Par Vincent Girot & Lenny Le Crom
Au fil des années la recherche scientifique a aboutit à de nouvelles découvertes dans le domaine des énergies renouvelables et non polluantes. C’est alors que le mot "hydrolienne" fit son apparition.
L’hydrolienne est une nouvelle technologie permettant de produire de l'électricité grâce à la force des courants marins. Elle fonctionne sur le principe de l'éolienne, mais sous-marine, qui est très attractive pour plusieurs raisons que nous expliquerons. Le principe des hydroliennes est simple, ce qui fait d’elles des précurseurs d’une nouvelle ère écologique.
Pour capter l’énergie produite par les courants marins, il faut placer des turbines et des pâles dans l’axe de ces courants. Si l’on positionne les pales de sorte à ce qu’elles soient contre la force des courants marins, il se peut qu’elles cassent, ou que le matériel se détériore. Pour le moment, le principe de l’hydrolienne est une nouveauté, mais elle semble très prometteuse pour le futur.
L’intérêt grandissant pour les énergies renouvelables est du aux autres énergies qui sont aujourd’hui polluantes et chères. En effet, les entreprises s’intéressent maintenant aux énergies moins polluantes et rentables à long termes à cause de leur construction coûteuse. Après l’éolienne et les panneaux solaires, les chercheurs s’intéressent maintenant aux hydroliennes, plus rentables mais aussi plus chères que les éoliennes (construction en mer).
Dans cette partie, le fonctionnement du mécanisme hydrolien vous sera divulgué dans la limite de nos connaissances et de nos renseignements (Il y a en effet très peu d’informations).
L’agencement de ce point se fera tout d’abord par l’explication de l’effet des courants marins, puis du fonctionnement des différents moteurs hydroliens et enfin du stockage de l’électricité.
Tout cela structuré autour d’une idée:
Comment fonctionne une hydrolienne ?
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. Une hydrolienne fonctionne de la même manière qu’une éolienne c’est-à-dire qu’elle convertit l’énergie cinétique d’un fluide en mouvement en énergie électrique. Mais quelques différences subsistent : comme la vitesse des vents qui est en générale supérieur à celle des courants marins et la masse volumique de l’eau plus importante (environ 800 fois plus importante) que celle de l’air. Donc une hydrolienne peut produire plus d’électricité à dimensions égales.
Les pales sont une partie très importante de l’hydrolienne. En effet, c’est de celles-ci que dépendent le bon fonctionnement, la durée de vie de la machine, ainsi que le rendement du moteur hydrolien. Les pales sont caractérisées par plusieurs éléments permettant la réalisation d’une hydrolienne rentable : la longueur, la largeur, le nombre, le profil, et les matériaux.
Chacun de ces éléments est déterminés par des hypothèses de calcul, de puissance, et de couple. Comme la largeur, qui, ceci dit, n’est pas un élément important dans la réalisation de l’hydrolienne; ou encore la longueur et le profil, qui lui est assez compliqué à expliquer.
Quel que soit le type d’hydrolienne, il est en général conseillé, pour éviter sa destruction lorsque les courants sont trop forts, qu’elle soit équipé d’un système permettant d’amoindrir les contraintes mécaniques sur la machine: comme les systèmes de freinage, les régulateurs à hélice secondaire, …
L’hydrolienne peut entraîner, soit directement, soit par l’intermédiaire d’un multiplicateur, 3 types de générateurs électriques : une génératrice à courant continu (plus communément appelée dynamo); une génératrice synchrone à courant alternatif (appelée alternateur); et une génératrice asynchrone à courant alternatif.
Un générateur nécessite souvent un multiplicateur car les pales dont le diamètre est supérieur à 5m ont des vitesses de rotation trop faibles (moins de 200 tours/min) pour pouvoir entraîner un alternateur classique.
Donc pour ces génératrices, il est indispensable d’interposer entre elle et les pales un multiplicateur qui permet d’augmenter (de multiplier) la vitesse de rotation.
