Recherche et modélisation d'une micro centrale électrique

LA MICRO PRODUCTION ÉLECTRIQUE Un changement d’état d’esprit ?

Dominique Lamandé

Dominique LAMANDÉ Artiste plasticien - lamandedominique.blogspot.com Enseignant à l’École Nationale Supérieure d’Architecture de Bretagne

Professeur titulaire Arts et Techniques de la Représentation 2015/2018

Enseignant chercheur DIPAU (Didactique du Projet Architectural et Urbain)

et GRIEF (Groupe de Recherche sur l’Invention et l’Évolution des Formes)

Maître assistant titulaire 2006/2015 Maître assistant titulaire à L’École Nationale Supérieure d’Architecture et de Paysage de Bordeaux - 2003/2006

Sommaire Avant Propos

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État des lieux

Corpus

Constats réalisés à partir des documents iconographiques

Recherches sur la construction des digues De l’importance de l’utilité de la micro énergie comme ressource

Micro production électrique associée à l’éolien et au solaire

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Modélisation d’une unité de production électrique solaire

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Modélisation d’une unité de production de micro turbine marine

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Bassin de retenue d’eau par éléments modulaires

État d’esprit : un nécessaire changement de paradigme ?

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Conception, textes, modélisation, élaboration graphique et chromatique : Dominique Lamandé

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Avant Propos

sur le modèle à axe horizontal, largement répandues dans toute l’Europe. Les modèles proposés dans «Vent de créations» sont une libre interprétation de turbines à vapeur que l’on trouve pour propulser les navires. Ces turbines à vent à axe vertical offrent un avantage non négligeable de fonctionnement dans des vents très forts, ce qui n’est pas le cas pour les éoliennes actuelles.

Cette réflexion sur l’énergie de demain est issue d’un travail de recherche interdisciplinaire et d’une approche de plasticien au sein d’une école d’architecture avec comme point de départ un sujet d’étude sur les moulins à marée. Le questionnement s’est développé sur la possibilité de prendre ces moulins comme modèle susceptible d’engendrer une production d’énergies futures. Le barrage marémoteur de la Rance est un parfait modèle de transposition technologique : les roues des moulins à marée se sont transformées en de puissantes turbines et le bassin de retenue d’eau, pièce majeure du dispositif, s’est muté en un gigantesque ouvrage en béton armé barrant l’estuaire, avec un impact environnemental majeur.

pour : • •

La problématique est fondée, moins sur l’aspect technique pour engendrer des systèmes de plus en plus performants que sur la configuration du dispositif des moulins à marée souvent couplés à des moulins à vent, un ensemble parfaitement adapté et intégré à son environnement. Ces agencements de moulins se sont étendus au cours des siècles en un maillage dense sur le territoire Breton, au plus proche des besoins de la population.

C’est donc dans cet esprit de maillage que cette recherche sur la micro production électrique s’est explicitée en prenant également appui sur une typologie des bassins d’eau de mer incrustés le long des côtes et qui se remplissent à marée haute.

Ce document est la synthèse des articles que j’ai réalisés le rapport «Estuaires et énergie des marées», dans le cadre du programme interdisciplinaire de recherche du Ministère de la Culture et de la Communication[2]. le rapport de la Fondation de France : «Usages de l’eau en Rance maritime - La fabrication d’un territoire hier, aujourd’hui et demain».

Les visuels de la modélisation du concept de micro centrale électrique proviennent de mon travail de recherche élaboré pour le programme IMR ainsi que des panneaux au format A0 conçus pour l’exposition du colloque international transdisciplinaire de juin 2017 : «L’énergie des marées hier, aujourd’hui, demain». Cette iconographie originale a été enrichie dans le cadre de ce présent opus.

