note d’opportunites sur l’exploitation des courants … · energies de la mer ou sremer. dans...

1 / 45

NOTE D’OPPORTUNITES SUR L’EXPLOITATION

DES COURANTS MARINS EN BAIE DE SAINT

PAUL

� Filière : Energies de la Mer :

� Rédacteur : ARER, Marion CORRE LABAT, [email protected]

� Référent : Laurent GAUTRET, [email protected]

� Relecture : Pierre-Yves EZAVIN, [email protected]

� Secrétariat : Line RIVIERE, [email protected]

� Date : 2009

� Diffusion : site web arer

� Version n°1

ARER – EIE Espaces Informations et Conseils - www.arer.org - [email protected] – www.island-news.org

«Promouvoir la maîtrise de l’énergies et l’utilisation rationnelle des énergies renouvelables, et préserver les ressources «Promouvoir la maîtrise de l’énergies et l’utilisation rationnelle des énergies renouvelables, et préserver les ressources «Promouvoir la maîtrise de l’énergies et l’utilisation rationnelle des énergies renouvelables, et préserver les ressources «Promouvoir la maîtrise de l’énergies et l’utilisation rationnelle des énergies renouvelables, et préserver les ressources naturelles locale dans une perspective de développement durable et d’adaptation aux changements climatiquesnaturelles locale dans une perspective de développement durable et d’adaptation aux changements climatiquesnaturelles locale dans une perspective de développement durable et d’adaptation aux changements climatiquesnaturelles locale dans une perspective de développement durable et d’adaptation aux changements climatiques »»»»

PrenePrenePrenePrenez contact avec notre équipe z contact avec notre équipe z contact avec notre équipe z contact avec notre équipe –––– Tél. 02 62 257 Tél. 02 62 257 Tél. 02 62 257 Tél. 02 62 257 257257257257

ARER ARER ARER ARER ---- Agence Régionale Energie Réunion Agence Régionale Energie Réunion Agence Régionale Energie Réunion Agence Régionale Energie Réunion ---- Association loi 1901 à but non lucratif Association loi 1901 à but non lucratif Association loi 1901 à but non lucratif Association loi 1901 à but non lucratif ––––Organisme de formation agrééOrganisme de formation agrééOrganisme de formation agrééOrganisme de formation agréé

Siège social : 40 avenue de Soweto * BP 226 * 97456 St-Pierre Cedex

Tel : 0262 38 39 38 * Fax : 0262 96 86 91 * n° siret : 43928091800020

Membres de Droits 2008 de l’ARERMembres de Droits 2008 de l’ARERMembres de Droits 2008 de l’ARERMembres de Droits 2008 de l’ARER

Membre associé 2007Membre associé 2007Membre associé 2007Membre associé 2007

Les communes du Port, Mamoudzou, Saint André , Sainte-Marie, Petite-Ile, Saint-Pierre, Saint-Denis, Le Tampon, Cilaos, le SIDELEC, la SAPHIR, la Chambre Des Métiers, Batipro, SIDR, le Conservatoire Botanique des Mascarins, Sciences Réunion, TCO

Partenaire associéPartenaire associéPartenaire associéPartenaire associé

ADEME

2 / 45

REMERCIEMENTS

Nous tenons à remercier de nombreuses personnes et organismes pour le soutien qu’ils ont su apporter à l’ARER lors de la rédaction de cette note d’opportunités sur l’exploitation des courants en baie de Saint Paul. Ces remerciements s’adressent :

Tout d’abord aux financeurs du projet : A la Mairie de Saint Paul, pour leur soutien financier qui a permis le lancement de cette étude pilotée par l’ARER. A la société locale SOGENICO, représentée par M. Christian BARRE, au groupe TELTEC représenté par M. Pierre CAHUZAC et au groupe MACQUARIE représenté par M. Keith RICHARDSON, pour leurs soutiens financiers à cette étude pilotée par l’ARER,

A la Région Réunion, pour son soutien à l’ARER pour le développement et la veille technologique sur la filière « énergies de la mer ».

A l’équipe de l’ARVAM, partenaire de ce projet, avec Mr QUOD, Mr Harold CAMBERT et Mr Jean-Benoît NICET, qui ont mené les campagnes de mesures en baie de Saint Paul. Ils ont apporté leurs expertises en traitant et analysant les données brutes relevées. A l’ensemble des personnes que nous oublions, internes ou externes à l’ARER, qui directement ou indirectement ont apporté des connaissances techniques pour la réalisation de ce projet.

3 / 45

ABSTRACT

Suite à l’observation de forts courants par les plongeurs de l’ARDA en baie de Saint Paul fin 2008, l’ARER a souhaité évaluer le potentiel de ressource d’énergie des courants sur ce site. En partenariat avec la commune de Saint Paul et divers investisseurs privés : Macquarie, Sogenico et Teltec, une première phase pour la détermination d’un go-no go pour la poursuite de la filière énergie des courants dans la baie de Saint Paul a été pilotée par l’ARER en 2009. Aussi, cette étude d’un budget total de 63 k€ comprend une campagne de mesures courantologiques sur trois sites favorables à la présence de forts courants et à l’installation, dans le cas échéant d’une ressource suffisante, de technologies exploitant l’énergie des courants ainsi qu’une étude d’opportunité de développement. Les résultats, bien que justifiant la présence exceptionnelle de courants dépassant les 3noeuds, ressource nécessaire à l’exploitation de l’énergie des courant, ne s’avèrent pas suffisants. Les courants moyens sont bien trop faibles et leur occurrence trop importante pour permettre la poursuite en phase de faisabilité de la mise en place d’une quelconque technologie hydrolienne ou hydroptère en baie de Saint Paul. When ARDA’s divers (Regional association for the Aquaculture Development) carried out the maintenance work on their aquaculture cages, they observed some strong current in Saint Paul bay. As a result, the ARER (Regional Agency for Energy of Reunion Island) with Saint Paul town and 3 private companies –Macquarie, Sogenico, Teltec- launched into the assessment of the marine current energy potential in this area. The aim of this first study on current energy in Reunion Island is to determine the current resource in order to continue or not the development of this field in Saint Paul’s bay. Measures of the current in 3 different locations were taken and this report on the opportunity and relevance to develop marine current energy in Saint Paul’s bay were both part of the 63 k€ study leaded by the ARER in 2009. Even if some strong currents were then measured, over 3knots and up to 5knots, especially in the Hermitage’s “pass”, their occurrence is far too low. Moreover the current intensity or speed average is not sufficient in Saint Paul’s bay to be used to convert current energy and produce energy.

4 / 45

TABLE DES MATIERES

REMERCIEMENTS 2

ABSTRACT 3

TABLE DES MATIERES 4

TABLE DES ILLUSTRATIONS 4

I. Qu’est-ce que l’énergie des courants marins ? Et contexte de l’étude 6

a. Contexte et cadre de l’étude 6

b. Qu’est-ce que l’énergie renouvelable marine des courants ? 8

1) Description des courants marins 8

2) L’énergie des courants marins 10

3) Principe et fonctionnement général 11

4) Avantages et inconvénients 13

c. Cout de l’énergie des courants marins 14

II. Analyse de la ressource, présentation des résultats de mesures courantologiques. 15

a. Présentation des mesures effectuées 15

b. Résultats : analyse des courants marins en baie de Saint Paul 18

c. Conclusion et résumé des résultats : 33

III. Analyse de l’opportunité de production d’électricité avec l’énergie des courants

34

a. Principe général 34

b. Analyse de la ressource nécessaire et des contraintes 34

c. Veilles technologiques 35

1) Hydroliennes : 35

2) Hydroptères : 43

IV. Adéquation de la meilleure technologie avec les courants mesurés, évaluation du

potentiel énergétique exploitable et Conclusions 44

Bibliographie, Web sites : 45

Glossaire 45

TABLE DES ILLUSTRATIONS

Figure 1. Mix énergétique électrique 2025-2030 à partir du scénario STARTER. ................... 6 Figure 2. Carte bathymétrique réunionnaise de sites potentiels pour l’exploitation de l’énergie des mers...................................................................................................................................... 7 Figure 3. Organisation de la phase 1 afin de déterminer un go-no go pour la poursuite de la filière « énergie des courants à St Paul ». .................................................................................. 8 Figure 4. Répartition mondiale des courants de surfaces........................................................... 9 Figure 5. Courbe de puissance, fonction du diamètre du rotor et de la vitesse des courants. .. 10 Figure 6. Schéma de turbine à axe horizontal. ......................................................................... 11 Figure 7. Schéma de turbine à axe vertical .............................................................................. 11 Figure 8. Schéma d’hydroptère ................................................................................................ 12 Figure 9. Schéma de conduite Venturi ..................................................................................... 12

