois sites, cela représenterait 5000 turbines de 16 mètres capables de produire, en courant continu, l’équivalent de trois centrales nucléaires.

Avantages et inconvénients

Avantages

• Les hydroliennes sont beaucoup plus petites que les éoliennes à puissance, égale. C'est la conséquence directe de la masse volumique de l'eau qui est environ 800 fois supérieure à celle de l'air.

• Les courants marins sont prévisibles (notamment en consultant les éphémérides) et moins fluctuants que le vent  et on peut donc estimer avec précision la production d'électricité sur un site donné.

• Les potentiels énergétiques des courants marins sont très importants

• L’hydrolienne utilise une énergie renouvelable (le courant marin) et a de très bons critères de développement durable: absence de déchets issus de la combustion tels que CO2 ou de déchets radioactifs.

• De nouveaux modèles d'hydroliennes semi-immergés peuvent être adaptés aux rivières, même modestes, sans avoir les impacts écologiques des turbines classiques dont les pêcheurs craignent qu'elles aient des impacts sous-estimés sur les poissons. Ces hydroliennes produisent moins d'électricité que les turbines classiques, mais pourraient être beaucoup plus légères, et demander bien moins d'investissement.

Inconvénients

• Les hydroliennes sont sujettes au développement d'algues et de organismes encroûtants. il faut donc utiliser régulièrement un antifouling. Les peintures anti-fouling sont des produits toxiques pour la faune et la flore marine. Cette peinture antifouling doit de surcroît être refaite régulièrement. Réaliser l'opération sous l'eau est difficilement inenvisageable, à la fois pour des raisons techniques, vu la difficulté de l'opération, mais aussi parce que le risque pour l'environnement est tel que réaliser cette opération est déjà illégal pour un bateau à l'extérieur d'une aire de carénage spécialement aménagée. Une opérations de maintenance à intervalle régulier pour démonter ou extraire l'hydrolienne de l'eau et refaire son carénage est donc une nécessité.

• Dans les eaux turbides, du fait de la présence de sable en suspension (pas de Calais par exemple), l’érosion des pales d’hélice ou des pièces mobiles par le sable est très forte. Ainsi l’entretien doit être très fréquent, mais il est plus difficile qu’à l’air libre puisqu’on ne peut pas l’ouvrir sans que l’eau ne pénètre à l’intérieur et n’endommage tous les systèmes (mécanique et électrique). Pour cette raison, certaines hydroliennes ont une structure émergeant de l’eau, qui peut être gênante pour la navigation. Des systèmes à ballast permettaient d'éviter cet inconvénient en  faisant monter ou descendre les unités de production.

• Les hydroliennes créent des zones de turbulences, qui modifient la sédimentation et le courant, avec de possibles effets sur la flore et faune juste en aval de leur positionnement. Ces aspects doivent donc être analysés par les études d'impacts.

• Des poissons ou mammifères marins pourraient heurter les hélices bien que ces dernières tournent généralement lentement (10 à 20 tr/mn). La première étude sur le sujet (fish Survival Study on Hydrokinetic Power Turbine) menée en 2009, par Hydro Green Energy LLC et déposée à la Federal Energy Regulatory Commission (USA), a démontré clairement la sécurité du procédé. Selon ces résultats, seulement un poisson sur 402 aurait montré des signes de blessure; des signes peut-être plus attribuable à la mise en place du protocole qu’aux turbines elles-mêmes. Cette étude s'applique toutefois aux poissons et non aux plus gros mammifères marins.

Réalisation Française au large de l'île de Bréhat

Le projet de parc hydrolien de Paimpol-Bréhat : une première mondiale pour une technologie innovante.

EDF a décidé en juillet 2008 de tester une technologie innovante de production d'électricité à partir de l'énergie prédictible des courants de marée. Le parc de démonstration hydrolien de Paimpol-Bréhat qui va s'installer au large de Ploubazlanec dans les Côtes d'Armor en Bretagne, est une première mondiale. L'objectif d'EDF est d'installer et de tester en conditions réelles 4 hydroliennes de la technologie OpenHydro qu'elle a retenue, et leur connexion à un convertisseur implanté sur le site de la Horaine. La mise en service industrielle du parc démonstrateur devrait intervenir en fin d'été 2012. Ce projet innovant, doté d'un budget de plus de 24 millions d'euros, a fait l'objet d'une concertation mûrement menée avec tous les acteurs de la mer : pêcheurs, ostréiculteurs, riverains, plaisanciers et élus des collectivités (municipalités, communautés de communes,...).

Les caractéristiques techniques sont les suivantes:

• éolienne de conception OpenHydro
• Nombre total d'hydroliennes de la ferme: 4
  
• Dimensions
  • Diamètre extérieur de la turbine : 16 m avec Venturi,
  • Diamètre du trou central de la turbine : 3 m minimum,
  • Structure porteuse en tripode : 21,5 X 25 m, avec 3 pieds d’un diamètre unitaire de 3 m,
  • Hauteur totale de l’ensemble au dessus du fond : 21 m.
• Poids total de la machine : environ 690 tonnes.
• Profondeur d'immersion: 35 mètres
• Transformateur sous-marin: une unité élevant la tension à 10 000 volts.
  
• Puissance totale de la ferme:4 x  0,5 = 2 MW correspondant une vitesse du courant de 2,5 m/s
• Energie annuelle produite: environ 4,38 TWh, soit la consommation de 2 à 3000 foyers.