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Des moulins à marée aux hydroliennes, utiliser l’énergie marine

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Par publié le à 14h22

Des moulins à marée aux hydroliennes, utiliser l’énergie marine

Capter simplement l'énergie des courants marins

OpenHydro mettra en service d’ici la fin de l’année, au Canada et en Bretagne, des hydroliennes raccordées aux réseaux électriques. Une première mondiale qui ouvre les portes d’un marché de 200 milliards d’euros. L’aboutissement d’un processus de récupération de l’énergie marine qui remonte à l’antiquité.

OpenHydro, filiale de DCNS spécialisée dans l’hydrolien, va mettre prochainement en service deux fermes hydroliennes exploitant la puissance des courants marins pour produire de l’énergie. Une approche intéressante qui participera au mix énergétique du XXIe siècle, mais en fin de compte pas si novatrice que cela.

En effet, l’homme a toujours cherché à utiliser à son profit les énergies naturelles (soleil, vent, chutes d’eau, etc.). Et les populations côtières ont cherché à utiliser les courants marins. Constatant que les anses côtières et les estuaires se vidaient et se remplissaient régulièrement toutes les 6 heures au gré des marées, elles eurent l’idée d’exploiter les courants en utilisant des moulins fonctionnant à l’aide de roues à aube. Mais ces constructions ne pouvaient récupérer qu’une très faible part de l’énergie et étaient difficilement modulables.

Elles eurent alors l’idée de clore ses anses ou estuaire à l’aide d’une digue pour créer un bassin de retenue. Lors du flot (marée montante) la mer entre dans le bassin de retenue par un canal muni de la roue à aubes et d’une vanne. A l’étale de haute mer le niveau du bassin de retenue et de la mer sont équivalents. On ferme alors la vanne de retenue. Lors du jusant (marée descendante) on attend que le niveau de la mer soit descendu suffisamment bas avant d’ouvrir la vanne de retenue, afin de créer une chute d’eau artificielle. Le bassin de retenue se ‘‘vide’’ alors dans la mer par le canal. Le moulin tire ainsi parti des deux marées avec une puissance amplifiée par la digue de retenue et le canal. De plus, la vanne permet de régler le débit d’eau et partant l’énergie récupérée par la roue à aubes. Le moulin à marée était né.

Les archéologues estiment que les premiers moulins à marée remonteraient à l’époque romaine grâce à des vestiges retrouvés sur la Fleet River à Londres. De nombreuses autres constructions avérées remontant aux VIe et VIIe siècles ont été retrouvées tout au long des côtes des îles britanniques où le marnage (différence de niveau entre les hautes et les basses eaux) est important. On retrouve aussi des vestiges similaires tout au long des côtes de Bretagne, ainsi qu’aux Pays-Bas, en Belgique, en Espagne, au Portugal… Ces moulins à marée se sont largement développés tout au long du Moyen-Age et certains ont perduré jusqu’au XXIe siècle, même si leur utilisation est devenue marginale dès les années 30. Depuis, certains ont été restaurés par des associations de conservation du patrimoine et remis en service pour le plus grand plaisir des touristes. En France, les plus connus sont ceux du Birlot sur l’île de Bréhat, du Hénan sur la Ria de l’Aven ou de Pen Castel dans le Golfe du Morbihan.


       Le moulin à marée de Pen Castel dans le Golfe du Morbihan date de la fin du XIIe siècle

Du moulin à l’usine marémotrice

Mais cette utilisation des courants marins a donné des idées aux ingénieurs dès les années 20, pour produire de l’énergie électrique cette fois. A cette époque Gérard Boisnoer envisage déjà de fermer l’estuaire de la Rance (près de Saint-Malo) pour profiter des 14 m de marnage présents dans cette zone. Un autre projet voit le jour dans le Finistère à l’Aber-Wrac'h, mais le chantier sera abandonné en 1930 faute de financement. En 1943, la Société d’étude pour l’utilisation des marées (SEUM) relance le projet d’une usine marémotrice sur l’estuaire de la Rance. Mais il faudra attendre 1961 pour que le chantier débute sous la houlette de Louis Arretche.

Des travaux titanesques, car il a fallu dans un premier temps couper la Rance par deux rangées de batardeaux pour créer une ‘‘zone sèche’’ dans laquelle sera construite l’usine située sous le niveau de l’eau. Les travaux seront achevés en 1966 et l’usine sera raccordée au réseau EDF fin 1967. L’usine a coûté à l’époque 620 millions de francs (environ 800 millions d’euros). Le bassin de retenue ainsi créé à une superficie de 22 km².