Il existe 3 types de multiplicateur utilisable et compatible avec les hydroliennes :
De nombreux constructeurs français et européens ont une excellente maîtrise de l’appareil et fabriquent des multiplicateurs dont le rendement varie entre 95 et 99 % pour des puissances transmises de 200 W à 50 MW.
Sans multiplicateurs : Le générateur électrique est toujours placé dans la partie mobile de l’appareil. L’énergie électrique est transmise au support fixe par l’intermédiaire d’un "ensemble collecteur-balais".
Avec multiplicateurs : Le multiplicateur a alors ses 2 axes (de sortie et d’entrée) à 90°. Mais dans le cas de récupération d’énergie électrique, l’entreprise d’exploitation d’hydrolienne a intérêt à utiliser le "système collecteur-balais" car les problèmes d’étanchéité sur l’arbre vertical sont sérieux.
Les accumulateurs sont des systèmes électrochimiques capables d'emmagasiner l'énergie sous forme chimique pour la restituer plus tard sous forme d'énergie électrique.
Ils sont constitués d'un électrolyte dans lequel baignent deux électrodes : une électrode positive (cathode) et une électrode négative (anode). L'électrolyte est un conducteur ionique. Sur l'anode, un oxydant est réduit en captant des électrons ; sur la cathode, un réducteur est oxydé en libérant des électrons.
Il existe de nombreux autres types d’accumulateurs comme le volant d’inertie (notamment pour les éoliennes) avec un rendement d’environ 80 % : son énergie est immédiatement utilisable, il est moins sophistiqué mais non utilisable par le « particulier ».
Mais l’énergie électrique produite par l’aérogénérateur peut aussi être utilisé pour l’électrolyse de l’eau afin d’obtenir de l’hydrogène ou de l’oxygène. [Hydrogène = gaz de combustion utilisé sur place ou transporté (servant dans les piles à combustibles)]
Le stockage peut aussi être thermique : c’est-à-dire que l’énergie produite peut par exemple, servir à chauffer le fluide de réservoir qui pendant les périodes sans courant restituera l’énergie stockée. [Ce mode de fonctionnement est surtout utilisé lorsqu’il est associé à l’énergie solaire pour le chauffage]
Ces différents modes de stockage sont actuellement étudiée, et à l’essai dans plusieurs pays. Mais ils sont tous très difficilement exploitable par le particulier (bien que personne ne dispose encore d’une hydrolienne).
La plupart des hydroliennes sont constituées de :
Bien que les projets d’hydroliennes ne soient pas très nombreux, on remarque une grande diversité chez les constructeurs tant au niveau de l'aspect visuel que du mode d’action des pales de ces hydroliennes.
-L’hydrolienne à axe horizontal (celle qui ressemble à une éolienne) : C’est le modèle d’hydrolienne le plus courant.
Il existe aussi des « variantes » comme l’hydrolienne vue dans "L'énergie des Océans" (Voir la Rubrique Vidéos) qui elle possède une turbine pouvant être remontée à la surface pour faciliter les travaux de maintenance.
Toujours dans le même type, nous pouvons citer des hydroliennes multi turbines comme Seagen de MCT ou le SST de TidalStream
-L’hydrolienne à turbines libres
-L’hydrolienne « transverse », semblable à un « batteur à œuf » :
-Les hydroliennes utilisant un système de roues à aubes flottantes
-Les hydroliennes de type « chaîne » du type du projet Marénergie d'HydroHelix
ou encore « rideau » .
Plusieurs projets d’hydroliennes ont déjà vu le jour ou sont encore en phase de test.
Plusieurs entreprises françaises s’intéressent à l’énergie hydrolienne. C’est le cas de Hydrohelix Énergies et Sarl Aquaphile.
Hydrohelix Energies a 2 projets en cours :- Le projet Marénergie (voir "Hydroliennes en chaines") : une chaîne d’hydroliennes pour capter la force des courants de marée dans l'embouchure des fleuves ou près des côtes.
