Question d'origine :
Bonjour,
J'ai appris dernièrement que si on utilisait tous les champs aquatiques d'hydroliennes possibles on pourrait donner de l'énergie à 6 planètes.
Apparemment, les technologies nécessaires à ce grand projet qui, soit dit en passant, pourrait faire revenir la croissance, sortir de la crise, donner des emplois à tous pour projet durable d'énergie propre et illimitée, existent déjà.
Je vous pose donc la question :
L'énergie hydrologie est-elle une alternative fiable et possible ?
Merci d'avance,
A
Réponse du Guichet
gds_se
- Département : Équipe du Guichet du Savoir
Le 10/09/2014 à 14h49
Bonjour,
Le site Connaissance des énergies a rédigé une fiche technique
Les hydroliennes permettent de transformer l’énergie cinétique des courants marins en électricité. Les mouvements de la mer sont une source inépuisable d’énergie. Il existe trois formes principales de captation de cette énergie :
• transformation de l’énergie cinétique des courants marins, notamment des courants de marée que l’on rencontre près des côtes, dans le cas des hydroliennes ici traité ;
• utilisation de l’énergie potentielle liée au marnage (différence de niveau entre la pleine et la basse mer) par des usines marémotrices du type de celle de la Rance ;
• emploi de l’énergie des vagues nées du vent à la surface des mers, par différents dispositifs comme des bouées ou des colonnes oscillantes qui captent l’énergie par pompage puis turbinage ou des rampes associées à un puits de turbinage.
Les hydroliennes sont des sortes d’éoliennes subaquatiques. Le déplacement de l’eau par les courants marins fait tourner leurs pales. L’énergie mécanique générée est convertie en électricité par dynamo.
Le rendement énergétique
La puissance cinétique d’un fluide traversant un disque est proportionnelle à sa surface, donc au carré de son diamètre, à la masse volumique du fluide et au cube de sa vitesse.
En pratique, la veine du fluide s’élargit au voisinage des pales de l’hydrolienne, ce qui fait chuter sa vitesse. Ainsi la puissance récoltée est limitée à 60% de la puissance théorique. Il faut en outre déduire les pertes de la machine liées aux frottements et à la conversion de l’énergie mécanique en énergie électrique, ce qui conduit à un rendement global de 40 à 50%.
Pour une hydrolienne placée dans un courant de 2,5 m/s (soit 5 noeuds), si l’on souhaite obtenir une puissance de 1 MW, il faut une surface d’interception de l’ordre de 300 m², ce qui correspond à un diamètre de 20 mètres. Les démonstrateurs en développement sont équipés de turbines dont le diamètre est compris entre 10 et 20 mètres, ce dernier chiffre correspondant à une limite haute compte tenu des contraintes techniques de réalisation (masse de l’ensemble tournant et couples parasites dus aux turbulences de l’écoulement).
Enjeux par rapport à l'énergie
Contrairement aux vents, les courants marins sont prévisibles à long terme car le courant de marée se retourne régulièrement de façon sinusoïdale, avec des amplitudes connues, variables avec la lune. Au moment du retournement de ce courant, les hydroliennes ne produisent plus d’énergie jusqu’à ce que la force du courant atteigne de nouveau environ 2,5 nœuds (soit près de 4,6 km/h). Elles passent à pleine puissance au-delà de 4 nœuds (près de 7,4 km/h). Le bilan global annuel exprimé en heures de fonctionnement à pleine puissance est de l’ordre de 4 000 à 5 000 heures, soit de 11 à 14 heures par jour. Le facteur de charge des éoliennes atteint donc 46 à 57%, à comparer aux 20 à 30% moyens de l’éolien.
Les hydroliennes sont beaucoup plus petites que les éoliennes (dans un rapport 3 à 4) pour une même puissance du fait de la masse volumique de l’eau, environ 800 fois plus élevée que celle de l’air et ceci bien que la vitesse du courant soit 3 à 4 fois plus faible que celle du vent dans les sites sélectionnés. Toujours par rapport aux éoliennes, l’impact sur l’environnement des hydroliennes est faible car elles ont peu de signature visuelle. Elles sont silencieuses et implantées hors des zones de pêche en particulier de chalutage. A contrario, les coûts d’investissement et d’exploitation liés à l’environnement marin sont plus élevés (de l’ordre du double de ceux des éoliennes, à puissance installée égale).
