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EL HIERRO, L’ÎLE ÉLECTRIQUE par olivier daniélo

L’île d’El Hierro (Canaries) s’est fixé comme objectif une autonomie énergétique de 100 % en recourant uniquement aux énergies renouvelables. Principal outil de production pour y parvenir : une station de pompage-turbinage hydroéolienne. Un “projet fou” ou “impossible” pour certains, “merveilleux” ou “révolutionnaire” pour d’autres. ■ Archipel volcanique, les îles Cana- plus de 40 000 barils de pétrole ries sont séparées de la péninsule chaque année pour alimenter la staibérique, mais aussi entre elles, par tion électrique de l’île, Los Llanos des fonds de plus de 3 000 blancos, constituée de génémètres. El Hierro, 11 000 ha - L’île dépend à rateurs diesels. Mais à partir bitants permanents, n’est ni ce jour inté- de septembre 2011, l’île va connectée au réseau élec - gralement de dire adieu aux barils d’énertrique espagnol, ni connec - l’importation gie fossile. Certes, c’est un de pétrole. grain de sable dans l’océan tée aux autres îles cana riennes. Elle doit produire pétrolier mondial mais, elle-même la totalité de son électricité comme le souligne Tomas Padrón et dépend à l’heure actuelle intégrale- Hernández, président du cabildo(1) de ment de l’importation par bateaux de l’île, c’est « importantísimo » compte

SYSTÈMES SOLAIRES le journal des énergies renouvelables N° 201 – 2011

À El Hierro, la fourniture en eau douce correspond à plus de 50 % de la demande énergétique insulaire.

tenu de sa valeur exemplaire pour le monde entier.

une géographie adaptée « Dans les années 1990, c’est une base de lancement de fusées qui devait être installée sur El Hierro. Mais compte tenu des impacts environnementaux potentiels, la population a dit non, indique Javier Morales, vice-président du cabildo d’El Hierro. Nous nous sommes alors posé la question : que voulons-nous comme avenir pour notre île ? La réponse a été : un développement soutenable. » La municipalité a défini en 1997 le plan du “Desarrollo Sostenible de la isla de El Hierro”(2), qui inclut plusieurs initiatives : agriculture biologique, pêche durable, tri des déchets, chauffe-eau solaires, lampadaires photovoltaïques, promotion de l’architecture locale. Mais l’objectif phare a été de convertir El Hierro en une île autosuffisante d’un point de vue énergétique (initia-


201-88-101-Mariage EauVent_info péda 24/01/11 18:21 Page89

E De gauche à droite : Ricardo Melchior, aujourd’hui président du cabildo de l’île voisine, Tenerife ; Tomas Padrón Hernández, président du cabildo Gorona Del Viento SA

Gorona Del Viento SA

de El Hierro.

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tive “100 % de energías renovables para el suministro energético de la isla”(3)). En janvier 2000, sur la base du patrimoine naturel et de la motivation environnementale de la population insulaire et des élus locaux, l’île devient le premier site du XXIe siècle à être inscrit sur la liste des réserves MAB (Man and Biosphere) de l’Unesco. L’île ayant été déboisée durant les siècles passés (exploitation du bois, surpâturage) alors que la végétation jouait un rôle important dans le cycle hydrogéologique, la pénurie d’eau douce est devenue récurrente à El Hierro, ce qui a limité très fortement son attractivité(4). Sans eau douce, pas d’agriculture, pas de vie. Tomas Padrón Hernandez témoigne : « La pauvreté des aquifères et la nécessité de mettre en marche des systèmes hydrauliques qui dessalent l’eau de mer et la transfèrent jusqu’à la population vivant majoritairement à plus de 300 mètres d’altitude ont une empreinte directe sur notre consommation électrique. Il en résulte que la fourniture en eau douce correspond à plus de 50 % de la demande énergétique insulaire. » L’île étant balayée par les alizés du nord-est, la première idée pour faire face de manière durable à cette pénurie d’eau a été d’installer des éoliennes pour alimenter les stations de dessale-

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Archipel volcanique, les îles Canaries sont séparées de la péninsule ibérique, mais aussi entre

ment de l’eau de mer. Mais les stations de dessalement ont besoin d’un approvisionnement constant en énergie, sans fluctuations, or l’énergie éolienne est par nature aléatoire. Comment faire pour transformer l’énergie

éolienne en une forme d’énergie constante ? Dès les années 1980, deux ingénieurs travaillant au sein de l’entreprise responsable de la gestion du réseau électrique de l’île (ENDESAUNELCO) ont proposé une solution.

elles, par des fonds de plus de

(1) Les cabildos étaient des administrations créées à l’époque de la Conquista de l’Amérique par la

3 000 mètres.

couronne espagnole. Seuls subsistent aujourd’hui les cabildos insulaires des îles Canaries. Les membres

El Hierro n’est

des cabildos insulaires sont élus au suffrage universel direct par les citoyens de chaque île. Un cabildo est

ni connectée au

donc l’équivalent d’une municipalité.

réseau électrique

(2) “Plan pour le développement soutenable de l’île d’El Hierro”.

espagnol,

(3) “100 % d’énergies renouvelables pour l’approvisionnement énergétique de l’île”.

ni aux autres îles

(4) Sociedad y sequía en un territorio insular, Carlos Santiago Martín Fernández, université de

canariennes.