5 / 45

Figure 10. Comparaison Eolienne-Hydrolienne....................................................................... 13 Figure 11. Carte réunionnaise des 3 sites de mesures courantologiques réalisées................... 15 Figure 12. ADCP utilisé pour les mesures en mer. Photo prise par ARVAM-PARETO ........ 16 Figure 13. Réalisation des campagnes de mesure et photo ARVAM-PARETO de la mise à l’eau de l’ADCP....................................................................................................................... 17 Figure 14. Intensité moyenne journalière sur l’ensemble de la période de mesure et pour chacune des profondeurs. Site 1............................................................................................... 18 Figure 15. Intensité moyenne journalière sur l’ensemble de la période de mesure et pour chacune des profondeurs. Site 2............................................................................................... 19 Figure 16. Intensité moyenne journalière sur l’ensemble de la période de mesure et pour chacune des profondeurs. Site 3............................................................................................... 19 Figure 17. Intensité moyenne des courants pour les différentes profondeurs. Site 1............... 20 Figure 18. . Intensité moyenne des courants pour les différentes profondeurs. Site 2............. 21 Figure 19. . Intensité moyenne des courants pour les différentes profondeurs. Site 3............. 22 Figure 20. Occurrence des diverses gammes d’intensités moyennes atteintes sur chacun des intervalles de profondeur. Site 1 .............................................................................................. 23 Figure 21. Occurrence des diverses gammes d’intensités moyennes atteintes sur chacun des intervalles de profondeur. Site 2 .............................................................................................. 24 Figure 22. Occurrence des diverses gammes d’intensités moyennes atteintes sur chacun des intervalles de profondeur. Site 3 .............................................................................................. 24 Figures 23. Occurrence de la direction et intensité associée pour chaque profondeur. ........... 25 Figure 24. Intensité moyenne des courants et vitesse maximale (en mm/s) observée pour chacune des profondeurs. Site 1............................................................................................... 30 Figure 25. Intensité moyenne des courants et vitesse maximale (en mm/s) observée pour chacune des profondeurs. Site 2............................................................................................... 31 Figure 26. Intensité moyenne des courants et vitesse maximale (en mm/s) observée pour chacune des profondeurs. Site 3............................................................................................... 32 Figure 27. Les projets SeaFlow and SeaGen (à droite). Crédit MCT ......................................36 Figure 28. Hydrolienne OpenHydro. Crédit Openhydro.......................................................... 36 Figure 29. Hydrolienne Openhydro installée en mer. Crédit Openhydro ................................ 37 Figure 30. Technologie Atlantis Resources Corporation, Solon & Nereus. Crédit Atlantis.... 37 Figure 31. Hydrolienne Sabella, avant son installation en mer (à gauche), projet de 1MW (à droite). Credit Hydrohélix. ....................................................................................................... 38 Figure 32. Technologie HydroGen en mer. Crédit HydroGen................................................. 39 Figure 33. Technologie RTT. Crédit Lunar Energy................................................................. 40 Figure 34. Hydrolienne Hammerfest Strom. Crédit Hammerfest Strom ................................. 40 Figure 35. Technologie Rochester Venturi par HydroVenturi RV. .........................................41 Figure 36. Hydrolienne TidEL. Crédit SMD Hydrovision ...................................................... 41 Figure 37. Hydrolienne à axe vertical Tidal Fence . Crédit Blue Energy. ...............................42 Figure 38. Turbine Flottante de UEK. Crédit UEK. ................................................................ 42 Figure 39. Hydroptère Biostream. Crédit BioPower System................................................... 43 Figure 40. Aile oscillante ou hydroptère Stingray. Crédit EB ................................................. 43

6 / 45

I. Qu’est-ce que l’énergie des courants

marins ? Et contexte de l’étude

a. Contexte et cadre de l’étude

Lors de la maintenance de leurs cages aquacoles en baie de St Paul, des plongeurs de l’ARDA ont observé de forts courants. C’est suite à ce premier constat que l’ARVAM et l’ARER ont été contactés. L’ARER a consulté fin 2008 des plongeurs de l’ARVAM pour identifier les sites intéressants. Plusieurs plongées ont ainsi confirmé que la baie de Saint Paul est un site disposant d’un potentiel de forts courants, dans une zone profonde de 30 à 40m et sur une épaisseur de 5m. La décision a alors été prise d’évaluer le potentiel des courants en baie de Saint Paul.

Cette étude s’inscrit pleinement dans le contexte énergétique et la volonté politique de la région Réunion de développer les énergies renouvelables en particulier marines. Un scénario de STratégie d’Autosuffisance pour la Relance et la Transition Energétique Réunionnaise définit les scénaris prospectifs et l’objectif de mix énergétique pour la Réunion aux horizons 2025-2030. Pour atteindre l’autosuffisance énergétique de l’île par ce mix 100% énergies renouvelables, 0 émission de CO2, le développement et l’exploitation des énergies renouvelables marines est objectivement essentiel. D’autant plus que la ressource réunionnaise dans ce domaine est conséquente, comme le présente le Schéma Régional des Energies de la Mer ou SREMER. Dans ce cadre, en appui au PRERURE, l’ARER soutient des projets de développement d’énergies marines et participent pro-activement à des études de potentiel ou études prospectives de la ressource marine tout autour de l’île. L’objectif et une des missions de l’ARER consiste effectivement à la promotion des ERM à la Réunion et à l’évaluation du potentiel énergétique de l’île, dans le but de les exploiter et d’atteindre ce mix. L’ETM et l’énergie de la houle représenteraient 26% de la production d’électricité d’ici 2030. L’énergie des courants est alors une autre piste à exploiter pour accroitre cette proportion importante d’énergies marines dans ce mix STARTER et assurer la réussite des enjeux 2025-2030.

Source ARER. Figure 1. Mix énergétique électrique 2025-2030 à partir du scénario STARTER.

7 / 45

Source ARER. Figure 2. Carte bathymétrique réunionnaise de sites potentiels pour l’exploitation de l’énergie des mers.

L’ARER a ainsi piloté cette étude financée par plusieurs entités publiques et privées. La commune de Saint Paul a financé à hauteur de 30 000 euros cette étude en donnant ainsi le feu vert à ces mesures pour l’évaluation de la ressource. Cette action s’inscrit dans leur politique de promotion et de développement des énergies renouvelables sur le territoire de Saint Paul. SOGENICO, financeur privé local, représenté par M. Christian BARRE, a financé 4 000 euros dans cette étude afin d’évaluer le potentiel qui pourrait leur permettre, dans un second temps d’investir dans un projet d’hydrolienne. TELTEC représenté par M. Pierre CAHUZAC, est également un groupe local investisseur privé, intéressé par un projet d’hydrolienne à la Réunion. Il a de même financé à hauteur de 4 000 euros cette étude d’opportunité de l’exploitation des courants marins. MAQUARIE, représenté par M. Keith RICHARDSON, a financé 10 000euros à titre d’investisseur international intéressé par l’installation de l’hydrolienne Solon dont ils possèdent un prototype et qui sera installé sur un site où la ressource s’avère suffisante. Enfin l’ARER a financé la différence de budget total, à savoir 15 000 euros pour un budget total de 63 k€, pour cette étude. Le contenu de cette étude est organisé comme suit :

-Work Package 1 : une campagne de mesures des courants en baie de Saint Paul menée par ARVAM/PARETO. -Work Package 2 : une note d’opportunité sur l’exploitation des courants en baie de Saint Paul réalisée par l’ARER.

Cette première phase pilotée par l’ARER a pour objectif la connaissance de la

ressource en courant marin sur ce site et précéderait, dans le cas où les mesures révèlent des courants adéquats, une phase 2 d’étude de faisabilité avant réalisation d’un projet d’exploitation concrète des courants.

8 / 45

Extrait du cahier des charges de l’étude. Document ARER. Figure 3. Organisation de la phase 1 afin de déterminer un go-no go pour la poursuite de la filière « énergie des courants à St Paul ».

b. Qu’est-ce que l’énergie renouvelable marine des courants ?

1) Description des courants marins

La France possède la seconde capacité d’énergie des courants d’Europe avec 3GW

correspond à 20% de cette ressource européenne.

Les courants marins correspondent à des déplacements de masse d’eau. Ils sont définis par leur vitesse et débit, et par leur direction. Comme la plupart des énergies et des phénomènes observés sur Terre, l’énergie des courants est liée au rayonnement solaire. La Terre, l’atmosphère et les océans reçoivent l’énergie solaire dont 30% est réfléchie. Cette énergie est cependant inégalement interceptée par les océans: le rayonnement solaire est en effet très incliné aux pôles de telle sorte que la partie intertropicale du globe reçoit autant d’énergie solaire que le reste de la planète. C’est cette inégalité de quantité d’énergie solaire reçue par la surface de la terre et des océans qui va donner naissance aux courants marins.

Sous l’inégale répartition du flux solaire, se crée un déséquilibre thermique qui met en mouvement l’atmosphère et les océans dont le but est de rééquilibrer thermiquement l’ensemble. Ces mouvements se retrouvent alors dans les vents, dans la différence de température observée à différentes latitudes et à fortiori créer ainsi les courants. Aussi, deux types de courant peuvent être observés. Les courants de surface sont provoqués par le vent, en particulier les vents dominants (Alizés, …), vents d’ouest ou vents d’est polaires. Ils correspondent à 10% de l’eau des océans : Seuls les 300 premiers mètres en surface sont principalement concernés car les vents n’ont plus d’influence en deçà de 800m de profondeur. La force de Coriolis, « force » inertielle liée à la rotation terrestre, présente également une influence sur ces masses d’eau en surface. Ainsi les courants observés dans l’hémisphère nord sont orientés dans le sens des aiguilles d’une montre et dans le sens antihoraire dans l’hémisphère sud ; la circulation des courants de surface est symétrique par rapport à l’équateur.

