Avant Projet

     Une réflexion préalable a été menée afin de définir clairement nos objectifs de groupe et de binômes, les moyens nécessaires pour mener à bien l'étude ainsi que l'organisation temporelle des travaux à effectuer. Tout cela a été regroupé dans des cahiers des charges. Un premier a été effectué pour tout le groupe, puis chaque binôme a affiné son propre cahier des charges.

Cahier des charges de groupe

​Contexte :

Une solution intéressante et novatrice pour continuer à développer les Station de Transfert d'Energie par Pompage en France est de réaliser des STEP dite « marines ». Ce type de STEP possède un fonctionnement identique aux STEP de zone montagneuse. La différence est que le bassin inférieur est dans le cas des STEP marines, la mer. Ainsi, l’eau pompée n’est pas de l’eau douce mais de l’eau de mer. Le bassin inférieur est alors la mer. Pour que ces aménagements soient rentables et réalisables, il faut tout de même des sites présentant une hauteur de chute suffisante. En France métropolitaine, plusieurs sites présentent les caractéristiques nécessaires. Il se situent sur les côtes normandes et bretonnes. Il faut préciser que des STEP marines existent déjà dans le monde, avec la STEP d’Okinawa au Japon, et l’usine marémotrice de la Rance (France), qui peut être utilisée en mode STEP.

Objectif général :

Les objectifs de ce bureau d’étude seront de faire des études de faisabilité et d’impact d’une STEP sur le site d’Eletot en Haute-Normandie. D’abord, l’étude de faisabilité sera constituée du dimensionnement, de l’exploitation future (gestion de la ressource et rentabilité économique), de la prévision des aménagements littoraux nécessaires et de l'estimation de la rentabilité d’une STEP. D’autre part, l’étude d’impact permettra de connaître l’impact sur l’environnement de la STEP et de jauger l’acceptabilité sociale d'un tel aménagement.

Un premier binôme étudiera l'intégration et la gestion de cette STEP dans le réseau existant, qui devrait nous permettre de calculer la rentabilité de l'installation. Ce même groupe devra déterminer des solutions pour étanchéifier le bassin supérieur afin d'éviter les infiltrations d'eau salée.

Un second binôme aura la charge de dimensionner le bassin supérieur ainsi que les différentes conduites et turbine/pompe.

Un troisième binôme devra effectuer l'étude d'impacts, l'acceptabilité sociale et l'étude de risques.

Le dernier groupe, un trinôme, effectuera une Analyse de Cycle de Vie (ACV) comparative entre la STEP et des batteries pour stocker l'énergie électrique. Il devra aussi définir les différents matériaux à utiliser pour chaque parties de l'installation.

Organisation temporelle et partage des données :

Moyens nécessaires :

Les logiciels nécessaires pour cette étude seront COMSOL pour la modélisation de l'infiltration, SimaPro pour la réalisation de l'ACV, ArcGis pour la cartographie, notamment celle des risques, et enfin le Pack Office.

Au niveau des données, nous allons essayer d'utiliser toutes celles qui ont servi pour l'établissement de la STEP marine d'Okinawa au Japon, ainsi que celles de STEP françaises dont le bassin supérieur est artificiel. Pour les données économiques, un de nos contacts nous aidera pour obtenir des ordres de grandeur. Il nous faudra aussi toutes les données à propos de la pluviométrie et de l'évapo-transpiration. Enfin, pour l'étude d'impacts, il nous faudra des données géologiques, faunistiques et floristiques de la zone envisagée.