L’évaluation de l’intérêt économique des hydroliennes ne pourra être établie qu’après un retour d’expérience sur une période suffisante. En particulier, il faut évaluer les coûts de maintenance consécutifs à la corrosion marine (sel, algues, coquillages), la rareté des sites compatibles avec les activités marines humaines (pêche, navigation, etc.), les contraintes environnementales.
Le portail des énergies renouvelables et de l’écoconstruction nous liste les pour et les contre de cette « nouvelle » énergie :
Avantages
• Production prévisible (en fonction des marées)
• Espace nécessaire réduit
• Création de zones de turbulence empêchant les dépôts de sédiment et l’envasement sur le dispositif
• L’exploitation de génère aucun déchet, ni aucune pollution
Inconvénients
• Installation sous-marine, difficiles d’accès
• Création de zones de turbulence pouvant perturber le développement de la flore (Les implantations d’hydroliennes se font dans des sites à forts courants marins, les conditions y sont peu favorables au développement de la faune et de la flore.)
Dés 2003, EDF réfléchit à cette technologie pour produire de l’électricité. Ainsi est né le projet hydrolien de Paimpol-Bréhat.
Exploiter l’énergie des courants de marées
L’Arcouest développée par EDF est la première hydrolienne de taille industrielle mise à l’essai en France. Grâce à sa turbine marémotrice qui fonctionne de manière réversible (pour produire aussi bien lors de la marée montante que pendant la marée descendante), elle permettra de convertir le mouvement des courants de marée en électricité.
Cette turbine de plus de 900 tonnes, et de 16 mètres de diamètres, a été conçue et développé grâce à la technologie de la société irlandaise OpenHydro, filiale du groupe industriel français DCNS. Cette technologie permet de produire de l’énergie grâce à une turbine au rotor réversible et à une génératrice périphérique à aimants permanents (un procédé sûr et performant car il ne nécessite aucune source d’alimentation externe pour fonctionner). De plus, avec un centre ouvert qui permet le passage de la faune marine et une vitesse de rotation lente (7 tours par minute), l’hydrolienne Arcouest n’aura pas d’impact sur son environnement marin.
La naissance de la filière hydrolienne française
Initié dès 2004, le développement de cette hydrolienne prototype s’inscrit dans le cadre du démonstrateur de ferme hydrolienne qu’EDF souhaite mettre en place sur le site de Paimpol-Bréhat, à proximité de l’île de Bréhat. Un ambitieux programme pilote dont l’objectif principal est de tester en conditions réelles la production d’énergie à partir des courants de marée. Cette ferme hydrolienne sera constituée de quatre machines similaires au prototype Arcouest.
Impulsé par EDF, le projet du parc hydrolien de Paimpol-Bréhat affiche un budget de 40 millions d’euros. Il bénéficie du soutien de la Région Bretagne, de l’Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie (ADEME) et du Fonds Européen de développement régional (FEDER).
Des premiers essais…
Première hydrolienne assemblée utilisant des turbines marémotrices commerciales de grande envergure, l’Arcouest est testée pour la première fois en novembre 2011 : elle est posée sur le fond marin bordant l’île de Bréhat. Le câble de 16 kilomètres qui permettra d’acheminer l’électricité au réseau électrique français est posé au cours de l’été 2012.
En août 2013, les ingénieurs d’EDF décident de démonter le prototype à la suite d’une série de tests qui ont démontré la nécessité d’effectuer quelques ajustements techniques sur la partie électrique de l’alternateur. Elle est remise à l’eau samedi 30 novembre, dans la rade de Brest, afin de vérifier le bon fonctionnement du système rotatif après son remontage.
(Source : L’hydrolienne d’EDF sera immergée dans les prochains jours à Paimpol-Bréhat / L’énergie en questions)
La première centrale marémotrice installée en pleine mer au large de Paimpol-Bréhat ne sera qu’une installation expérimentale, avec pour commencer quatre turbines et une puissance modeste de 2,2 mégawatts. Mais elle pourrait déjà permettre de couvrir les besoins en électricité de 3 000 foyers bretons tout au long de l’année.
