Hydrolienne : définition
Par définition, une hydrolienne est une machine sous-marine qui produit de l’électricité avec l’énergie des courants marins ou fluviaux. Ce sont souvent des turbines qui entraînent un alternateur qui produit de l’électricité sous forme d’un courant alternatif. Un convertisseur est situé parfois après pour l’adapter au réseau. Mais il y a des modèles particuliers comme la première photo ci-dessus le montre avec l’hydrolienne cerf-volant de Minesto. En effet, il existe 7 catégories de machines qui sont présentées après.
Le courant est alors transporté par un câble posé dans le fond marin. Puis la ligne située sur le rivage est reliée parfois a un autre convertisseur et en principe a un poste de transformation dont le rôle est d’élever la tension pour diminuer les pertes. L’énergie est alors envoyée au poste de livraison qui est connecté au réseau électrique.
Une hydrolienne se nome aussi turbine hydrocinétique. C’est une filière des Energies marines renouvelables notées EMR.
Une hydrolienne fluviale fait de quelques centaines à quelques milliers de watts tandis qu’une marine fait plutôt de 100 000 à 2 000 000 de watts, c’est à dire 2 MW.
7 catégories de fonctionnement principales de turbines
Hydrolienne à axe horizontal « classique »
Ces machines ressemblent aux éoliennes. Elles ont un rotor muni de plusieurs pales, au moins deux mais parfois jusqu’à six comme la D10 du fabricant français Sabella. Les matériaux utilisés sont l’acier ou des matériaux composites réalisés par des moulages, comme pour la D10 et ont donc une fabrication proche de celle des éoliennes.
Hydroliennes Sabella France
L’hydrolienne Sabella utilise une technologie à axe horizontal et 6 pales en matériaux composites. Le bout n’est pas arrondi mais plutôt carré. Cette turbine a un fonctionnement a entraînement direct donc n’utilise pas de multiplicateur a engrenages entre l’hélice et la génératrice. Cela simplifie la maintenance de la machine et évite des pannes. A ce propos, c’est une génératrice synchrone a aimants permanents avec un convertisseur qui adapte la tension. Les pales sont fixes et sans réglage du pas donc cela évite de l’électronique et de la mécanique supplémentaire et l’entretien en est facilité.
Son support a un poids suffisant pour éviter d’avoir à réaliser des travaux de forage pour l’ancrer dans le sol. L’hydrolienne D10 fait 10 m de diamètre et produit 1 MW si le courant est suffisant. Un démonstrateur a été installé dans le passage du Fromveur au large d’Ouessant en 2015 à proximité de Brest. Historiquement, Sabella vient de Hydrohélix Quimper fondé en 2008.
Hydroliennes Simec Atlantis Energy
AR1500
C’est une machine à axe horizontal de 1.5 MW, munie de 3 pales. Le diamètre du rotor est de 18 m. Un multiplicateur à engrenages entraîne l’alternateur pour accélérer sa vitesse de rotation.
Seagen
Hydrolienne de 1.2 MW installée en 2008 et constituée d’un mât et d’une sorte de grosse poutre qui contient une turbine de chaque côté. Cette turbine appartenait avant à MCT mais Atlantis l’acheta. La poutre est levable pour sortir les 2 turbines de l’eau et effectuer facilement la maintenance. Mais en fonctionnement le mât est visible à la surface de l’eau, ce qui est un inconvénient pour l’acceptabilité de l’implantation de ces installations par les habitants.
Turbines à axe horizontal carénées
La turbine est installée dans un entonnoir. Ainsi, les courants marins sont accélérés : c’est l’effet venturi.
Turbine à axe horizontal flottante
Les hydroliennes à axe horizontal flottantes sont installées sous une barge. Elles ressemblent de la surface à un bateau. Pour l’installation, la machine est souvent immergée avec un système de vérins hydrauliques : c’est facile et rapide. Puis la maintenance est faite aisément car il suffit de remonter la turbine pour la dépanner.
Les hydroliennes à axe vertical
La technologie de fonctionnement est de type Darrieus ou de type Savonius.
Hydroquest
L’entreprise Française Hydroquest a conçu OceanQuest une turbine de 1MW utilisant le type de fonctionnement Darrieus. L’ingénieur Français Darrieus avait conçu un modèle d’éolienne à axe vertical : c’est de ce type de fonctionnement que sont conçues ces machines.
Hydroliennes à ailes oscillantes ou ondulantes
L’aile est fixée à un bras et lorsqu’elle est soumise a des courants marins suffisants va monter et descendre. Un fluide circule alors et un système hydraulique permet de convertir cette énergie en énergie électrique.