Contacts extérieurs :

Nous avons 3 contacts : 

  • Un premier est Hydrocoop, une association à but non lucratif composée d'une dizaine d'ingénieurs ayant une grande expérience dans l'ingénierie des barrages. Ils sont disposés à consacrer gratuitement un peu de leur temps pour coopérer avec des administrations ou des cabinets d'études, pour simplement les conseiller, ou aussi bien rendre des rapports complets. Hydrocoop intervient également pour les usines marémotrices et les STEP, et c'est dans ce cadre là que nous les avons contacté. C'est Jean Pierre Vigny qui nous a répondu et qui nous a proposé son aide. Le problème est que leur siège se situe à Paris, nous n'allons donc pas pouvoir nous rencontrer, seulement échanger des mails, voire faire des visio-conférences.
  • Un second contact est Isabelle RAFAI d'EDF, elle est économiste au Centre d'Ingénierie Hydraulique de Toulouse, et a étudié les STEP, donc elle pourra nous apporter des données autour de celles-ci, bien qu'il y en ai beaucoup de  confidentielles.
  • Un troisième contact est Aurore CARLOT, qui est chargée de mission Eau à France Nature Environnement Midi-Pyrénées. Elle sera le relais pour obtenir des données pour l'étude d'impacts et nous aidera à nous mettre en relation avec les associations locales pour l'acceptabilité du projet.

Cahier des charges par binôme

Binôme 1 : Fabien Higounenc et Matthieu Sécher

Binôme 2 : Maxime Daniel et Adrien Napoly

Binôme 3 : Barbara Favier et Lucie Maillier

Trinôme : Basile Payen, Javier Pierna et Alejandro Orsikowsky

Binôme 1 : Intégration au réseau, Etanchéité, Rentabilité

Les objectifs de ce binôme seront de déterminer la capacité de stockage et la puissance nécessaire à la STEP pour sa bonne intégration dans le réseau électrique, d'étudier la rentabilité économique et énergétique de l'installation, et enfin de réaliser une étude de perméabilité du fond du bassin.

Résultats attendus et méthodologie

Résultats attendus lors de cette étude : 

 

Le travail de ce binôme sera dans une première partie de déterminer la quantité d'énergie que la station de transfert d'énergie par pompage (STEP) marine doit pouvoir stocker. Une étude annuelle sera aussi réalisée sur les modes d'utilisation de la station : stockage ou production d'électricité. En effet, l'existence de pics de demande varient suivant les saisons et la station devra aider le réseau à répondre à ceux-ci. Cette étude permettra également de déterminer une puissance cible pour la STEP.

Dans une deuxième partie, il estimera la rentabilité de cette installation, aussi bien au niveau énergétique qu'économique. Ce travail débutera par une recherche documentaire ainsi que des échanges avec différents contacts. Ensuite, les données fournies par les autres groupes sur le dimensionnement exact de la STEP et le choix des matériaux utilisés permettront d'approximativement chiffrer les coûts de cette installation afin de déterminer des rentabilités à court et moyen terme.

Dans une dernière partie, ce binôme effectuera une étude sur la perméabilité du fond du bassin. Cela permettra d'estimer la quantité d'eau salée s'infiltrant dans le sol durant l'exploitation de la STEP.

 

 

Méthodologie envisagée : 

 

Détermination de la quantité d'énergie à stocker et de la puissance cible :

  • recherches bibliographiques sur les moyens de production d'électricité d'origine renouvelable existants et les projets à venir ;
  • échanges avec les contacts associés au projet, en particulier Isabelle Rafaï, pour la détermination de la fréquence et de l'intensité des pics de demande, ainsi que la gestion annuelle du volume d'eau stockée dans la STEP ;
  • utilisation de toutes ces données pour déterminer une puissance cible.

 

Rentabilité de l'installation et évaluation globale des coûts :

  • recherches bibliographiques sur des installations similaires (STEP marine d'Okinawa, STEP de Revin avec son bassin supérieur artificiel, etc.) ;
  • contact avec des industriels et des entreprises pour estimer les différents coûts ;
  • échanges avec les contacts associés au projet pour compléter les informations précédemment collectées lors de nos recherches et auprès des autres groupes du projet ;
  • chiffrage total des coûts à partir de toutes les informations réunies, et discussion de cette estimation avec plusieurs contacts.

 

Étude de la perméabilité du fond du bassin :

  • recherche des caractéristiques du sol de la zone envisagée pour l'implantation de la STEP ;
  • calcul de la vitesse d'infiltration de l'eau salée (utilisation éventuelle de COMSOL) ;
  • étude de solution pour éventuellement améliorer l'imperméabilité du sol.