L’usine longue de 333 mètres accueille 24 turbines réversibles, les groupes bulbes, fonctionnant lors du flot et du jusant. Chacun est constitué d’une turbine de type Kaplan à 4 pales orientables, pour profiter des deux courants, entraînant un alternateur de 10 MW. La vitesse de rotation est limitée à 93 tours par minute pour laisser passer les poissons, avec un débit nominal unitaire de 260 m3/s, soit 6 600 m3/s pour l’ensemble de l’usine.


                               Vue en coupe de l'usine marémotrice de la Rance
                                avec au premier plan l'un des 24 groupes bulbe
 

L’usine marémotrice de la Rance produit en moyenne 500 GWh chaque année, soit environ 2,5 % de la consommation électrique de la Bretagne. Reste que l’usine n’est pas sans impact sur l’écosystème (envasement de la Rance, disparition de certaines espèces, etc.). Cette usine marémotrice est restée la plus grande du monde pendant 45 ans avant d’être supplantée pour quelques MW de plus en 2011 par celle de Sihwa Lake en Corée du Sud.

Des turbines au fond de la mer

Aujourd’hui l’heure n’est plus à la construction de tels ouvrages d’autant que peu de lieux dans le monde présentent des marnages suffisamment importants pour construire des usines rentables. En revanche, l’évolution de la technologie a permis d’envisager une autre approche pour récupérer l’énergie marine, l’hydrolienne.

A l’instar de l’éolienne qui profite de l’énergie cinétique du vent, l’hydrolienne bénéficie de l’énergie cinétique du courant marin, de surface ou de fond, dans lequel elle est immergée. La masse volumique de l'eau, 832 fois plus élevée que celle de l'air, et son incompressibilité font que la puissance récupérable par unité de surface d'hélice est beaucoup plus grande pour une hydrolienne que pour une éolienne. Les hydroliennes sont donc de beaucoup plus petites dimensions que leurs consœurs aériennes, à puissance égale, et bénéficient de la prévisibilité et de la constance des courants marins. Selon EDF, le potentiel hydrolien exploitable en Europe serait de l’ordre de 12,5 GW, soit l'équivalent de 12 réacteurs nucléaires et la France, en représenterait environ 20 %. Des versions d’hydroliennes beaucoup plus petites sont aussi envisagées pour tirer parti de l’énergie des fleuves et rivières.

Les hydroliennes bénéficient largement des recherches menées sur les matériaux, notamment composites, ainsi que sur la corrosion en environnement maritime, effectuées pour la construction navale. C’est d’ailleurs l’une des raisons qui a poussé DCNS à s’intéresser à l’hydrolien dans le cadre de la diversification de ses activités.

Les premières hydroliennes raccordées au réseau

Grâce à sa filiale OpenHydro qui fête ses 10 ans, le groupe de construction naval va mettre en service d’ici la fin de l’année deux fermes expérimentales d’hydroliennes raccordées au réseau, en France et au Canada, ce qui constituera une première industrielle dans l’histoire de l’énergie hydrolienne. En Baie de Fundy, en Nouvelle-Ecosse, OpenHydro travaille avec l’énergéticien Emera pour installer et connecter au réseau deux turbines de 16 mètres de diamètre et 2 MW chacune, qui bénéficieront de la puissance d’un des courants les plus forts du monde. Au large de la Bretagne, sur le site expérimental de Paimpol-Bréhat, OpenHydro installera pour le compte d’EDF deux hydroliennes de 16 mètres de diamètre.

Et ce n’est qu’un début car OpenHydro travaille aujourd’hui sur presqu’un gigawatt de projets en développement. Ceux-ci sont situés en Ecosse, dans les îles anglo-normandes, au Canada, en Irlande du Nord et en France, en partenariat avec les énergéticiens SSE Renewables, Alderney Renewable Energy, Emera, Brookfield Renewable Energy Group et EDF.

L’étape de la mise en service des deux premières fermes hydroliennes connectées au réseau électrique est franchie. Cela va permettre de valider la technologie en vraie grandeur. C'est la dernière étape avant le passage aux fermes pilotes, puis au développement commercial, avec à la clé un marché estimé à plus de 200 milliards d’euros.

Et ça, c’est nouveau !

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : http://www.openhydro.com

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