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RÉSUMÉ
Les marées, les vagues et les courants marins constituent un réel potentiel énergétique. Historiquement en France, il y a deux exemples principaux d'utilisation de l'énergie marémotrice : l'Usine marémotrice de l'Estuaire de La Rance ainsi que le projet des Îles Chausey. Les hydroliennes sont un autre moyen d'exploiter l'énergie des courants marins. La technologie des hydroliennes est encore au stade expérimental. Les projets les plus avancés concernent essentiellement la Grande-Bretagne.
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Tides, waves and maritime currents have true energetic potential. Historically in France, there are two major examples of the use of tidal energy: the Rance Tidal Power Station and the Chausey Islands project. Marine current turbines are another means to exploit the energy of marine currents. Their technology is still at the experimental stage. The most advanced projects principally concern Great-Britain.
Auteur(s)
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René BONNEFILLE : Ingénieur conseil – Docteur ès sciences - Ingénieur de l'École nationale supérieure d'électrotechnique et d'hydraulique de Toulouse - Ancien professeur d'hydraulique maritime à l'École nationale supérieure des techniques avancées et à l'École nationale des ponts et chaussées
INTRODUCTION
Comparons les différentes sources d'énergie que peut utiliser l'humanité sur le globe terrestre. Il existe essentiellement deux sources qui semblent différentes, mais qui en réalité ont la même origine, la constitution de la matière :
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d'une part, les énergies de nature physique : la gravité, liée à la configuration du système solaire et les énergies hydrauliques et éoliennes qui ne détruisent pas la matière ;
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d'autre part, les énergies de nature chimique : les énergies thermiques et nucléaires qui détruisent la matière.
Au cours de l'histoire les hommes ont utilisé dès l'origine l'énergie chimique du feu, en créant de la chaleur par oxydation de la matière ; ensuite ils ont utilisé les énergies éoliennes et hydrauliques dues aux mouvements des fluides à la surface de la Terre. Les marées, les vagues et les courants marins constituent un autre réel potentiel énergétique.
En particulier, l'énergie marémotrice est due à la somme de deux formes d'énergie :
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d'une part, la gravité, qui régit les positions relatives et les interactions des astres (ici le Soleil, la Terre et la Lune) et engendre les marées ;
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d'autre part, l'énergie chimique de l'intérieur de la Terre, qui façonne, par la dérive des continents, les contours non pérennes des mers et des océans, favorables ou non à la naissance des forts marnages et/ou des forts courants marins.
La transformation de l'énergie des marées en énergie mécanique ou électrique peut être obtenue :
-
soit, à partir de l'énergie potentielle des hauteurs de chute, dues au marnage des marées. Ce procédé consiste à transformer en énergie électrique, l'énergie potentielle due aux variations des niveaux de la mer produites par la marée, par des turbines classiques, comme le fait l'usine marémotrice de la Rance ;
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soit, à partir de l'énergie cinétique des courants de marée. Ce procédé consiste à utiliser l'énergie cinétique des courants de marées, en immergeant des groupes turbines-alternateurs, appelés « hydroliennes », par analogie avec les « éoliennes », comme devrait le faire le projet d'hydroliennes de l'Île de Bréhat . L'avantage par rapport aux éoliennes est que les courants de marées sont par nature « déterministes », tandis que les vitesses du vent sont « aléatoires ».
La production de l'énergie d'origine marémotrice peut être programmée, sans aléas atmosphériques et climatiques, puisque le rythme des marées peut être connu à l'échelle des temps géologiques. Les seuls aléas sont d'origine sismique, très faibles en Bretagne, et terroristes. Ajoutons qu'à l'époque du développement de l'énergie marémotrice en France, la Bretagne était mal alimentée en énergie électrique et que le nucléaire n'en était qu'à ses prémisses.
Nous exposons les deux procédés cités ci-dessus ; celui utilisant les hauteurs des marées est le plus ancien ; celui utilisant les courants des marées est le plus récent. Dans cet article, nous décrivons les développements en France de ces énergies dites renouvelables. Un deuxième article est consacré à leurs développements dans le reste du Monde.
Robert Gibrat (1904-1980) racontait qu'il découvrit au Ministère de l'Industrie, le Traité sur l'énergie des marées de l'Abbé Bernard Forest de Bélidor (1698-1761) sur « l'Architecture hydraulique ou l'Art de conduire, élever et aménager les eaux pour les différents besoins de la vie » (1737), décrivant l'art de concevoir et utiliser les moulins à marée. Il s'agissait de remplir à pleine mer un bassin séparé de la mer par un barrage, et d'utiliser la différence de niveau entre la haute et la basse mer, pour entraîner une roue à aubes à axe horizontal classique de moulin au fil de l'eau . Intéressé par le sujet, Robert Gibrat publia en 1953 un premier ouvrage sur l'énergie des marées, dont il reprit l'essentiel dans sa conférence du 20 avril 1955 .