Barcelone, octobre 2009, www.ub.es/geocrit/sn/sn-302.htm

EL HIERRO, LA PLUS PETITE DES ÎLES DE L’ARCHIPEL DES CANARIES Lanzarote La Palma

Arrecife

Tenerife

Los Llanos de Aridane

Fuerteventura Puerto del Rosario

Santa Cruz de Tenerife

La Gomera El Hierro Valverde

San Sebastián de la Gomera

Grande Canarie Las Palmas de Gran Canaria

Maroc

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Ouest saharien 0

30 km

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Gorona Del Viento SA

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De gauche à droite : Javier Morales, vice-président du cabildo d’El Hierro; Gonzalo Piernavieja Izquierdo, directeur R&D du département Énergie, Eau et Bioingénierie de l’Institut technologique des îles Canaries.

une solution originale, il y a trente ans, à une époque où la conscience des enjeux écologiques était encore marginale : que la STEP assiste non pas une centrale nucléaire, mais un parc éolien, dont la production est fluctuante et discontinue. Gonzalo Piernavieja Izquierdo, directeur R&D du département Énergie, Eau et Bioingénierie de l’Institut technologique des îles Canaries (ITC), résume ainsi l’historique du projet : « Nous avons présenté un premier projet au niveau européen, puis une version plus élaborée au ministère à Madrid. Celui-ci a estimé que le projet était d’intérêt stratégique, d’où l’aide de 35 millions d’euros apportée par l’intermédiaire de l’IDAE [Instituto para la Diversificacion y Ahorro de la Energía]. Le projet a vraiment pris forme en 2006-2007. Les travaux ont commencé depuis mi-2009, et seront terminés fin 2011-début 2012. Avant c’était une idée, une vision, mais à présent les choses deviennent très sérieuses. » DR

Le premier, Tomas Padrón Hernán- de vent, l’électricité éolienne alimente dez, est devenu président du cabildo des pompes qui transfèrent l’eau dans de El Hierro. Le second, Ricardo Mel- un bassin situé à 700 mètres au-deschior, est aujourd’hui président du sus du niveau de la mer. Et quand la cabildo de l’île voisine, Teneproduction éolienne est insufrife. La question de l’eau, stra- Le projet de fisante, l’eau redescend, ce STEP à eau qui permet ainsi de générer tégique sur ces îles, a ainsi contribué à l’arrivée au pou- douce a pris de l’électricité, tout comme forme en voir d’experts des questions dans une station hydroélec2006-2007. trique classique. Il s’agit d’une énergétiques. Ces deux ingéLes travaux STEP (station de transfert nieurs ont mis au point un préprojet de synergie hydrodevraient d’énergie par pompage) qui, éolienne. Il consiste à utiliser être achevés en France, assiste la producl’énergie éolienne pour stocfin 2011tion électrique en ruban des ker de l’eau dans un bassin en début 2012. centrales nucléaires et offre altitude. L’énergie éolienne une adaptation rapide aux est ainsi convertie sous forme d’éner- variations de la demande. Les deux gie potentielle. Quand il y a beaucoup ingénieurs d’El Hierro ont proposé

Déboisée durant des siècles, l’île est désormais protégée puisqu’inscrite sur la liste des réserves MAB

eau douce ou eau de mer ?

(Man and

Pour stocker l’énergie éolienne sous forme d’énergie potentielle, il est possible d’utiliser de l’eau douce, mais aussi de l’eau de mer. En Bretagne, l’usine marémotrice de la Rance fonctionne depuis des années précisément avec de l’eau de mer et ceci en partie en mode STEP. Au Japon, l’île d’Okinawa a installé en 1999 avec succès une station expérimentale de pompage-turbinage à eau de mer. Si c’est de l’eau de mer qui est utilisée, l’océan fait office de bassin

Biosphere)

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de l’Unesco.

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SCHÉMA DE PRINCIPE DU POMPAGE-TURBINAGE PHASE DE POMPAGE – STOCKAGE DE L’ÉNERGIE

PHASE DE TURBINAGE – RESTITUTION DE L’ÉNERGIE

Bassin supérieur

Bassin supérieur

Bassin inférieur

Utilisation de l’électricité en surplus

Pompe

Bassin inférieur

Injection de l’électricité sur le réseau

Turbine

Source : EcoSources.info

inférieur. Avec de l’eau douce, il faut Hierro. Javier Morales souligne que le créer deux bassins. La municipalité a concept de Blue Economy(5) (systèmes décidé de choisir cette option. Selon interconnectés), proposé par Paoli Javier Morales, « le système mis en place Gunter, a servi de fil conducteur à l’enà El Hierro n’a pas été conçu uniquement semble des projets écologiques sur l’île. Gonzalo Piernavieja pour répondre au défi énergéLe système Izquierdo est conscient des tique, mais aussi pour répondre est égale- conséquences de ce choix de au défi hydrique » : constituer une réserve d’eau douce (des- ment destiné l’option eau douce au niveau à répondre du coût d’investissement : salement) pour alimenter les terres agricoles lors des pé- au besoin de « Cela aurait coûté bien moins riodes à faibles précipitations, l’agriculture. cher d’utiliser de l’eau de mer, et d’avoir comme bassin inférieur notamment les terres d’altitude. L’eau douce est en effet une res- l’océan Atlantique. Cela fait douze ans source extrêmement précieuse à El que l’on étudie le projet, depuis son lance-

Schéma de principe du fonctionnement d’une STEP à l’instar de celle d’El Hierro.