9 / 45

Ces courants de surface peuvent atteindre 3 voire 5m/s, soit 1,5 à 3noeuds* environ. Le gulf stream ou courant du Labrador sont deux exemples de ces courants de surface. * 1 nœud correspond à 1 mille marin par heure, soit exactement 1,852 km/h ou 0,514 m/s.

Source IFREMER Figure 4. Répartition mondiale des courants de surfaces. La différence de température, fonction de la latitude, créée par ce déséquilibre thermique due à la répartition inégale du rayonnement solaire absorbée par la terre et les océans donne naissance à une différence de salinité et par conséquent de densité des masses d’eau de l’océan. Il se forme ainsi également des courants de profondeur causés par la variation de densité et sous l’effet des forces de pesanteur. Enfin il existe des courants de marée. Ils se situent essentiellement près des côtes et sont notables dans les mers fortement influencés par la marée. On peut alors observer les courants de flot –marée montante- ou de jusant –marée descendante-, séparés par l’étale, période de renverse de la marée. La vitesse maximale de ces courants de marée dépend de l’amplitude du marnage et de la configuration des fonds marins. Ils peuvent alors atteindre 6noeuds dans des zones resserrées.

10 / 45

2) L’énergie des courants marins L’énergie des courants marins consiste à récupérer l’énergie cinétique de ces déplacements de masse d’eau pour la transformer en énergie électrique. On utilise pour cela un système de turbines ou de nageoires oscillantes sous l’effet du courant. L’utilisation de l’énergie des courants est récente. La mer est en effet un milieu puissant, violent dans lequel les technologies doivent faire preuve de résistance, tant au niveau mécanique que face à la corrosion et autres agressions. Mais le coût de plus en plus compétitif de l’énergie, l’accroissement de la demande et de développement récent de nouvelles technologies, matériaux etc offre aujourd’hui des solutions pour la conquête des énergies du milieu marin. Il devient aussi urgent de trouver des solutions alternatives aux énergies fossiles, pétroles, charbons et autres. Comme pour toutes énergies renouvelables, on observe par conséquent une démultiplication actuelle importante des projets d’hydroliennes et autres technologies exploitant l’énergie des courants. La plupart des projets ont lentement débutés vers la fin du siècle. L’énergie des marées a pour la première fois été exploitée dans les moulins à marée et par la création de l’usine de la Rance qui fonctionne depuis 1966 et produit 240MW d’électricité. A la Réunion, la ressource marine est très importante. Il s’inscrit de plus dans le plan de développement et vers l’autosuffisance énergétique de l’île, ce qui donne au projet d’énergies marines d’autant plus de poids et d’investissement. Bien que son point fort soit l’Energie Thermique des Mers ou celle de la houle et des vagues, l’énergie des courants pourraient ainsi également jouer un rôle vers cette objectif 100% énergie renouvelable réunionnais. D’un point de vue physique on transforme l’énergie cinétique des courants en énergie mécanique, elle-même ensuite transformée en énergie électrique. La puissance de départ peut être calculée d’après la formule :

Pour différentes vitesses de courant et à diamètre de rotor variable on obtient donc la caractéristique de puissance suivante :

Figure 5. Courbe de puissance, fonction du diamètre du rotor et de la vitesse des courants.

11 / 45

On en conclue qu’une vitesse de courant de 2m/s minimale est requise pour avoir une exploitation rentable de la ressource, quelque soit le diamètre du rotor. La puissance disponible est proportionnelle au cube de la vitesse et au carré du diamètre du rotor (S=πD²/4).

3) Principe et fonctionnement général Pour transformer l’énergie cinétique des courants marins en énergie électrique, plusieurs dispositifs sont envisageables. De même que pour les éoliennes qui utilisant la force du vent, les technologies sous marines utilisent ici la force du fluide eau en mouvement pour activer un système mécanique. Quatre principales technologies de conversion de l’énergie des courants ont ici été identifiées.

Source EMEC Figure 6. Schéma de turbine à axe horizontal. La technologie la plus courante pour la récupération d’énergie des courants est la turbine à axe horizontal. Il s’agit d’une éolienne sous-marine. Son axe de rotation est parallèle à la direction de déplacement des courants. Les pâles, légèrement inclinées tournent sous l’effet du courant, comme les éoliennes tournent sous l’effet du vent.

Source EMEC Figure 7. Schéma de turbine à axe vertical Il s’agit ici d’une technologie bien mois répandue, celle du projet HARVEST français, principal exemple pour ce type d’hydroliennes. Cette fois l’axe de rotation des pâles de l’hydrolienne est perpendiculaire à la direction des courants. Elles tournent ainsi tel un batteur de cuisine.

12 / 45

Source EMEC Figure 8. Schéma d’hydroptère La troisième technologie possible se nomme hydroptère. Par mimétisme avec la queue des thons, requins ou cétacés, cette technologie ressemble à une nageoire. Cette aile flottante, attaché à un socle ancré au fond de l’eau, oscille ainsi sous l’effet du courant. Le système de conversion énergie mécanique, énergie électrique passe alors souvent par un système de vérin hydraulique qui met un fluide sous pression. Il passe alors dans une turbine type Pelton pour produire l’énergie électrique. Cette technologie est utilisée dans plusieurs projets tels que biostream ou stingray. Pour augmenter le débit, la vitesse ou la puissance disponible, un système peut enfin être mis en place pour concentrer l’énergie des courants au passage des rotors.

Source EMEC Figure 9. Schéma de conduite Venturi Le système dit Venturi correspond à un grand entonnoir au cœur duquel se trouve la turbine. Il permet d’accélérer le fluide au passage de la conduite, augmente la pression, la vitesse et donc la puissance récupérée. Ce système de concentration du flux est actuellement combiné à une turbine à axe horizontal. Ce système pourrait probablement être utilisé dans des zones de moindre courant.

13 / 45

4) Avantages et inconvénients L’énergie des courants, de part ses origines physiques, a l’avantage d’être prévisible et régulière. Bien qu’elle soit également variable, elle est donc plus facilement gérable en termes d’intermittence que l’énergie solaire ou éolienne. Comme toute énergie renouvelable elle est également inépuisable, renouvelable ou durable et propre lors de son exploitation. Cette énergie est en effet non polluante et ne rejette aucun gaz à effet de serre autre que dans les phases de fabrication. La densité de l’eau est 800 fois plus importante que celle de l’air, la ressource énergétique des courants est donc bien plus intéressante que celle de l’air. Pour une même production électrique, la taille d’une hydrolienne, sa vitesse de rotation ainsi que la vitesse de fluide nécessaire (air ou eau) sont fortement réduite comparée à celle d’une éolienne.

Source dossier Projet HARVEST http://www.oreg.ca/docs/2008_Spring_Symposium/Maitre.pdf Figure 10. Comparaison Eolienne-Hydrolienne Bien que limité et/ou maitrisable, l’impact d’une telle installation marine sur l’environnement ne doit pas être négligé. Dans la plupart de ces installations, les pâles tournent plus ou moins rapidement, de l’ordre de 10-15tours par minutes ou plus. Les probabilités de collisions avec des espèces sous-marines n’est alors pas nulle. Ce mouvement de rotation est aussi source de turbulence. En supplément d’un potentiel effet sur la faune, poissons, cétacés, mammifères, la création de sillage hydrodynamique peut perturber la sédimentation et le développement de tout l’écosystème. Enfin la mise en place de tels systèmes marins requiert la mise en place d’opérations de maintenance ou d’entretien. Le milieu marin pose en particulier le problème de corrosion. Parallèlement à ces contraintes environnementales, ces technologies, leur production et entretien coutent actuellement toujours cher. Le cout d’une hydrolienne est d’aujourd’hui quelques millions d’euros par MW installé, souvent plus cher que pour l’éolien, bien que ce cout d’investissement et/ou d’installation varie selon les technologies.

14 / 45

L’appréciation que l’on peut donner à une installation de production par énergie renouvelable est fournie par trois critères principaux : le nombre d’heure de fonctionnement, la surface par puissance produite et la puissance installée. Ainsi l’énergie des courants avec une durée équivalente de fonctionnement de l’ordre de 4000h/an soit la moitié de l’année, 167jours est extrêmement intéressante quand on sait que le nombre d’heure de fonctionnement pour le solaire photovoltaïque est de l’ordre de 1300h/an. Le dimensionnement électrique des turbines est ainsi préférable pour une vitesse de courant la plus fréquence en un site donné, d’où l’importance d’un site à fort courant toute l’année. La puissance fournie par m² est de plus proportionnelle au cube de la vitesse : ainsi elle est de 1,2kW/m² pour un courant de 2m/s et de 4kW/m² pour un courant de 3m/s ! Il est en conclusion essentiel que la vitesse de courant moyenne, qui dimensionne l’installation, et non les forts courants exceptionnels d’un site soit suffisante afin d’assurer une production maximale.

c. Cout de l’énergie des courants marins La puissance classique d’une installation exploitant l’énergie des courants est de quelques centaines de kW au MW. Le coût d’installation d'une hydrolienne n’est pas clairement défini et semble varier selon les technologies : de 1,5 € par Watt d’après hydrohélix, source : http://www.durable.com/actualite/article_hydroliennes-les-eoliennes-sous-marines_406 à 3000 € /kW d’après le retour de l’usine marémotrice de la Rance, Source : http://gregprojetdurable.blog.ouestjob.com/index.php/post/2008/12/11/Hydroliennes-Manche Le coût de rachat garantie des énergies marines était de 0,15 €/kWh, mais est passé à + 20% soit 18 cts/kWh depuis le CIOM (Conseil Interministériel d’Outre Mer) en date du 6Novembre 2009. Il permet de définir la rentabilité économique du projet et d’évaluer sa durée de retour sur investissement.

