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26 avril 2012 4 26 /04 /avril /2012 15:34
Nous voici venir à l'un des derniers articles de cette série sur les sources d'énergie électrique. Ici, je vais parler de l'électricité que peuvent nous offrir les mers et océans. Comme dans les autres articles, je ne prendrai pas la peine d'être exhaustif ; il faudrait aussi parler de l'exploitation des énergies des courants issus des différences de température ou de pression osmotique. En avant sur les flots, moussaillon !

I Les hydroliennes
II Les usines marémotrices
III Les pelamis, ou serpents de mer
IV Conclusion


I Les hydroliennes

Les hydroliennes utilisent comme source d'énergie les courants de marée, causés par la force d'attraction gravitationnelle exercée par la Lune sur la Terre, et accessoirement, par le Soleil sur la Terre. L'énergie perdue par la Lune avec les marées s'appelle de l'énergie potentielle : c'est une énergie associée à une force, ici, la force gravitationnelle(1). Tandis que les flots alternent marées et marées basses, et que cette énergie de mouvement se transforme, tantôt en électricité dans nos dispositifs, tantôt en énergie thermique par friction(2), l'énergie potentielle de la Lune diminue, et celle-ci s'approche, doucement, de la planète Terre(3).

Vous voyez à quoi ressemble une éolienne ? Et bien, une hydrolienne, c'est à peu près la même chose, sauf que c'est sous l'eau !

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Vue d'artiste d'une ligne d'hydroliennes. Le plongeur est sûrement là pour faire de la maintenance ! Perds pas tes bouteilles, sinon tu vas faire "Bloub bloub bloub..." comme Sonic le hérisson qui crève noyé dans une usine chimique ! Et pour toi, ce sera Game Over tout de suite et sans Continue ! Et si on te repêche, tu seras plus qu'un cadavre confiné dans du plastique moulant ! Vive les momies next-gen(4) !

Le fonctionnement est sensiblement le même que celui des éoliennes : on a un ensemble de pales qui peut tourner suivant deux axes, on a un courant de fluide, et lorsque les particules de fluide viennent taper sur les pales, la géométrie de l'ensemble est telle que le plan des pales va se trouver face au courant, puis on aura une rotation sur un axe horizontal. Ça tourne ! Ensuite, on met des engrenages pour récupérer plus d'énergie cinétique (l'énergie liée au mouvement), enfin, un dispositif nommé alternateur transforme cette énergie cinétique de rotation en électricité.

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Ceci est un alternateur. C'est un dispositif très utilisé dans les transformations énergétiques. Hélas, la documentation à ce sujet sur Internet est soit trop succinte, soit trop technique, résultat, je ne sais toujours pas comment ça marche, donc forcément, je ne peux pas vous expliquer. À retenir toutefois : un alternateur transforme une énergie cinétique de rotation en énergie électrique.

Quels sont les avantages et les défauts des hydroliennes ?

Avantages :

+Produit de l'électricité sans polluer ;
+Renouvelable.

Défauts :
-Produit peu ;
-Maintenance compliquée ;
-Signalisation parfois nécessaire pour laisser passer les bateaux ;
-Pour certains modèles, risque de faire du mal aux poissons et autres êtres vivants peuplant les lieux.

Les hydroliennes en sont encore au stade expérimental. Cela explique sûrement pourquoi les "fermes" d'éoliennes (groupes d'éoliennes dans la même zone) produisent de 6 MW à 210 MW, alors que les fermes d'hydroliennes n'atteignent que 4MW. Je regrette d'ailleurs d'avoir passé près d'un mois juste à côté d'un labo grenoblois où on travaillait sur les hydroliennes dans la Manche sans m'être plus renseigné.

Malgré ces débuts modestes, les hydroliennes ont un avantage à faire savoir. En effet, un calcul montre qu'avec un courant marin de 2m/s, on produit autant qu'avec une éolienne avec un vent de 19 m/s, soit 68 km/h, ce qui est proche de la vitesse maximale acceptable pour une éolienne. Or, ces courants de 2 m/s, voire plus, existent ! Conclusion : une hydrolienne bien placée a une puissance potentiellement plus forte qu'une éolienne bien placée.

À noter : l'Écosse a un très fort potentiel hydrocinétique : 25 % du potentiel européen ! Et le gouvernement écossais a décidé de l'exploiter.

II Les usines marémotrices

On a longtemps dit que l'usine marémotrice de la Rance était la plus puissante au monde. Ce n'est plus vrai : depuis 2011, la plus puissante est celle de Sihwa lake, en Corée du sud.
La comparaison donne : 240 MW maximum pour l'usine de la Rance, et 254 MW maximum pour l'usine de Sihwa Lake.