UN PROJET UNIQUE AU MONDE

ment en 1998 par la municipalité qui a été rejointe par ENDESA et par nous, l’ITC. On a étudié toutes les options, eau douce ou eau salée, taille optimale du parc éolien, volumes des différents bassins, nombre de conduites d’eau, etc. De plus, sur l’ensemble de l’archipel canarien, 45 % du territoire sont totalement protégés, et les délais administratifs sont très longs pour être autorisé à utiliser de l’eau de mer. Et on ne peut jamais assurer à 100 % qu’il n’y aura pas un jour des fuites d’eau de mer au niveau des bassins ou au niveau des conduites reliant les bassins. Nous avons donc opté pour une solution plus coûteuse, utiliser de l’eau douce, ceci pour assurer un niveau de respect environnemental optimal. »

la ferme hydroéolienne S’agit-il vraiment de la première île à devenir autonome grâce aux énergies renouvelables ? L’île danoise de Samsø – tout comme les Fox Islands du nord-est des États-Unis – produit avec ses éoliennes plus d’électricité que n’en consomme la population de l’île. Mais Samsø est reliée par câbles sous-marins au reste du Danemark, et les Fox Islands à l’État du Maine, ceci afin de gérer l’intermittence de la production éolienne. La production éolienne insulaire est injectée dans le réseau électrique danois, réseau géré de manière éco-intelligente, notamment via des transferts électriques avec la Norvège, et qui est capable ensuite de s’adapter à la demande de tous les habitants du Danemark dont ceux de Samsø (voir aussi article pp. 98-99). Il ne s’agit donc pas d’une île à proprement parler indépendante sur le plan énergétique, mais plutôt d’une

île ayant établi un lien symbiotique avec le reste du Danemark, pays qui est lui-même dans une relation symbiotique avec la Norvège. « Dans le cas des îles de l’archipel canarien (2 millions d’habitants au total), du fait de la profondeur océanique rendant très difficile l’interconnexion avec la péninsule ibérique et l’interconnexion également des îles entres elles, l’insularité conduit à la nécessité d’installer des systèmes électriques isolés », souligne Gonzalo Piernavieja Izquierdo. Il en résulte qu’il n’est pas envisageable d’imiter Samsø ou les Fox Islands. El Hierro ne peut faire appel qu’à elle-même. Le projet pour qu’El Hierro soit pourvue à 100 % d’énergies renouvelables est unique ; à ce stade, aucune autre île au monde n’est 100 % autonome en énergie, au sens strict.

En 2009, l’île a consommé 42 GWh d’électricité (soit environ 115 MWh par jour en moyenne), ce qui correspond à une puissance moyenne d’environ 4,8 MW. En réalité cette puissance varie, en fonction des heures de la journée, entre 2,5 et 7,5 MW. Cette puissance se modifie aussi légèrement selon les mois de l’année : 5,1 MW en moyenne durant l’été (période d’affluence touristique), et 4,4 MW durant les mois d’hiver. Gonzalo Piernavieja Izqueirdo souligne la pertinence de l’éolien dans la région macaronésienne : « Dans l’archipel canarien, nous avons de très bons vents, selon les sites, cela varie entre 3 500 et 5 000 heures par an. Nous avons

• Samsø Energy Academy : www.energiakademiet.dk

(5) Zero Emissions Research & Initiatives :

• Fox Islands Wind Project : www.foxislandswind.com

www.zeri.org

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E LA QUESTION DU DIMENSIONNEMENT Une masse (m) d’1 kg d’eau stockée à une hauteur (h) d’1 m du sol a une énergie potentielle (Ep = m.g.h) de 9,81 joules, c’est-à-dire de 2,73 10-6 kWh (1 kWh = 3,6 MJ). Autrement dit pour stocker 1 kWh, il faut 1 000 kg d’eau à 366 mètres d’altitude. Mais le rendement du turbinage étant d’environ 90 %, il est nécessaire de stocker 1 tonne d’eau à environ 400 mètres pour obtenir un kilowattheure électrique en sortie de STEP.

4 000 heures sur le site où va être im planté le parc éolien d’El Hierro. » Avec un facteur de capacité de 42 %, le parc éolien produira chaque année environ 46 GWh. « Le coût du kilowattheure en sortie de parc éolien sera de 4 centimes d’euro. » Mais, dans la mesure où 70 % de la production éolienne passeront par la “pile à eau”, et que les pertes liées à ce stockage sont d’environ 19 %, la station hydroéolienne fournira globalement environ 40 GWh. La puissance

éolienne délivrée n’est pas constante, et soit 8,5 MW. Ces 8,5 MW permettent varie entre 0 MW et 11,5 MW. Il arrive de pallier les périodes sans aucun que la production éolienne soit faible vent, y compris lors d’appels de puisalors que la demande de l’île est en sance de pointe qui a atteint 7,5 MW pointe. en 2009. Il est en effet important de La STEP (voir infographie p. 95) joue pouvoir répondre en permanence à la ici un rôle essentiel. Elle se demande, d’où ce relatif surLa station compose d’un bassin inférieur dimensionnement de la puishydro de 150000 m3, d’un bassin susance de la station de turbipérieur de 556 000 m3 situé à éolienne nage. Au niveau du bassin 658 mètres au-dessus du basfournirait supérieur, seuls 150 000 m3 font partie de la composante sin inférieur, d’une station de environ énergie, les 406 000 m3 suppompage de 6 MW et d’une 40 GWh. plémentaires servent uniquestation de turbinage de 11,3 MW. La station de pompage de ment, du moins dans une première 6 MW permet de faire face aux phase du projet, de réserve d’eau périodes fortement venteuses durant douce pour les mois à faibles précilesquelles le parc éolien de 11,5 MW pitations. 150 000 m3 suspendus à tourne à plein régime. 5,5 MW sont 658 mètres correspondent à une éneralors utilisés pour répondre à la gie électrique disponible de 217 MWh, demande électrique de l’île, et entre 4 ce qui permet d’avoir deux jours d’auet 6 MW sont affectés au pompage de tonomie complète pour l’île (jours l’eau vers le bassin supérieur. La station sans aucun vent). de turbinage est constituée de 4 turbines Pelton de 2,83 MW. Lors des opé- un système intégré rations de maintenance sur une tur- « Le projet comporte beaucoup d’innovabine, 3 turbines sur 4 sont disponibles, tion technologique », souligne Gonzalo