15 / 45

II. Analyse de la ressource, présentation des

résultats de mesures courantologiques.

a. Présentation des mesures effectuées

� Sites : en baie de Saint Paul : 3sites : -Point 1 Sur le platier face du cap de La Houssaye. Latitude -21°0’50.7594’’S, Longitude 55°13’51.24’’E, Profondeur 41m -Point 2 Proche cage de l’ARDA au niveau balise du Sea venture Latitude 20°59’56.30’’S, Longitude 55°16’03.18’’E, Profondeur 41m -Point 3 En face de la passe de l'Hermitage -21.09026 S / 55.21159 E, Profondeur 40m.

Figure 11. Carte réunionnaise des 3 sites de mesures courantologiques réalisées.

16 / 45

� Description des paramètres de mesure Profondeurs : sur toute la colonne d’eau : balayage toute colonne d’eau entre 3 et 39 m de fond : ADCP à 40-41m Première cellule à 3,08m, dernière cellule à 39,08m pour 19 cellules. Durée : Mesures effectuées sur un cycle lunaire suffisant pour avoir conditions de marnage : soit : un mois min sur chaque site, 3mois au total :

32jours pour le site 1 Cap la Houssaye : du 5/06/09 au 6/07/09 35jours pour le site 2 cage ARDA : du 6/07/09 au 10/08/09 37jours pour le site 3 Passe de l’Hermitage : du 10/08/09 au 17/09/09

Fréquence de mesure… toutes les 10min pour les 2ème et 3ème sites, toutes les 20min pour le premier site au niveau des cages de l’ARDA. Données en heure UTC Lié à capacité de l’appareil, batteries ; stockage de données. Soit pour sur la période de mesure : 4441 à 5431 acquisitions selon le site. Données relevées à chaque changement de site et enregistrées le jour même avant transmission. Mesure -direction du courant de 0 à 360°, erreur sur la direction 1° -intensité ou vitesse du courant pour chaque cellule de la colonne d’eau, standard de déviation : 0,51cm/s

� Procédure de mesure des courants ! ADCP : Un système ADCP sentinel ou Acoustic Doppler Current Profiler envoie un signal acoustique à fréquence donnée. Les particules du milieu en mouvement par le déplacement des masses d’eau, autrement dit du courant, réfléchissent le signal vers les transducteurs ADCP après avoir déphasé la fréquence du signal émis. Suivant le type de la particule (d’où influence de la salinité et autres) et son mouvement, la fréquence Doppler ou décalage Doppler retournée sera différente. Le courantomètre peut alors après réception de ces informations acoustiques, calculer la vitesse de déplacement des différentes couches d’eau, le profil du courant au sein de cette masse d’eau, la profondeur. Les différentes composantes des courants ou profil de courant dans l’espace sont obtenu en utilisant quatre directions de faisceaux acoustiques.

Figure 12. ADCP utilisé pour les mesures en mer. Photo prise par ARVAM-PARETO

17 / 45

Compte rendu sur le matériel et déroulement de la campagne de mesure

Figure 13. Réalisation des campagnes de mesure et photo ARVAM-PARETO de la mise à l’eau de l’ADCP Le matériel est posé au fond de l’eau,, posé à un point fixe. Après sa descente à l’aide d’un câble du pont de bateau pour la mise à l’eau et l’accompagnement par deux plongeurs, les plongeurs de l’ARVAM/PARETO vont vérifier sa bonne disposition sur le fond et relever sa position exacte à l’aide de coordonnées GPS. La mise en place de cette mesure est un déploiement de matériel en mer « classique ». Une fois installé, le matériel est laissé sur le fond pendant toutes la durée des relevés courantologiques et enregistre toutes les 10 ou 20 min les données de courant par méthode ADCP automatique. A la fin de la période de mesure, le matériel est alors remonté, l’acquisition des données se fait alors à quai, dans les locaux du club de plongée, où l’ARVAM a préalablement installé son ordinateur. La procédure et la durée de transmission des données se fait en une heure. L’ADCP est alors remis sur le bateau, et la procédure de mise à l’eau est respectée pour le point de mesure suivant. Entre chaque pose sur les différents sites, le matériel est révisé. On procède également à un calibrage. En effet la salinité, température, pression de l’eau influent sur la vitesse de propagation des ondes dans l’eau : d’où une calibration nécessaire en fonction des paramètres de chaque site. Le calibrage se fait manuellement à l’aide du logiciel fournit avec l’ADCP. La durée, et la période des mesures sont aussi recalibrées à chaque pose. Calcul des incertitudes des mesures en fonction de la hauteur sur la colonne d’eau Erreur direction : 1° Standard déviation : 0.51cm/s

Note d’opportunités sur l’exploitation des courants marins en baie de Saint Paul.

18 / 45

b. Résultats : analyse des courants marins en baie de Saint Paul

Point 1 : 30/07/09 : Cap La Houssaye Point 2 : 20/08/09 : Au niveau des cages de l’ARDA Point 3 : 22/09/09 : Passe de l’Hermitage

1) INTENSITE MOYENNE JOURNALIERE POUR CHAQUE PROFONDEU R Jour par jour, la moyenne des intensités de la journée et pour toutes les directions a été faite. Pour chaque profondeur et pour chacun des sites ces résultats ont été représentés dans les graphes ci-dessous. Point 1 : 30/07/09

Intensité moyenne journalière (mm/s) pour chaque profondeur

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

05/06/2009

06/06/2009

07/06/2009

08/06/2009

09/06/2009

10/06/2009

11/06/2009

12/06/2009

13/06/2009

14/06/2009

15/06/2009

16/06/2009

17/06/2009

18/06/2009

19/06/2009

20/06/2009

21/06/2009

22/06/2009

23/06/2009

24/06/2009

25/06/2009

26/06/2009

27/06/2009

28/06/2009

29/06/2009

30/06/2009

01/07/2009

02/07/2009

03/07/2009

04/07/2009

05/07/2009

06/07/2009

Date

Intensité (en mm/s)

38m 36m 34m

32m 30m 28m

26m 24m 22m

20m 18m 16m

14m 12m 10m

8m 6m 4m

Figure 14. Intensité moyenne journalière sur l’ensemble de la période de mesure et pour chacune des profondeurs. Site 1 Les courants ont une intensité moyenne journalière et sur toutes les directions homogène sur toute la colonne d’eau. Les valeurs pour la profondeur de -2m se distinguent cependant du reste : les fluctuations autour de sa valeur d’intensité de courant moyenne semblent mieux réparties et ne suivent pas celles de toutes les autres profondeurs qui semblent se déplacer, osciller ensemble. La valeur moyenne des intensités journalières moyennées sur 24h et sur toutes les directions, pour chaque profondeur est d’environ 250mm/s.


19 / 45

Point 2 : 20/08/09 Intensité moyenne journalière (mm/s) pour chaaque profondeur

0

20

40

60

80

100

120

140

06/07/2009

07/07/2009

08/07/2009

09/07/2009

10/07/2009

11/07/2009

12/07/2009

13/07/2009

14/07/2009

15/07/2009

16/07/2009

17/07/2009

18/07/2009

19/07/2009

20/07/2009

21/07/2009

22/07/2009

23/07/2009

24/07/2009

25/07/2009

26/07/2009

27/07/2009

28/07/2009

29/07/2009

30/07/2009

31/07/2009

01/08/2009

02/08/2009

03/08/2009

04/08/2009

05/08/2009

06/08/2009

07/08/2009

08/08/2009

09/08/2009

10/08/2009

Date


38m 36m 34m

32m 30m 28m

26m 24m 22m

20m 18m 16m

14m 12m 10m

8m 6m 4m

Figure 15. Intensité moyenne journalière sur l’ensemble de la période de mesure et pour chacune des profondeurs. Site 2 Sur ce second site, les courants à 2m de profondeur ont une intensité moyenne journalière et directionnelle moyenne quatre fois plus importante que l’intensité moyenne et très homogène de toute la colonne d’eau. Ces intensités sont quoi qu’il en soit extrêmement faibles : de l’ordre de 50mm/s. Point 3 : 22/09/09

Intensité moyenne journalière (mm/s) pour chaque profondeur

0

200

400

600

800

1000

1200

10/08/2009

11/08/2009

12/08/2009

13/08/2009

14/08/2009

15/08/2009

16/08/2009

17/08/2009

18/08/2009

19/08/2009

20/08/2009

21/08/2009

22/08/2009

23/08/2009

24/08/2009

25/08/2009

26/08/2009

27/08/2009

28/08/2009

29/08/2009

30/08/2009

31/08/2009

01/09/2009

02/09/2009

03/09/2009

04/09/2009

05/09/2009

06/09/2009

07/09/2009

08/09/2009

09/09/2009

10/09/2009

11/09/2009

12/09/2009

13/09/2009

14/09/2009

15/09/2009

16/09/2009

17/09/2009

Date


37m 35m 33m

31m 29m 27m

25m 23m 21m

19m 18m 15m

13m 11m 9m

7m 5m 3m

Figure 16. Intensité moyenne journalière sur l’ensemble de la période de mesure et pour chacune des profondeurs. Site 3


20 / 45

Les courants sont de nouveau homogènes sur toute la colonne d’eau sur ce site hormis quelques exceptions en surface. On remarquera que cette hausse d’intensité de courant à -1m correspond à une nouvelle lune.

