Fonctionnement usine marémotrice

I. Le fonctionnement d'une usine marémotrice

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 L'origine des marées :
 

Tout d'abord, pour pouvoir expliquer le principe d'une usine marémotrice nous devons expliquer l'origine des marées.

Les marées sont le résultat de l'application de deux forces sur la Terre :

• Une force d'attraction gravitationnelle d'une part, exercée par un astre comme la Lune ou le Soleil. Cette force est plus intense si l'astre concerné est proche de la Terre et si sa masse importante.
• Une force centrifuge d'autre part, liée à la rotation de la Terre et qui s'exerce de manière identique en tout point du globe.

L’énergie marémotrice :

Présentation

La grande qualité de l'énergie marémotrice, par rapport aux autres énergies renouvelables, est de pouvoir connaître parfaitement sa disponibilité. En effet il est dit plus haut que les marées sont l'application de plusieurs forces sur la Terre. L’énergie marémotrice dépend des positions relatives de la Terre, de la Lune et du Soleil mais aussi de la bathymétrie

(la science de la mesure des profondeurs de l'océan pour déterminer la topographie du sol de la mer) des fonds marins où l'usine est installée.
Les positions des trois astres sont connues et facile à prévoir à l’échelle des temps astronomiques.

Principe de fonctionnement

Une usine marémotrice est une usine hydroélectrique, qui comprend un barrage séparant la mer d'un bassin. On crée une différence de niveau des eaux utilisées pour faire tourner un certain nombre de turbines générant de l’électricité. Ces turbines sont réparties tout le long de l'usine.

Ces turbines sont aussi appelées groupe bulbes :

Un groupe bulbe est constitué d'une turbine axiale entraînant directement un alternateur fonctionnant à l'intérieur d'un carter étanche profilé en forme de bulbe. Toutes ces parties du groupe bulbe sont immergées dans une galerie.

De plus, l'alternateur est installé dans le circuit hydraulique, cela signifie qu'il n'y a pas besoin de construire un bâtiment en plus pour "loger" cet alternateur. La construction est donc monobloc.
La roue axiale est constituée par une hélice à pales mobiles.
L'alternateur, de dimensions réduites, est disposé en amont de la roue. L'alternateur tourne dans l'air pressurisé.

On distingue sur cette coupe :

Schéma d'une turbine

- En rouge : l'alternateur et le cône turbine.

- En bleu : le distributeur avant

- En vert : le distributeur conique et le cercle de vannage

Les pales des hélices sont orientables et donc elles peuvent fonctionner dans les deux sens, c'est à dire qu'elles peuvent fonctionner en marée montante mais aussi en marée descendante. 

Les turbines peuvent fonctionner en mode turbinage ( production d'électricité) ou en mode pompage ( la turbine est alimentée par le réseau électrique afin de compléter le remplissage du bassin à marée montante), le tout étant géré par EDF. 
Le mode pompage permet d’amplifier et d’anticiper la production en fonction des besoins en électricité du réseau. Lorsque le niveau de la mer et celui du bassin sont très proches, le remplissage de ce dernier est accéléré par le pompage. Ce supplément permet d’augmenter le volume d’eau du bassin et ainsi d’augmenter le temps d’exploitation de l’usine et le rendement de l’usine.

De plus, le barrage possède des vannes qui permettent de remplir ou de vider rapidement les bassins, et s'il le faut une écluse qui permet le passage des bateaux ( environ 18 000 par ans dans le cas du Barrage de la Rance), comme on le voit sur le schéma suivant.

Vue du barrage de la Rance

On peut distinguer deux types d'exploitation : 
 

- Fonctionnement en cycle simple effet :

Lorsque la marée monte, le barrage est ouvert et laisse passer la mer qui remplit le bassin de retenue.
Lorsque le bassin est à son plus haut niveau et dès que la marée redescend, le barrage est fermé.