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Piernavieja Izquierdo. « Il n’est pas et fréquence, de compenser de manière possible de simplement mettre un parc synchrone. Nous avons notamment intééolien et une station hydroélecgré des volants d’inertie, permetL’île trique, l’intégration est ce qui tant des ajustements très fins. » disposera est le plus complexe. Nous Ceux-ci constituent une forme de 2 jours sommes dans un système de stockage. Quand de l’énerisolé. » Il faut de plus respec- d’autonomie gie est produite en excès, la ter les exigences de l’opé- énergétique. vitesse de rotation du volant rateur du réseau, notamment augmente. Il y a ainsi converen termes de sécurité. « Notre système sion de l’énergie en énergie de rotation. est capable de réguler puissance, tension Quand au contraire la production

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À gauche, les conduites forcées ; à droite le cratère du bassin supérieur en travaux (capacité de 556 000 m3).

UN MODÈLE POUR LES ÎLES DU MONDE ENTIER Au niveau du bilan environnemental, le projet hydroéolien permettra d’éviter chaque année l’émission dans l’atmosphère de quelque 19 000 tonnes de CO2, de 100 tonnes de dioxyde de soufre et de 400 tonnes d’oxyde d’azote. À l’occasion d’une visite récente sur l’île, Johannes Hahn, commissaire européen à la politique régionale a déclaré : « El Hierro, ce n’est pas la fin de l’Europe, mais le commencement de l’Europe ! Ce qui est en construction ici à El Hierro, c’est ce que nous devrions tous faire : utiliser les énergies renouvelables et réduire les émissions de gaz à effet de serre. » Certaines personnes critiquent l’impact surfacique de ce projet, et Javier Morales de répondre : « El Hierro a une surface de 275 km2. Nous allons occuper au total 0,1 km2 », soit moins de 0,04 % de la surface de l’île. Si l’on voulait remplacer

par de l’huile de colza les 6 000 tonnes de pétrole consommées chaque année par les groupes diesels assurant la production électrique de l’île, il faudrait cultiver au moins 30 km2, ceci sur les bonnes terres de l’île, et il faudrait aussi produire assez d’eau douce pour irriguer ces cultures. La ferme hydroéolienne d’El Hierro va permettre de créer de la richesse en permettant à l’activité agricole et écotouristique de prospérer grâce à l’eau douce disponible. Gonzalo Piernavieja Izquierdo élargit l’horizon : « Il y a des centaines d’îles où ce système pourra être répliqué. À présent, l’idée est de promouvoir le concept hors de l’archipel canarien. Dix-sept millions d’Européens et 600 millions de personnes dans le monde vivent sur des îles, et tous auront la possibilité de suivre le modèle d’El Hierro. Une alternative concrète au pétrole, grâce à l’eau et au vent. »

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d’énergie devient insuffisante pour répondre à la demande, une partie de l’énergie de rotation est récupérée, ce qui permet de combler le déficit. Les volants d’inertie ont ainsi un rôle tampon. Les volants d’inertie de dernière génération sont en fibre de carbone, en suspension magnétique, et opèrent sous vide entre 20 000 et 50 000 rotations par minute. Il est possible de faire varier leur vitesse très rapidement, ce qui permet une réponse optimale. « Le système est paramétré pour utiliser en priorité l’éolien direct quand la ressource éolienne est disponible, puis la composante plus classique, c’est-à-dire l’hydro, puis seulement si nécessaire la centrale diesel », indique Gonzalo Piernavieja Izquierdo. La structure qui gère le projet, Gorona Del Viento SA, a fait appel à la société française Cap Ingelec pour relever les défis de stabilité posés par la ferme hydroéolienne. « La production des éoliennes est très aléatoire, avec beaucoup de pollution en fréquence et tension, explique Gonzalo Piernavieja Izquierdo. La transformation de l’énergie hydraulique, quant à elle, dépend essentiellement des temps de réaction des actionneurs de conduites d’eau forcée. Cap Ingelec a mené à bien ce projet innovant en résolvant les principales difficultés de stabilisation du réseau électrique. »

des tarifs spécifiques La ferme hydroéolienne permet d’envisager une production de 400 millions


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Odile Regnault-D ionne

SCHÉMA DE L’IMPLANTATION DE LA STATION HYDROÉOLIENNE D’EL HIERRO

Réservoir supérieur 556 333 m3

Valverde

Salle souterraine des valves d'arrêt

Centrale hydroélectrique 11,3 MW

Conduite forcée ascendante (552 l/s)

Conduite forcée descendante (2 000 l/s)

Parc éolien 11,5 MW (46 GWh/an)

Réservoir inférieur 150 000 m3 Port de La Estaca

Sous-station hydroélectrique (intégration)

Sous-station thermique 13,3 MW (diesel)

Centrale de pompage 6 MW

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E DES ALGUES, DES OISEAUX ET DES HOMMES Une première option alternative pour compléter la station hydroéolienne et passer au 100 % renouvelables consiste à recourir à la station thermique diesel déjà en place (investissement nul), et à capter les émissions de C02 de cette centrale par des bassins à microalgues produisant des molécules à vocation alimentaire, cosmétique ou pharmaceutique. C’est une piste qu’explore la municipalité d’El Hierro. Javier Morales, élu dont la motivation et la réflexion écologique forcent l’admiration, indique que le CO2 obtenu par la combustion du diesel « pourrait servir à alimenter des bassins de culture de microalgues permettant d’obtenir des molécules à haute valeur ajoutée. L’azote, le phosphore et les oligoéléments nécessaires aux cultures de microalgues proviendront du guano des oiseaux de mer, guano qui est disponible sur les rochers de l’archipel canarien ». L’île de Gran Canaria héberge la plus importante banque de microalgues d’Espagne, et de grands groupes industriels, comme par exemple Abengoa, y travaillent avec les chercheurs de l’Institut technologique des îles Canaries. D’autres options sont également à l’étude, comme par exemple compléter la station hydroéolienne par une centrale thermique d’appoint à biomasse ou au biogaz (biogaz obtenu