L’hydrolienne à ailes oscillantes se nome aussi hydroptère oscillant. En effet, un hydroptère est un bateau qui possède des ailes (foils) et qui avec une vitesse importante est capable de voler juste au-dessus de l’eau sous l’effet de la portance.
Hydrolienne EELV-Energy à aile ondulante
L’aile est une membrane souple qui se déforme sous l’effet des courants marins. Des capteurs électromécaniques génèrent alors de l’énergie électrique. La société Française EEL-Energie utilise ce type de fonctionnement pour son petit prototype. La membrane est conçue avec différents matériaux comme du caoutchouc, par exemple. L’avantage de cette technologie est qu’elle est utilisable en eaux peu profondes. Cela permettrais donc d’améliorer le potentiel exploitable. Les courants minimaux pour faire démarrer la production de courant électrique sont souvent plus faibles que pour les technologies à turbine.
Hydroliennes cerf-volant
Hydrolienne Minesto
C’est le principe du fonctionnement du cerf-volant mais dans l’eau avec les courants marins. La machine de Minesto décrit des 8 sous l’effet de commandes électroniques pour créer un effet accélérateur. Un câble maintient l’hydrolienne comme pour un cerf-volant classique et la petite turbine produit du courant électrique. L’intérêt principal est qu’elle capterait des courants plus faibles pour démarrer.
Hydroliennes à vis d’Archimède
C’est le vis d’Archimède qui sert aussi en hydraulique sur des petites rivières pour produire du courant électrique.
Hydrolienne Flumill
L’entreprise Flumill utilise ce type de fonctionnement pour son prototype d’hydrolienne marine. Il y a 2 vis d’Archimède qui sont positionnés à 45° pour pouvoir tourner avec les courants marins.
Maintenance des hydroliennes
Puisque une hydrolienne en fonctionnement est immergée, il faut la remonter avec des moyens lourds. Donc le coût est important. Certains constructeurs développent des modèles flottants mais ils sont visibles dans le paysage. Les machines doivent êtres robustes pour que la maintenance soit réduite. En effet, il faut éviter d’avoir à envoyer des plongeurs souvent, ou d’avoir la turbine à ramener à quai pour la dépanner ou l’entretenir. L’utilisation de robots sous-marins est envisagée, des travaux sont faits pour améliorer et adapter ces engins pour des tâches d’inspection préventive ou de dépannage.
Il faut utiliser de la peinture anti-corrosion et anti-encrassement biologique (appelé biofouling).
Les supports des hydroliennes
Les hydroliennes peuvent avoir une embase gravitaire, c’est à dire un support suffisamment lourd pour être posé dans le fond. Il est souvent lesté comme pour la Sabella. Mais le support type pieu s’utilise aussi. Ou encore l’installation sur barge flottante.
Avantages des hydroliennes
- Les hydroliennes produisent du courant électrique selon la vitesse des courants marins. Or, les marées sont prédictibles, ce qui est un avantage majeur. Cela permet de préparer un autre moyen de production de courant électrique pour compenser ou de déstocker du courant électrique de batteries ou piles à hydrogène. Un lâché d’eau peut avoir lieu sur un barrage hydroélectrique pour envoyer du courant de substitution dans le réseau. Un autre avantage est que la production se fait tout au long de l’année et de manière répartie dans la journée donc les périodes d’arrêt sont courtes.
- La plupart de ces turbines ne sont pas visibles sur l’eau, ce qui est plus facile pour que les riverains qui habitent la côte donnent leur accord pour leur installation. Précisons qu’elles n’émettent pas de bruit audible non plus.
- Elles n’émettent pas de CO2 et donc ne participent pas au réchauffement climatique.
- L’énergie des courants est renouvelable : elle n’utilise aucune ressource fossile donc n’épuise pas les gisements.
- Les hydroliennes n’occupent pas de surface au sol donc n’empiètent pas sur des zones agricoles par exemple.
- Un avantage des hydroliennes est aussi pour le raccordement au réseau électrique qui peut se faire en faisant passer les câbles sous-marins plus loin pour se raccorder, évitant des zones plus délicates ou permettant un raccordement a un réseau existant pour éviter la construction d’une nouvelle ligne. Plusieurs lignes sous-marines peuvent êtres utilisées pour répartir la production.
- La fabrication et la maintenance permettent le développement de savoir faire industriels.
Conclusion
La prédictibilité des courants, le non impact visuel et sonore sont les premiers avantages des hydroliennes.
https://www.sabella.bzh/fr/les-solutions/la-technologie
D. Lebresne