L'usine marémotrice

Un peu d’histoire Depuis le début du siècle, les chercheurs utilisaient le courant de flot et de jusant (marée montante/descendante) qui pouvaient atteindre des vitesses allant jusqu’à dix nœuds ! Nous sommes en 1920, Mr Laporte, un célèbre chercheur de l’académie des sciences a créé un navire avec des roues amarrées dans un courant. Il vit que les roues étaient entrainées dans le courant toujours dans le même sens. Il avait donc compris, que le courant engendrait une force. Mais les connaissances techniques n’ont pas permis le développement du projet.

Le phénomène des marées Les océans sont soumis à deux forces : La première est la force attractive qu'exerce la lune sur les océans. Elle varie en fonction de la distance. En effet les points plus proches de la lune sont attirés plus fortement vers la lune. La deuxième est la force centrifuge qui est due au fait que la lune tourne autour de la terre. Elle empêche par exemple la lune de tomber sur la terre. Elle est constante, c'est à dire qu'elle ne varie pas selon le lieu.

schéma explicatif

Il existe différents types de marées: Les types de marées Il existe différents types de marées: Le type semi-diurne: Il y a deux pleines mers et deux basses mers par jour. Le type diurne : il y a une pleine mer et une basse mer par jour. Le type semi-diurne à égalité diurne : C'est un cas intermédiaire entre les deux premiers. Il y a une pleine mer et une basse mer par jour. Cependant les hauteurs des pleines et basses mers consécutives peuvent êtres très différentes. Le type Mixte : Second cas intermédiaire: Par moments il y a deux pleines mers et deux basses mers par jour et parfois une pleine mer et une basse mer par jour.

Cas particuliers:  les quadratures où les astres sont perpendiculaires par rapport à la Terre, leurs influences se contrarient. la syzygie où trois astres sont alignés par rapport au soleil et donc accentue l’effet de la lune. Il y a alors, des grandes marées ou de vives eaux.  La France fait partie du monde qui est régit par des marées semi-diurnes, cela à son importance puisque je vais vous parler du fonctionnement de l’usine marémotrice de la Rance qui se situe en Bretagne.

Phénomène de quadrature Phénomène de syzygie

Le fonctionnement: Les marées libèrent des ondes qui ne sont pas uniques à toutes les marées cela dépend de la configuration des bassins et ce sont ces ondes sinusoïdales qui permettent d’obtenir l’énergie grâce à la période d’oscillation. Les marées peuvent être modifiées par beaucoup de facteurs (rythme lunaire etc.…) les ondes peuvent aller jusqu’à 600km/h et leur propagation peuvent être larges de plusieurs kms. Lorsqu’elles se rapprochent des côtes, elles ralentissent et leur amplitude augmente. Il faut distinguer la marée du courant qui déplace les eaux. Les courants peuvent être périodiques, aux larges des eaux ils sont giratoires (force de Coriolis). Ils peuvent changer en fonction des marées : Marée montante = courant de flot  Marée descendante = courant de jusant La vitesse de marées est proportionnelle à l’amplitude et donc, dépend de la morphologie côtière. Force de Coriolis : C’est la force centrifuge due à la rotation terrestre. Elle s'exerce sur tous les objets en mouvement, y compris l'atmosphère et les océans. Dans l'hémisphère nord, les vents sont déviés vers la droite. Ainsi, entre Tropiques et Équateur, les vents sont déviés vers l'est.

Les usines Marémotrices: L’usine marémotrice la plus connue en France, est celle de la Rance située en Ille et vilaine. Elle est restée la plus grande usine au Monde pendant 45 ans. Avant d’être détrônée en 2011 par la centrale de Sihwa Lake, en Corée du sud. Pour construire une usine marémotrice, il faut penser à deux paramètres. L’endroit choisi doit posséder une amplitude des marées très forte l'installation d'un barrage pour pouvoir utiliser au maximum l'énergie des marées. Dans l'estuaire de la Rance, le marnage peut atteindre 13,50 mètres lors des marées d'équinoxes. Ce fort marnage provient de l'obstacle que représente-la presque île du Contentin à l'onde marée qui remonte la Manche et qui provient de l'Atlantique. Marnage: Différence de hauteur d'eau entre la marée haute et la marée basse.

Plans /cartes

Paramètres constructions: Le volume du bassin de la Rance est suffisant pour construire l'usine marémotrice. Il existe d’autres paramètres importants la stabilité de l'usine. En effet la composition des sols doit permettre à l'usine en question de rester à l'équilibre. La corrosion: le choix des matériaux de l'usine a aussi demandé quelques études de préparation puisque ces matériaux doivent avoir la capacité de résister à la corrosion maritime. Les problèmes d'encombrements: Cette construction a aussi du faire face à des problèmes d'encombrements liés à la construction des groupes turbo-alternateur. En effet avant la construction de l'usine, ces bulbes avaient un axe vertical ce qui aurait obligé à construire une usine de taille plus haute que prévue, ce qui aurait eu un impact dans l'insertion de ces bulbes dans l'estuaire.