par la fermentation méthanique des déchets organiques), centrale ne fonctionnant que quelques jours chaque année. Une étude dans ce sens a été menée par un cabinet suisse (E4tech). Gonzalo Piernavieja Izquierdo indique que « rien qu’avec la productivité en bois de l’île, il est possible de couvrir 10 % de la demande électrique insulaire ». Une troisième option serait de compléter le parc éolien avec une centrale solaire, ou par une centrale thalassoélectrique, afin de tirer profit des synergies entre ces différentes énergies renouvelables : il y a des jours sans vent mais avec des vagues ou du soleil ; les jours à la fois sans vent, sans soleil et sans vagues n’existent pas ! Gonzalo Piernavieja Izquierdo : « Nous étudions actuellement un projet de 2 MW visant à tirer profit des vagues au large de l’île. » Il serait alors possible d’augmenter progressivement le taux de pénétration des énergies renouvelables, jusqu’à parvenir au “Graal vert” des 100 %. Enfin, une quatrième option serait de convertir intégralement le parc automobile de l’île à l’électrique, et de se servir de l’ensemble des batteries de cette flotte automobile pour aider le réseau électrique (V2G/G2V, smart grid). Cinq mille batteries de 24 kWh, c’est 120 MWh,

de kilowattheures en dix ans. Ceci océanique, est déjà intégré à ce tarif pour un investissement (station national qui en définitive est une hydroéolienne complète) de 60 mil- moyenne. » Le tarif du kilowattheure lions d’euros. Gonzalo Piernavieja pour un particulier est de 11-13 cenIzquierdo replace cet investissement times d’euro en Espagne. « À El dans le contexte énergétique Hierro, nous vendons le kilo« Notre insulaire : « Le coût de producwattheure diesel à ce tarif tion du kWh électrique avec les système est national et nous vendrons aussi capable générateurs diesels de l’île est de le kilowattheure hydroéolien à de réguler ce tarif. Mais le coût de produc25 à 30 centimes d’euro sur El puissance, tion du kilowattheure hydroHierro, sur la base d’un baril de tension et pétrole à 80-90 dollars, et de 20 éolien sera en réalité inférieur à 30 centimes d’euro sur l’enfréquence, au coût actuel de production du semble des îles Canaries. » de compen- kilowattheure issu de la cenMais les îles Canaries, c’est ser de trale thermique diesel de l’île. » l’Espagne, et le coût du kilomanière Y aura-t-il un tarif spécial wattheure est le même pour synchrone. » quand l’électricité proviendra tout citoyen espagnol. « Le à 100 % de l’éolien en direct ? surcoût du kilowattheure des îles Cana- Et un autre quand elle viendra à ries, surcoût lié à l’utilisation de généra- 100 % de la STEP ? Et encore un autre teurs diesels compte tenu de l’éloigne- quand l’appoint de la centrale diesel ment géographique et de la profondeur sera nécessaire ? « En réalité, nous

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c’est-à-dire une journée d’autonomie électrique pour l’île. « Nous sommes en relation avec des responsables d’IBM pour étudier la mise en place d’une smart grid. Notre objectif est que plus une seule goutte de pétrole ne soit importée sur notre île », indique Javier Morales. Ces quatre options ne sont pas exclusives. Une cinquième option serait que la population accepte de diminuer sa consommation électrique quelques jours dans l’année, précisément durant les périodes peu venteuses. L’éducation aux enjeux environnementaux et énergétiques est ici fondamentale.

sommes en négociation avec le gouvernement espagnol pour mettre en place une tarification spécifique à ce type de système, indique Gonzalo Piernavieja Izquierdo. Le kilowattheure sortant de la STEP n’est pas un kilowattheure purement hydraulique, il comprend aussi une composante éolienne. On réfléchit aussi à propos du tarif en période de pointe de consommation, et du tarif à appliquer l’hiver, c’est-à-dire la période la moins venteuse de l’année, période où, du moins dans un premier temps, nous ferons appel à la centrale diesel en appoint, ce qui augmentera le coût du kilowattheure. »

un degré d’autonomie de 80 % ou de 100 % ? L’ITC a estimé qu’une STEP assurant deux jours d’autonomie permet de répondre à environ 80 % de la demande


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énergétique annuelle de l’île. Pour passer à un degré d’autonomie énergétique d’environ 99 % (c’est-à-dire environ 362 jours sur 365), il faudrait avoir une STEP permettant d’avoir huit jours d’autonomie, et non deux jours. En agrandissant le bassin inférieur de telle manière qu’il ait la même dimension que le bassin supérieur (556 000 m3, c’est-à-dire 945 MWh), on passerait précisément à huit jours d’autonomie. « Nous avons le projet de construire un second bassin inférieur dans le futur pour augmenter la pénétration des énergies renouvelables, pour aller au-delà de 80 % », indique Gonzalo Piernavieja Izquierdo. Les périodes de huit jours sans aucun

Photomontage des éoliennes qui devraient être installées en février.

vent dans la région macaronésienne ne se produisent que très rarement si on se fie aux données archivées. Mais les périodes de vent très modéré, vents insuffisants pour répondre totalement à la demande électrique de l’île et ceci durant plusieurs jours, voire une ou deux semaines, sont moins rares, et une durée de trois semaines n’est pas impossible. La station hydroéolienne est à ce titre expérimentale, et les données tirées de cette expérience seront précieuses afin de servir de base à l’installation de nouvelles fermes hydroéoliennes sur d’autres îles du monde. Pour passer à une autonomie énergétique de 100 %, l’ITC estime qu’il fau-

