Energie renouvelable: les vagues

AVEC L’EOLIEN,  l’HYDROLIEN.

On connait  l’éolien qui se met en place, même sur la mer.  Sait-on maîtriser l’hydrolien avec cette  énergie des vagues, source d’énergie renouvelable ? Encore un défi à l’heure actuelle. S’appuyant sur plus de 20 ans d’expérience dans la recherche sur les énergies marines, le Laboratoire de Mécanique des Fluides de l’École Centrale de Nantes est depuis 2002 à la tête du projet SEAREV, un concept simple et robuste de récupération de l’énergie des vagues, mais doté d’un contrôle sophistiqué. Nous présentons ici le principe du système ainsi que les résultats d’essais en bassin.

Les vagues qui animent la surface des océans du globe représentent une source d’énergie renouvelable inexploitée considérable. Bien que des travaux de recherche aient commencé dès le début des années 80, à la suite des deux chocs pétroliers, aucun système de récupération de l’énergie des vagues n’a encore prouvé sa supériorité sur les autres et ne s’est imposé comme la solution technologique. Il y a à cela plusieurs raisons.

D’abord, le problème est rendu difficile par le caractère irrégulier des vagues. Il s’agit en effet d’un phénomène aléatoire oscillant, dont les caractéristiques de période et d’amplitude varient vague après vague. Ensuite, le caractère inhospitalier du milieu marin est un élément qu’il ne faut pas sous-estimer. Nombre de prototypes ont ainsi été détruits lors des premières tempêtes, montrant que la robustesse est un enjeu déterminant dans ce problème.

Classiquement, on distingue trois familles de systèmes :

– Les systèmes à déferlement : dans ces systèmes, une plage artificielle sert à faire déferler les vagues, ce qui permet de remplir un réservoir situé plus haut que le niveau de la mer. Des turbines basse pression transforment ensuite cette réserve d’énergie potentielle en électricité.

– Les systèmes à colonne d’eau oscillante : dans ces systèmes, une cavité pleine d’air est en contact avec l’océan par l’intermédiaire d’une ouverture sous marine. Dans cette cavité, la colonne d’eau oscille sous l’action des vagues qui entrent par l’ouverture, chassant et aspirant de l’air à travers une ouverture ménagée dans le haut de la cavité. Une turbine à air placée à cet endroit permet de convertir le flux d’air en électricité.

– Les systèmes à flotteur actionnés par les vagues : dans ces systèmes, les vagues sont utilisées pour mettre en mouvement un flotteur.

SEAREV : un principe simple…

Le système de récupération de l’énergie des vagues SEAREV appartient à cette dernière famille de systèmes. Il est composé simplement d’un flotteur fermé à l’intérieur duquel est accrochée une masse. Le flotteur est mis en mouvement par les vagues, la masse oscille avec son mouvement propre, et le mouvement relatif existant entre ces deux corps est transformé en électricité par l’intermédiaire de pompes et moteurs hydrauliques, et d’une génératrice, tous éléments contenus dans le flotteur hermétique. Le courant est ensuite amené à terre par l’intermédiaire d’un câble électrique. Ce câble sera ensouillé, c’est-à-dire enfoui dans le fond marin, afin d’éviter tout conflit d’intérêt avec les autres usagers de la mer. Le système présente ainsi de nombreux avantages :

– Toutes les parties mobiles sont contenues dans la coque du flotteur et sont donc protégées des agressions du milieu marin. Ainsi, les coûts de maintenance du SEAREV et les risques de panne sont minimisés par rapport à un système dont les parties mobiles sont en contact avec l’océan.

– La masse mobile est en pratique un grand cylindre dont le centre de gravité est décentré. Le cylindre pouvant faire un tour complet selon son axe de révolution, le système ne présente pas de butées, et est donc particulièrement résistant dans les mers extrêmes.

– Le système n’a pas besoin de référence externe, puisque sa référence, la gravité – qui, à travers le cylindre se comporte comme un pendule – est embarquée. Il ne nécessite donc qu’un ancrage souple et léger, moins coûteux qu’un ancrage tendu.

– Le système de conversion de l’énergie hydraulique permet de lisser les fluctuations dans la production d’énergie  due aux groupes de vagues grâce à un stockage hydropneumatique dans un accumulateur haute pression, et de fournir ainsi au réseau électrique une puissance stable. …

Et un contrôle sophistiqué.

En première approximation, la production d’énergie est proportionnelle à la vitesse du mouvement relatif entre la coque et la roue pendulaire. Or, le SEAREV est un système  d’oscillateurs couplés.  Il présentera donc  de bonnes performances en terme de récupération d’énergie, pour des houles de période proche de ses périodes de résonance.

Malheureusement, les vagues sont un phénomène dont la période et la hauteur varie continuellement et il est donc important de prévoir des moyens de contrôle capables d’adapter la dynamique du système aux vagues rencontrées. Un premier type de contrôle, dit contrôle lent, consiste à modifier les caractéristiques mécaniques du système, à travers des ballasts par exemple, pour adapter sa réponse à la moyenne des périodes des houles incidentes. Un second contrôle, dit contrôle continu, permet d’adapter la réponse du système à chaque vague et d’en tirer le maximum d’énergie…

(suite de l’article et images dans   http://www.cnrs.fr/publications/imagesdelaphysique/couv-PDF/IdP2008/09-Babarit.pdf )

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