La notion d'usine marémotrice était au départ très simple. Il s'agissait de transformer l'énergie potentielle des variations du niveau de la mer au cours des marées, en énergie mécanique, puis électrique. Pour cela, il suffisait d'accumuler de l'eau de mer à marée montante dans un bassin de retenue, pour obtenir à marée descendante une hauteur de chute pour turbiner dans le sens bassin-mer. On utilisait alors des turbines classiques à axe vertical, ce qui exigeait d'avoir des hauteurs de chute assez importantes. Heureusement pour les marémotrices, les ensembles turbine-alternateurs à axe horizontal furent mis au point par le réseau électrifié du Chemin de fer du Midi, pour utiliser les chutes d'eau de faibles hauteurs des Pyrénées.
Ces machines permirent d'envisager le développement des usines marémotrices.
Dès 1943, un groupe d'industriels français créa la Société d'études pour l'utilisation des marées (SEUM), reprise par Électricité de France (EDF) après la nationalisation le 3 avril 1946, sous la forme d'un service, le SEUM.
Rappelons que d'après la loi de nationalisation, EDF avait pour mission de développer toutes les formes d'énergie susceptibles de produire de l'électricité.
Le SEUM, dirigé par Louis Vantroys, fut chargé de dégager les lignes principales des problèmes de génie civil et des machines, en vue de la réalisation de l'Usine de la Rance, cela en liaison avec la Région d'Équipement Hydraulique no 8 désignée pour la réalisation des travaux. L'estuaire de la Rance paru d'abord le plus intéressant parmi les autres sites potentiels, tel que l'estuaire de l'Aber Wrac'h .
Fermer par un barrage la baie du Mont-Saint-Michel au fond du Golfe de Saint-Malo, où les marnages sont très importants, jusqu'à 13 m en grande vive-eau, et où un bassin de retenue de grande surface est à un état d'étude très avancé.
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4. Usine marémotrice de la Rance
Un exemple de réalisation industrielle d'envergure est l'usine marémotrice de la Rance (Ille-et-Vilaine, France). Depuis plus de 40 ans, cette installation d'EDF produit chaque année l'équivalent de la consommation en électricité d'une ville comme Rennes. Elle représente 90 % de l'électricité produite en Bretagne, et 3,5 % de l'électricité consommée dans les quatre départements de la région .
En dehors de quelques petits abers bretons, la France dispose de deux sites marémoteurs potentiels dans le golfe de Saint-Malo : la Rance et les îles Chausey. La Rance est un petit estuaire d'une vingtaine de kilomètres de long qui se jette dans la Manche dans le golfe de Saint-Malo, entre les villes de Dinard et Saint-Servan. Les îles Chausey constituent un archipel situé au nord de Port Mer (figure 3).
L'estuaire de la Rance (figure 4) est équipé depuis 1966 d'une usine marémotrice de 240 MW produisant régulièrement 540 GWh/an, actuellement à un coût très faible, les investissements initiaux étant amortis. Rappelons les principales études et prospections faites pour construire l'usine marémotrice de la Rance :
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d'une part, les études hydrauliques et environnementales ;
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d'autre part, l'évolution de la conception des turbines jusqu'à atteindre la réalisation des groupes-bulbes de la Rance.
Ces groupes marémoteurs sont doués d'une remarquable souplesse pour utiliser des hauteurs de chute extrêmement variables et en particulier pour fonctionner dans les deux sens de l'écoulement.
4.1 Histoire de la construction
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Usine marémotrice de la Rance
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BÉLIDOR (B.F.) - Architecture hydraulique ou l'art de conduire, élever et aménager les eaux pour les différents besoins de la vie. - Tome I, Livre II, Ch. I, p. 304-309 (1737).
-
(2) - GIBRAT (R.) - L'énergie des marées. - Bulletin de la Société Française des Électriciens, 7e série, Tome III, no 29, p. 263-332, mai 1953 (1953).
-
(3) - GIBRAT (R.) - Conférence donnée à la Société Astronomique de France le 20 avril 1955. - L'Astronomie, vol. 69, p. 449-470 (1955).
-
(4) - BONNEFILLE (R.) - Contribution hydraulique et expérimentale du régime des marées. - Thèse présentée devant l'Université de Grenoble le 16 octobre 1968, Bulletin de la Direction des Études et Recherches d'Électricité de France, Série A, no 1 (1969).
-
(5) - BONNEFILLE (R.), JEANNEL (M.), SALOMONE - Étude sur modèle réduit de l'usine marémotrice de la Rance. - Bulletin de la Direction des Études...
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeur (liste non exhaustive)
NEYRPIC http://www.direlentreprise.fr/index.php?option=com_content
Alstom Group http://www.alstom.com/fr/
HAUT DE PAGE1.2 Laboratoires – Bureaux d'études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
SOGREAH http://sogreah.fr/implantations-gb-31-offices.html
IFREMER Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer http://www.ifremer.fr/annuweb/index.php?id_categorie=9
INPG Institut National Polytechnique de Grenoble http://www.alpes.cnrs.fr
DCNS http://www.meretmarine.com/fr/content/dens-veut-greer-une-usin-d
Centre technique et scientifique du bâtiment CSTB http://www.cstb.fr
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