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« Nous avons le projet de construire un second bassin inférieur pour augmenter la pénétration des renouvelables. »

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drait avoir trois semaines d’autonomie complète, c’est-à-dire des bassins de 1 500 000 m3, soit 10 fois le volume actuel. C’est techniquement possible même s’il s’agit d’eau et d’énergies douces, mais la facture devient très vite salée. À l’heure actuelle, les bassins inférieurs et supérieurs sont creusés et imperméabilisés. Les canalisations reliant les deux bassins sont également en place, ainsi que les stations de pompage et de turbinage. Les éoliennes vont être installées en février, avant la levée des vents alizéens. Fin 2011-début 2012, la ferme hydroéolienne entrera en fonctionnement. ■

L’ÎLE DES BIENHEUREUX Chez Homère, les champs Élysées se situent à l’extrémité occidentale de la Terre, près d’Océan. Dans L’Odyssée, Protée les décrit ainsi à Ménélas : « Les Immortels t’emmèneront chez le blond Rhadamanthe, aux champs Élysées, qui sont tout au bout de la Terre. C’est là que la plus douce vie est offerte aux humains ; jamais neige ni grands froids ni averses non plus. On ne sent partout que zéphyrs dont les brises sifflantes montent de l’Océan pour donner la fraîcheur aux hommes. » Les champs Élysées, ce sont les îles des Bienheureux, décrites par Pindare, ou îles Fortunées, c’est-à-dire l’archipel

canarien, dont l’île d’El Hierro, appelée aussi l’île du Méridien, est la plus occidentale. Ptolémée, dans sa Géographie, y a fait passer son méridien zéro, et le roi de France Louis XIII décréta par ordonnance que tous les globes terrestres et cartes devraient prendre ce méridien comme référence de l’origine des longitudes. Socrate répondant à Calliclès dans le dialogue de Platon Gorgias ou De la Rhétorique : « Du temps de Saturne, c’était une loi parmi les hommes, qui a toujours subsisté et subsiste encore parmi les dieux, que celui des mortels qui avait mené une vie juste et sainte allât après sa

mort dans les îles Fortunées, où il jouissait d’un bonheur parfait, à l’abri de tous maux : qu’au contraire celui qui avait vécu dans l’injustice et dans l’impiété allât dans un lieu de punition et de supplice, appelé Tartare. » Ceux qui suivront l’exemple écologique d’El Hierro auront-ils le droit à un bonheur durable ? Tandis que ceux qui s’obstinent dans la voie des combustibles fossiles finiront-ils au pays Tartare ? Avec beaucoup de pragmatisme, Javier Morales livre sa vision : « Le développement durable, ce n’est pas seulement protéger l’environnement. C’est aussi améliorer les conditions de vie des gens. »

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LA NORVÈGE,

FUTURE “BATTERIE DE L’EUROPE”? par olivier daniélo

La technologie HVDC, qui permet de réaliser des transferts électriques sur de longues distances avec moins de 3 % de perte pour 1 000 km, offre de nouvelles perspectives aux stations de pompage-turbinage en Europe, suscitant l’intérêt de nombreux experts et gouvernements. Les fjords norvégiens constituent d’excellentes vallées susceptibles d’accueillir des STEP.

■ El Hierro a comme ambition de démontrer que le 100 % énergies renouvelables est possible à l’échelle des îles, petites et moyennes. Mais le DLR(1) allemand propose de changer d’échelle. À la sortie de la dernière glaciation, il y a environ 10 000 ans, le bouclier scandinave a été sculpté par l’érosion glaciaire, formant des milliers de vallées très profondes, typiquement étroites et aux côtes escarpées, et qui sont remplies d’eau peu salée : les fjords. Ils découpent les 3 000 km du littoral norvégien. Dans un rapport de mai 2010, “100 % d’énergies renouvelables pour 2050”(2), le DLR met en avant le potentiel de ces fjords dans la perspective d’y installer des stations de pompage-turbinage. En connectant l’Allemagne et la Norvège par des câbles HVDC (High Voltage Direct Current), il deviendrait alors possible d’optimiser la production éolienne et solaire, et de parvenir à l’objectif du 100 % énergies renouvelables en Allemagne (la Norvège produit aujourd’hui 98 % de son électricité à partir de l’hydroélectricité). Jochen Flasbarth, président de l’agence fédérale allemande de l’environnement, a déclaré (1)Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, l’équivalent en Allemagne de la Nasa aux États-Unis ou du Cnes en France. (2) “100% erneuerbare Stromversorgung bis 2050 : klimaverträglich, sicher, bezahlbar” téléchargeable sur : www.UmweltRat.de

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lors de la sortie de ce rapport : « Une conversion complète de l’Allemagne aux énergies renouvelables à horizon 2050 est possible d’un point de vue technique et environnemental. C’est un objectif très réaliste, basé sur des technologies qui existent déjà aujourd’hui, il ne s’agit pas d’une prédiction fantaisiste. »

trois scénarios possibles Le DLR a en réalité proposé dans ce rapport trois scénarios dans la perspective du 100 % renouvelables à horizon 2050. Le premier scénario consiste en ce que 100 % de la production soit réalisée sur le sol allemand. C’est le plus coûteux. Le deuxième, meilleur marché, consiste en un système intégré Allemagne-Danemark-Norvège, avec deux variantes : l’importation d’électricité en provenance de Norvège (via une liaison HVDC passant par le Danemark), mais en retour l’export d’électricité (principalement éolienne) vers la Norvège, avec un volume global des échanges n’excédant pas 15 % du total ; l’importation nette de 15 % de l’électricité, en provenance de Norvège. Le troisième scénario envisage un système intégré à l’échelle de l’Europe et de l’Afrique du Nord (EUNA). 15 % d’électricité consommée en Allemagne proviendraient alors de l’EUNA via un réseau électrique traversant de nombreux pays européens. Mais le rapport du DLR souligne que « l’instabilité