Organisation et interactions

Planification :

 

 

 

Interactions avec les autres binômes et le trinôme :

 

Détermination de la quantité d'énergie à stocker et de la puissance cible :

  • détermination conjointe des contraintes de dimensionnement avec le binôme 2.

 

Rentabilité de l'installation et évaluation globale des coûts :

  • informations à fournir par les autres groupes sur les choix et quantité de matériel et d'équipements nécessaires.

 

Étude de la perméabilité du fond du bassin :

  • contraintes sur le dimensionnement du bassin pour le binôme 2 ;
  • vitesse d'infiltration à fournir au binôme 3 pour les impacts environnementaux.

 

Binôme 2 : Dimensionnement

Ce groupe de travail a pour but principal le dimensionnement de la STEP et en particulier celui de la retenue d'eau et des conduites forcées. Il sera également en charge du choix des pompes et turbines ainsi que de l'aménagement possible de la plage.

Résultats attendus et méthodologie

Résultats attendus lors de cette étude

Il est attendu de cette étude un dimensionnement complet de la Station de Transfert d'Energie par Pompage. Cela regroupe :

  • le dimensionnement du bassin supérieur, c'est-à-dire, sa forme, sa profondeur et la hauteur de ses digues,
  • le dimensionnement des conduites forcées : leurs nombres, leurs longueurs, leurs diamètres,
  • le choix des pompes et turbines : leurs nombres, leur nature,
  • l'aménagement de la plage en réaction à la prise et à la sortie d'eau.

Méthodologie envisagée

Dans un premier temps, le travail consistera en des recherches bibliographiques axées sur les deux points suivants:

  • Tout d'abord les STEP déjà existantes et en particulier celle d'Okinawa au Japon qui s'inscrit dans le contexte de STEP marine. De plus, le site d'Eletot choisi pour cette étude ayant déjà été retenu comme éventuel futur site d'installation, on cherchera des données et contacts qui nous permettrons de valider nos résultats ultérieurs.
  • D'autre part, il faudra rechercher des études de dimensionnement de conduites forcées dans le cas général pour s'appuyer sur une méthodologie.

Dans un second temps, on réalisera le dimensionnement du bassin supérieur en fonction de l'énergie à stocker désirée, chiffre qui sera communiqué par le binôme 1. On pourra ainsi déterminer la longueur des digues à poser et la profondeur du bassin. De plus on fixera ici son emplacement exact. Une modélisation de la structure est envisagé pour visualiser le bassin et connaître les différentes contraintes qui s'exercent sur celui-ci.

Ensuite, on se chargera du dimensionnement des conduites forcées. A travers un calcul de pertes de charge, il faudra choisir, à partir de la puissance désirée, leurs diamètres, leurs nombres ainsi que les matériaux utilisés. On devra notamment se pencher sur la question de possibles ramifications. On choisira enfin les pompes et turbines adéquates, en considérant le cas de turbines réversibles.

Une fois ces trois parties réalisées, une modélisation de l'ensemble du réseau permettra d'étudier l'intéraction entre les différentes parties et de valider les modèles choisis

Enfin, on finira l'étude par le problème de la sortie d'eau en mer, qui pourrait provoquer de l'érosion, qu'il faudrait limiter par l'installation d'un brise lame.

Outils nécessaires :

Données bibliographiques
Calcul de pertes de charge manuel
Porto
Comsol

 

Plannification

Gantt Chart prévisionnel

Dans ce Gantt Chart, les traits pleins bleus représentent les grandes tâches de ce groupe de travail, les traits plein rouge correspondent à des tâches de projet communes avec l'ensemble des groupes du projet. Les traits blancs et bleus représentent des tâches intermédiaires.

Intégration dans l'étude globale

Le dimensionnement de la STEP s'inscrit pleinement dans le cahier des charges de ce projet et est soumis à de nombreuses intéractions avec les différents binômes/trinômes qui composent ce projet.

