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Cahier du Conseil de Développement Départemental

Approvisionnement Energétique de la Loire Atlantique Séance de travail du 28 septembre 2006

L’énergie des vagues, une opportunité pour la Loire Atlantique

Séance de travail avec Monsieur Alain CLEMENT, Chercheur au Laboratoire de Mécanique des Fluides et Chef de projet Système Electrique Autonome de Récupération d’Energie des Vagues (SEAREV).

Cahier du Conseil de Développement Départemental Energie - numéro 15

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1 - PRÉALABLE : FAIRE DE L’ÉLECTRICITÉ À PARTIR DE L’ÉNERGIE DES OCÉANS : 3 1.1 - L’ÉNERGIE

POSSIBILITÉS

DES MARÉES

Fonctionnement d’une usine marémotrice A marée montante, le barrage de l’usine laisse passer la mer qui envahit le bassin de retenue. Dès que la marée se prépare à redescendre, le barrage est fermé. L’eau ainsi retenue servira à alimenter les turbines à marée basse, entraînant un générateur d’électricité. Exploitations et expérimentations La plus importante centrale électrique marémotrice se trouve en France, (depuis les années 1960): c’est l’usine marémotrice de la Rance, qui fournit 240 MW/an, soit la consommation électrique d’une ville comme Rennes. (Photo 1)

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A l’avenir, les usines marémotrices devraient fonctionner sur le principe des hydroliennes, autrement dit des hélices placées dans le courant. Au nord de la Norvège, depuis 2004, la première usine marémotrice sous-marine, composée d’une hydrolienne de 20 m de diamètre et fixée par 75 m de fond a été testée. Puissance restituée : 300 kW.

1 .2 - L’ÉNERGIE

DES COURANTS MARINS

Fonctionnement d’une hydrolienne ou éolienne sous-marine « L’hydrolienne est à l’eau ce que l’éolienne est à l’air » La force des courants marins, en partie provoquée par les marées actionne les pales d'un ou de plusieurs rotors. L'énergie mécanique produite par la rotation des pales est transformée en énergie électrique. L’électricité produite par les générateurs est acheminée par un câble relié au rivage. Expérimentations actuelles 2

Aux Etats-Unis (Gulf Stream), au Canada, en Italie (détroit de Messine) et en Grande-Bretagne, des projets d’hydroliennes sont à l’étude. Comme cité ci-dessus une hydrolienne est testée au nord de la Norvège. En France, le projet Marénergie, labellisé en 2005 par le Pôle de compétitivité Mer de la Bretagne et porté par l’entreprise bretonne Hydrohélix Energies, a pour objectif de fabriquer et installer une centrale de 1 MW sur les côtes bretonnes. Selon Hydrohélix Energies, les courants marins bretons et normands sont capables de fournir une puissance de 3 à 6 GW. Un tel niveau de production nécessiterait un rideau d’hélices de quelques 21 km, disséminé en Bretagne et dans le Cotentin, soit l’équivalent de 3 réacteurs nucléaires ! (Photo 2)

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1.3 - L’ÉNERGIE

DES VAGUES

3 types de dispositif de récupération de l’énergie des vagues

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des bouées flottantes : ancrées sur le fond, elles sont reliées entre elles par un système de pistons, qui aspire l’eau de mer dans une turbine ou comprime de l’air ou de l’huile qui va faire tourner un moteur, des colonnes oscillantes : en fin de course, les vagues entrent dans un caisson où elles compriment l’air emprisonné. Cet air comprimé fait tourner une turbine (Schéma 3), des débordements de chenal rétréci : les vagues débordent pardessus la digue d’un réservoir, qui se remplit peu à peu. L’eau du réservoir revient à la mer en passant par une turbine qu’elle fait tourner.

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Expérimentations actuelles Espagne : un projet de 10 bouées géantes sur 2 000 m² (lancé en 2004). Puissance prévue : 1,2 à 2 MW, soit la fourniture en électricité de 1 500 familles. Ecosse : un « serpent de mer houlomoteur » (120 m de long, 750 tonnes), baptisé Pélamis, (lancé en 2004). A terme, 30 à 40 Pélamis : des centrales électriques capables d’alimenter 20000 foyers.

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(Photo 4)

Portugal : un projet de ferme d’énergie des vagues très avancé. Danemark : un système de colonnes oscillantes de 237 tonnes, baptisé « Wave Dragon » amarré au large. (Photo 5) Japon : les « mighty whales » (lancé depuis 1998), des centrales à vagues comprimant l’air, sous forme de baleines colorées.