L’immersion de l’installation à une profondeur de 35 mètres marquera peut-être les débuts d’une nouvelle forme d’électricité verte très prometteuse. EDF considère aujourd’hui qu’au large des côtes françaises, qui s’étendent sur 3 400 kilomètres, les courants marins sont suffisamment forts pour faire fonctionner plusieurs centrales marémotrices de 3 000 mégawatts, ce qui permettrait de remplacer trois à quatre centrales nucléaires. A l’échelle de l’Europe, le potentiel est estimé à 15 000 mégawatts.
(Source : Hydrolien – Une révolution énergétique / Courrier International)
Et, en effet, l’hydrolienne semble promise à un grand avenir, même si elle en est encore à ses balbutiements :
Selon le cabinet Ernst & Young, les énergies marines (hors éolien offshore) ont représenté une epsilonesque production mondiale de 530 MW dont 517 MW par deux usines marémotrices, la Rance en France (240 MW) et Sihwa en Corée du Sud (254 MW). Le reste ? Des expérimentations de matériel au Canada, au Royaume Uni, en France, au Danemark, en Chine. Mais les espoirs sont immenses. Selon l’organisation Ocean Energy Systems, le potentiel mondial est estimé à plus de 334 000 MW en 2050 soit entre 15 et 20 % de la demande mondiale d’électricité !
« Aujourd’hui, les technologies d’exploitation des vagues sont encore au stade expérimental, assure Marc Le Boulluec, en charge du dossier à l’Ifremer. En revanche, l’exploitation des courants par les hydroliennes est mature ». L’exploitation des courants marins quitte donc les laboratoires pour entrer aujourd’hui dans son histoire industrielle.
(Source : 2013, l’année de l’hydrolienne / Sciences et Avenir)
Alliés ou non à des énergéticiens, une dizaine de fabricants de turbines dans le monde – dont trois groupes français – sont impatients d'en découdre pour se faire une place sur ce marché à venir. Au niveau mondial, il représentera entre 70 milliards et 100 milliards d'euros à l'horizon 2030, a calculé le cabinet Indicta. […]
Bien identifié puisqu'il n'est intéressant d'installer des hydroliennes que dans des zones où les courants sont compris entre 2 et 8 mètres par seconde, le marché mondial de l'hydrolien s'appuie sur une puissance installée potentielle estimée à 90 gigawatts (GW). "A terme, il ne devrait rester que quatre ou cinq leaders mondiaux, et il y aura une prime aux premiers entrants", pronostique Antoine Rabain. […]
JUSQU'À 82 000 EMPLOIS EN FRANCE À L'HORIZON 2030
Derrière les projets des uns et des autres, c'est toute une filière EMR qui pourrait se développer. "Le savoir-faire acquis avec l'hydrolien pourrait ensuite être décliné sur d'autres technologies, en particulier dans les opérations en mer", argumente Antoine Rabain. Sans oublier la dimension sociale : les EMR pourraient permettre de créer jusqu'à 82 000 emplois en France à l'horizon 2030, dont 10 000 pour l'hydrolien, selon cet expert. Mais pour que ce scénario se réalise, "il est nécessaire, selon Bernard Planchais, directeur général délégué de DCNS, que les pouvoirs publics lancent un appel d'offres dans les douze mois qui viennent, faute de quoi le centre de gravité de cette industrie risque bien de ne pas être en France".
Une vision partagée par Jean-François Cirelli. Pour le vice-président de GDF-Suez, "les acteurs publics doivent donner un feu vert pour que l'on puisse passer à la phase de précommercialisation de l'hydrolien à travers des parcs pilotes". "Cette étape est importante pour confirmer la viabilité technologique et économique des projets, poursuit-il. Les pouvoirs publics doivent aussi définir le cadre dans lequel toute la filière pourra travailler en confirmant les zones de tests et en élaborant un mécanisme financier plus incitatif."
