Les énergies renouvelables. Partie 4. L’énergie hydraulique

dimanche 2 août 2020.
 

Nous continuons ici notre série sur les énergies renouvelables.

Les énergies renouvelables : partie 1. Approche globale Hervé Debonrivage

Les énergies renouvelables. Partie 2. Énergie solaire et thermonucléaire Hervé Debonrivage

Les énergies renouvelables. Partie 3 : la géothermie

L’énergie hydraulique est encore actuellemen située au premier rang des énergies renouvelables en France et dans le monde. Après le feu et la terre voici l’eau.

Introduction : définition et origine de l’énergie hydraulique.

a) L’énergie hydraulique est l’énergie fournie par le mouvement de l’eau, sous toutes ses formes : chutes d’eau, cours d’eau, courants marin, marée, vagues . Ce mouvement peut être utilisé directement, par exemple avec un moulin à eau, ou plus couram contre l’ment être converti, par exemple en énergie électrique dans une centrale hydroélectrique.

L’énergie hydraulique est en fait une énergie cinétique liée au déplacement de l’eau comme dans les courants marins, les cours d’eau, les marées, les vagues ou l’utilisation d’une énergie potentielle comme dans le cas des chutes d’eau et des barrages. L’énergie hydroélectrique et la conversion de l’énergie hydraulique en électricité.

b) Comme il sera rappelé ci-dessus, l’origine de l’énergie hydraulique est d’une part l’énergie cinétique produite par le mouvement de l’eau (courant des rivières courants marins) et d’autre part par l’énergie potentielle du mouvement de l’eau provoquée par un changement de son niveau (chute d’eau mouvement des marées).

Or l’énergie cinétiqueE d’une maçon mouvement m de vitesse v est donné par la formule : E = 1/2.m.v2. Ainsi l’énergie est proportionnelle à la masse d’eau en mouvement et au carré de la vitesse du courant. Ainsi, par exemple, si un torrent coule trois fois plus vite qu’un autre, son énergie est neuf fois plus grandes.

Par ailleurs, l’énergie potentielle de pesanteur E pour une dénivellation d’eau de hauteur h est donnée par la formule :E =m.g.h où m est la masse d’eau en mouvement etoù g est la constante de pesanteur 9,80N/kg à la surface de la terre. Comme la densité de l’eau vos 1, on peut remplacer le mot « masse » par le mot « volume » en adaptant les unités

On comprend ainsi facilement que plus la chute d’eau est élevée plus l’énergie produite est importante. De même, plus la masse d’eau en mouvement est élevée, plus l’énergie produite est grande. Ainsi, par exemple si la hauteur d’eau augmente de 2,5, alors l’énergie produite augmente aussi de 2,5.

On a donc intérêt à construire des barrages ayant de grosses retenues et une forte hauteur de chute pour obtenir une grande énergie hydraulique.

Et c’est alors qu’elles peuvent survenir des conflits d’intérêts entre la rentabilité d’une installation et la protection de l’environnement. On constate ici sur des exemples concrets, comment l’enseignement de la physique au lycée peut être utile pour la compréhension de certains phénomènes naturels ou artificiels.

A–Énergie hydroélectrique des cours d’eau.

0–Approche introductive : L’hydroélectricité en France

Source : France hydroélectricité. https://www.france-hydro-electricit...

L’hydroélectricité exploite la force de l’eau pour produire de l’électricité. Du petit torrent au lac de barrage, elle fait appel à différentes techniques adaptées à chaque site selon la hauteur de chute et le débit de la rivière. La production d’électricité est décentralisée et opérée soit par des particuliers, soit par des collectivités locales ou des entreprises. râce aux nombreuses rivières, cours d’eau et aux autres ressources hydriques, la France a pu développer un important réseau de centrales hydroélectriques. Environ 2300 centrales hydroélectriques, de toutes tailles permettent de produire de l’électricité sur le territoire. Cela place le pays au second rang européen en matière de production hydroélectrique.

Quelques points de repères :

●L’hydroélectricité est la première des énergies renouvelables, historiquement et quantitativement. [86 % de l’énergie renouvelable en 2008 et 72 % en 2016 en raison de la croissance notamment du solaire]

●La petite hydroélectricité est une production d’électricité propre (ni déchet en rivière, ni pollution de l’air, ni émission de CO2).

●La production d’électricité annuelle d’une centrale hydroélectrique d’une puissance de 1 MW permet d’alimenter environ 1 700 habitants toute l’année.