Les turbo éoliennes quant à elles sont issues d’un travail de recherche précédent, «Vent de créations»[1], sur l’intégration des éoliennes et leur impact dans le paysage. Malgré leur couleur neutre, l’insertion de ces objets de plus en plus grands reste problématique. Ce sont principalement des éoliennes fabriquées

2) Estuaires et énergie des marées - Rapport final mars 2016- Appel d’offres IMR (Ignis mutat res) - Penser l’architecture, la ville et le paysage au prisme de l’énergie - Programme interdisciplinaire de recherche - 2013-2015

1) Vents invention et évolution des formes - édit : ENSAB - Diffusion PUR 2008

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État Des lieux Corpus

fonctionner en 1955-57 (Mordreuc, Beauchet). En l’espace d’une soixantaine d’années pour le premier, il ne reste quasiment plus rien de la digue ; pour le second, l’ensemble du dispositif marémoteur est en bon état, le moulin ayant été transformé en minoterie jusqu’en 1981 (avec une autre source d’énergie).

Si les descriptifs techniques et graphiques de construction des digues sont inexistants, néanmoins nous disposons d’une iconographie photographique - des cartes postales du début de 20e siècle - sur quelques moulins en activité et leurs digues : le moulin de Montmarin, de Mordreuc-Pleudihen, Plouer, du Lupin.

Avant d’aborder la production énergétique des moulins à marées comme modèle susceptible de créer des microcentrales électriques, il importe de faire un état des lieux de notre sujet d’étude, la Rance. Pour effectuer notre étude sur le fonctionnement marémoteur des moulins, nous disposons : • de documents iconographiques (cartes postales du début du 20e siècle) [1] • du rapport d’étude sur les moulins de mer en Bretagne réalisé par Joël Jallais et André Fady [2] • de l’ouvrage sur l’Histoire générale de la Bretagne et des Bretons de Y.Pelletier, C.Bougeaud, C.Benoït, J.Y.Andrieux

Ces documents sont précieux, car ils nous permettent de comprendre l’importance des digues à la fois dans le dispositif et leur environnement et de mesurer l’impact dans le paysage de ces murs de six mètres de haut qui accueillaient le marin. Ainsi sur une carte postale datant des alentours de 1910 représentant le moulin de Montmarin à marée basse, un personnage figurant en haut de la digue et un bateau adossé à l’empierrement, nous donnent une échelle monumentale de la configuration des lieux.

[3]

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de l’ouvrage sur Les Moulins à mer et les anciens meuniers du littoral de J-L Boithias & A de La Verhne[4] de captures photographiques satellites de campagnes photographiques aériennes que nous avons réalisées avec un drone, sur le site de l’écluse du Chatelier, sur le moulin à marée de Mordreuc et sur le site du moulin de Montmarin de séries de photos que nous avons réalisées in situ.

Recherches sur la construction des digues

Constats réalisés à partir des documents iconographiques

L’iconographie photographique sur quelques moulins en fonction - ou qui ont disparu depuis lors - date du début du 20e siècle. Nous avons quelques clichés des moulins de Montmarin, Mordreuc, Plouer, Lupin qui offrent des renseignements sur l’état des digues et leur importance dans le paysage. Concernant le moulin de Lupin, un des premiers répertoriés en Bretagne, qui date de 1180 et qui a été totalement détruit en 1920, le document révèle les digues permettant la retenue de l’eau : une digue principale, qui ne ressemble à aucune autre dans la Rance, en moellons de pierre, dont les faces sont perpendiculaires au sol et une autre digue plus classique donnant accès à la machinerie du moulin.

Si nous disposons de nombreux documents graphiques techniques[5] (plans, dessins) sur la construction des moulins et leur mécanisme de fonctionnement (roue à aube, première turbine verticale, etc.), par contre il existe très peu de descriptifs relatifs à la construction des digues[6] et il est assez difficile de comprendre, par rapport aux seuls vestiges in situ, comment elles étaient édifiées. Nous pensons notamment au site de Mordreuc qui révèle encore le dispositif constructif de la digue à l’aide de pieux ; il est à ce titre particulièrement intéressant et c’est le seul à notre connaissance de ce type.