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politique de certains pays d’Afrique du Nord et d’Europe de l’Est rend problématique la création d’un grand réseau électrique à l’échelle Europe-Afrique du Nord. Un moyen très simple de supprimer ces problèmes, tout en optimisant la production électrique nationale, est de limiter la coopération à trois pays : Allemagne-Danemark-Norvège. La Norvège a le meilleur potentiel d’Europe en termes de capacités de stockage de l’énergie ».

la question de l’interconnectivité L’Agence internationale de l’énergie (AIE) a rebondi suite à la publication de ce rapport, en soulignant l’intérêt des capacités de stockage hydroélectriques norvégiennes pour l’ensemble des pays européens. « La Norvège peut aider l’Europe à aller vers plus d’énergies renouvelables en fournissant un backup hydroélectrique. Cela serait bien plus pertinent d’opérer ainsi que de faire appel au gaz. Pour avoir davantage de renouvelables, nous avons besoin de davantage d’interconnectivité », a déclaré Nobuo Tanaka, directeur de l’AIE. La ministre de l’Énergie norvégienne, Aaslaug Haga, a affirmé de son côté que son pays avait précisément l’ambition et la capacité de devenir la « batterie de l’Europe ». La clé du dispositif, selon la ministre, c’est clairement le couplage des parcs éoliens, en cas de vents trop faibles, avec des stations de pompage-turbinage à eau de mer. « Nous pourrons livrer de l’électricité, que le vent souffle ou non. » Un mariage nordique de l’eau et du vent… célébré chez le 5e exportateur mondial de pétrole. Le Conseil norvégien de l’énergie a publié un rapport indiquant que la Norvège peut disposer de « 40 TWh d’énergie de sources renouvelables en 2020-2025, dont environ la moitié proviendrait de l’énergie éolienne en mer ».

du Pétrole et de l’Énergie, a déclaré en août 2010 avoir établi un accord avec son homologue britannique Charles Hendry visant à étudier la faisabilité de l’interconnexion par câble HVDC des deux pays. « Il y a un grand intérêt de la Grande-Bretagne pour construire des câbles depuis la Norvège. Nous avons des discussions similaires avec l’Allemagne et d’autres pays. » La Suisse, « plaque tournante » de l’énergie en Europe selon l’expression du PDG de Swissgrid, PierreAlain Graf, n’a cependant pas dit son dernier mot. Les Alpes helvétiques, où de grands projets de STEP sont en cours, pourraient devenir le second poumon électrique de l’Europe. La Suisse et la Norvège réunies jouissent de 60% du potentiel de pompage-turbinage à eau douce de l’Europe. ■

SCÉNARIO POSSIBLE À L’ÉCHELLE 2050

Norvège 46 GW

En connectant l’Allemagne et la

Danemark

Norvège par des 42 GW

câbles HVDC, il deviendrait alors

des précurseurs ? Le Danemark tire dès aujourd’hui profit de l’hydroélectricité norvégienne, ce qui lui permet de figurer parmi les champions du monde de l’éolien. La Grande-Bretagne envisage également d’établir des connexions HVDC sousmarines avec la Norvège, connexions du même type que la connexion sous-marine NorNed (580 km) qui relie les PaysBas à la Norvège. Terje Riis-Johansen, ministre norvégien

Allemagne

possible d’optimiser la production éolienne et solaire, et de parvenir à l’objectif du 100 % énergies renouvelables

Source : DLR.

en Allemagne.


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par olivier daniélo

WIND, WATER AND SUN Quel est le potentiel du pompage-turbinage à l’échelle mondiale ? À quel coût ? François Lempérière, expert hydraulicien et président de l’association Hydrocoop, apporte des réponses à ces questions. ■ Président du comité de réduction du coût des barrages de la CIGB (commission internationale des grands barrages) mais également ex-président de la CFGB (comité français des grands barrages), François Lempérière a participé à la construction d’une vingtaine de grands barrages, canaux et endiguements, notamment sur le Rhône, le Rhin, le Nil et le Zambèze, et à la conception d’une dizaine de ces ouvrages. Il est lauréat de l’Académie des sciences à Paris pour l’invention du procédé de hausses fusibles (1997), une solution économique pour optimiser la sécurité des barrages et leur capacité de stockage. Aujourd’hui à la retraite, il préside une association à but non lucratif, Hydrocoop(1), constituée d’experts hydrauliciens français, américains, russes et chinois, et dont l’objectif est de contribuer à la coopération technique internationale dans le domaine hydroélectrique. François Lempérière part du constat que seuls 2 milliards d’êtres humains « ont actuellement des conditions de vie proches de leurs souhaits (logement, conditions de travail, transports…) ». Il estime qu’il est probable que ce chiffre passe à 8 milliards à l’horizon 2060 ou 2070, et qu’« il est souhaitable que l’on produise l’énergie nécessaire en réduisant l’emploi des énergies fossiles ». François Lempérière confirme les conclusions de Mark Jacobson, directeur du département Énergie et

UTILISATION MONDIALE D’ÉNERGIE AU XXIE SIÈCLE TWh/an Énergie totale

150 000

Énergie électrique

100 000

50 000

2000

2010 Fossile Solaire

2050 Biomasse et géothermie

Hydraulique

2100 Nucléaire

Éolienne

Source : www.hydrocoop.org. “L’énergie du XXIe siècle dans le monde”, avril 2010. François Lempérière.