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2 - SEAREV : UN PROJET UNIQUE EN EUROPE 2.1- PRÉSENTATION

ET PHASES DE DÉVELOPPEMENT

Le projet Système Electrique Autonome de Récupération de l’Energie des Vagues (SEAREV) a été lancé en 2003, porté par le laboratoire de Mécanique des Fluides (LMF) de l’Ecole Centrale de Nantes (associé à 2 autres laboratoires nantais et rennais : IRCCyN et SATIE).

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Le projet SEAREV vise à développer à 5 ans un prototype de flotteur de récupération de l’énergie des vagues (Photo 6), capable de restituer 1MW de puissance. L’exploitation d’un procédé original développé par le laboratoire LMF est une véritable rupture par rapport aux prototypes existants.

2.2 - SES CARACTÉRISTIQUES PROPRES

• Un système entièrement clos, dont les mécanismes sont au sec et protégés, ce qui le rend peu sensible à l’environnement extérieur, notamment à l’accumulation indésirable de microorganismes, d’algues … sur sa surface, • Une forme et un concept, qui lui confèrent une bonne survivabilité, • Un module Low Tech situé à la surface de la mer et non une technologie High Tech immergée, • Les fermes de modules sont logeables de 5 à 10 km des côtes ; leur impact environnemental est donc faible, • Un module sans aucune référence au sol : il n’a pas d’amarrage tendu, ce qui le rend insensible à la marée; large gamme de profondeur de travail, • Un module aisément décrochable et remorquable, ce qui facilite la maintenance, • Un système amélioré par un contrôle sophistiqué, qui est actuellement le moins coûteux.

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2.3 - LES PHASES DE DÉVELOPPEMENT

La première phase du projet (3 ans) a eu pour objectif la conception, l’optimisation et la réalisation d’un démonstrateur à l’échelle 1/12 et a été financée par le Ministère de le Recherche, CNRS, ECN, ADEME, la Communauté Européenne et la Région Pays de la Loire.

Ce prototype a été testé le 16 juin dernier dans le bassin de houle multidirectionnel du LMF et présenté le 28 septembre 2006 lors d’une des séances de travail du Conseil de Développement Départemental.

La deuxième phase porte sur la conception, la construction et les essais à la mer à échelle réelle à l’horizon 2008-2009. Le projet sera porté par un groupement d’industriels comprenant entre autres Leroux et Lotz Technologies et les membres du pôle marine, PRINCIPIA, SAIPEM, AREVA.

La phase suivante aura pour objectif la construction et la mise en place d’une première « ferme houlomotrice » de quelques MW, en condition réelle d’exploitation de manière à résoudre les problèmes de maintenance et d’interfaçage au réseau.

Elle nécessitera le développement de l’infrastructure lourde et des outils industriels nécessaires au déploiement de la filière.

Le site d’expérimentation nécessitera : •

Une bonne exposition aux vagues venant du large, entre SW et NW,

Une profondeur d’eau entre 30 et 40 m,

Une distance minimale à la côte (minimiser le coût du câblage très couteux : 200 à 300 k€/km),

Une situation à l’écart des routes maritimes,

Une situation à l’écart des zones de pêche,

Une disponibilité pour accueillir une infrastructure à terre,



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3 - CONCLUSION 1

Participer au projet SEAREV, c’est accompagner un transfert de la Recherche vers la Technologie puis vers l’Industrie.

2 D’importants enjeux régionaux, voire départementaux, sont à prendre en considération : •

Le développement économique, l’emploi (secteur naval),..

La fixation de la Recherche énergies marines en Pays de la Loire, voire en Loire Atlantique (La possibilité est encore ouverte aujourd’hui, bien que la compétition soit d’ores et déjà engagée par d’autres Régions). Une croissance des équipes de Recherche sur le sujet pourrait permettre d’envisager à terme un pôle national sur le sujet ? dans le cadre d’une politique d’attractivité dans ce domaine, d’accueil de chercheurs ? …

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L’adossement aux grandes infrastructures de Recherche en Génie Océanique (Bassins du LMF/ECN) uniques au plan national, financées par un précédent CPER.

Le projet SEAREV peut jouer un rôle de vitrine pour la Région et le Département, à la fois par la démonstration de la technologie, mais aussi par la production et/ou la consommation en Région d’une énergie renouvelable nouvelle.