●Cette production permet également d’éviter l’émission de 2 500 tonnes de CO2 par an dans l’atmosphère.

●La petite hydroélectricité ne consomme pas d’eau et ne la stocke pas grâce au turbinage au fil de l’eau.

●Les centrales hydroélectriques sont équipées d’ouvrages de franchissement adaptés (échelles à poissons, passes à dévalaison) pour permettre la circulation des poissons.

●Les centrales hydroélectriques sont tenues de délivrer toute l’année un débit réservé (équivalent au dixième du module du cours d’eau), garant de la vie piscicole.

●Les centrales hydroélectriques génèrent des ressources aux communes sur lesquelles elles sont situées, par le biais des différentes redevances et taxes, ainsi qu’aux autres collectivités locales.

Si la loi accorde à EDF l’exclusivité de l’exploitation des grands aménagements, elle donne aussi le droit à chacun d’exploiter une petite centrale hydroélectrique pour sa propre alimentation en électricité ou pour la vente de l’électricité.Près des 2/3 de l’électricité générée par les petites centrales provient de centrales appartenant à la SNCF, à VNF, à des industriels, à des collectivités locales et à des producteurs indépendants.

En application de la directive européenne 2009/28/CE du 23 avril 2009 relative à la promotion de l’utilisation de l’énergie produite à partir de sources renouvelables, et dans la droite ligne du Grenelle de l’environnement visant le développement optimal de toutes les filières d’énergie renouvelable, le ministère du Développement Durable s’est engagé dans un plan de relance de l’hydroélectricité.

L’objectif est d’atteindre 23% d’électricité renouvelable dans la consommation finale d’électricité en 2020.

En application de la directive cadre 2000/60/CE du 23 octobre 2000 fixant un cadre pour la politique communautaire de l’eau, dite DCE et des engagements du Grenelle relatifs à la préservation de la biodiversité et la mise en place de la Trame verte et bleue, le ministère a annoncé le 13 novembre 2009 le lancement d’un plan d’action de l’Etat pour la restauration de la continuité écologique des cours d’eau.

L’objectif est d’atteindre 6 6% des masses d’eau de surface en bon état en 2015.

En vue de mieux concilier ces deux enjeux, le ministère a organisé une table ronde sur l’hydroélectricité qui a réuni une dizaine de fois en 2008 et 2009 des représentants des producteurs d’hydroélectricité, des élus de montagne, des associations environnementales, des représentants des pêcheurs amateurs et professionnels. Cette table ronde a abouti à la signature, par les participants au-côté du Ministre, d’une convention d’engagements pour le développement de l’hydroélectricité dans le respect des milieux aquatiques, qui fonde la doctrine du ministère.

Beaucoup plus d’informations sur l’hydroélectricité en France avec Wikipédia. L’Hydro électricité en France. Wikipédia https://fr.wikipedia.org/wiki/Hydro...

1–Données statistiques globales sur l’énergie hydroélectrique

1.1–l’énergie hydraulique dans le monde.

L’e énergie électrique renouvelable qui est issue de la conversion de l’énergie hydraulique en électricité. L’énergie cinétique du courant d’eau, naturel ou généré par la différence de niveau, est transformée en énergie mécanique par une turbine hydraulique, puis en énergie électrique par une génératrice électrique synchrone.

En 2019, la puissance installée des centrales hydroélectriques atteint 1 308 gigawatts, produisant environ 4 306 térawattheures par an, soit 70 % de la production mondiale d’énergie renouvelable et 15,6 % de la production mondiale d’électricité en 2019.

Le barrage des Trois-Gorges, dans la province du Hubei en Chine, est le plus grand barrage ainsi que la plus puissante centrale électrique au monde.

+ Les atouts de l’hydroélectricité sont son caractère renouvelable, son faible coût d’exploitation et ses faibles émissions de gaz à effet de serre ; la capacité de stockage de ses réservoirs contribue à la compensation des variations de la demande ainsi que de celles des énergies intermittentes (éolien, solaire).

- Elle a toutefois des impacts sociaux et environnementaux, particulièrement dans le cas des barrages implantés dans les régions non montagneuses : déplacements de population, éventuellement inondations de terres arables, fragmentation et modifications des écosystèmes aquatique et terrestre, blocage des alluvions, etc..

Les principaux producteurs d’hydroélectricité en 2019 sont la Chine (30,2 %), le Canada (9,2 %), le Brésil (9,0 %) et les États-Unis (6,4 %), dont les centrales figurent parmi les plus puissantes.

