II.3.2 Production
éolienne
La ressource éolienne provient du déplacement
des masses d'air qui est dû indirectement à l'ensoleillement de la
Terre. Par le réchauffement de certaines zones de la planète et
le refroidissement d'autres une différence de pression est
créée et les masses d'air sont en perpétuel
déplacement. Après avoir pendant longtemps oublié cette
énergie pourtant exploitée depuis l'antiquité, elle
connaît depuis environ 30 ans un essor sans précédent
notamment dû aux premiers chocs pétroliers. Dans l'échelle
mondiale, l'énergie éolienne depuis une dizaine d'années
maintient une croissance de 30% par an. En Europe, principalement sous
l'impulsion Allemande, Scandinave et Espagnole, on comptait en 2000 environ
15000 MW de puissance installée. Ce chiffre a presque doublé en
2003, soit environ 27000 MW pour 40000MW de puissance éolienne
installée dans le monde. En prévision, pour l'année 2010,
on peut espérer une puissance éolienne installée en Europe
de l'ordre 70000 MW [16].
Figure II-6 Puissance éolienne
cumulée dans le monde en MW
II.3.3 Hydraulique
L'eau, comme l'air est en perpétuelle circulation. Sa
masse importante est un excellent vecteur d'énergie. Les barrages sur
les rivières ont une capacité importante pour les pays riches en
cours d'eau qui bénéficient ainsi d'une source d'énergie
propre et « stockable ».
Cette source représentait en 1998 environ 20% de la
production mondiale de l'énergie électrique [17].Certains pays
comme la France sont déjà « saturés » en sites
hydroélectriques exploitables et ne peuvent pratiquement plus progresser
dans ce domaine. Les sites de petite puissance (inférieures à
10kW) sont des solutions très prisées dans les applications aux
petits réseaux isolés. Une forte stabilité de la source
ainsi que les dimensions réduites de ces sites de production sont un
grand avantage.
En Europe, en 1999, on comptait environ 10000 MW de puissance
hydraulique installée. A l'horizon 2100, cette puissance devrait passer
à plus de 13000 MW.
La RD Congo possède un potentiel
hydroélectrique de réputation mondiale mais sous-exploité.
Prenons juste le cas du barrage d'Inga situé sur le fleuve Congo,qui
alimente entre autre la ville de Kinshasa,offrant un potentiel
énergétique de 44000 MW dont seulement 1775 MW sont actuellement
utilisés(deux tranches :INGA I et INGA II)et cette
puissance ne développe en outre que 800MW,ce qui est du ,entre autre ,au
mauvais état des lignes à haute tension dont le système de
protection n'existe quasiment plus,et comme la demande électrique
à Kinshasa est plus grande que ce que peut délivrer la ligne
électrique en provenance d'Inga,les quartiers Kinois sont
alimentés en alternance[18]....
II.3.3.4 Energie de la mer
L'énergie des vagues est encore une fois une forme
particulière de l'énergie solaire. Le soleil chauffe
inégalement les différentes couches atmosphériques ce qui
entraîne des vents eux-mêmes responsables par frottement des
mouvements qui animent la surface de la mer (courants, houle, vagues). Les
vagues créées par le vent à la surface des mers et des
océans transportent de l'énergie. Lorsqu'elles arrivent sur un
obstacle elles cèdent une partie de cette énergie qui peut
être transformée en courant électrique [19]. Il existe
trois grandes familles de systèmes : rampe de déferlement ou
overtropping (Maurice, Maré, Tapchan en Norvège, Wave Dragon en
Danemark...), colonne d'eau oscillante ou OWC (Kvaerner en Norvège, Pico
en Açores en Portugal, Islay en Ecosse, Limpet, Osprey...) et puis les
flotteurs articulés (Cockerel raft, Pelamis en Ecosse...) ou les
flotteurs sur ancrage (Salter duck, AWS en Portugal...). Des projets de
recherche sont aussi en cours [20].
Une autre façon de récupérer
l'énergie de la mer est la production grâce à la
marée qui est due à l'action de la lune sur les eaux. Les
barrages ou des hydroliennes installées dans les endroits fortement
touchés par ce phénomène peuvent être une source de
l'énergie substantielle comme c'est le cas de l'usine de la Rance ou
bien celle de Annapolis au Canada.
L'énergie en provenance du mouvement des eaux de la mer
est une énergie très difficilement récupérable bien
qu'elle représente un potentiel immense. Les investissements sont
très lourds dans un environnement hostile et imprévisible. Cette
énergie est à exploiter dans l'avenir et ne représente
qu'une toute petite quantité de l'énergie
produite à ce jour par rapport aux autres ressources
exploitées.