Photos de la Rance:

L’estuaire de la Rance, qui a été choisi pour sa capacité à accueillir un lac de retenue de 24 km2 et pour l’importance de ses marées. Les travaux ont donc duré 6 ans avec la participation de 500 à 600 ouvriers. La mise en eau de l'usine marémotrice eu lieu le 14 mars 1966. La construction du barrage, recherches comprises, a coûté en tout et pour tout 617 millions de francs en 1967 soit environ 550 millions d’euros aujourd’hui.

L'ensemble des ouvrages comprend de la rive gauche à la rive droite: Une écluse rétablissant la navigation entre le bassin et la mer.

L'usine située dans la partie la plus profonde de la Rance qui abrite 24 groupes du type 'bulbe'.

Une digue en enrochement dite digue morte complétant la fermeture de l'estuaire entre l'usine et l'îlot de Chalibert. Elle mesure 163 mètres de long. Un barrage mobile Long de 115 mètres, il est constitué par 6 vannes assurant le remplissage du lac de retenue. La hauteur de levée est de 10 m et la largeur de chaque passe de 15 m.

Le couronnement des ouvrages supporte une route à grande circulation reliant Dinard à St-Malo ; constituée par deux chaussées de 7 m de large avec terre-plein central, elle franchit l'écluse à l'aide de deux ponts levants de 9 m de largeur chacun.

La production d’électricité Les groupes « bulbes » Les groupes bulbes sont des sortes de petits sous-marins producteurs d'électricité composés d'une turbine dont l'hélice est à 4 pâles orientables et d'un alternateur. La turbine peut tourner indifféremment dans les deux sens. Ces groupes bulbes, de part leur construction à 4 pales orientables, fonctionnent aussi bien en pompes (pour améliorer le remplissage du bassin ) qu’en turbine. Ils mesurent 13.85 mètres de longueur, 6 mètres de diamètre et pèsent chacun 467 tonnes. Ils assurent chacun un débit maximum de 275m3/s. La production dépend directement de la hauteur d’eau. Mais grâce aux pâles orientables, la vitesse de rotation de l’hélice, donc de l’alternateur, se maintient à la vitesse constante de 93.75 tr/min.

Ci-dessous, on peut observer un groupe bulbe en coupe Sur cette coupe sont représentés: en rouge: l’alternateur et le cône turbine en bleu: le distributeur avant en vert: le distributeur conique et le cercle de vannage

Les photos ci-dessous donnent une idée des dimensions des groupes bulbes

2 types de fonctionnements Le simple effet L'estuaire est fermé par une digue capable de retenir un grand volume d'eau. Dans cette digue sont aménagées des vannes par lesquelles la marée montante remplie le bassin de retenue. Lorsque la marée a atteint son plus haut niveau, les vannes sont fermées. On attend ensuite que la mer ait suffisamment baissé de façon à avoir une certaine hauteur de chute entre le niveau du bassin et le niveau de la mer. La chute d'eau permettra de faire tourner une turbine entraînant un alternateur. Le simple effet est utilisé lors des marées de marnage inférieur à 12 mètres, ce qui représente environ 3 semaines dans le mois.

Double effet On peut allonger le temps de marche de l'usine marémotrice en ajoutant un deuxième effet qui permet de produire de l'énergie lors de la phase de remplissage du bassin (le double effet quand à lui est utilisé pour les fortes marées lorsque le marnage dépasse les 12 mètres et que les coefficients de marées sont supérieurs à 105 ; c’est à dire environ une semaine par mois). Cela suppose de fermer les vannes à la basse mer de façon à isoler le bassin alors presque vide, puis de les ouvrir lorsque la marée est haute. Le double effet implique d'avoir des turbines et des alternateurs capables de fonctionner en tournant dans les deux sens. Les groupes bulbes qui équipent la Rance ont été spécialement conçus pour fonctionner de cette manière.

Conclusion Ainsi, nous pouvons convenir que l'usine de la Rance récupère l'énergie des marées, qui elle-même provient des astres, pour la transformer en énergie électrique. cette énergie est positive pour le développement durable. Elle ne détruit pas la faune car elle s’adapte par la suite. Elle est propre, naturelle et utilise les ressources renouvelables. Cependant, son investissement est énorme. Le placement de l’usine doit être réfléchi et peut perturber la vie locale. De plus, en cas de mauvais temps(tempêtes) la production d’énergie est arrêtée. Tout cela dépend des contraintes d’exploitation et du respect de l’équilibre biologique. Ce type de production d’énergie est très peu développée car la production d’électricité n’est pas rentable.