(Source : Energie : la promesse hydrolienne / Le Monde)
Dans un rapport de la mission d’étude sur les énergies marines renouvelables remis au Ministère de l’écologie et au Ministère de l’économie, des experts ont chiffré le potentiel des hydroliennes :
Le potentiel mondial est compris entre 50 et 100 GW (productible de 450-800 TWh/an pour l’hydrolien pour 2.5m/s. En Europe (entre 15 et 35 TWh/an) le potentiel français est le second (20% de la ressource) après celui du Royaume-Uni (75 % de la ressource dont la moitié en Ecosse), comprise entre 2 et 3 GW, voire 4 à 5 (5 à 6 GW – 13 à 23 TWh/an) si l’on va jusqu’aux îles anglo-normandes.
Ce que l’on peut dire que l’énergie hydrolienne, c’est qu’elle semble relativement prometteuse. Toutefois, n’étant encore qu’en phase de test, il est impossible de prédire l’impact des hydroliennes sur l’écosystème marin et donc sa potentielle nocivité.
Bonne journée
Le site Connaissance des énergies a rédigé une fiche technique
Les hydroliennes permettent de transformer l’énergie cinétique des courants marins en électricité. Les mouvements de la mer sont une source inépuisable d’énergie. Il existe trois formes principales de captation de cette énergie :
• transformation de l’énergie cinétique des courants marins, notamment des courants de marée que l’on rencontre près des côtes, dans le cas des hydroliennes ici traité ;
• utilisation de l’énergie potentielle liée au marnage (différence de niveau entre la pleine et la basse mer) par des usines marémotrices du type de celle de la Rance ;
• emploi de l’énergie des vagues nées du vent à la surface des mers, par différents dispositifs comme des bouées ou des colonnes oscillantes qui captent l’énergie par pompage puis turbinage ou des rampes associées à un puits de turbinage.
Les hydroliennes sont des sortes d’éoliennes subaquatiques. Le déplacement de l’eau par les courants marins fait tourner leurs pales. L’énergie mécanique générée est convertie en électricité par dynamo.
La puissance cinétique d’un fluide traversant un disque est proportionnelle à sa surface, donc au carré de son diamètre, à la masse volumique du fluide et au cube de sa vitesse.
En pratique, la veine du fluide s’élargit au voisinage des pales de l’hydrolienne, ce qui fait chuter sa vitesse. Ainsi la puissance récoltée est limitée à 60% de la puissance théorique. Il faut en outre déduire les pertes de la machine liées aux frottements et à la conversion de l’énergie mécanique en énergie électrique, ce qui conduit à un rendement global de 40 à 50%.
Pour une hydrolienne placée dans un courant de 2,5 m/s (soit 5 noeuds), si l’on souhaite obtenir une puissance de 1 MW, il faut une surface d’interception de l’ordre de 300 m², ce qui correspond à un diamètre de 20 mètres. Les démonstrateurs en développement sont équipés de turbines dont le diamètre est compris entre 10 et 20 mètres, ce dernier chiffre correspondant à une limite haute compte tenu des contraintes techniques de réalisation (masse de l’ensemble tournant et couples parasites dus aux turbulences de l’écoulement).
Contrairement aux vents, les courants marins sont prévisibles à long terme car le courant de marée se retourne régulièrement de façon sinusoïdale, avec des amplitudes connues, variables avec la lune. Au moment du retournement de ce courant, les hydroliennes ne produisent plus d’énergie jusqu’à ce que la force du courant atteigne de nouveau environ 2,5 nœuds (soit près de 4,6 km/h). Elles passent à pleine puissance au-delà de 4 nœuds (près de 7,4 km/h). Le bilan global annuel exprimé en heures de fonctionnement à pleine puissance est de l’ordre de 4 000 à 5 000 heures, soit de 11 à 14 heures par jour. Le facteur de charge des éoliennes atteint donc 46 à 57%, à comparer aux 20 à 30% moyens de l’éolien.
Les hydroliennes sont beaucoup plus petites que les éoliennes (dans un rapport 3 à 4) pour une même puissance du fait de la masse volumique de l’eau, environ 800 fois plus élevée que celle de l’air et ceci bien que la vitesse du courant soit 3 à 4 fois plus faible que celle du vent dans les sites sélectionnés. Toujours par rapport aux éoliennes, l’impact sur l’environnement des hydroliennes est faible car elles ont peu de signature visuelle. Elles sont silencieuses et implantées hors des zones de pêche en particulier de chalutage. A contrario, les coûts d’investissement et d’exploitation liés à l’environnement marin sont plus élevés (de l’ordre du double de ceux des éoliennes, à puissance installée égale).