Néanmoins, il y a une autre façon de
récupérer l'énergie de la mer le long des cotes
grâce aux hydroliennes flottantes pour la production des faibles
énergies comme c'est le cas par exemple du projet hydro-gen en France
appliquant deux versions avec une puissance 10 KW en 2004, 50Kw en 2007 et
visant le MW d'ici 2010;
1. Une version pour les courants de
marée qui s'inversent toutes les 6 heures environ. La machine tourne
donc dans un sens pendant les 6 heures du flot (courant de marée
montante) avec un maximum en milieu de période. Elle s'arrête
pendant la renverse et est actionnée en sens inverse pendant les 6
heures de jusant (courant de marée descendante) avec, là aussi,
un pic à mi-marée.
Les machines sont embossées (ancrées de l'avant
et de l'arrière) en chaînes dans l'axe du courant de façon
à capter un maximum de courant sur une surface minimum.
Hydro-Gen permet un fonctionnement dans les deux
sens.
2. Une version pour les fleuves ou courants
unidirectionnels. A chaque fois que la profondeur et la vitesse de courant le
permettent, par exemple à la sortie des retenues de barrages de
régulation des grands fleuves, les courants peuvent atteindre 10 noeuds
(et de fortes turbulences!)
Les machines sont munies de pales asymétriques car
elles tournent toujours dans le même sens. Le rendement
énergétique va augmenter sensiblement et la production sera
beaucoup plus régulière que sous l'action des courants de
marée.
En R D Congo, une hydrolienne fut installée en janvier
2000 par la société Rutten, du nom du constructeur Belge,Jean
Rutten. Elle alimente tout le village de Kikimi situé aux environ de
Kinshasa le long de la rivière Ndjili (#177;
2OOO habitants),soit 300 points lumineux,2 frigos,une
télévision,un magnétoscope. L'hôpital et
l'administration, situés au bord de la rivière sont
également éclairés. Un réseau câblé de
#177; 7000 m est également relié à l'hydrolienne.
L'installation tourne maintenant depuis 7 ans 24H/24H.Les habitants de Kikimi
sont mieux lotis que les habitants de Kinshasa, qui subissent de
fréquentes coupures d'électricité. Tous les jours les
habitants de ce village sont alimentés en éclairage et sa
croissance n'est plus à démontrer .Cette technologie est une
source d'énergie inépuisable,non polluante et gratuite,en dehors
des avantages indéniables liés à
l'environnement,l'hydrolienne est beaucoup moins chère que le courant
conventionnel[19].
v LES
HYDROLIENNES
Elles constituent un autre type d'équipement permettant
de produire de l'électricité sur un cours d'eau. Une hydrolienne
est une machine sous marines ou de surfaces servant à puiser
l'énergie cinétique de l'eau en mouvement pour la convertir en
énergie électrique.
Pour puiser l'énergie disponible d'un cours d'eau
en mouvement, on emploie une turbine (roue hydraulique), qui,
couplée à un générateur via un multiplicateur de
vitesse, nous donne du courant utilisable. La turbine (roue hydraulique)
est l'élément principal de tout système, car elle
permet de disposer de l'énergie hydraulique et de transformer la
force naturelle de l'eau en énergie mécanique. Cette
dernière sera ensuite transformée en énergie
électrique par un générateur électrique.
La densité plus élevée de l'eau permet
à un générateur simple de fournir des niveaux
significatifs d'énergie. Leur particularité est qu'elles ne
nécessitent aucun génie civil et récupèrent
l'énergie cinétique de l'écoulement selon le principe de
la roue hydraulique.
En utilisant la formule de Bertz, utilisée pour
calculer le rendement d'une éolienne, on remplace la masse volumique de
l'air par celle de l'eau : Energie cinétique de l'eau contenue dans
un cylindre de section S est :
 (II.1.1)
Avec :  Masse volumique de l'eau (1000 kg/m3 à 15°C)
 Vitesse de l'eau en m/s
v TYPES D'HYDROLIENNES
« Il existe deux familles d'hydroliennes :
 Celles qui fonctionnent avec le courant
 Celles qui fonctionnent avec la
houle »[22]
La terre reçoit de façon inégale
l'énergie solaire : elle n'est pas la même que l'on se trouve
au pôle ou à l'équateur. Au pôle, les rayons
arrivent de manière très inclinée tandis qu'à
l'équateur ils arrivent perpendiculairement. La zone
intertropicale reçoit alors autant d'énergie que tout le
reste de la planète. Ce déséquilibre met alors
en mouvement l'atmosphère et les océans qui vont
rééquilibrer thermiquement l'ensemble. Il génère
aussi des vents qui sont les facteurs principaux des courants de
surface. Ces mouvements sont influencés par la rotation de la
Terre, appelée force de Coriolis. Ce déséquilibre
entraîne également des différences de température
suivant la latitude. Cette différence de température
entraîne une différence de salinité de l'eau et donc de
densité, créant ainsi les courants de profondeur.
