Hydroliennes

Une hydrolienne, c’est quoi ?

L’hydrolienne est une nouvelle technologie permettant de produire de l’électricité grâce à la force des courants marins. Elle fonctionne sur le principe de l’éolienne, mais sous-marine.

Même si dans l’air les vents ont une vitesse plus importante que celle que les courants ont dans l’eau, celle-ci possède un fort potentiel, car l’eau étant 800 fois plus lourde que l’air pour un même volume, ce rapport se retranscrit directement sur l’énergie produite.

Sur ces arguments nous pouvons aussi ajouter les différents avantages de l’hydrolienne outre ses capacités à produire de l’énergie. Les courants circulant autour des pales pourrait nettoierait naturellement les hydroliennes en empêchant  les dépôts de sédiment. Il n’y a pas de risques d’explosions, comme pour une centrale thermique, et pas de nuisance sonore ou visuelle comme pour les éoliennes.

Une des principales problématiques est le choix de l’environnement. Il est effectivement nécessaire de choisir une zone et une profondeur adéquate,où la fréquence et la vitesse des courants permettraient une installation rentable des hydroliennes.

Exemple de dimensionnement d’un parc hydrolien

Sur les côtes françaises, le site à priori le mieux adapté pour installer des hydroliennes, serait le Raz de Blanchard. C’est un détroit, large de 15 km, situé entre l’île d’Aurigny et la côte Ouest du Cotentin. C’est l’un des sites côtiers français où les courants sont les plus violents. Les courants du Raz Blanchard sont des courants de marées. Leur vitesse peut atteindre 5 m/s lors de marées exceptionnelles. Le courant ne varie pas sensiblement avec la profondeur (50m environ). Le Raz Blanchard s’étend sur une longueur de 2900 m.

Ce détroit est modélisable par un parallélépipède rectangle de 15 000 m de large fois 2 900 m de long fois 50 m de hauteur, dans lequel on pourrait installer une bonne quantité d’hydroliennes. La vitesse moyenne sur une année des courants de cette zone varie entre 1 et 2 m/s, ce qui fait que l’eau fournit en moyenne toute l’année environ 1,7 kW par surface d’un m² perpendiculaire aux courants. Chiffre que l’on obtient grâce à la formule de puissance d’un fluide en mouvement et quelques valeurs numériques (masse volumique de l’eau de mer : 1025 kg.m^-3, vitesse moyenne des courants : 1,5 m.s^-1) :

On peut estimer par calculs la puissance récupérable dans cette zone. Calculons donc, dans un premier temps, la puissance totale des courants marins présents dans cette zone, ce qui revient à multiplier ces 1,7 kW par la section totale de passage des courants (la profondeur 50 m, fois la largeur 15 000 m, ce qui nous donne 750 000 m²). Cela revient à dire que l’eau qui circule dans ce détroit fournit une puissance transversale de plus d’ 1,25 GW. Pas mal du tout, environ la même puissance que le réacteur nucléaire le plus récent.

Pour effectuer le bilan de puissance d’une seule hydrolienne, il faut multiplier la puissance des courants qui passe à travers la surface balayée par le mouvement de rotation du rotor, par un coefficient Cp. Ce coefficient est en fait le rendement de restitution de l’énergie du fluide en énergie mécanique sur l’arbre de l’hydrolienne, il traduit la capacité de l’hélice à capturer l’énergie du fluide qui passe à travers elle. En choisissant une hélice performante, le Cp sera d’environ 0,4.

Voici un schéma des Coefficients de performance (Cp) en fonction du type de rotor utilisé et aussi en fonction de λ (coefficient variant en fonction de la vitesse du vent) :

La courbe en noir représente la limite de Betz (c’est une limite théorique du Cp), et chacune des autres représente un type de rotor particulier. On remarque que les rotors à 2 et 3 pales sont particulièrement efficaces et stables, leur rendement ne varie pas beaucoup.

Bien sûr, ces 1,25 GW ne sont pas exploitables à 100%. Mais étant donné qu’une hydrolienne ne capte pas la totalité de la puissance des courants qui la traverse, pour en exploiter le maximum il sera nécessaire d’en mettre plusieurs rangées d’affilées. N’oublions pas que cette zone de courant s’étend sur 2900 m de long.

Si en plus il est nécessaire de surélever les hydroliennes par rapport au fond marin, il sera possible de les accrocher solidement à des chaînes depuis des mâts fixés au niveau du sol. Et des ailettes installées de chaque côté de l’hydrolienne pourront assurer le maintien de celle-ci à la profondeur souhaitée, en lui appliquant une force de portance verticale qui compensera l’effet du poids, exactement comme pour le cas d’un avion. Il serait alors nécessaire d’asservir l’inclinaison des ailettes en fonction de la vitesse des courants pour adapter la position de l’hydrolienne.

Pour conclure, on peut dire que pour une puissance d’un peu plus d’1,25 GW fournie par les courants de cette zone, il ne parait pas irréaliste de pouvoir en récupérer 20% si les moyens étaient mis en oeuvre. Ce qui représenterait une installation fournissant une puissance d’énergie renouvelable de 250 MW. Cela n’est pas si mal et c’est même très bien si on la compare à la puissance fournie par un champ d’éolienne. N’oublions pas que nous avons calculé une puissance qui est moyenne sur toute l’année, contrairement au cas des puissances indiquées pour les éoliennes qui sont en générale des puissances nominales, c’est à dire la puissance fournie quand le vent est optimal, condition qui ne se produit pas très souvent.