2) MOYENNE INTENSITE SUR L’ENSEMBLE DE LA PERIODE DE M ESURE POUR LES DIFFERENTES PROFONDEURS

Ces tableaux présentent la moyenne de l’intensité sur l’ensemble de la période de mesure et sur toutes les directions : Il s’agit de la moyenne, pour chaque profondeur, sur l’ensemble de la période de mesure (1mois), de la moyenne journalière sur toutes les directions calculées précédemment. Point 1 : 30/07/09

Profondeur Moyenne intensité (en mm/s) sur l'ensemble de la période de mesure

2 287

4 256

6 292

8 291

10 289

12 287

14 285

16 284

18 282

20 280

22 278

24 276

26 273

28 270

30 267

32 264

34 259

36 252

38 236

Figure 17. Intensité moyenne des courants pour les différentes profondeurs. Site 1


21 / 45

Les courants sont, sur ce site, relativement homogènes et de valeur moyenne comprise entre 230mm/s et 290mm/s, valeur très inférieure au 1m/s voir 2m/s requise. On observe une diminution de la valeur moyenne des courants en profondeur cependant. Point 2 : 20/08/09

Profondeur

Moyenne intensité (en mm/s) sur l'ensemble de la période de mesure

4m 67

6m 75

8m 72

10m 70

12m 69

14m 68

16m 68

18m 66

20m 60

22m 66

24m 59

26m 64

28m 67

30m 67

32m 67

34m 68

36m 69

38m 70

Colonne d'eau dans son ensemble 67

Figure 18. . Intensité moyenne des courants pour les différentes profondeurs. Site 2 L’intensité moyenne des courants sur ce site est d’environ 60-70mm/s et homogène sur toute la colonne d’eau.


22 / 45

Point 3 : 22/09/09

Profondeur

Moyenne intensité (en mm/s) sur l'ensemble de la période de mesure

3m 254

5m 339

7m 344

9m 338

11m 333

13m 328

15m 323

17m 318

19m 313

21m 308

23m 304

25m 298

27m 292

29m 285

31m 275

33m 263

35m 246

37m 217

Colonne d'eau dans son ensemble 299

Figure 19. . Intensité moyenne des courants pour les différentes profondeurs. Site 3 De même, la colonne d’eau de -3m à -37m présente un courant moyen homogène de l’ordre de 200-300 mm/s.


23 / 45

3) REPARTITION DE L’INTENSITE PAR INTERVALLE POUR LES

DIFFERENTES PROFONDEURS Ces résultats permettent d’observer, pour chacune des profondeurs étudiées, la probabilité ou occurrence des courants en fonction de leur intensité. Point 1 : 30/07/09

Figure 20. Occurrence des diverses gammes d’intensités moyennes atteintes sur chacun des intervalles de profondeur. Site 1 On remarque donc ici que, pour toutes les profondeurs car on retrouve de nouveau cette homogénéité de la colonne d’eau, 40% des courants observés sont de valeur inférieure à 200mm/s, 80% sont inférieurs à 400mm/s ou 1 nœud et moins de 5% sont supérieurs à 800mm/s.


24 / 45

Point 2 : 20/08/09

Figure 21. Occurrence des diverses gammes d’intensités moyennes atteintes sur chacun des intervalles de profondeur. Site 2 Sur ce site, 80% des courants ont une intensité inférieure à 100mm/s, et plus de 99% ont une vitesse inférieure à 200mm/s. La vitesse de 1 nœud est atteinte un fois à la profondeur de 22m. Point 3 : 22/09/09

Figure 22. Occurrence des diverses gammes d’intensités moyennes atteintes sur chacun des intervalles de profondeur. Site 3 La probabilité de trouver des plus forts courants est sur ce site bien plus élevé. Il y a cependant une fort différence de répartition de l’intensité des courants entre la couche supérieure à -1m de profondeur et les couches inférieures comprises entre -3m et -38m. En deçà de 3m,


25 / 45

80% des courants ont une vitesse inferieure à 1noeud, et plus de 95% inférieure à 2noeuds. En surface cependant les courants inférieurs à 1noeud ont une occurrence d’environ 40% des courants, et d’environ 85% pour les courants jusqu’à 2noeuds. Dans cette couche jusqu’à 1 à 2m de profondeur, on obtient plus fréquemment des forts courants : 10% du temps on peut ainsi observer des courants compris entre 2 et 3noeuds. 5% du temps les intensités de courant sont alors supérieures à 3noeuds. Ces dernières observations justifient les mesures réalisées. Bien qu’insuffisante pour l’exploitation des courants, elles sont néanmoins la preuve de la présence de forts courants ponctuellement sur cette zone de la passe de l’Hermitage, identifié comme un site favorable à de plus forts courants.

4) FREQUENCE DE DIRECTION ET INTENSITE EN FONCTION DE LA DIRECTION POUR DIFFERENTES PROFONDEURS.

Ces graphiques permettent de connaître pour chaque direction, l’occurrence et l’intensité des courants mesurés. Si la ressource s’avère suffisante, ces données permettent de choisir la meilleure orientation possible pour l’installation de la technologie et une conversion optimale en ce site de l’énergie des courants. Figures 23. Occurrence de la direction et intensité associée pour chaque profondeur. Voir les diverses figures ci-dessous :


26 / 45

Point 1 : 30/07/09 Direction des courants (en % d'occurence) et intensités asociées à

chaque direction (en cm/s)Profondeur 38m

0

10

20

30

400

40

80

120

160200

240

280

320

Intensité en cm/s

direction courant

Direction des courants (en % d'occurence) et intensités asociées à chaque direction (en cm/s)

Profondeur 28m

0

10

20

30

40

50

600

40

80

120

160200

240

280

320

Intensité en cm/s

direction courant

£

Direction des courants (en % d'occurence) et intensités asociées à

chaque direction (en cm/s)Prodondeur 18m

0

10

20

30

40

50

600

40

80

120

160200

240

280

320

Intensité en cm/s

direction courant


Profondeur 8m

0

10

20

30

40

50

600

40

80

120

160200

240

280

320

Intensité en cm/s

direction courant


Profondeur 4m

0

10

20

30

40

500

40

80

120

160200

240

280

320

Intensité en cm/s

direction courant

La direction à 240-280° ou Sud-Ouest et plus probable et présente également des courants d’intensité maximale.


27 / 45

Point 2 : 20/08/09

Fréquence de la direction des courants et intensités asociées à chaque direction

(en cm/s) Profondeur 38m

02

46

8

10

1214

1618

20

22

Direction

intensite (mm/s)

N

EO

S Fréquence de la direction des courants et intensités asociées à chaque direction


0

5

10

15

20

25

30

35

40

Direct ion

intensite (cm/s)

N

EO



0

5

10

15

20

25

30

35

40

Direction

intensite (cm/s)

N

EO



0

5

10

15

20

25

30

35

40

Direction

intensite (cm/s)

N

EO

S La direction S-O, N-E est plus probable, plus occurrente. Les courants sont également plus forts dans cette direction.


28 / 45

Point 3 : 22/09/09 Fréquence de la direction des courants et intensités asociées à chaque

direction (en cm/s) Profondeur 37m

0

10

20

30

40

50

60

70

Direction

intensite (cm/s)

N

EO

S

Fréquence de la direction des courants et intensités asociées à chaque


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Direction

intensite (cm/s)

N

EO

S Fréquence de la direction des courants et intensités asociées à chaque


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Direction

intensite (cm/s)

N

EO

S Fréquence de la direction des courants et intensités asociées à chaque


0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Direction

intensite (cm/s)

N

EO

S Les courants sur ce troisième site sont nettement plus fréquemment orientés nord-sud. Ils sont de même plus forts dans cette direction.


29 / 45

Fréquence de la direction des courants et intensités asociées à chaque


0102030405060708090

100110

Direction

intensite (cm/s)

N

EO

S En surface, les courants sont plus équitablement répartis, leur vitesse est néanmoins accrue vers le sud-ouest à -3m.