1.2–L’énergie hydroélectrique en France. Le secteur de l’hydroélectricité en France bénéficie d’un potentiel important grâce à la présence de massif de la s montagneux : Alpes, Pyrénées, Massif central. Ce potentiel est déjà exploité en très grande partie, mais il subsiste un potentiel non négligeable à exploiter en petite hydraulique.

La production hydroélectrique en France représentait 11,2 % de la production électrique totale en 2019 contre 12,5 % en 2018, année beaucoup plus pluvieuse. Le taux de couverture de la consommation par la production hydraulique atteignait 13,7 % en France en 2017-18.

La France était en 2019 le 3e pays européen pour sa production hydroélectrique avec 9,7 % de la production européenne, derrière la Norvège et la Suède ; au niveau mondial, elle figurait au 12e rang avec 1,5 % du total mondial. En termes de puissance installée, elle était fin 2019 au 2e rang européen avec 10,2 % du total européen, après la Norvège et au 10e rang mondial avec 2,0 % du total mondial.

De la grande à la petite exploitation hydroélectrique. La France compte aujourd’hui 640 centrales hydroélectriques. De nouveaux barrages sont en construction comme celui de la vallée de Romanche en Isère qui est le plus grand chantier de ce type en Europe. Cette infrastructure titanesque remplacera 5 stations et 6 petits barrages obsolètes qui ont été érigés il y a près d’un siècle. Son exploitation sera également beaucoup plus performante et plus respectueuse de la nature.

Quels sont les facteurs qui bloquent souvent les investisseurs ?

Même s’ils souhaitent créer plus de barrages hydrauliques, les projets des investisseurs peuvent être compromis pour diverses raisons :

Le coût du projet est toujours colossal. La construction du barrage de Romanche-Gavet a par exemple nécessité la somme de 200 millions d’euros. 560 GWh d’électricité par an sera quand même produit sur ce site, ce qui représente la consommation d’une ville de 230 000 habitants Les contraintes administratives sont très contraignantes.

•Les prix de vente de l’électricité sont souvent insignifiants. La mise en place d’un barrage peut également nécessiter le déplacement de milliers, voire de millions de personnes ce qui peut avoir des conséquences graves sur l’économie de la région.

Qu’en est-il de l’exploitation de l’hydroélectricité par les particuliers ?

Pour un particulier, produire de l’électricité à partir de la force motrice d’un cours d’eau semble aisé, du moins en théorie. En effet, l’installation nécessite simplement une turbine, un alternateur et un transformateur. Néanmoins, il faut que l’eau chute d’une hauteur assez conséquente pour que l’énergie produite soit importante. Si cette condition n’est pas remplie, il lui est aussi possible de mettre en place un moulin à eau. L’eau actionnera alors les roues à aubes de celui-ci pour produire l’énergie. Concernant les démarches administratives, l’exploitant doit demander une autorisation lui permettant de privilégier de son « droit d’eau ». Les autorités étudieront ensuite son cas pour voir si son exploitation ne risque pas de léser l’environnement.

2–Les différents types de centrales hydroélectriques.

Il existe trois formes principales de production d’énergie hydroélectrique : –les centrales dites gravitaires, ainsi nommées car les apports d’eau dans leur réservoir ou leur prise d’eau sont essentiellement issus de cours d’eau par gravitation, telles que les centrales au fil de l’eau ou les centrales hydroélectriques de lac ;

–les stations de transfert d’énergie par pompage (S-T-E-P), aussi connues sous l’appellation « centrales hydrauliques à réserve pompée » ou « centrale de pompage-turbinage », dans lesquelles des turbines réversibles pompent l’eau d’un bassin inférieur vers un bassin supérieur. Elles comprennent aussi fréquemment une partie gravitaire. Le transfert est un transfert temporel (pompage durant le creux de la demande à partir d’électricité produite par des équipements de base et production d’électricité par turbinage durant la pointe, en substitution ou en complément à celle, plus coûteuse, des équipements de pointe) ;

–les usines marémotrices, qui utilisent l’énergie du mouvement des mers, qu’il s’agisse du flux alterné des marées (marémotrice au sens strict), des courants marins permanents (hydroliennes au sens strict) ou du mouvement des vagues.

Les centrales gravitaires

Les centrales gravitaires sont celles mettant à profit l’énergie potentielle liée à la dénivellation entre le réservoir et la centrale.

