Énergie maritime

L’hydrolienne mise à contribution mais…

Nous commençons à prendre conscience qu’il faut trouver des énergies inépuisables pour remplacer le pétrole couramment utilisé. Le milieu marin est particulièrement exigeant et agressif (corrosion due au sel, organismes encroûtant, etc. Le terrestre a donc eu la priorité, mais il ne peut plus répondre à tous nos besoins.

Une hydrolienne est une turbine sous-marine (ou subaquatique, ou posée sur l’eau et à demi-immergée) qui utilise l’énergie cinétique des courants marins ou de cours d’eau, comme une éolienne utilise l’énergie cinétique de l’air. La turbine de l’hydrolienne permet la transformation de l’énergie hydraulique en énergie mécanique, qui est alors transformée en énergie électrique par un alternateur.
Encore plus strictement que pour une éolienne, l’incompressibilité du fluide impose que le produit de la vitesse V par la section S de la veine de fluide qui traversera ou a traversé le disque soit constant. Devant le disque de l’hydrolienne, le fluide est ralenti et la veine s’élargit. Au niveau de l’hydrolienne, le changement de section est négligeable et donc (paradoxalement) la vitesse du fluide est constante. Après le disque, le fluide est encore ralenti et la veine s’élargit encore. Un modèle élémentaire de fonctionnement des hélices permet d’évaluer la fraction de la puissance cinétique récupérable au moyen d’un disque perpendiculaire à un fluide en mouvement. C’est la limite de Betz, égale à 16/27 = 59 %. Cette limite peut être dépassée si le courant de fluide est forcé dans une veine de section variable au lieu de circuler librement autour de l’hélice.
Par rapport à une éolienne, les hydroliennes tirent profit de la masse volumique de l’eau, 832 fois plus élevée que celle de l’air (environ 1,23 kg·m-3 à 15 °C). Malgré une vitesse de fluide en général plus faible, la puissance récupérable par unité de surface d’hélice est beaucoup plus grande pour une hydrolienne que pour une éolienne. L’hydrolienne bénéficie donc des énormes efforts techniques qui ont déjà été faits dans le développement de l’éolien, mais a moins fait l’objet de recherches. Le développement des nouveaux matériaux (composites, béton composite, alliage métallique, etc.) apporte des propriétés nouvelles qui favorisent la conquête du milieu marin. Les hydroliennes sont beaucoup plus petites que les éoliennes pour une même puissance, cela étant dû à la masse volumique de l’eau, environ 800 fois supérieure à celle de l’air. Les courants marins sont prévisibles (notamment en consultant les éphémérides), on peut donc estimer avec précision la production d’électricité. Les potentiels des courants marins sont très importants, 3 GW (soit environ 2 réacteurs nucléaires de type EPR) peuvent être installés à proximité des côtes. L’hydrolienne utilise une énergie renouvelable (le courant marin) et elle ne pollue pas, en termes de déchets issus de combustion tels que CO2 ou de déchets radioactifs. De nouveaux modèles d’hydroliennes semi-immergés peuvent être adaptés aux rivières, même modeste, sans avoir les impacts écologiques des turbines classiques dont les pêcheurs craignent qu’elles aient des impacts sousestimés sur les poissons. Ces hydroliennes produisent moins d’électricité que les turbines classiques, mais pourraient être beaucoup plus légères, et demander bien moins d’investissement. Malgré tout, les hydroliennes présentent des inconvénients, elles créent des zones de turbulences qui modifient la sédimentation et le courant, avec de possibles effets sur la flore et la faune juste en aval de leur positionnement.
Ces aspects sont analysés par les études d’impacts. Des poissons ou mammifères marins peuvent heurter les hélices. Ces dernières peuvent néanmoins tourner très lentement (cela dépend de la résistance opposée par l’alternateur et donc du modèle d’hydrolienne). Dans les eaux turbides, du fait de la présence de sable en suspension, l’érosion des pales d’hélice ou des pièces mobiles par le sable est très forte.
Ainsi l’entretien doit être très fréquent, mais il est plus difficile qu’à l’air libre puisqu’on ne peut pas l’ouvrir sans que l’eau ne pénètre à l’intérieur et n’endommage tous les systèmes (mécanique et électrique). Pour cette raison, certaines hydroliennes ont une structure émergeant de l’eau, qui peut être gênante pour la navigation. Des systèmes à ballast pourraient permettre de faire monter ou descendre les unités de production.
Pour éviter le développement des algues et organismes encroûtant sur l’hydrolienne, il faut utiliser un antifouling. Cet antifouling doit être refait régulièrement, ce qui induit un coût d’entretien important (intervention en mer), qui coûte très cher à l’entretien et à l’installation.
Les impacts potentiels de ces capteurs sont encore mal connus, et préoccupent notamment les pêcheurs qui travaillent dans les zones d’intérêt ; selon certaines hypothèses, les turbines créeraient des zones de turbulence, empêchant les dépôts de sédiment et donc le développement de la flore, et créant ainsi à long terme une zone morte. Ces turbulences pourraient aussi remettre en suspension plus de nutriments et favoriser le plancton qui nourrit certains poissons. Les hydroliennes pourraient aussi perturber quelques animaux marins qui, trop curieux, se seraient trop approchés.

Source / E & M