4 Le projet SEAREV concerne et mobilise aujourd’hui le partenariat public / privé : •

les instances régionales en charge de la Recherche, du Développement, de l’Énergie,

les acteurs de la Recherche impliqués dans ce projet (LMF de l’Ecole Centrale de Nantes, le CNRS),

le consortium industriel du projet SEAREV (Leroux et Lotz Technologie, Principia, AREVA,..),

des exploitants clients potentiels de la technologie (SYDEV, Conseil Régional de la Réunion, de la Martinique,...),

le Port Autonome de Nantes-St Nazaire.

Le département de la Loire Atlantique.

QUELQUES PROPOSITIONS ... •

Favoriser l’implantation de la ferme « houlomotrice » sur le littoral de la Loire Atlantique.

Création d’un « Pôle Energies Nouvelles » ? Compte tenu des projets en cours, des compétences scientifiques et industrielles présentes sur son territoire, le développement d’une filière « énergies renouvelables » pourrait être un axe de développement économique et de création d’emplois pour la Loire Atlantique.  Cahier du Conseil de Développement Départemental Energie - numéro 15

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Annexe

Quand l'électricité vient des vagues

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« Le pendule et la cornemuse » ! C'est en s'inspirant de ces deux instruments qu'Alain Clément, chercheur au Laboratoire de mécanique des fluides (LMF) de l'Ecole Centrale de Nantes, a conçu Searev 2, une machine à transformer en électricité l'énergie des vagues. Un « gisement » potentiel de 2 500 watts par mètre carré, contre 400 pour l'éolien et 150 pour le solaire. « Le pendule » : il s'agit, en l'occurrence, d'un volant excentré fait d'un cylindre de béton à axe horizontal, de grand diamètre, dont la moitié supérieure est évidée. L'essentiel de la masse est donc concentrée dans la moitié basse. D'où l'effet pendule. « La cornemuse » : des accumulateurs hydrauliques à haute pression, comme le sac d'air de l'instrument de musique, se remplissant par à-coups, mais se vidant en continu. Le principe : enfermé dans une coque totalement étanche – capable de faire sans dommages par mer extrême un tour complet – le pendule reste vertical tandis que les vagues font tanguer le flotteur. Les mouvements relatifs du pendule et du flotteur entraînent des pompes hydrauliques, qui chargent les accumulateurs à haute pression. Ces derniers livrent leur énergie à des moteurs hydrauliques, qui entraînent des générateurs d'électricité… Le tout est contrôlé, en temps réel, par « un système “intelligent” qui devrait multiplier, au moins par trois, l'énergie récupérée », estime Alain Clément. « Le projet en est à la fin de la phase de R&D. Une maquette prototype au 1/12, complètement instrumentée, commencera ses essais dans notre bassin à vagues à la rentrée », précise le chercheur. Quant au « houlomoteur » grandeur réelle – 24 m sur 14, 1 000 tonnes, dont 400 pour le seul pendule –, il devrait atteindre une puissance de 500 kW électriques. Présenté au dernier Congrès mondial des énergies renouvelables à Aberdeen en Écosse, Searev a fait un tabac. Pour constituer une ferme houlomotrice, on ancrera, en formation serrée, par 30 à 50 m de fond, à 5 ou 10 km des côtes, une flotte de plusieurs dizaines de modules Searev soigneusement balisée pour ne pas gêner la navigation. En cas d'avarie à bord d'un des modules, les autres continueront à produire de l'électricité. Facile à décrocher et à remorquer, l'unité en avarie pourra être réparée dans un chantier naval portuaire, puis remise en place. L'impact sur l'environnement ? Depuis la côte, la ferme houlomotrice, dont les flotteurs se trouvent au ras de l'eau, sera quasi invisible, contrairement aux éoliennes en mer, une pollution visuelle qui déclenche des réactions de rejet de plus en plus nombreuses. Et bien sûr, pas de gaz à effet de serre… Hervé Ponchelet 1.Laboratoire CNRS / école centrale de Nantes. 2. Système électrique autonome de récupération de l'énergie des vagues. L'Irccyn (CNRS / école centrale de Nantes / ENSTIM de Nantes / université de Nantes), et le Satie (CNRS / ENS Cachan / Cnam Paris) participent également au projet.

1 - Source : Journal du CNRS Hervé Ponchelet

CODELA – CONSEIL DE DEVELOPPEMENT DEPARTEMENTAL 2, Quai de Versailles – BP 44621 - 44046 Nantes cedex 1 Fax : 02 40 48 14 24 –  : 02 40 48 48 00

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