On peut classer les centrales selon trois types de fonctionnement, déterminant un service différent pour le système électrique. Ce classement se fait en fonction de la constante de vidage, qui correspond au temps théorique qui serait nécessaire pour vider la réserve en turbinant à la puissance maximale.

2.1 Classement par type de vidage.

On distingue ainsi : – les centrales au fil de l’eau, dont la constante de vidage est généralement inférieure à deux heures ;

– les centrales « éclusées », dont la constante de vidage est comprise entre deux et deux cents heures ;

- les « lacs » (ou « réservoirs »), dont la constante de vidage est supérieure à deux cents heures.

–Les centrales au fil de l’eau, principalement installées dans des zones de plaines, présentent pour ces raisons des retenues de faible hauteur. Elles utilisent le débit du fleuve tel qu’il se présente, sans capacité significative de modulation par stockage. Elles fournissent une énergie en basen 1 très peu coûteuse. Elles sont typiques des aménagements réalisés sur les fleuves importants tel que le Rhône et le Rhin.

–Les centrales « éclusées » présentent des lacs plus importants, leur permettant une modulation dans la journée voire la semaine. Leur gestion permet de suivre la variation de la consommation sur ces horizons de temps (pics de consommation du matin et du soir, différence entre jours ouvrés et weekend, etc.). Elles sont typiques des aménagements réalisés en moyenne montagne.

–Les « centrales-lacs » correspondent aux ouvrages présentant les réservoirs les plus importants. Ceux-ci permettent un stockage saisonnier de l’eau, et une modulation de la production pour passer les pics de charge de consommation électrique : l’été pour les pays où la pointe de consommation est déterminée par la climatisation, l’hiver pour ceux où elle est déterminée par le chauffage. Ces centrales sont typiques des aménagements réalisés en moyenne et haute montagne.

Les deux derniers types de lacs permettent par rétention de l’eau un certain stockage d’énergie (énergie potentielle de chute), permettant de lisser, au moins partiellement, la production d’électricité.

2.2 Classement par type de remplissage.

Il est également possible de classer les centrales en fonction des caractéristiques de remplissage de leur réservoir qui conditionne l’usage électrique qui peut en être fait.

Par exemple, le remplissage de certains réservoirs peut statistiquement être obtenu de façon hebdomadaire, saisonnière, annuelle, voire pluriannuelle, dans le cas de très grandes étendues d’eau comme le réservoir de Caniapiscau, créé dans le cadre du projet de la Baie-James, au Québec1. Il est évident que la vitesse de remplissage a un impact direct sur la flexibilité d’utilisation.

2.3 Classement par hauteur de chute.

Enfin, on peut classer les ouvrages en fonction de leur hauteur de chute, c’est-à-dire de la différence d’altitude entre le miroir théorique du réservoir plein et la turbine. Cette hauteur de chute détermine les types de turbines utilisées.

On distingue ainsi :

les hautes chutes (supérieures à 200 m)

les moyennes chutes (entre 50 et 200 m)

les basses chutes (inférieures à 50 m)

Entre ces trois types de classement, il n’existe pas d’équivalence stricte mais une forte corrélation :

Les centrales au fil de l’eau ont en général un remplissage fréquent avec des apports réguliers, et de faible hauteur de chute ;

les éclusées ont un remplissage quotidien ou hebdomadaire influencé par la saison (saison de crues) et des hauteurs de chute moyenne, plus rarement haute ;

les lacs ont des remplissages en général saisonniers (fonte des neiges ou saison des pluies) et des hauteurs de chutes importantes.

3–Variabilité de la production des centrales hydroélectriques.

La production d’une centrale hydroélectrique est tributaire des apports des cours d’eau qui l’alimentent, fluctuant selon les saisons et d’une année à l’autre en fonction des précipitations.

Ainsi, la production hydroélectrique du Brésil a reculé de 16 % entre 2011 et 2015 du fait d’une série d’années de sécheresse, malgré la mise en service de plusieurs nouveaux barrages2. En Espagne, des variations encore plus extrêmes sont observées : +56,1 % en 2010, -27,7 % en 2011, -26,6 % en 2012, +69,9 % en 2013 ; -47,1 % en 2017 et +74,4 % en 20183.

–Les réservoirs des centrales de lac constituent un moyen de stockage qui peut contribuer à la compensation du caractère saisonnier des précipitations ainsi que de la demande. Ils n’ont que rarement un volume suffisant pour compenser les variations interannuelles.