Le portail des énergies renouvelables et de l’écoconstruction nous liste les pour et les contre de cette « nouvelle » énergie :
• Production prévisible (en fonction des marées)
• Espace nécessaire réduit
• Création de zones de turbulence empêchant les dépôts de sédiment et l’envasement sur le dispositif
• L’exploitation de génère aucun déchet, ni aucune pollution
• Installation sous-marine, difficiles d’accès
• Création de zones de turbulence pouvant perturber le développement de la flore (Les implantations d’hydroliennes se font dans des sites à forts courants marins, les conditions y sont peu favorables au développement de la faune et de la flore.)
Dés 2003, EDF réfléchit à cette technologie pour produire de l’électricité. Ainsi est né le projet hydrolien de Paimpol-Bréhat.
L’Arcouest développée par EDF est la première hydrolienne de taille industrielle mise à l’essai en France. Grâce à sa turbine marémotrice qui fonctionne de manière réversible (pour produire aussi bien lors de la marée montante que pendant la marée descendante), elle permettra de convertir le mouvement des courants de marée en électricité.
Cette turbine de plus de 900 tonnes, et de 16 mètres de diamètres, a été conçue et développé grâce à la technologie de la société irlandaise OpenHydro, filiale du groupe industriel français DCNS. Cette technologie permet de produire de l’énergie grâce à une turbine au rotor réversible et à une génératrice périphérique à aimants permanents (un procédé sûr et performant car il ne nécessite aucune source d’alimentation externe pour fonctionner). De plus, avec un centre ouvert qui permet le passage de la faune marine et une vitesse de rotation lente (7 tours par minute), l’hydrolienne Arcouest n’aura pas d’impact sur son environnement marin.
Initié dès 2004, le développement de cette hydrolienne prototype s’inscrit dans le cadre du démonstrateur de ferme hydrolienne qu’EDF souhaite mettre en place sur le site de Paimpol-Bréhat, à proximité de l’île de Bréhat. Un ambitieux programme pilote dont l’objectif principal est de tester en conditions réelles la production d’énergie à partir des courants de marée. Cette ferme hydrolienne sera constituée de quatre machines similaires au prototype Arcouest.
Impulsé par EDF, le projet du parc hydrolien de Paimpol-Bréhat affiche un budget de 40 millions d’euros. Il bénéficie du soutien de la Région Bretagne, de l’Agence de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie (ADEME) et du Fonds Européen de développement régional (FEDER).
Première hydrolienne assemblée utilisant des turbines marémotrices commerciales de grande envergure, l’Arcouest est testée pour la première fois en novembre 2011 : elle est posée sur le fond marin bordant l’île de Bréhat. Le câble de 16 kilomètres qui permettra d’acheminer l’électricité au réseau électrique français est posé au cours de l’été 2012.
En août 2013, les ingénieurs d’EDF décident de démonter le prototype à la suite d’une série de tests qui ont démontré la nécessité d’effectuer quelques ajustements techniques sur la partie électrique de l’alternateur. Elle est remise à l’eau samedi 30 novembre, dans la rade de Brest, afin de vérifier le bon fonctionnement du système rotatif après son remontage.
(Source : L’hydrolienne d’EDF sera immergée dans les prochains jours à Paimpol-Bréhat / L’énergie en questions)
La première centrale marémotrice installée en pleine mer au large de Paimpol-Bréhat ne sera qu’une installation expérimentale, avec pour commencer quatre turbines et une puissance modeste de 2,2 mégawatts. Mais elle pourrait déjà permettre de couvrir les besoins en électricité de 3 000 foyers bretons tout au long de l’année.
L’immersion de l’installation à une profondeur de 35 mètres marquera peut-être les débuts d’une nouvelle forme d’électricité verte très prometteuse. EDF considère aujourd’hui qu’au large des côtes françaises, qui s’étendent sur 3 400 kilomètres, les courants marins sont suffisamment forts pour faire fonctionner plusieurs centrales marémotrices de 3 000 mégawatts, ce qui permettrait de remplacer trois à quatre centrales nucléaires. A l’échelle de l’Europe, le potentiel est estimé à 15 000 mégawatts.