« Après 800m de profondeur les vents n'ont plus
d'influence sur les courants marins. Ils ne peuvent donc plus être
les moteurs des circulations océaniques profondes. Ces courants sont
basés sur des différences de température et de
salinité (l'eau froide est plus dense que l'eau chaude et l'eau
salée est plus dense que l'eau douce), entre les différentes
couches de l'océan.
Les courants les plus profonds portent le nom de courant
thermo halin et ceux qui vont un peu moins en profondeur portent le nom de
circulation thermocline. Les eaux chaudes de surface se chargent en sel,
à cause de l'évaporation ce qui tend à les rendre plus
denses.
Lors de la formation de la banquise, en hiver, la glace une
fois formée expulse le sel qui alourdit encore davantage l'eau non
gelée qui devient « tellement » dense qu'elle plonge vers les
profondeurs. Les courants de surfaces et les courants profonds ainsi
formés se trouvent interconnectés, on a alors introduit
l'expression imagée de « tapis roulant » pour
décrire le transport d'eau profonde de l'Atlantique vers le Pacifique
et son retour en surface.
L'océan est un énorme réservoir de
chaleur grâce à la capacité thermique de l'eau. Sa
variation thermique étant beaucoup plus importante que celle de
l'air, il tempère les changements thermiques saisonniers des masses
d'air, qui autrement seraient beaucoup plus importants. Ainsi les courants
chauds des couches de surface peuvent réchauffer le climat d'une
région. À l'inverse, les eaux froides qui remontent en surface
modèrent la température des eaux des régions
équatoriales. Cependant cette circulation reste mal connue car difficile
à mesurer directement. L'océan joue ainsi un rôle essentiel
pour la régulation du climat de notre planète et il assure un
transport de chaleur de l'équateur vers les pôles aussi important
que l'atmosphère »10.
De la théorie précédente, s'est
dégagé deux classifications des hydroliennes à
courant :
§ Celles qui fonctionnent avec le courant de surface
§ Celles qui fonctionnement avec les courant de
profondeur.
Parmi les hydroliennes sous marines c'est-à-dire
à courant de profondeur nous distinguons : les hydroliennes axe vertical
et les hydroliennes à courant à axe horizontal
Figures II.7. Hydroliennes sous marines
Il existe plusieurs types d'hydroliennes à surface
notamment celles qui fonctionnent avec la houle, celles basées sur
l'utilisation de l'écoulement hydraulique.
Les hydroliennes à houle sont
catégorisées en trois grands types : hydrolienne à
flotteur, hydrolienne à palettes, hydrolienne à air
comprimé.
La houle et les vagues constituent une source d'énergie
dont la récupération occupe l'esprit de l'homme depuis la fin du
XIXème siècle. Dans l'ouvrage de A.Berget de1923 intitulé
"Vagues et marées", on peut déjà trouver quelques
dispositifs proposés pour récupérer l'énergie
mécanique représentée par le mouvement des vagues.
Plusieurs mécanismes peuvent être utilisés et permettrons
de distinguer les différents types d'hydroliennes. Ainsi, nous
rencontrons:
o Hydroliennes houlomotrice à flotteur
o Hydroliennes houlomotrice à palettes
o Hydroliennes houlomotrice à air
comprimée
Fig.II.8.Hydrolienne houlomotrice à
flotteur
Dont les principes de fonctionnement sont décrit
ci-dessous.
· Hydroliennes houlomotrice à
flotteur
Le flotteur : un support stable
porte un axe de rotation autour duquel peut tourner une poulie. A cette poulie
est accrochée d'un côté un flotteur et de l'autre un contre
poids. Cette idée a été adoptée en 1886 par
l'abbé Le Dantec pour son "moteur à vagues". Le flotteur, en
montant et en descendant alternativement, actionnait, par une tige verticale
à double denture, deux pignons à l'aide de deux "roues libres";
le premier tournait à l'ascension, le second à la descente, et
tous deux transmettaient, par engrenages, leur mouvement à une roue
unique qui se trouvait avoir ainsi un mouvement de rotation continu. De ce
mouvement de rotation continu, on pouvait faire tourner un moteur
électrique afin de produire l'électricité.
· Hydroliennes houlomotrice à
palettes
Les palettes : ce n'est plus la
poussée hydrostatique occasionnée par l'ascension de l'eau au
passage d'une vague qui est utilisée ici, mais le choc d'une vague sur
une surface mobile, par exemple sur une palette.
Fig.II.9.Hydrolienne houlomotrice a
palettes
· Hydroliennes houlomotrice à air
comprimée
L'air comprimé : tout comme cela a pu
être imaginé pour la récupération de
l'énergie marémotrice, on peut utiliser un mécanisme de
compression d'air. L'air comprimé peut être alors utilisé
par exemple pour un moteur à vapeur.
Fig.II.10. Hydrolienne
houlomotrice à air comprimé
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