5) ANALYSE DES DONNEES BRUTES, recherche vitesse maximale et cycles possibles…

Point 1 : 30/07/09 Vmax (mm/s) Profondeur (m)

819 38

852 36

875 34

891 32

914 30

919 28

927 26

944 24

944 22

953 20

959 18

958 16

969 14

984 12

1004 10

1025 8

1030 6

920 4


30 / 45

Intensité des courants sur les différentes profonde urs

0

200

400

600

800

1000

1200

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38

profondeur (en m)

inte

nsité

des

cou

rant

s en

mm

/s

Intensité moyenne des courants sur lesdifférentes profondeurs

Intensité maximale observée surchacune des différentes profondeurs

Figure 24. Intensité moyenne des courants et vitesse maximale (en mm/s) observée pour chacune des profondeurs. Site 1

Sur ce mois de mesure, on observe en général des courants de vitesse comprise entre 200 à 400mm/s. Il apparaît cependant des « oscillations » temporelles entre forte et faible intensité de courant : alternance entre ces périodes de courants à valeur moyennes avec des périodes de plus forts courants de l’ordre de 1noeud, 500-600mm/s. Occasionnellement on observe des courants de vitesse maximale pouvant aller jusqu’à 2noeuds. Les courants sur ce site du Cap La Houssaye sont homogènes sur toute la colonne d’eau. Point 2 : 20/08/09 Zone de très faible courant. Vmax (mm/s) Profondeur (m)

245 38

274 36

292 34

306 32

320 30

329 28

333 26

971 24

1218 22

289 20

331 18

338 16

334 14

338 12

326 10

309 8

300 6

264 4


31 / 45

Intensité moyenne et maximale des courants sur les différentes profondeurs

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

4m 6m 8m 10m 12m 14m 16m 18m 20m 22m 24m 26m 28m 30m 32m 34m 36m 38m

profondeur (m)

inte

nsité

des

cou

rant

s ou

vite

sse

(mm

/s)

Intensité moyenne pour chaqueprofondeur

Vitesse maximale pour chaqueprofondeur

Figure 25. Intensité moyenne des courants et vitesse maximale (en mm/s) observée pour chacune des profondeurs. Site 2 Des « max » par rapport à la moyenne sont par ailleurs observés de manière « périodique », même si la période ne semble pas strictement régulière. Ils s’étalent sur 3h en général. Les courants sur ce second site sont par ailleurs répartis de façon homogène sur la colonne d’eau, que ce soit pour l’intensité moyenne ou les vitesses maximales mesurées. Seul entre -20 et -24m les vitesses maximales observées sont 5 à 6 fois plus élevées qu’aux autres profondeurs. Rq : Vers le 5-6/08/09, alentour de pleine lune, les courants observés sont bien plus forts que la moyenne. Point 3 : 22/09/09 Vmax (mm/s) Profondeur (m)

2661 3

1372 5

1287 7

1268 9

1264 11

1270 13

1246 15

1226 17

1211 19

1197 21

1179 23

1151 25

1134 27

1133 29

1111 31

1090 33

1000 35

894 37


32 / 45

Intensité moyenne et vitesses maximales de courant sur les différentes profondeurs

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37

Profondeur (m)

inte

nsité

de

cour

ant o

u vi

tess

e (m

m/s

) Intensité moyenne de courant sur lesdifférentes profondeurs

Vitesse maximale de courant sur lesdifférentes profondeurs

Figure 26. Intensité moyenne des courants et vitesse maximale (en mm/s) observée pour chacune des profondeurs. Site 3 Il s’agit du site le plus intéressant car présentant les plus forts courants. Régulièrement sur l’ensemble de la colonne d’eau, on peut observer des courants d’environ 1noeud. Sur ce site de la passe de l’Hermitage les vitesses maximales de courant atteignent 2,66m/s soit 5noeuds. Toutes les vitesses maximales de la colonne d’eau sont également supérieures à 2noeuds, 1,1m/s-1,2m/s. C’est donc de loin le site le plus intéressant. Cependant comme nous l’avons vu précédemment l’occurrence de ces forts courants ne permet pas l’exploitation de leur énergie.


33 / 45

Récapitulatif pour les 3sites : Ponctuellement les vitesses maximales observées sont donc: Au point 3 5noeuds, 2,6m/s à -3m 1,37m/s à -5m,

1,246m/s à -15m, 2noeuds, 1,2m/s à -20m.

Au point 2 1,2m/s à -22m Entre 250mm/s et 340mm/s aux autres profondeurs. . Au point 1 2noeuds, 1,03m/s de -6m à -10m Puis entre 800mm/s et 900 mm/s jusqu’à -38m

Comme nous l’avons noté précédemment, ces courants de vitesse maximale ont cependant une probabilité, une occurrence inférieure voire très inférieure à 3% sur l’ensemble des directions et de la période de mesure.

c. Conclusion et résumé des résultats : Les intensités de courant sont homogènes sur toutes la colonne d’eau hormis pour les courants en surface, de -1 à -3m nettement plus élevé, en particulier au site n°2 relativement au courant moyen. Les courants moyens sont dans l’ensemble faibles voir très faibles et quoi qu’il en soit nettement insuffisants pour l’exploitation de l’énergie des courants qui requiert des vitesses de courant de l’ordre de 1 à 2m/s, soit 2 à 4 nœuds. En effet, non seulement l’intensité moyenne des courants est inférieure ou environ égale à 300mm/s pour les 3sites, mais la vitesse maximale des courants et atteinte moins de 3% du temps et dépasse trop occasionnellement les 1500mm/s ou 3noeuds. Exceptionnellement de forts courants, en particulier en surface, jusqu’à 3,6m/s soit 7noeuds à -1m, ont malgré tout été observés et justifient que des mesures et une prospective de potentiel énergétique des courants ait ici été menée.


34 / 45

III. Analyse de l’opportunité de production

d’électricité avec l’énergie des courants

a. Principe général

Les courants marins, caractérisés par leur vitesse, direction et débit suscitent actuellement un grand intérêt. Ils sont en effet source d’énergie renouvelable, propre et peuvent donc être exploiter pour produire de l’électricité. De nombreuses technologies utilisant cette énergie des courants ont depuis quelques années vu le jour. Toutes utilisent l’énergie cinétique des courants pour la transformer en énergie électrique. Les technologies de type hydroliennes sont les plus connues. A l’image des éoliennes pour l’air, elles sont constituées de pâles qui tournent sous l’effet du courant, fluide en déplacement. Elles fournissent alors de l’énergie mécanique à un turbogénérateur qui la transforme en énergie électrique. Moins connues, les hydroptères -du grec hydros , eau, et ptère , aile- ou ailes sous-marines sont une autre technologie possible. Cette centrale électrique sous-marine (Oscillating Hydrofoil en anglais) s’inspire des ailes ou queues de requins, thon ou baleines et oscillent grâce au courant afin de produire de l'électricité. En oscillant face au courant marin, ces nageoires géantes entraînent un bras métallique qui les rattache à leur socle. Ce mouvement entraîne alors un vérin hydraulique qui envoie du fluide haute pression vers une turbine pour produire de l’électricité.

b. Analyse de la ressource nécessaire et des contraintes

Comme tout autre moyen de production d’énergie, les technologies de conversion de l’énergie des courants nécessitent une ressource bien définie pour pouvoir être exploitée efficacement. Il faut bien entendu tout d’abord que la vitesse de courant soit suffisamment forte. De manière général, les technologies requièrent une vitesse minimum de courants marins de 2 à 3 nœuds soit supérieure à 1 à 2 m/s. Une bonne occurrence est également exigée. Les courants de marée sont prévisibles et réguliers car en corrélation avec le cycle lunaire. Dans l’ensemble, les courants de surface sont également prévisibles et réguliers bien que soumis à l’influence du vent. Le comportement des courants de profondeur est en général bien connu mais non réellement exploité actuellement car en trop grande profondeur. Il est ensuite essentiel de bien choisir le site d’implantation de la centrale en mer et de pouvoir l’ancrer afin qu’elle résiste à ces forts courants. La bathymétrie ou profondeur adaptée est ainsi souvent comprise entre 30 et 50m de fond. Le site pourvu ne doit pas être trop éloigné des côtes afin d’assurer un raccord électrique facile, rentable et sûr. La nature des sols doit être stable, afin d’assurer un ancrage solide.


35 / 45

S’ajoute à ces problématiques, celle de la maintenance et de la proximité d’infrastructures adaptées, d’un marché de demande en énergie intéressant sur le site à potentiel énergétique des courants, d’accès à la ressource, ainsi que les aspects réglementaire et environnementaux qui régissent tout projet d’énergie de la mer. Enfin il est important, lors du développement d’un projet d’énergie renouvelable marine, prendre bien entendu en compte les aspects environnements et d’impact sur le milieu et ses usages : Impact sur la faune et la flore, impact sur la ressource (ne pas « tuer » les courants), impact sur la navigation ou la pêche, impact visuel et sonore, problématique de la corrosion et de l’encrassement, réglementation en règle (zone protégée, réserve naturelle, …), etc. A la Réunion, il ne faut pas oublier les possibles conditions extrêmes saisonnières : cyclones ou fortes houles australes. Ces contraintes météorologiques sont en effet déterminantes dans les choix technologiques d’exploitation de l’énergie des courants.

c. Veilles technologiques

Comme évoqué précédemment, de nombreuses technologies voient le jour, aussi bien de type hydroliennes qu’hydroptères. Certaines d’entre elles sont actuellement commercialisées dans certaines parties du monde, d’autres sont encore en phase de développement. Toutes présentent des caractéristiques bien propres et diffèrent donc, non seulement en termes de technologie mais également en termes d’impact, de capacité de production, ou de ressource requise. Il y a trois facteurs technologiques essentiels caractéristiques de la capture de l’énergie des courants: -Le diamètre du rotor, de la turbine dans le cas d’une hydrolienne. Elle correspond à la section (cross section) de récupération de la ressource des courants. -La vitesse du courant : l’énergie cinétique est proportionnelle au cube de la vitesse du flux, d’où l’importance de ce paramètres. -L’efficacité du système. La production électrique sera ensuite définie par le nombre d’heure de fonctionnement, la puissance installée et la production par surface occupée.

