Produire de l’électricité à partir de la marée, de la houle et du vent. (English version)
Le module en développement, objet d’un premier brevet BE1029029B1, est constitué d’un châssis sur lequel sont fixés un générateur/moteur et un enrouleur actionné par un câble attaché à une ancre.
Il est adaptable à tous types de flotteurs, en particulier ceux qui supportent les éoliennes flottantes.
Capable d’opposer une résistance aux mouvements induits par la houle, il réduit les contraintes exercées sur le mat et sur les structures en mouvement.
Attaché au fond de mer, il joue le rôle d’ancre verticale élastique et dynamique et permet ainsi de diminuer la masse passive du flotteur et de réduire le coût des amarres.
Par rapport à tout autre dispositif, il présente le double avantage :
en tant que stabilisateur, de produire de l’électricité au lieu d’en consommer pour, par exemple, activer des ballasts,
en tant que transformateur de l’énergie des vagues, de bénéficier de toute la puissance issue du volume énorme du flotteur qui soutient l’éolienne.
Introduction
La croissance des besoins en électricité, et particulièrement en électricité décarbonée, n’a plus besoin d’être démontrée. En Belgique, elle va doubler d’ici 2050 (Blueprint du gestionnaire du réseau Elia, 2024). Elia publie un Blueprint sur le système électrique belge comme étape vers une stratégie à long terme pour une politique énergétique durable et compétitive d’ici 2050
Eoliennes
Malgré que leur rendement soit inférieur à celui des centrales nucléaires (75%) les éoliennes présentent de nombreux avantages, en particulier sur le plan de la sécurité, sur celui de l’indépendance énergétique, sur celui de la protection de l’environnement et sur le plan de la question du traitement des déchets.
C’est pourquoi un volume record de 117 GW (équivalant à 14.625 éoliennes d’une puissance de 8 MW) ont été implantées en 2023 dans le Monde, portant à 1.021 GW le total de la puissance installée, principalement en Chine (46%) et aux Etats-Unis (16%).
L’Europe dans son ensemble représentait 23% de cette capacité mondiale, soit 236 GW, répartis entre l’Allemagne (67 GW), l’Espagne (30 GW), la Grande-Bretagne (29 GW), la France (22 GW), l’Italie (15 GW), la Suède (13 GW), les Pays-Bas (11 MW), le Danemark (8 MW). 194/236
La Belgique compte 1780 éoliennes. Parmi elles, 516 sont en mer et produisent 51 % de la production éolienne totale. Elles sont réparties en 9 zones, fixées au fond marin à une profondeur qui varie entre 20 et 40 mètres.
La Zone Princesse Elisabeth en projet comportera 3 zones réparties sur 285 km² avec une capacité totale de 2300 MW.
Eoliennes flottantes
A partir de profondeurs supérieures à 50 mètres, la technologie des éoliennes flottantes prend le relais. La turbine est située à l’extrémité du mat qui est attaché à un flotteur, lui-même ancré au sous-sol marin par des câbles. Les atouts de l’éolien flottant sont de plusieurs ordres :
– il permet de tirer profit d’un vent plus fort et plus constant au large, donc de réduire le coût de production de l’énergie ;
– Il limite l’impact environnemental : visibilité réduite depuis la côte par son éloignement ;
– il se démantèle complètement en fin de vie, sans aucun résidu sur le site ;
– Il permet une installation des éoliennes simplifiée et plus économique à quai, avant remorquage sur site.(Éolien en mer : posé ou flottant – Journal de l’éolien – Tout sur l’éolien (journal-eolien.org)
Quelles soient sur terre ou sur mer, la production des éoliennes présente un caractère intermittent qui se manifeste par leur facteur de charge, c’est-à-dire le pourcentage entre la quantité d’électricité effectivement produite et la quantité qu’elles auraient pu produire si elles avaient tourné continuellement à leur vitesse maximum. Sur terre ce facteur équivaut à 25% et sur mer il s’élève à 45% pour les éoliennes fixées au fond, tandis qu’il dépasse 65% si elles sont flottantes amarrées au large pour profiter de vents plus forts et plus constants.
Il va de soi que pour être maintenues en position dans l’océan, ces éoliennes doivent être munies de plusieurs amarres qui sont attachées au fond de la mer et qui peuvent avoir une longueur de plusieurs centaines de mètres.
Fonction stabilisatrice du module Archibras
D’une part, toutes les éoliennes sont soumises aux vibrations qui affectent les mobiles soumis à l’action du vent. Elles sont compensées par l’importante rigidité des structures et par les mécanismes qui agissent sur les pales.
D’autre part, tous les volumes qui flottent en mer sont le siège de mouvements oscillatoires par rapport à l’horizontale. Puisqu’ils sont dus à l’action conjuguée des vagues (houle) et des vents, ces mouvements, qualifiés de tangage et roulis, ont une direction éminemment variable. Leur amplitude varie entre 1 et 10 degrés d’inclinaison. Ils se produisent selon un intervalle variable entre 5 et 20 secondes.
Ainsi, par exemple, située sur un flotteur carré de 50 m de côté, qui s’incline de 2 degrés sous l’effet de la houle, la nacelle située sur un mat de 90 m de hauteur est le siège d’un mouvement de balancement d’une amplitude de 3 m chaque fois qu’en côté du flotteur s’enfonce puis se relève, soit toutes les cinq ou 20 secondes. Il en résulte une force de flexion qui agit sur le mat. Outre à cause des conditions de mer plus agressives, ces contraintes deviennent de plus en plus importantes au fur et à mesure que le mat s’allonge et que diamètre du rotor grandit.
Par leur pouvoir de freiner le mouvement ascendant du flotteur à la position qu’ils occupent, nos modules exercent une force inverse qui agit comme une masse supplémentaire qui serait placée au même endroit. Elles permettent ainsi une réduction significative du poids, donc du coût du flotteur. D’autant plus que si elles sont plusieurs, situées à différents endroits sur le périmètre ; elles peuvent être commandées pour agir intelligemment en réaction aux mouvements imprévisibles induits par la houle. Agissant verticalement, elles fonctionnent comme des amarres supplémentaires et permettent donc une réduction de leur longueur, donc de leur coût.
Fonction hydroélectrique du module Archibras
Puisque le rôle stabilisateur du module résulte de la résistance mécanique exercée par le générateur, la quantité d’énergie électrique produite est proportionnelle à la puissance du freinage déployé pour s’opposer aux mouvements induits par la houle.
Cette production d’électricité bénéficie du dispositif mis au service de l’éolienne. Il bénéficie aussi du flotteur et de toutes les difficultés qui ont été vaincues pour sa mise en mer, y compris les mesures administratives et les autorisations.
Il se distingue des sources intermittentes d’électricité verte telles l’éolien et le solaire parce que, bien que variable en fonction des conditions de mer, sa production est constante comme le sont les mouvements causés par la houle.