Ainsi, quand nous voyons l’ensemble les vestiges des moulins à marées de la Rance, nous sommes assez surpris de l’état de certaines digues. Les deux derniers moulins qui étaient en activité grâce à l’énergie marémotrice ont cessé de 1) http://www.culture.fr/collections archives ; http://archives-en-ligne. ille-et-vilaine.fr/; http://sallevirtuelle.cotesdarmor.fr/inventaire 3) Faculté de Droit et de Sciences Economiques de BREST -29273 BREST CEDEX – contrat COB-CNEXO/UBO Octobre 1983 3) Histoire générale de la Bretagne et des Bretons. Nouvelle Librairie de France – 1990 5) Les Moulins à mer et les anciens meuniers du littoral - mouleurs piqueurs porteurs et moulageurs - Editions Créer-1986

5) Particularités des moulins hydrauliques d’Alsace Bossue (Bas-Rhin) In Situ n°8 – figure : 8- mars 2007-Figure fol 295. Schéma expliquant le fonctionnement du système hydraulique pour une installation thermale.

Moulin à eau. XVIe siècle -Cote : BNF C 18131.

6) J.L.Boithias & A.de La Vernhe - Les Moulins à Mer et les anciens meuniers du littoral - Ed : Créer-1986 -Pages 145/151

Sur la digue principale, des pieux sont enfoncés d’une façon régulière de chaque côté de l’appareil de pierre et sont traversés par des tirants qui permettent aux pieux de chaque côté de l’empierrement de se relier par moisage, comme pour la contenir. C’est une construction assez étonnante. Il s’agit du seul document photographique qui nous permette de découvrir ce dispositif constructif (peut-être tardif) pour ce moulin. Celui-ci a par ailleurs été analysé en détail pour son côté atypique de moulin édifié sur pilotis.[7] Nous pouvons rapprocher ce dispositif de pieux et de moisage pour tenir une digue, à la planche n° 19 : « Charpente Fondations de piles », de l’encyclopédie de Diderot et d’Alembert. On voit sur cette planche la manière

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7) J.L.Boithias & A. de La Vernhe- Les Moulins à Mer et les anciens meuniers du littoral - Editions Créer-1986 - Pages 160/161

avec laquelle, en 1792, les pieux étaient enfoncés dans le sol et comment l’on construisait des piles de soubassements ; le dispositif qui permet de construire est également fait de pieux enfoncés à la verticale, adossés à l’ouvrage et reliés deux à deux de chaque côté de l’ouvrage par une traverse qui permet un assemblage par moisement de l’ensemble.

l’intérieur même du bâtiment principal. Si l’on prend garde au lais de mer - hélas ! déjà partiellement remblayé -qui joint les deux moulins, on remarquera qu’il est barré d’une digue massive insubmersible « formée », ainsi que l’écrivaient les ingénieurs des Ponts et chaussées en termes techniques, « de deux murs parallèles en maçonnerie de mortier hydraulique avec remblais de vase et marne grasse entre les deux murs[8]». Ce texte constitue les seules indications sur la construction d’une digue de moulin à marées. Jusqu’à présent, nous n’avons pas de dessins descriptifs techniques qui permettent de comprendre véritablement l’édification des digues ; le site de Mordeuc nous montre une série de piquets enfoncés dans le sol avec une partie de digue empierrée ; c’est ensuite à nous, effectivement, de faire le lien entre le texte de Jean-Yves Andrieux et ce que l’on constate in situ.

Pour ce qui concerne les autres digues, nous avons un document, photographique également, du moulin du Beauchet où l’on voit des pêcheurs en activité. Nous distinguons particulièrement bien sur le cliché les deux pans de mur de la digue avec son remplissage suffisamment large pour laisser passer une charrette et son cheval, ce qui donne une traduction visuelle qui correspond tout à fait à la description de Monsieur Jean-Yves Andrieux dans « L’histoire générale de la Bretagne et des Bretons » : « Le moulin à mer de Traou Meur fut construit en 1858 pour recevoir huit paires de meules à moudre le grain, mises en branle par le moteur d’une turbine placée dans

8) Histoire générale de la Bretagne et des bretons - tome I page 525 - In Archives départementales, St-Brieuc, série S

Graphisme de l’image de la digue de Mordreuc vectorisée, côté rivière

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Recherche graphique du «dessin» de la digue du moulin à marée de Mordreuc.