–Les stations de transfert d’énergie par pompage

Les stations de transfert d’énergie par pompage (STEP), en plus de produire de l’énergie à partir de l’écoulement naturel, comportent un mode pompage permettant de stocker l’énergie produite par d’autres types de centrales lorsque la consommation est inférieure à la production, par exemple la nuit, pour la redistribuer, en mode turbinage, lors des pics de consommation.

Ces centrales possèdent deux bassins, un bassin supérieur et un bassin inférieur entre lesquels est placée une machine hydroélectrique réversible : la partie hydraulique peut fonctionner aussi bien en pompe, qu’en turbine et la partie électrique aussi bien en moteur qu’en alternateur (machine synchrone). En mode accumulation la machine utilise la puissance disponible sur le réseau pour remonter l’eau du bassin inférieur vers le bassin supérieur et en mode production la machine convertit l’énergie potentielle gravitationnelle de l’eau en électricité.

Le rendement (rapport entre électricité consommée et électricité produite) est de l’ordre de 82 %.

Ce type de centrale présente un intérêt économique lorsque les coûts marginaux de production varient significativement sur une période de temps donnée (le jour, la semaine, la saison, l’année, etc.). Elles permettent en effet de stocker de l’énergie gravitaire, dans les périodes où ces coûts sont bas, pour en disposer dans les périodes où ils sont élevés.

C’est par exemple le cas s’il existe des variations récurrentes importantes de la demande (entre été et hiver, jour ou nuit, etc.), des productions « fatales » en quantité importante, qui seraient sinon perdues (énergie éolienne) ou des productions d’énergie en base faiblement modulables (nucléaire, hydraulique de fil de l’eau).

4–Aperçu historique sur l’énergie hydraulique

L’énergie hydraulique est connue depuis longtemps. C’était celle des moulins à eau, entre autres, qui fournissaient de l’énergie mécanique pour moudre le grain, fabriquer du papier ou puiser de l’eau pour irriguer les champs, par exemple.

XIXe siècle.

En 1869, l’ingénieur français Aristide Bergès l’utilise sur une chute de deux cents mètres à Lancey, près de Grenoble, pour faire tourner ses défibreurs, râpant le bois afin d’en faire de la pâte à papier. Il parle de « houille blanche » en 1878 à Grenoble, à la foire de Lyon en 1887 et lors de l’Exposition universelle de Paris de 1889.

En 1878, la première centrale électrique, d’une puissance de 7 kW, est construite par William George Armstrong pour alimenter le domaine de Cragside en Angleterre. De 1880 à 1889, une multitude de petites centrales hydrauliques voient le jour pour éclairer de petites villes, des parcs ou des châteaux.

À partir de 1889, grâce au développement des premiers transformateurs électriques, on dépasse le mégawatt de puissance. L’essor de l’industrie et de l’électrochimie encourage le développement de l’hydroélectricité, notamment dans les Alpes du nord où se déroule une course effrénée à la houille blanche et qui deviendra vite la région maîtresse du développement hydroélectrique.

XXe siècle.

Un exemple. Petite centrale à énergie hydraulique construite en 1918 pour fournir de l’électricité aux habitants de Torvsjö (sv), Suède. Elle est restée opérationnelle jusqu’en 1948. Photos sur le site de Wikipédia. Dès les années 1900, les progrès technologiques de l’hydroélectricité suisse sont à l’origine d’intenses spéculations boursières sur les sociétés hydroélectriques, qui profitent aux implantations industrielles dans les Alpes.

À la fin de la Première Guerre mondiale, le développement du réseau électrique s’intensifie et les centrales hydrauliques, n’étant plus astreintes à produire de l’électricité pour les besoins locaux, grâce aux transformateurs électriques et aux lignes à haute tension, peuvent être de plus en plus puissantes3.

Dans les années 1920, une rapide expansion de l’électricité voit le jour en France, avec une multiplication par huit de la production d’électricité hydraulique grâce aux premiers barrages. En 1925, Grenoble organise l’Exposition internationale de la houille blanche.

5–l’impact environnemental de l’énergie hydroélectrique

L’hydroélectricité est une énergie renouvelable et non polluante, car elle ne dégage pas d’importantes émissions de gaz à effet de serre. Son exploitation peut néanmoins avoir des conséquences graves sur l’écosystème. Elle risque en effet de causer la disparition de certaines espèces de poissons dans le cours d’eau en raison de son réchauffement. Les espèces migratrices sont également piégées et meurent à l’instar des anguilles. Enfin, les barrages retiennent les alluvions qui ne peuvent plus enrichir les sols sur lesquels elles se déposaient.