Lorsque la marée descend et que le niveau de la mer est assez bas, on laisse l’eau stockée dans le bassin se déverser dans la mer en entraînant des turbines hydroélectriques.

- Fonctionnement en cycle double effet :

Ce cycle de fonctionnement nécessite des turbines orientables qui peuvent fonctionner dans les deux sens (c'est le cas du Barrage de La Rance).

Lorsque la marrée monte, les vannes sont fermées. Une fois que le bassin a atteint son plus bas niveau et la mer son niveau le plus haut, on ouvre les vannes : le bassin se remplit et la hauteur de chute importante permet de générer de l’énergie.

Lorsque la marée descend, le fonctionnement est identique au cycle simple effet : l’eau stockée dans le bassin se déverse dans la mer en entraînant des turbines hydroélectriques.

Usine marémotrice à marée montante

Usine marémotrice à marée descendante

Le problème des usines marémotrices est que le niveau de l’eau des bassins change deux fois par jour et par conséquent la production d’énergie électrique ne peut pas être continue toute la journée. Ce désavantage a empêché l’énergie marémotrice de se développer durant un certain temps (hormis les moulins à marée ne fonctionnant que quelques heures par jour au rythme des marées.)

Mais les innovations des chercheurs ont rapidement trouvé une alternative à cet inconvénient.

Un exemple de ces innovations : Les groupes turbo alternateurs à axe horizontal fonctionnant quelque soit le sens du courant traversant les turbines.

L'énergie marémotrice peut être captée sous deux formes :

• L'énergie potentielle (en utilisant les variations du niveau de la mer) : L'usine de La Rance utilise cette technique.
• L'énergie cinétique (en utilisant le courant des marées, qui peut être capté par des turbines).

Potentiel :

Par rapport à la plupart des autres énergies naturelles, l'énergie marémotrice présente l'avantage de pouvoir être prédite : l'énergie disponible dépend de la position relative des astres et de la Terre ; de plus, la propagation de l'onde de marée n'est pas instantanée (il y a par exemple plusieurs heures de décalage entre le passage de cette onde à Brest et Le Havre) : ceci permet d'"étaler" la production et d'effacer les passages à vide de la production.

II.Avantages et inconvénients 

Avantages

• Le grand intérêt de cette énergie issue des marées, bien qu’elle ne représente qu’une petite partie des besoins de la Bretagne, est que l'on peut prédire à l'avance sa disponibilité (alors que les autres énergies renouvelables sont imprévisibles ).
• L'énergie marémotrice est aussi un bon moyen pour produire de l'électricité car elle offre les avantages d'être à la fois propre, naturelle et renouvelable. Les marées constituent une source d'énergie inépuisable et non soumise aux changements climatiques, contrairement à l'énergie solaire ou éolienne. Les usines marémotrices peuvent donc être une des solutions contre le danger de la radioactivité des centrales nucléaires.
• L'usine marémotrice est aussi un secteur d'emplois car 60 à 70 personnes y travaillent. Le bilan énergétique de l'usine marémotrice de la Rance est un très grand succès. L'énergie marémotrice est donc une énergie renouvelable sans danger pour l'environnement.

Inconvénients

• Peu de sites dans le monde sont susceptibles d’être équipés de centrales de production marémotrices, car celles-ci nécessitent pour être rentables des conditions hydrodynamiques (étude des liquides en mouvement) particulières, qui amplifient l’amplitude de l’onde de marée. La composition des sols doit permettre à l'usine de rester en équilibre. (sol granitique, roche dure et non friable).
• On sait aujourd’hui que ces installations nécessitent de très gros aménagements et cela perturbent les équilibres écologiques des sites où sont implantées les usines. Cette forme d’énergie marémotrice devrait donc être abandonnée. En réponse, les recherches se concentrent maintenant vers l’énergie marémotrice cinétique.
• L'action de l'eau de mer sur les matériaux de l’usine est aussi un gros inconvénient. En effet ils se détériore du fait de la corrosion