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Atmosphère de l’université de Stanford, qui indique qu’en termes de potentiels, il n’y a aucun problème pour répondre à l’intégralité de la demande électrique mondiale avec de l’éolien et du solaire, mais la question du stockage devient alors centrale. Pour répondre à ce défi, Mark Jacobson a développé le concept WWS (Wind Water Sun)(2), basé sur la synergie entre éolien, hydro et solaire et permettant d’envisager un mix électrique 100 % renouvelables. François Lempérière rappelle que « dans une région où l’électricité renouvelable intermittente est limitée à 20 % de la production électrique totale, elle peut généralement être associée, comme actuellement, à l’énergie hydraulique ou fossile sans besoin important de stockage. Mais une production intermittente plus importante nécessitera un stockage d’une capacité proche de la fourniture moyenne d’énergie intermittente excédant 20 % de la production totale ». C’est-à-dire que passé le seuil des 20 % d’éolien ou de solaire dans le mix électrique, un parc éolien (ou solaire) délivrant en moyenne une puissance de 1 GW requiert environ 1 GW de capacité de stockage. François Lempérière insiste sur le fait que les STEP constituent « le seul moyen rentable de stockage d’énergie à l’échelle des besoins du monde ».

de nombreux exemples à travers le monde Plusieurs pays européens ont déjà dépassé le seuil des 20 %. Au Portugal, le Français Alstom a construit une importante STEP (Alqueva). Le développement de ces capacités de stockage a permis qu’aujourd’hui 45 % de l’électricité portugaise proviennent de la symbiose WWS, et l’objectif du pays est de parvenir à dépasser le seuil des 60 % dès 2015. L’Espagne (Iberdrola en particulier(3)) a également su tirer profit de ce type de symbiose. En Galice, par exemple, 64 % de l’électricité sont issus des renouvelables, et l’objectif de la région est de dépasser le seuil des 95 % dès 2015. L’IHS Emerging Energy Research estime que l’Irlande (projet de “Spirit of Ireland”(4)), le Danemark et la Grande-Bretagne (qui a lancé un grand programme éolien offshore) parviendront à plus de 40 % de leur électricité de sources renouvelables d’ici à 2025. François Lempérière indique qu’« il existe déjà dans le monde 300 STEP stockant au total 150 GW. Il est possible de réaliser 4 000 GW de stockage supplémentaire, ceci pour partie, comme actuellement, dans les régions montagneuses, mais aussi le long des côtes, en opérant entre la mer comme bassin bas et un bassin haut créé à la côte (ou en mer à l’intérieur d’un atoll artificiel). Le stockage total [pour répondre à un mix électrique mondial principalement basé sur le solaire et l’éolien, ndlr] nécessitera de l’ordre de 20 000 km²


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Gottlieb Paludan Architects

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de lacs ou de bassins. Les lacs hydroélectriques actuels totalisent 300 000 km² ». Le concept d’atoll artificiel de stockage (“Blue Battery”(5)), dont le Danois Gottlieb Paludan est le père, est actuellement à l’étude par le centre de recherche national danois Riso DTU. Non sans talent en matière de marketing écologique, François Lempérière utilise l’expression « lacs d’émeraude » pour désigner les STEP. Il a proposé plusieurs emplacements possibles sur le littoral de la Manche dans la perspective d’une diversification du mix électrique français. « Le coût actuel d’investissement d’une STEP est de l’ordre de 1 000 €/kW », indique-t-il. Cette valeur moyenne (le coût varie d’un projet à l’autre en fonction de nombreux paramètres) est confirmée par l’Energy Storage Association(6).

une question de coûts Sur la base de son expérience en matière de construction de grands barrages et des données économiques (parfaitement connues) en matière de construction de digues et barrages en milieu marin, François Lempérière affirme que les STEP marines ont un coût d’investissement du même ordre de grandeur et arrive à la conclusion que « le coût total du stockage sera voisin de 1,5 cent par kilowattheure d’énergie intermittente », s’ajoutant au coût de production du kilowattheure éolien ou solaire. Il

précise que « ce stockage donne par ailleurs au réseau électrique souplesse et sécurité ». Et il conclut qu’« il est parfaitement possible de produire l’énergie nécessaire au progrès économique souhaitable du monde entier, ceci à un coût très acceptable ». Le couplage hydroéolien est en pleine éclosion dans le monde. Aux États-Unis, le secrétaire d’État à l’énergie Steven Chu en est un ardent promoteur. « Le pompage-turbinage est parfait pour les énergies renouvelables comme l’éolien et le solaire, déclare-t-il. Nous devrions investir massivement dans cette technologie. » En Chine, la State Grid Corp of China a programmé d’installer une capacité de pompageturbinage de 41 000 MW d’ici à 2020 afin de développer en masse l’éolien et le solaire. Elle a par exemple commencé en juin 2010 la construction d’une première tranche (1 200 MW) d’une STEP de 2 400 MW dans le sud de la province de Jiangxi. ■

Le concept d’atoll artificiel de stockage développé par l’architecte danois Gottlieb Paludan.

(1) Hydrocoop : www.hydrocoop.org (2) “A Plan to Power 100 Percent of the Planet with Renewables, Scientific American”, novembre 2009. (3) Fernando Peran Montero, Juan J. Perez, “Renewable Energy World” (2009), “Pump Up the Volume: Using Hydro Storage to Support Wind Integration”. (4) “Spirit of Ireland, National Project For Energy Independence” : www.spiritofireland.org (5) www.greenpowerisland.dk (6) www.electricitystorage.org/ESA/technologies

SYSTÈMES SOLAIRES le journal des énergies renouvelables N° 201 – 2011

Journal des Energies Renouvelables, Enero-Febrero 2011. Nº201  

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