(Source : Hydrolien – Une révolution énergétique / Courrier International)
Et, en effet, l’hydrolienne semble promise à un grand avenir, même si elle en est encore à ses balbutiements :
Selon le cabinet Ernst & Young, les énergies marines (hors éolien offshore) ont représenté une epsilonesque production mondiale de 530 MW dont 517 MW par deux usines marémotrices, la Rance en France (240 MW) et Sihwa en Corée du Sud (254 MW). Le reste ? Des expérimentations de matériel au Canada, au Royaume Uni, en France, au Danemark, en Chine. Mais les espoirs sont immenses.
« Aujourd’hui, les technologies d’exploitation des vagues sont encore au stade expérimental, assure Marc Le Boulluec, en charge du dossier à l’Ifremer. En revanche, l’exploitation des courants par les hydroliennes est mature ». L’exploitation des courants marins quitte donc les laboratoires pour entrer aujourd’hui dans son histoire industrielle.
(Source : 2013, l’année de l’hydrolienne / Sciences et Avenir)
Alliés ou non à des énergéticiens, une dizaine de fabricants de turbines dans le monde – dont trois groupes français – sont impatients d'en découdre pour se faire une place sur ce marché à venir. Au niveau mondial, il représentera entre 70 milliards et 100 milliards d'euros à l'horizon 2030, a calculé le cabinet Indicta. […]
Bien identifié puisqu'il n'est intéressant d'installer des hydroliennes que dans des zones où les courants sont compris entre 2 et 8 mètres par seconde, le marché mondial de l'hydrolien s'appuie sur une puissance installée potentielle estimée à 90 gigawatts (GW). "A terme, il ne devrait rester que quatre ou cinq leaders mondiaux, et il y aura une prime aux premiers entrants", pronostique Antoine Rabain. […]
Derrière les projets des uns et des autres, c'est toute une filière EMR qui pourrait se développer. "Le savoir-faire acquis avec l'hydrolien pourrait ensuite être décliné sur d'autres technologies, en particulier dans les opérations en mer", argumente Antoine Rabain. Sans oublier la dimension sociale : les EMR pourraient permettre de créer jusqu'à 82 000 emplois en France à l'horizon 2030, dont 10 000 pour l'hydrolien, selon cet expert. Mais pour que ce scénario se réalise, "il est nécessaire, selon Bernard Planchais, directeur général délégué de DCNS, que les pouvoirs publics lancent un appel d'offres dans les douze mois qui viennent, faute de quoi le centre de gravité de cette industrie risque bien de ne pas être en France".
Une vision partagée par Jean-François Cirelli. Pour le vice-président de GDF-Suez, "les acteurs publics doivent donner un feu vert pour que l'on puisse passer à la phase de précommercialisation de l'hydrolien à travers des parcs pilotes". "Cette étape est importante pour confirmer la viabilité technologique et économique des projets, poursuit-il. Les pouvoirs publics doivent aussi définir le cadre dans lequel toute la filière pourra travailler en confirmant les zones de tests et en élaborant un mécanisme financier plus incitatif."
(Source : Energie : la promesse hydrolienne / Le Monde)
Dans un rapport de la mission d’étude sur les énergies marines renouvelables remis au Ministère de l’écologie et au Ministère de l’économie, des experts ont chiffré le potentiel des hydroliennes :
Le potentiel mondial est compris entre 50 et 100 GW (productible de 450-800 TWh/an pour l’hydrolien pour 2.5m/s. En Europe (entre 15 et 35 TWh/an) le potentiel français est le second (20% de la ressource) après celui du Royaume-Uni (75 % de la ressource dont la moitié en Ecosse), comprise entre 2 et 3 GW, voire 4 à 5 (5 à 6 GW – 13 à 23 TWh/an) si l’on va jusqu’aux îles anglo-normandes.
Ce que l’on peut dire que l’énergie hydrolienne, c’est qu’elle semble relativement prometteuse. Toutefois, n’étant encore qu’en phase de test, il est impossible de prédire l’impact des hydroliennes sur l’écosystème marin et donc sa potentielle nocivité.
Bonne journée
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