Ceux deux usines ont en commun d'être des barrages partiels sur un estuaire : on bloque la majorité de l'eau, on la laisse passer comme on veut en ouvrant des portes. Se forme alors un bassin en amont.

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L'usine marémotrice de la Rance.

Comment est-ce que ça marche ?

En fait, on utilise la poussée engendrée par les marées sur un estuaire(5). Il va y avoir un courant d'eau, qui va faire tourner une turbine, qui va entrainer un alternateur, qui va produire du courant. Jusque là, rien de bien différent d'une hydrolienne.
Toutefois, une différence notable, rencontrée dans l'usine de la Rance : on peut stocker de l'électricité ! Ben oui : en activant un alternateur, on peut utiliser une turbine comme une pompe, ce qui permet de stocker de l'eau dans le bassin formé en amont. Lorsqu'on laisse couler cette eau pour faire tourner une turbine, on peut récupérer une partie de l'électricité. On peut s'attendre à ce qu'une telle propriété existe aussi dans les autres usines marémotrices.
Comme tout barrage, ces dispositifs ont un défaut en commun : en amont, l'eau stagne et ne se renouvelle pas. S'ensuit un envasement, et une relative perte de vie. À noter que pour le barrage de la Rance, certains poissons, très rapides, arrivent à se frayer un passage à travers les turbines ! Je pense que des études locales sont de bon aloi afin de juger si c'est correct d'un point de vue écologique ou pas.

III Les pelamis, ou serpents de mer

Ah ! Ces serpents de mer, je les ai vus pour la première fois dans le film Home de Yann-Arthus Bertrand, film que j'ai trouvé fort ennuyeux, soporifique, même, et assez pauvre d'un point de vue écologique.
Voyons donc voir à quoi ressemble la bête...

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Un pelamis, ou serpent de mer.

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Un schéma de Pelamis. On y voit qu'aux jointures, ça peut monter puis redescendre.

La forme de ces machines évoque celle d'un serpent, c'est pourquoi on les a appelées "serpents de mer". Une espèce de serpent de mer tropicale, aux individus noirs et jaunes, s'appelle "pelamis", du coup, on a récupéré ce nom pour les serpents de mer mécaniques.
Ces pelamis utilisent l'énergie des vagues. Ces vagues vont faire osciller les jointures entre les cylindres, ce qui va pousser des vérins hydrauliques qui vont envoyer un fluide à haute pression vers une turbine, et là encore, alternateur et électricité. L'électricité est amenée par un câble sous-marin vers la terre ferme.

Chaque serpent de mer produit 750 kW.

Le principal problème de ce truc, c'est qu'il fait mur aux bateaux ! À signaler, donc, par des bouées ornées de phares, ou autres.

La première firme à avoir relié un pelamis au réseau est écossaise : c'est Pelamis Wave Power. Cela s'est passé en 2004, c'est-à-dire environ 8 ans avant la publication de cet article.

IV Conclusion

L'exploitation de l'énergie marine n'est pas pour l'instant très... concluante. Oui, je sais, j'ai pas eu beaucoup d'inspiration, j'ai dit "concluante" après "Conclusion", j'avoue pas m'être beaucoup creusé la tête, mais tant pis. Mises à part les usines marémotrices, de nombreux développements restent à effectuer. D'ailleurs, c'est assez gênant que ces usines en soient presque à leur stade final vu qu'elles ne produisent pas beaucoup.
Mais tout de même.
Quand on voit qu'une hydrolienne produit plus qu'une éolienne, on peut se dire que peut-être, peut-être, la transformation de la poussée des flots aura un rôle à jouer dans une évolution vers de meilleurs modes de production d'électricité.

(1) : Einstein a montré dans la relativité générale que la gravitation n'est pas une force, mais ici, on va faire comme si ! Vous inquiétez pas, c'est une modélisation qui marche bien.
(2) : La friction, ça chauffe ! Il suffit de se frotter les mains pour en constater un cas particulier.
(3) : J'ai publié un article de vulgarisation scientifique très pédagogue qui parle de l'énergie potentielle : Le théorème de l'énergie mécanique . Grâce à cet article, vous pourrez comprendre pourquoi une Lune qui perd de l'énergie potentielle équivaut à une Lune qui "descend".
(4) : Ou comment augmenter mon taux de CALM (Connerie À La Minute) de manière flagrante. Quoi, j'ai bien le droit de me défouler un peu ! La suite du texte est plus sérieuse.
(5) : L'usine de la Rance s'appelle ainsi car elle se situe à l'estuaire du fleuve nommé Rance.

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commentaires

Sébastien 27/04/2012 17:31


Sauf que la lune s'éloigne de la Terre et non le contraire (de 4 cm par siècle il me semble)

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