Ce projet a été labellisé par le Pôle Mer de Bretagne en décembre 2005, mais n’a pas reçu les financements nécessaires à son développement. (10 millions d’€)
L’objectif de Marénergie est non seulement de créer une nouvelle technologie susceptible d’équiper les côtes françaises mais aussi de se déployer à l’étranger.
- Le projet Sabella : une hydrolienne - 4 fois plus petite que les futures hydroliennes prévues.
Localisation : à la sortie de l’estuaire de l’Odet, au Sud de Quimper.
Après environ 6 mois de tests, l’engin a été retiré de l’eau et exposé à "Brest 2008" en juillet 2007. L’objectif était toujours d’intéresser d’autres financeurs pour développer le projet pour passer à un stade de production.
Coût de l’hydrolienne de démonstration : 750 000 €.
Les objectifs de Sabella sont :
Quant à elle, la Sarl Aquaphile travaille sur plusieurs projet d'hydroliennes flottante utilisant les courants de marée : les Hydro-Gen.
Comme le montrent très bien les 2 images ci-dessus, Hydro-Gen est une hydrolienne basée sur le concept des grosses roues à aubes flottante. Comme vous pouvez l’imaginez, cette hydrolienne est ancrée au fond de la mer.
La première hydrogène issue de ce projet, Hydrogen 10 est maintenant commercialisée
D’autres projets sont en cours tels l’Hydro-Gen 20 & 100
Site Web de la société Hydro-Gen
Projet HARVEST du laboratoire grenoblois LEGI :
Une hydrolienne possédant des turbines verticales, formant une chaîne entre un flotteur en surface et un point d'ancrage au fond.
Le Projet Seaflow a été développé par la très grande entreprise britannique Marine Current Turbines Ltd. Il est soutenu et financé par EDF Energy, IT POWER, et SEACORE.
Coût : 3.4 Millions de Livres Sterling. (Environ 3.5 Millions d’€ en 2009)
Equipé d’une hélice bipale de 11 m de diamètre, ce projet délivre une puissance de 300 kW avec un courant de 2,5m/s. Le dispositif est rétractable pour effectuer une maintenance au sec.
Marine Current Turbines développe maintenant une autre hydrolienne exploitant les courants marins des marées. Le premier prototype du SeaGen est entreé en service en février 2008. Le SeaGen avec ses générateurs jumeaux aura une puissance nominale de 1MW.
Un autre projet venant d'Angleterre :
Le Semi-submersible Turbine (SST) de la société TidalStream.
Site Web de TidalStream
Le mardi 20 janvier 2004, les norvégiens inaugurent une première hydrolienne de 20m de diamètre. Installée par 45m de fond à l'extrême Nord du pays, dans le bras de la mer de Kvalsund, son potentiel électrique est 700.000 KWh/an.
Projet de la société Ponte di Archimede
L’hydrolienne flottante Enermar développée par la société italienne est testée dans le détroit de Messine.
Site Web de Ponte di ArchimedeUn projet d'hydrolienne interceptant le Gulf Stream près des côtes de Floride est en cours de développement.Le projet est étudié par la société Ocean Energy Technology
Les turbines seraient immergées à 60 m de profondeur.
Le plan de développement prévoit un premier parc de 1500 MW pour un coût total égal à 650 millions d'euros. Au total, le projet prévoit 3520 turbines de 2.4 MW chacune en moyenne, pour une production totale de 8.44 GW (ce qui équivaut à 8 réacteurs nucléaires).
Site Web au sujet de l'énergie de l'océan en FlorideLe caractère "hostile" du milieu marin très corrosif ne facilite pas l’implantation d’hydrolienne mais certains produits, comme certains revêtements anti-rouille, seraient capables de mettre fin à ce problème.