1) Hydroliennes :

� Technologies commercialisées

* SeaGen Cette technologie est développée par MCT Marine Current Turbines depuis 2003. Seagen convertit actuellement l’énergie des courants en Irelande du nord. Il s’agit de deux rotors de 16m de diamètre qui produisent une puissance de 1.2MW pour un courant de 2.4m/s. Chacun des rotors entraine un générateur et peut fonctionner en flux bidirectionnel, grâce à des pâles « réversible » à 180°. Une autre particularité de ce système réside dans la remontée possible des pâles pour maintenance. En Mai 2003, un premier système mono-rotor nommé Seaflow a été installé au large de Lynmouth dans le Devon (UK). Il s’agissait du prédécesseur de SeaGen d’une puissance de 300 kW, pour une vitesse de rotation de turbine de 10 à 15 tours/min.


36 / 45

Figure 27. Les projets SeaFlow and SeaGen (à droite). Crédit MCT En Avril 2008, le système SeaGen a été installé et testé à Stanford Lough. Le projet aura coûté £10 million, et génère maintenant de l’énergie 20h par jour grâce à la puissance du courant considéré comme un des plus puissants du monde. MCT a pour objectif d’exploiter d’ici 2012 au large de l’île galloise d’Anglesey, une ferme de sept hydroliennes et produisant 10MW.

* Openhydro Openhydro est une compagnie irlandaise. Le développement de la technologie d’hydrolienne à centre ouvert a débuté aux US dans les années 90 par de nombreuses études et phases d’expérimentation. La compagnie Openhydro a ensuite été créée en 2005 après le lancement de la technologie Openhydro fin 2004. Le projet a bénéficié de nombreux tests de la technologie et études d’impact.

Figure 28. Hydrolienne OpenHydro. Crédit Openhydro Juillet 2008, une unique turbine de 250kW a été connectée à l’EMEC puis au réseau avec succès. La technologie est maintenant commercialisée et a déjà été installé sur plusieurs sites, notamment en Nouvelle-Ecosse. La compagnie prévoit maintenant le raccord de 4 à 10 hydroliennes par EDF sur le site de Paimpol-Bréhat en Bretagne nord, pour une production de 2 à 4MW d’ici 2011.


37 / 45

Figure 29. Hydrolienne Openhydro installée en mer. Crédit Openhydro

* Atlantis resources corporation : technologie Macquarie

La société Atlantis resources corporation est depuis quelques années déjà, impliquée dans le développement et la commercialisation de technologies pour l’exploitation de l’énergies des courants. Les premiers tests sont lancés dès 2002 et c’est en Septembre 2006 qu’Altantis assemble, installe en mer et connecte au réseau australien la turbine Aquanator. Les 100 premiers kW de puissance issus de l’énergie des courants commencent ainsi à être distribués sur le réseau local. En Mai 2008, après un redoublement d’effort R&D suite au succès des premiers tests, c’est au tour de la technologie AN-150 ou Nereus 150kW d’être installé et connecté au réseau sur le site de San Remo, Victoria en Australie. Ce site verra en Aout 2008 venir la technologie AS-500 ou turbine Solon. Elle deviendra la plus large turbine à axe horizontale à subir des test de remorquage et l’hydrolienne considérée comme la plus efficace au monde d’après Black&Veatch pour l’efficacité de son rotor supérieure à 42%. La société a ainsi développé et testé 3 technologies différentes pour exploitation des courants, maintenant commercialisées.

Figure 30. Technologie Atlantis Resources Corporation, Solon & Nereus. Crédit Atlantis


38 / 45

La série « AS » ou turbine Solon : Il s’agit d’une turbine à axe horizontal munie d’une conduite type venturi. Elle peut être mono-directionnelle dans le cas de son installation en rivière ou flot unidirectionnel, ou bi-directionnel dans les locations de courants diurnes par exemple. Ce dispositif peut également être équipé d’un système de contrôle qui optimise l’efficacité de la turbine en fonction de la distribution de vitesse ou débit du courant. Elle est dimensionné pour un courant d’environ 2,6m/s et disponible à des puissances de 100kW, 500kW ou 1MW. La série « AK » est une turbine à axe horizontal dimensionnée pour son déploiement en mer dans les conditions les plus dures de la planète. Il s’agit d’un unique rotor dit jumeau car y sont fixés deux systèmes de pâles. Ce dispositif est de même développé sur la base d’un courant de 2,6m/s pour produire 1 ou 2MW. Son déploiement est prévu pour l’été 2010. Enfin les hydroliennes « AN » est une série pour les eaux peu profondes. Elle utilise des « aquafoil » pour capturer la vitesse du courant et faire ainsi tourner une chaine perpendiculairement à la direction du flux. Testée en Juillet 2008, elle a fait preuve de grande robustesse et d’excellents résultats.

� Technologies expérimentées ou industrialisables * Sabella

Fondée en 2007 à Quimper, la société Hydrohélix est né d’un consortium d’industriels locaux en 2004. La France possède le second potentiel hydrolien européen avec une puissance exploitable de l’ordre de 3 à 5GW, sachant que le potentiel hydrolien d’exploitation des marées au niveau mondial a été estimé par les experts à 100GW de production électrique à installer. ²Sabella a ainsi été la première hydrolienne sous-marine française à être installée. Elle a été immergée à Bénodet en Bretagne sud en Avril 2008. L’ingénierie de cette hydrolienne à l’échelle 1/3, 3m de diamètre, a été lancée en Mai 2007 pour une machine achevée en Mars de l’année suivante. Après une série de deux campagnes de mesures et d’essais, elle a été relevée un an plus tard en Avril 2009. La technologie à l’échelle 1 est par ailleurs telle que chaque hydrolienne produit 200kW pour un diamètre compris entre 8 et 15m. Elles sont ancrées par 30m de fond pour fonctionner environ 3000h/an et par des courants de l’ordre de 3noeuds minimum. Un parc d’hydroliennes Sabella comprendrait actuellement 5hydroliennes de 10m de diamètre.

Figure 31. Hydrolienne Sabella, avant son installation en mer (à gauche), projet de 1MW (à droite). Credit Hydrohélix.


39 / 45

* HydroGen Cette technologie utilise le principe depuis longtemps connu de la roue à aube. Il s’agit autrement dit d’une hydrolienne flottante développée par la compagnie hydro-gen depuis 2004. Plusieurs prototypes ont depuis vu le jour : Hydro-gen 10 : prototype de 10kW de dimension 2.3m*4.5m qui a été utilisé pour de nombreuses campagnes d’essais et des analyses sur des milliers de données. Hydro-gen 20 : ce prototype de 7m*4m pour 20kW devrait être opérationnel sur site prochainement. Hydro-gen 100 : Enfin, HydroGen espère commencer d’ici peu l’exploitation commerciale de cette technologie de 1MW. Il existe deux versions d’installation hydro-gen : la première est particulièrement adaptée aux courants de marée : elle est en effet capable de s’inverser toutes les 6h pour suivre les courants de marée. La seconde solution technologique est une version unidirectionnelle adaptée aux cas des fleuves ou courants en sens unique. Les installations hydro-gen ne sont envisageables que sur des sites de forts courants à savoir supérieur à 4noeuds, soit au minimum 2m/s. L’énergie produite est classiquement proportionnelle au cube de la vitesse des courants : P=1/2*ρηSV3. Les avantages de cette technologie sont multiples : solide et efficace sur des fonds peu profonds, 90% de son entretien se fait à bord, elle peut être déplacée, remorquée, échouée ce qui la rend « facile d’exploitation ».

Figure 32. Technologie HydroGen en mer. Crédit HydroGen.

� Technologies en phase d’expérimentation ou à fort potentiel

* RTT La société britannique Lunar Energy fondée en 2001 développe le produit RTT pour Rotech Tidal Turbine. Il s’agit ici d’une turbine à axe horizontal bidirectionnelle, placée sur l’axe d’une conduite symétrique à forme « Venturi ». Elle utilise donc le principe de capture et de concentration de l’énergie des courants pour sa conversion en électricité. Un rotor bidirectionnel avec des pâles placés symétriquement utilise en supplément des turbines classiques, une conduite venturi pour accélérer le flux du courant et augmenter par là même l’énergie qui peut être capturée par la turbine.


40 / 45

Ancré à des fonds de plus de 40m, une unité RTT de 1MW est constituée de 5pâles. La turbine fait ainsi 11.5m de diamètre pour une conduite de 15m de diamètre, 19.2m de long. L’ensemble pèse alors 25000 tonnes. Lunar Energy a centré le design de l’installation pour une technologie simple et robuste. La technologie est actuellement testée, en prévision de l’installation d’ici 2011 d’un premier développement commercial localisé au large de la côte galloise. Lunar Energy espère alors mettre en place une ferme opérationnelle de 8 dispositifs hydroliens d’un MW chacun. En Mars 2008, Lunar Energy a signé un protocole de collaboration avec l’industrie Hyundai Sambo Heavy et la compagnie coréenne Midland Power pour le développement d’une unité de 1MW adaptée aux eaux côtières coréennes. Ils envisagent par ce protocole, le déploiement d’une ferme marine de 300 fois 1MW.

Figure 33. Technologie RTT. Crédit Lunar Energy

* Hammerfest Strom

Cette technologie norvégienne ancrée par 50m de fond nécessite des courants de l’ordre de 1.8m/s pour une turbine de 20m de diamètre et une hauteur d’ouvrage de 30m. Un pilote de 300kW a été installé en 2003 à Kvalsundet en Norvège, représentant un budget de 7M€. L’objectif est de réalisé quatre années de test sur cette technologie. L’installation d’un modèle à l’échelle 1, nommé HS100, de 1MW est prévue pour les eaux écossaises d’ici 2010 si tout se passe bien.