Assemblage de clichés aériens à partir de drone. Photographies vectorisées.

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d e l ’ i mp o r t an c e d e l ’ u t i l i t é d e la m i c r o É n e r g i e c o mm e r e ss o u r c e

Il nous paraît fondé que le développement de la micro hydroélectricité soit une réponse possible à une centralisation de fait des énergies électriques dans un même réseau. À chaque tempête son lot de ruptures de ce réseau aérien, privant des dizaines de milliers de foyers de ressources en énergie, sans compter les secteurs de la petite industrie, celui de l’agroalimentaire, les artisans, les exploitants agricoles, etc.

l’opposé de l’arbre, le rhizome n’est pas objet de reproduction : ni reproduction externe comme l’arbre-image, ni reproduction interne comme la structure-arbre[11] ». Dans le cadre de notre étude, nous devons donc opérer un véritable changement de paradigme afin de mettre en place un maillage en « rhizome » pour constituer un réseau qui s’ancre sur un territoire, autonome, au plus près des besoins des usagers. Un tissu de micro production d’électricité le long des côtes serait un nouvel équilibre, sans centre ou plutôt avec une multiplicité de points de production plus ou moins importants, connectés ou non entre eux, avec une autonomie relative liée au cycle de la marée. Pour les rendre plus indépendants, il serait envisageable que cette énergie marémotrice puisse être couplée avec celle de mini éoliennes à axe vertical (pour leur encombrement minimal ; il existe en effet toute une gamme de mini éoliennes urbaines[12] et de l’énergie solaire). Depuis quelques années des turbines fluviales se sont développées pour fonctionner au fil de l’eau. Certaines utilisent le principe du rotor Kaplan[13] à pales orientables ; ces turbines en raison de leurs dimensions réduites pourraient être adaptables à notre projet.

Le déploiement, à partir du principe du moulin à marées, de microcentrales électriques alimentant un bassin d’usagers autour de ces points de production, donnerait de la souplesse à l’approvisionnement de l’électricité. Gilles Deleuze dans Rhizome a développé un concept fondé sur des « principes de connexion et d’hétérogénéité : n’importe quel point d’un rhizome peut être connecté avec n’importe quel autre, et doit l’être. C’est très différent de l’arbre ou de la racine qui fixent un point, un ordre [9]». Pour Deleuze, le rhizome s’oppose donc à la structure de l’arbre et de son arborescence, il est d’un tout autre principe : « un rhizome n’est justiciable d’aucun modèle structural ou génératif. Il est étranger à toute idée d’axe génétique, comme de structure profonde[10].(…) À 9) Gilles Deleuze – Félix Gattari – Rhizome- Mille Plateaux - Les éditions de minuit 1980 - Page 13 10) idem Page19

11) idem Page32

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12) http://www.ecosources.info/dossiers/Eolienne_verticale_Darrieushttp://www.ecosources.info/dossiers/Eolienne_verticale_Savonius http://www.windside.com/products

13) http://www.turbiwatt.com/fr/turbine-lion.html

Graphisme du turbo ĂŠolienne

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m i c r o p r o d u c t i o n É l e c t r i q u e ass o c i é e à l ’ é o l i e n e t a u s o la i r e

Modélisation d’une turbo éolienne à axe vertical

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Modélisation turbo éolienne : éclaté du rotor et de la dynamo

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m o dél i sa t i o n d ’ u n e u n i t é d e p r o d u c t i o n É l e c t r i q u e s o la i r e

Modélisation d’une micro centrale solaire

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M o dél i sa t i o n d ’ u n e u n i t é d e p r o d u c t i o n d e m i c r o t u r b i n e ma r i n e

D’après les modèles de la société Turbiwatt - 6kw à 60 kw

Batterie de quatre turbines de 60 Kw

Modélisation d’une micro turbine : H 1.50m Ø 0.75

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Hauteur de chutes d’eau : 1.20m à 8m

Micro turbine et son châssis en béton

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Bass i n

d e

r e t en u e

d’e au

pa r

élém e n t s

m o d u la i r e s

On trouve sur le littoral atlantique, un certain nombre de piscines d’eau de mer qui se remplissent par immersion à marée haute. Il serait envisageable en s’inspirant de ce modèle, de créer un maillage d’unités automatisées de production d’électricité le long des côtes, ou à proximité sur des îlots rocheux.