Des pêcheurs craignent de ne pas pouvoir installer de filets dans les zones contenants des hydroliennes ou pire encore de casser leurs filets sur leurs pales. Une règlementation et des accords devront être trouvés entre les sociétés et les assemblées de pêcheurs.
Dans une tout autre échelle, la marine nationale pourrait être gênée par des hydroliennes lors de convois important ou de déplacement sous marins.
Au niveau de la faune et de la flore sous marine, l’installation d’hydroliennes dans un endroit adapté (courants importants) ne serait pas ou très peu nuisibles pour l’environnement car très peu d’espèce animales ou végétales sont présentes dans de tel endroit : la plupart de ces zones sont essentiellement constituées de roches assez grosses.
De plus, le courant rejeté par les pales pourrait nettoyer les hydroliennes en empêchant les dépôts de sédiment. Les plus pessimistes voient en l’hydrolienne une puissante arme de dénaturation des milieux : les turbines de celles-ci créeraient des zones de turbulences empêchant le développement de toute vie aquatique...
Mais il faut savoir que quasiment tous les prototypes d’hydroliennes introduits en milieu naturel possèdent des outils très sophistiqués permettant une analyse précise de paramètres comme la rentabilité, la solidité, et les impacts environnementaux...
Le financement de tous ces projets est également un réel problème.
Le petit nombre de projet s’explique par un manque de financements publics et privés, qui en France aident plutôt le nucléaire, et, sur le plan des énergies renouvelables, par la concurrence de l’éolien.
Le coût de tels projets rebutent plusieurs actionnaires mais des études ont montrées que ces hydroliennes seraient très rapidement rentabilisées (4 ans pour certaines), créeront un grand nombre d’emplois et rapporteront à terme énormément d’argent.
Ce type d’installation est situé loin des côtes et utilise une énergie inépuisable et continue contrairement aux éoliennes classiques: en effet, le vent ne souffle pas en continu sur terre, alors que les courants sont toujours présents sous l’eau. De plus, la densité de l’eau étant 800 fois supérieure à celle de l’air et les courants sous-marins étant également plus puissants que le vent, la puissance électrique fournie par une hydrolienne est bien supérieure à celle fournie par une éolienne.
Les avantages sont aussi environnementaux: installées sous l’eau et loin des cotes, les hydroliennes ne détruisent pas le paysage et ne rejettent aucun déchet. De plus, aucun riverain n’a à subir les nuisances sonores et lumineuses possibles….
La résistance et la maintenance constituent les principaux inconvénients. En effet, l’hydrolienne doit résister à des conditions environnementales très dures telles que la salinité, la puissance des courants, le sable en suspension, etc.… La maintenance pose également problème car l’accès au champ d’hydroliennes peut s’avérer difficile, le personnel doit être 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.
On a démontré que les courants marins sont une source d’énergie inépuisable (les vents et la marée sont immuables), propre (les vents et la marée sont naturels) et prédictible (le sens des courants est constant).
Également, en ce qui concerne le mode de fonctionnement de l’hydrolienne, cette dernière exploite les courants marins pour produire de l’électricité et sa production d'électricité peut être facilement optimisée (par exemple en modifiant la longueur des pales, le type du générateur et de l’accumulateur, …)
Enfin, concernant les différents projets et types d’hydrolienne ainsi que leurs impacts environnementaux, on vous a exposé plusieurs points concernant cette nouvelle technologie : le nombre important de types d'hydrolienne différents révèle la capacité de l’hydrolienne à s’adapter à son environnement (elle peut être en chaîne au fond des fleuves, avec un mât dans les endroits plus profonds) ; la diversité des projets indique que l’hydrolienne peut facilement évoluer et s’améliorer (le projet SeaGen n’est elle pas une amélioration du projet Seaflow ?). Nous avons pu voir enfin que les impacts environnementaux, bien qu’ils soient surtout de l’ordre de l’hypothèse, sont minimes.
Au vu de ces nombreux avantages, l’énergie hydrolienne est donc une énergie qui risque de faire parler d’elle dans les années à venir.