Ainsi, le dimensionnement du bassin, des conduites forcées et le choix des pompes/turbines est dépendant de l'étude réalisée par le binôme 1 sur la puissance dont dispose et celle que doit produire la STEP. De plus, la structure du bassin est nécessaire à l'étude d'infiltration que le binôme 1 mènera ultérieurement.

Le dimensionnement des conduites forcées et du bassin sont corrélés avec le choix des matériaux utilisés. En effet, l'eau de mer apporte des contraintes sur les types de matériaux. Ainsi notre binôme travaillera en intéraction avec le trinôme, d'autant plus que le dimensionnement sera crucial pour l'étude du cycle de vie de la STEP.

Enfin, la taille du bassin, et l'incorporation de la structure globale dans le paysage d'Eletot, sera important pour l'étude du binôme 3 sur l'acceptabilité sociale et l'étude d'impact.

Binôme 3 : Etude environnementale et sociale

Notre binôme sera chargé d'étudier les impacts de la STEP sur l'environnement, les risques liés à cette installation et l'acceptabilité sociale du projet. Notre travail se divisera donc en trois axes.

Objectifs et résultats attendus

La construction d'une STEP marine engendre des impacts sur l'environnement. Nous souhaitons les étudier et envisager des mesures compensatoires. Nous réaliserons l'étude d'impact au sens législatif du Code de l'environnement. 

Concernant l'étude des risques, nous tenterons de mettre en évidence les scenarii possibles d'imprévus. Des mesures de gestion seront alors envisagées pour limiter les accidents.

Enfin, nous nous intéresserons à l'acceptabilité sociale du projet. Nous valoriserons ce projet afin qu'il soit inséré à la structure sociale de la zone.

Méthodologie et outils

1) Étude d'impact

Pour réaliser l'étude d'impact au sens législatif, nous réaliserons les 6 rubriques prévues par la loi 

  • Analyse de l’état initial (inventaire de la faune et de la flore, étude géologique incluant l'aspect hydraulique, cadre législatif propre à la zone et à ce type de construction)
  • Effets sur l’environnement (directs et indirects, temporaires et permanents, cumulatifs)
  • Étude des avantages environnementaux du projet
  • Mesures envisagées pour supprimer, diminuer, et compenser si possible les conséquences du projet. Estimation des dépenses.
  •  Méthodes et difficultés rencontrées
  •  Résumé non technique

2) Étude des risques

Afin d'étudier les risques liés à cette installation, nous nous renseignerons sur la réglementation en vigueur. De plus, nous envisagerons des mesures de prévention après identification des risques. Nous nous intéresserons à la gestion des risques dans des structures similaires.

3) Acceptabilité sociale

Pour étudier l'aspect social lié au projet, nous contacterons les associations de protection locales afin de connaître leur opinion quant à la construction d'une telle installation dans cette zone. Nous valoriserons également ce projet par des activités touristiques pour permettre son intégration à la zone. Par exemple, la retenue pourrait constituer un lac attractif pour la population locale. Par ailleurs, cette installation générera des emplois pour sa construction et sa maintenance. Nous étudierons les possibilités locales d'entreprises pouvant intervenir lors des différentes étapes.

Données et outils

  • Données géologiques
  • Relevés faunistiques et floristiques
  • Code de l'environnement
  • ArcGis

 

 

 

Ordonnancement prévisionnel du travail

Nous organiserons nos travaux selon le planning défini ci-dessous.

Insertion dans le travail de l'ensemble du groupe

Nous allons présenter ci-dessous les interactions que nous aurons au sein de notre groupe.