Face à l’impact désastreux de certains barrages sur l’environnement, le gouvernement a pris la décision de les démanteler à l’instar des 2 barrages de la Sélune. La présence de ces 2 barrages érigés dans la première moitié du 20ème siècle a en effet bouleversé le paysage et le cours d’eau lui-même. Ces deux édifices ont également créé un déséquilibre au niveau de sa faune et de sa flore.

La grande diversité des aménagements hydroélectriques entraîne une très grande variabilité en nature et en ampleur des impacts sociétaux et environnementaux. La grande majorité d’entre eux sont liées au changement de régime hydrologique du cours d’eau, tant en amont (création de la retenue) qu’en aval (programmes de débit liés aux impératifs de production).

Plus le régime hydrologique est modifié par l’aménagement et son exploitation et plus les impacts environnementaux sont importants. Il importe donc qu’ils soient recensés et évalués au plus tôt lors des phases d’identification et de définition des nouveaux projets afin que la pertinence du projet soit confirmée et que les conséquences négatives en soient minimisées ou compensées.

B–Les centrales maritimes

B1–Les différentes énergies hydrauliques marines.

1–À partir des marées : énergie marémotrice

Une usine marémotrice est une centrale hydroélectrique qui utilise l’énergie des marées pour produire de l’électricité. L’usine marémotrice de la Rance mise en service en 1966, pour pallier la faible production d’électricité en Bretagne, en est un exemple.

L’énergie marémotrice est issue des mouvements de l’eau créés par les marées et causés par l’effet conjugué des forces de gravitation de la Lune et du Soleil. Elle est utilisée sous forme d’énergie potentielle — grâce à l’élévation du niveau de la mer — ou sous forme d’énergie cinétique — grâce aux courants des marées1.

Dans une usine marémotrice, la force du flux et du reflux de la marée est utilisée pour produire de l’électricité en temps réel.

Le fonctionnement d’une usine marémotrice est un peu identique à celui d’une centrale hydroélectrique de basse chute :

1 En montant et en descendant, la marée fait tourner des turbines.

2 Les turbines font à leur tour fonctionner un alternateur qui produit un courant électrique alternatif.

3 Un transformateur élève la tension du courant électrique produit par l’alternateur pour qu’il puisse être plus facilement transporté dans les lignes à très haute et haute tension.

En France, l’usine marémotrice de la Rance occupe l’estuaire de la Rance sur 700 m de large. Elle produit chaque année 4 % de l’électricité consommée en Bretagne, soit l’équivalent de la

L’exploitation de l’énergie marémotrice est ancienne. Les premiers moulins à marée dateraient de l’Antiquité sur la rivière Fleet dans la Londres romaine2. Ils apparaissent à travers l’Europe au Moyen Âge comme ceux sur l’Adour, construits au XIIe siècle. La première usine marémotrice produisant de l’électricité par la force des marées est l’usine marémotrice de la Rance, dans le nord-est de la Bretagne.

Article complet sur l’énergie marémotrice dans Wikipédia : https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%8...

2–À partir des vagues.

L’énergie des vagues, ou énergie houlomotrice, est une énergie marine utilisant l’énergie contenue dans le mouvement de la houle, soit les oscillations de la surface de l’eau. Cette énergie ne doit pas être confondue avec l’énergie marémotrice, laquelle utilise l’énergie des marées1. La faisabilité de son exploitation a été étudiée, en particulier au Portugal, au Royaume-Uni et en Australie.

Le Conseil mondial de l’énergie a évalué à 10% le potentiel théorique de la demande annuelle mondiale d’électricité qui pourrait être couvert par l’énergie houlomotrice (dont 40 TWh/an en France métropolitaine, principalement sur la façade atlantique avec une puissance installée de 10 à 15 GW)2.

Le Japon s’est intéressé le premier aux ressources de la houle à partir de 1945, suivi par la Norvège et le Royaume-Uni[réf. souhaitée]. Au début du mois d’août 1995, l’Ocean Swell Powered Renewable Energy (en) (OSPREY), la première centrale électrique utilisant l’énergie des vagues, est installée au nord de l’Écosse. Le principe est le suivant : les vagues pénètrent dans une sorte de caisson immergé, ouvert à la base, poussent de l’air dans les turbines qui actionnent les alternateurs générant l’électricité. Cette dernière est ensuite transmis par câble sous-marin à la côte, distante d’environ 300 mètres. La centrale avait une puissance de 2 MW, malheureusement, cet ouvrage, endommagé par les vagues, a été anéanti par la queue de l’ouragan Felix en 2007. Ses créateurs ne se découragent pas, et une nouvelle machine, moins chère et plus performante, est actuellement mise au point[Quand ?]. Elle doit permettre de fournir de l’électricité aux petites îles qui en manquent et, d’alimenter une usine de dessalement de l’eau de mer.