Typologie de formes de bassins de mer

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É t a t d ’ e sp r i t : u n né c e ssa i r e c h an g e m e n t d e pa r ad i g m e ?

Cette énergie d’appoint pourrait pallier la faiblesse de l’énergie marémotrice dépendante de la marée et de ses cycles de six heures. Ce couplage d’énergies complémentaires était déjà présent dès l’origine de l’utilisation de l’énergie marémotrice : les moulins étaient souvent exploités avec ceux de l’énergie éolienne afin de pallier aux inconvénients des uns et des autres[14] . L’automatisation du dispositif de ces nouveaux bassins marémoteurs serait nécessaire pour que les turbines se mettent en fonctionnement sans intervention humaine. Cette machine de production serait alors suffisamment autonome pour répondre, de gré à gré, à la demande des usagers pour des micros réseau de proximité. L’objectif serait la production d’énergie positive, c’est-à-dire que sur un territoire de communauté de communes, l’énergie produite est supérieure à celle consommée par les usagers[15]. Une autre esthétique de la production d’énergie (s) se ferait jour avec des réserves marémotrices de taille moyenne le long sur littoral.

avec l’énergie marémotrice jusqu’en 1957, voire même en 1980 avec l’énergie électrique[18]. Sans entretien, sans leur milieu associé permettant de les entretenir, les digues se sont rapidement décomposées[19]. Dans cette notion de milieu, ce ne sont pas seulement les éléments physiques qui se sont délités, ce sont aussi les liens sociaux du lieu qui se sont défaits. Le mur digue a travaillé à plusieurs niveaux, créant des relations dans une interaction, de l’objet/sujet/paysage. On retrouve cette trilogie objet/sujet/paysage dans la relation au milieu qu’exprime Augustin Berque[20] quand il développe la notion de « médiance» (sens à la fois écologique et symbolique d’un milieu à propos du paysage.

Le paysage n’est ni un simple objet ni une simple représentation subjective, mais une trajection (une liaison sujet objet) qui fonctionne à la fois comme empreinte (exprimant certaines façons de voir et de faire) et comme matrice (informant des expressions ultérieures).

Cette dépendance à un système centralisé d’énergie sur un territoire pose bien la question de la territorialisation de l’énergie. Deleuze nous invite à déterritorialiser et à comprendre qu’il est important de quitter un schéma de conception centralisé, avec son arborescence et ses ramifications, système directif et qui montre sa fragilité à chaque manifestation météorologique violente de la nature. C’est aussi la question de la transformation d’un territoire en machine productrice qui est posée. Gilbert Simondon [16]pose une question primordiale : « Peut-on considérer les machines passives (un poteau, un chemin) comme machines? »« Oui » répond-il, « un poteau, un chemin sont effectivement des objets techniques ; ils fonctionnent en eux-mêmes; un poteau fléchit et revient élastiquement à sa position première ; un chemin aussi ». Chaque construction passive est donc un ensemble « actif » en cohérence interne qui, pour perdurer, entre en résonnance avec son milieu et l’activité humaine. Un objet technique va bien au-delà de sa fonction première, il fait « machine » dans la mesure où il engendre un milieu associé nécessaire à son développement et à sa conservation. Ainsi l’objet technique engendre un milieu qui lui est nécessaire.

