Solène Pleyber / Olivier Bersoux
L'hydrolienne : principe de fonctionnement Les intérêts et inconvénients des machines houlomotrices Utilisation des récupérateurs de houle Premiers résultats expérimentaux Calcul de la puissance théoriquement récupérable
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Récupération de l'énergie de la houle
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:
Les flotteurs : 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.
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.
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.
Cependant, tous ces dispositifs ne résistent pas pour la plupart aux tempêtes. Un dispositif à amortisseur fut imaginé par Fusenot, utilisant un "bassin à vagues" et un mur afin d'amortir les effets destructeurs des vagues de tempêtes. Mais la plupart des mécanismes imaginés sont restés à l'état d'expériences. Le choc pétrolier de 1973 relance dans les pays occidentaux la recherche sur les énergies renouvelables; parmi elles, l'énergie de la houle libère les imaginations: en effet, l'utilisation de cette source d'énergie propre et inépuisable serait aussi de nature à calmer l'amplitude de la houle dans les ports et leurs abords. Nous exposerons ici un de ces projets imaginés alors: l'hydrolienne, développée par Monsieur Paroldi.
L'hydrolienne est constituée principalement d'un flotteur, d'un rotor et d'un stabilisateur.
Lorsque la hauteur d'eau augmente ou diminue, le flotteur oblige l'hydrolienne à se déplacer verticalement; le rotor est alors mis en rotation.
Le premier intérêt de la houle en temps que source d'énergie est qu'elle est gratuite, inépuisable et non polluante: en cela, elle constitue un cas quasiment unique: seule l'énergie solaire possède les mêmes caractéristiques. De plus, les récupérateurs de houle seraient de nature à calmer les eaux d'un port, puisqu'ils retirent de l'énergie aux mouvements d'eau: la navigation y serait aisée. Cependant, son prix est un obstacle à sa mise en place: selon des études réalisées il y a vingt ans, l'énergie houlomotrice reviendrait 10 à 30 fois plus cher que les énergies thermiques.
Deux utilisations ont été imaginées, compte tenu du fait que l'exploitation d'une centrale électrique immergée n'est pas des plus faciles:
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Le fait que le rotor doive tourner toujours dans le même sens a obligé l'inventeur a étudier de manière précise l'architecture des pales: Le profil adopté est de type "aile d'avion": le sens de rotation du rotor est alors imposé.
Un premier engin, qui n'avait pas la forme du prototype final, fut testé dans le port de Doélan, en Bretagne, au printemps 1979 avec un prototype dont le rotor avait une aire de 7 m². La hauteur de la houle étant de 80 centimètres, les expérimentateurs récupérèrent une puissance de 3 kW.
Etant donné un domaine D(t) advecté par un mouvement u(x,t) solution des équations de Navier-Stokes incompressibles, l'équation de bilan de l'énergie cinétique s'écrit: où dD(t) est la frontière du domaine D et U3 la vitesse verticale. De même l’équation de conservation de l’énergie totale entraîne : Le flux d’énergie totale à travers une surface quelconque S est donc Dans le cas d’un écoulement périodique en temps d’un écoulement à surface libre, le flux à travers une section verticale S par unité de longueur Ly et moyenné en temps est : Dans le cas d’une houle monochromatique, on peut utiliser l’équation de Bernouilli pour calculer où l’intégration jusqu'à la surface est approximée par l'intégration jusqu'à la côte 0. On en déduit
On a utilisé la relation de dispersion dont la vitesse de groupe est On peut donc écrire F=Cg . e où e est l’énergie volumique et vaut:
En connaissant le volume d'eau qui traverse le rotor ( qui dépend de la surface offerte par le rotor et de la vitesse de propagation de la houle ), on peut donc déterminer la puissance théoriquement récupérable par un tel appareil.
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