Article complet sur l’énergie des vagues dans Wikipédia. https://fr.wikipedia.org/wiki/Conse...

3–À partir des courants marins.

L’énergie des courants marins

L’énergie des courants marins est captée pour produire de l’électricité grâce à des hydroliennes, comme les éoliennes le font avec la force des vents.

Leur fonctionnement est aussi simple que celui d’une éolienne : 1 La force des courants marins actionne les pales d’une ou plusieurs hélices. 2 L’énergie mécanique produite par la rotation des pales est transmise à un alternateur. 3 L’alternateur produit de l’énergie électrique, acheminée par des câbles sous-marins jusqu’au rivage.

Ce mode de production d’énergie possède de nombreux atouts :
- il est prévisible : les marées, donc le mouvement des courants, peuvent être calculées à l’avance ;
- il occupe peu d’espace : du fait de la densité de l’eau, les machines peuvent donc être plus compactes ;
- il possède un gros potentiel du fait des courants qui baignent les côtes de nombreux pays dans le monde.

Un premier site pilote de parc hydrolien en France est en cours de construction au large de Paimpol-Bréhat dans les Côtes d’Armor à 15 km du continent. Dans cette zone, les courants marins sont parmi les plus élevés d’Europe (3 m/s). La France concentre en effet 20 % du potentiel hydrolien européen au large de la Bretagne et du Cotentin. Composé de plusieurs hydroliennes placées à 35 m de fond, ce parc d’une capacité de 2 à 4 MW sera raccordé au réseau d’électricité dès son inauguration et permettra d’alimenter environ 4 000 foyers.

4–À partir de l’énergie thermique des mers Lé’énergie thermique des mers (ETM) ou énL’rgie maréthermique est produite en exploitant la différence de ce température entre les eaux superficielles et les eaux profondes des océans. Un acronyme souvent rencontré est OTEC, pour « Ocean thermal energy conversion ». L’Union européenne utilise le terme énergie hydrothermique pour « l’énergie emmagasinée sous forme de chaleur dans les eaux de surface »1.

En raison de la surface qu’ils occupent, les mers et les océans de la Terre se comportent comme un gigantesque capteur pour : le rayonnement solaire (direct : flux solaire absorbé par l’océan ou indirect : rayonnement de la Terre réfléchi par l’atmosphère terrestre) l’énergie du vent (elle-même dérivée de l’énergie solaire).

Bien qu’une partie de cette énergie soit dissipée (courants, houle, frottements, etc.), une grande partie réchauffe les couches supérieures de l’océan. C’est ainsi qu’à la surface, grâce à l’énergie solaire, la température de l’eau est élevée (elle peut dépasser les 25 °C en zone intertropicale) et, en profondeur, privée du rayonnement solaire, l’eau est froide (aux alentours de 2 à 4 °C, sauf dans les mers fermées, comme la Méditerranée, dont le plancher ne peut être « tapissé » par les « bouffées » d’eaux froides polaires qui « plongent », au nord et au sud de l’océan Atlantique, avec un débit total moyen de 25 millions de mètres cubes par seconde2. De plus, les couches froides ne se mélangent pas aux couches chaudes. En effet, la densité volumique de l’eau s’accroît lorsque la température diminue ce qui empêche les eaux profondes de se mélanger et de se réchauffer.

Cette différence de température peut être exploitée par une machine thermique. Cette dernière ayant besoin d’une source froide et d’une source chaude pour produire de l’énergie, utilise respectivement l’eau venant des profondeurs et l’eau de surface comme sources.

Article complet sur Wikipédia où l’on trouve notamment un historique pour ce type d’énergie. https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%8...

5–À partir de la salinité des océans : l’énergie osmotique. L’énergie osmotique désigne l’énergie exploitable à partir de la différence de salinité entre l’eau de mer et l’eau douce, les deux natures d’eau étant séparées par une membrane semi-perméable. Elle consiste à utiliser une hauteur d’eau ou une pression créée par la migration de molécules d’eau à travers ladite membrane. La pression d’eau en résultant assure un débit qui peut alors être turbiné pour produire de l’électricité.