La machine n’est donc pas seulement un ensemble d’éléments mécaniques en action, tels le moulin, sa roue et ses meules à grain, c’est aussi une construction « passive » comme une digue, un élément exogène qui entre en opposition avec le flux naturel de la mer, qui, en contrariant cette force liquide cherche à la canaliser, à enfermer son énergie. Les milliers de tonnes d’eau contournent cette géométrie souvent rectiligne, s’engouffrent par le pertuis de la vanne avant de s’amasser et de reprendre le chemin inverse en libérant sa puissance sur la roue du moulin. C’est bien une machine qui est en action par les forces en mouvement. Gilbert Simondon entre en résonance avec Descartes pour penser « la construction d’un immeuble comme celle d’une machine simple ». Ainsi, «la construction vaut ce que vaut la plus faible de ses assises, comme une chaîne vaut ce que vaut le plus faible de ses maillons[21] ». Le problème n’est donc pas tant l’adéquation de la machine/outil et de sa fonction dans son milieu, mais bien celui de l’hétérogénéité de son assemblage. « Un mur ne peut pas être techniquement défini comme un couple de forme et de mise en forme : Il se produit un travail des éléments les uns par rapport aux autres[22] ».

Nous le voyons bien dans le cas des digues des moulins à marées, qui engendrent une ramification de voies d’accès, de pontons, d’accostages, de points de passage et des usages qui leur sont associés[17] . Si certains se sont arrêtés de fonctionner vers 1920, d’autres ont poursuivi leur activité 14) J.L.Boithias & A.de La Vernhe - la triple alliance de l’eau, du vent et de la mer- les moulins à Mer et les anciens meuniers du littoral – Ed : Créer 1989 - pages 63/67 15) https://www.youtube.com/watch?v=ViEJG4KsZbI - comme dans la communauté des communes du Mené 16) Gilbert Simondon - Invention dans les techniques - cours et conférences : Edition traces écrites-Seuil ; établis par J.Y Château - Page 159 17) J.L.Boithias & A. de La Vernhe - Les Moulins à Mer et les anciens meuniers du littoral - Ed : Créer 1989 - Page 10518

La fragilité de la digue des moulins à marée est bien l’hétérogénéité de sa construction : une simple tempête peut l’éventrer[23]. Il convient donc, dans la perspective de

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18) Moulin du Brochet 19) La technique d’assemblage des moellons au mortier hydraulique des murs /digues, structurés de pieux et de clayonnages est le point faible des digues. Ces éléments hétérogènes n’ont pas résisté aux assauts du flux maritime.

20) Augustin Berque - L’espace géographique n°4. 1987- Milieu et Motivation Paysagère 21) Page160 id 22) Page 160 id 23) Moulin de Roches noires à Matignon. 1920 http://sallevirtuelle. cotesdarmor.fr/inventaire/matignon/Geoviewer/Data/html/IA22009447. html

retenue d’eau, de tenir compte de la vulnérabilité des ouvrages existants. Une étude plus approfondie sur une structure/barrage de petite dimension devra être menée. Notons que ce concept de micro sources d’énergies était déjà présent dans l’étude de 1983 de J.Jallay et A.Fady sur les moulins de mer en Bretagne et leur potentiel de micro centrales électriques. J.L.Boithias et A. de La Vernhe ont émis pareillement l’hypothèse de cette possibilité de développement : « Demain également peuvent voir le jour des installations marémotrices à petite échelle sans aucune mesure avec les projets actuels, tant il est vrai qu’il reste, de par le monde (en particulier le tiers-monde) quantité de côtes dépourvues d’équipements énergétiques[24].»

Il faut donc réinventer le concept de bassin/digue de rétention d’eau à des fins marémotrices qui soient adaptées au besoin de proximité des usagers. Le barrage de la Rance est resté pendant longtemps unique au monde. D’autres projets[25] de cette ampleur, voire encore plus impactant pour l’environnement vont être réalisés. Ils ne changent en rien le paradigme qu’énonçait Gilles Deleuze, à savoir « l’Un totalisant [26] » alors qu’il faudrait pour s’adapter tendre vers la multiplicité des ressources d’énergie.

24) J.L.Boithias & Vernhe - Les Moulins à Mer et des anciens meuniers du littoral -Ed : Créer 1989 - Page 246 25) https://www.planete-energies.com/fr/medias/decryptages/lenergie-maremotrice 26) Gilles Deleuze-Félix Gattari- Mille Plateaux - collection critique- les éditions de minuit 1980 - Page31

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Novembre 2019