Figure 34. Hydrolienne Hammerfest Strom. Crédit Hammerfest Strom


41 / 45

* Rochester venturi

Rochester Venturi est une technologie proposée par HydroVenturi RV co ltd. De la forme d’un entonnoir, elle contient en son centre une turbine qui reçoit le flux de courant accéléré du fait de la chute de pression par effet venturi dans la conduite. En théorie des courants de moindre vitesse sont donc nécessaires à cette technologie pour produire une même quantité d’énergie, ce qui permet l’exploitation de site à courants moins rapides. Un autre avantage de ce design est le peu de maintenance qu’elle requiert. Rochester Venturi a été testé dans le nord de l’Angleterre en 2002, à Grimsby validant que ce système fonctionne bien.

Figure 35. Technologie Rochester Venturi par HydroVenturi RV.

* TidEL TidEL est une paire de turbines flottantes de 500kW reliées par une « poutre transversale » et tournant en sens opposé. La société anglaise SMD hydrovision est à l’origine de ce dispositif actuellement en cours de test. La capacité de puissance totale est donc de 1MW pour un courant de 2.3m/s Les pales des turbines fixées au fond sont de 15 mètres de diamètre. En 2004, un prototype à l’échelle 1/10ème a été testé pendant 7semaines au NaREC (New and Renewable Energy Center) à Blyth, Cymbria. Le système a alors fait face avec succès à la combinaison de turbulence, vague et courant. La prochaine étape devrait alors être le test en mer pendant une année d’un système à l’échelle 1 : une version de 1MW qui serait soumise aux conditions marines à Orkney, grâce au financement de 4.5 million de £, dont £2.5million de fond DTI.

Figure 36. Hydrolienne TidEL. Crédit SMD Hydrovision


42 / 45

* TidalFence by Blue Energy Un prototype de 100kW a été testé dans les années 80 et une unité pré-commerciale de 500kW de cette technologie est actuellement en cours de développement en Colombie britannique. Le design de base de ce système fait intervenir plusieurs turbines hydro à axe vertical fixées les unes au dessus des autres à un même treillis. Les turbines hydrauliques sont de type Davis : elles sont constituées de 4pales chacune connectée à un rotor qui pilote un générateur. Elles peuvent ainsi produire 25kW. L’objectif est une installation de 50MW à l’échelle 1 au Philippines.

Figure 37. Hydrolienne à axe vertical Tidal Fence . Crédit Blue Energy.

* Underwater Kite, Gulfstream turbines. Il s’agit d’une turbine flottante reliée à un générateur éléctrique, fixée tel un cerf-volant dans le flux du courant. Elle s’adapte ainsi à sa direction. Large de 40pieds, le système produit 120kW. Pour fournir 3MW deux rotors en fibre de verre de 30m de diamètre sont nécessaires. Avec un coût s’élevant à 400euros/kW pour 400turbines, c’est un système actuel concurrentiel.

Figure 38. Turbine Flottante de UEK. Crédit UEK.


43 / 45

2) Hydroptères :

* Biostream Cet hydroptère mime la forme et le mouvement caractéristique des nageoires caudales de thon, requin ou cétacés. Il réverse le principe de propulsion en utilisant l’énergie passive du flux pour mettre en mouvement le dispositif. Il crée ainsi de l’électricité via un générateur après conversion de l’énergie des courants en énergie mécanique par l’intermédiaire d’un couple résistif. La partie nageoire est reliée à un socle ancré sur les fonds marins et oscille autour d’un point de rotation fixe. Elle est donc alignée dans la direction du courant. L’installation biostream fait actuellement 15m de hauteur pour 20m de long. Un pilote de 250kW devrait être opérationnel d’ici 2010 en Tasmanie, Australie, autour des îles Flinders.

Figure 39. Hydroptère Biostream. Crédit BioPower System

* Stingray

Le projet Stingray est la dernière phase d’un programme débuté en 1997 par la compagnie Engineering Business : EB Ltd. Une première phase de faisabilité technique et commerciale à été procédée en 2001. Elle a été suivi en 2002, par une phase 2 de conception, construction, installation. Un démonstrateur a alors été exploité à Yell Sound en Ecosse du nord jusqu’en 2003 afin d’étudier en détail la technologie et son opération.

Figure 40. Aile oscillante ou hydroptère Stingray. Crédit EB


44 / 45

Stingray utilise un mouvement d’oscillation plutôt qu’un mouvement de rotation pour capturer l’énergie des courants. Il ressemble ainsi à une aile attachée à un cadre fixe par un bras mobile. Lorsque le courant passe sur cet « hydroglisseur », les forces de trainée et d’ascension font se soulever la pale qui met alors en marche un système de vérin hydraulique. L’huile alors mis sous pression fait tourner un moteur hydraulique qui pilote à son tour un générateur électrique. Des fermes de système Stingray sont envisageables, pouvant générer une capacité de 20 MW à 100MW. Un dispositif peut en effet produire 150kW à 3knots ou plus, pour une hauteur maximale de 23,6m et une longueur de bras de 11m oscillant entre +/- 35°.

IV. Adéquation de la meilleure technologie avec les

courants mesurés, évaluation du potentiel énergétique

exploitable et Conclusions

Malgré l’existence occasionnelle de forts courants, plus régulièrement en surface, l’intensité des courants observée sur les 3 sites de la baie de Saint Paul n’est pas suffisante pour l’exploitation de l’énergie des courants. Les meilleures technologies envisageables seraient celles qui capturent l’énergie des courants en surface. Cependant l’occurrence des forts courants, plus précisément supérieurs à 2-3noeuds semble trop peu régulière et favorable pour une rentabilité d’une possible installation. La baie de Saint Paul, compte-tenu du « plateau » à profondeur inférieure à 100m et de certaine caractéristique favorable à la présence de forts courants telle que la passe de l’Hermitage, aurait été un site idéal si la ressource avait effectivement démontré la présence régulière de forts courants. D’autres sites autour de l’ile pourraient présenter une ressource en énergie des courants mais n’ont pas été identifié à ce jour. En l’occurrence : Le sud-est de l’île sous l’influence du régime des Alizés est vraisemblablement soumis à de plus forts courants. Seulement la bathymétrie sur ces sites ne permet pas le déploiement d’une aussi forte capacité d’exploitation : très vite le tombant ne permet plus l’ancrage des systèmes et limite donc rapidement la surface potentiellement disponible pour la mise en place de quelques installations.


45 / 45

Bibliographie, Web sites :

http://www.ifremer.fr/lpo/cours/dynamique/diapos/sld010.htm http://www.emec.org.uk/tidal_devices.asp http://www.tidalenergy.eu/index.html http://www.ecosources.info http://www.electron-economy.org/pages/Lenergie_des_courants_marins-679807.html http://pierre.hautefeuille.free.fr/TPE/courantsMarins.htm http://www.tregouet.org/edito.php3?id_article=410 http://resosol.org/SolVague/Sol_vagues03.html http://www.lyc-armand-mulhouse.ac-strasbourg.fr/IMG/pdf/urgence_energetique_II_.pdf http://pierre.hautefeuille.free.fr/TPE/EnergieCourants.htm http://www.ifremer.fr/lpo/cours/dynamique/index.htm http://www.emec.org.uk/tidal_devices.asp http://www.darvill.clara.net/altenerg/tidal.htm http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dosclim/sysfacte/effetserre/index.htm http://web.lmd.jussieu.fr/~jldufres/Exposes/DER_CLIMATX_2.pdf http://www.techno-science.net/?onglet=glossaire&definition=1144 Sea Gen par MCT http://www.marineturbines.com/ Open Hydro http://www.openhydro.com/home.html Sabella/Hydrohelix http://www.sabella.fr/ Hydro-gen http://www.hydro-gen.fr/ Bio stream http://www.biopowersystems.com/biostream.php Rotech Tidal Turbine http://www.lunarenergy.co.uk/productOverview.htm Rochester Venturi http://www.hydroventuri.com/page.php?7 http://www.esru.strath.ac.uk/EandE/Web_sites/03-04/marine/tech_concepts.htm#venturi http://www.esru.strath.ac.uk/EandE/Web_sites/03-04/marine/tech_decisions.htm http://www.bwea.com/marine/devices.html Hammerfest Strom http://www.hammerfeststrom.com/content/view/67/102/lang,en/ Underwater kite http://uekus.com/ Blue energy http://www.bluenergy.com/ Macquarie Atlantis resources corporation http://www.atlantisresourcescorporation.com/

Glossaire : ETM : Energie Thermique des Mers ERM : Energie Renouvelable Marine ARER : Agence Régional de l’Energie Réunion ARVAM : Agence pou la Recherche et la Valorisation Marine PRERURE : Plan Régional des l’Energies Renouvelables et de l’Utilisation Rationnel de l’Energie ARDA : Association Réunionnaise de Développement de l’Aquaculture STARTER : STratégie d'Autosuffisance énergétique pour la Relance et la Transition de l'Economique Réunionnaise W : Watt

note d’opportunites sur l’exploitation des courants … · energies de la mer ou sremer. dans...

Documents