La planète est recouverte à 70% par les océans qui recèlent d’énormes quantités de flux énergétiques. Ceux-ci peuvent être exploités par différents types d’énergies, appelées énergies marines. L’énergie osmotique est aujourd’hui la moins avancée de ces énergies marines du point de vue de la recherche en raison des investissements importants nécessaires et de la faible performance des membranes actuelles. La société norvégienne Statkraft a toutefois déjà mis en service un premier prototype de centrale osmotique d’une puissance de 4 kW en novembre 2009. D’après l’entreprise Statkraft, l’énergie osmotique pourrait permettre la production annuelle de 1 700 milliards de kWh (TWh) si l’ensemble des embouchures de fleuves était exploité. À titre de comparaison, la France a produit 541 TWh en 2011. Cette projection théorique équivaudrait à assurer près du dixième des besoins en électricité de la planète. Mais aujourd’hui, la capacité osmotique atteinte est de 3 watts par m² de membrane semi-perméable installée. La marge de progrès est donc énorme, notamment pour rendre la membrane ainsi que les filtres utilisés plus résistants et encore plus performants. Une équipe du CNRS, de la Sorbonne et de l’Université Toulouse III, dirigée par Benjamin Rotenberg, travaille également à la création de condensateurs capables de stocker et de restituer l’énergie osmotique.

Voir un article très détaillé sur ce type d’énergie en continuant la lecture avec le lien suivant : https://www.connaissancedesenergies... et aussi : https://particuliers.engie.fr/econo...

B2–Impact environnemental de l’énergie hydraulique marine.

Actu-Environnement

Source : Actu-Environnement https://www.actu-environnement.com/... Quels impacts des énergies marines renouvelables sur les milieux naturels ?

Energie | 16 juillet 2014 | Déborah Paquet | Actu-Environnement.com

Après la brochure sur l’impact des énergies renouvelables sur les milieux montagneux, le comité français de l’UICN publie le compte-rendu de son étude consacrée aux énergies marines renouvelables (EMR) et leur impact sur le milieu naturel. En effet, avec 10% des écosystèmes récifaux-lagonaires, 20% des atolls du monde et 50% de la biodiversité mondiale de mammifères marins, les écosystèmes marins et côtiers rattachés au territoire français doivent faire l’objet de mesures de protection spécifiques. C’est pourquoi le comité français de l’UICN souhaite sensibiliser les acteurs de l’énergie ainsi que les décideurs sur les interactions entre les EMR et ces écosystèmes.

Cinq technologies d’exploitation des EMR ciblées

L’UICN a choisi de se concentrer sur les technologies les plus développées actuellement, à savoir l’éolien offshore (fixé et flottant), l’hydrolien, l’énergie houlomotrice, l’énergie thermique des mers ainsi que l’énergie marémotrice pour un développement en métropole et en outre-mer. Pour cela, les auteurs se basent sur une étude réalisée par le ministère de l’Ecologie, une étude de l’UICN ainsi que des échanges avec des chercheurs français. Cet état des lieux est toutefois à nuancer car se justifie l’UICN : "les connaissances dans ce domaine sont encore lacunaires ; elles sont basées sur les retours d’expérience de l’étranger confrontés à des écosystèmes particuliers et parfois très différents de ceux des eaux françaises, ce qui limite la transposition directe de tous les résultats".

Parmi les menaces potentielles de ces technologies lors de la phase de construction et d’exploitation, il y a : le bruit et les vibrations, la modification de l’habitat, l’effet barrière et le risque de collision et l’effet récif (via le colonisation des structures des EMR). Selon l’UICN, l’éolien flottant et l’énergie houlomotrice au large seraient les technologies les moins impactantes "pour une stratégie de développement des EMR respectueuse de la biodiversité".

Le document, très complet, propose des fiches thématiques sur les protocoles biodiversité (état des lieux et suivi), les impacts cumulatifs, conflits et synergies, les aires marines protégées et les EMR et enfin des pistes de réflexion pour le raccordement et pour le démantèlement. L’UICN recommande de mettre en place des études préalables à l’installation mais également un suivi de la réaction du milieu une fois les technologies implantées.

Annexe

Ressources utilisées

L’énergie hydroélectrique. Wikipédia

https://www.calculeo.fr/actualites/...

Voir aussi :

Negawatt https://negawatt.org/ Hervé Debonrivage


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