1) Étude d'impact

  • Dimensionnement de l'installation (Binômes 1 et 2)
  • Choix des matériaux (Trinôme)
  • Coordonner les résultats avec ceux de l'ACV (Trinôme)
  • Étude des courants marins (Binôme 2)

2) Étude des risques

  • Étude de la perméabilité (Binôme 1)
  • Intégration au réseau électrique (Binôme 1)

3) Acceptabilité sociale

  • Emprise de l'installation sur le territoire (Binômes 1 et 2)
  • Aspect visuel (Binômes 1 et 2, Trinôme)
  • Choix des fournisseurs (Trinôme)
  • Employés nécessaires à la construction et à la maintenance (Binômes 1 et 2, Trinôme)

​​

Trinôme : Matériaux et ACV comparative

Le trinôme va travailler sur deux aspects du projet :

- Le premier sera l'étude des matériaux de l'installation qui doivent être capable de résister aux conditions marines de la Station de Transfert d'Energie par Pompage.

- Le second concernera l'étude comparative de L'Analyse de Cycle de Vie de la Station de Transfert d'Energie par Pompage et d'une batterie, deux moyens de stockage de l'énergie.

Objectifs et résultats attendus

Notre partie de projet se déroulera sur deux axes principaux. 

1) Etude des matériaux de la Station de Transfert d'Energie par Pompage (STEP)

L'objectif de cette partie sera de trouver les matériaux les plus à même de répondre aux exigences d'une STEP marine. En effet, l'utilisation d'eau de mer et les variations de température imposent des contraintes importantes à notre installation.

Nous espérons des résultats nous permettant de trouver des matériaux répondant à toutes les exigences techniques de la STEP marine tout en essayant d'avoir un prix d'achat de ces matériaux minimal et une durée de vie maximale.

2) Comparaison de l'Analyse de cycle de Vie (ACV) de la STEP et d'un batterie

Au vu du graphique ci dessous représentant l'évolution du coût du kWh entre 2001 et 2012, il apparaît que l'électricité est un service de plus en plus cher. Il devient donc primordial de l'économiser et ne pas le gaspiller. 

   

(source : http://www.unicnam.net/national/spip.php?article580 le 3 février à 15h00) 

Pour cela, il est nécessaire de trouver des installations permettant de stocker l'énergie électrique lorsqu'il y a une surproduction. Deux solutions majeures existent : la Station de Transfert d'Energie par Pompage (STEP) et les batteries. L'objectif de notre étude sera donc d'étudier la comparaison de l'Analyse de Cycle de Vie de la STEP et d'une batterie.

Nous espérons des résultats permettant de déterminer quelle méthode de stockage de l'énergie est la plus rentable et à le moins d'impact sur notre environnement

 

Méthodologie et outils mis en place

1) Etude des matériaux de la Station de Transfert d'Energie par Pompage (STEP)

         Il est primordial lors de projet d'utiliser des matériaux capables de résister aux conditions imposées par la localisation de la STEP. En effet, il s'agit d'une STEP marine, nos matériaux devront donc être en mesure de résister à l'eau de mer. De plus, il faut que ces matériaux puissent s'insérer dans le cadre Normand, c'est à dire qu'ils doivent pouvoir subir des variations de températures assez importants. Le prix des matières à utiliser sera également un facteur primordial pour limiter le coup de la construction de la STEP.

​         Pour répondre à ces différentes problèmatiques, nous allons dans un premier temps effectuer une recherche bibliographique puis dans un second temps appliquer les connaissances actuelles sur le sujet à notre cas.

 

2) Comparaison de l'Analyse de Cycle de Vie (ACV) de la STEP et d'une batterie.

        L'analyse de cycle de vie effectuée lors de ce projet consiste à comparer l'impact du stockage d'une quantité d'énergie donnée sur différents paramètres suivant si l'on utilise une batterie ou notre STEP.

​        Pour réaliser cette étude, nous allons utiliser le logiciel SimaPro. Il s'agit du logiciel le plus utilisé dans le monde pour réaliser les Analyses de Cycle de Vie. Il utilise la méthode standart et d'obtenir des résultats précis.

        Au niveau de la méthodologie, nous allons tout d'abord effectuer la liste de chacun des constituants d'une batterie ainsi que le moyen de les fabriquer et de les détruire. Nous pourrons ensuite quantifier les impacts d'une batterie sur l'environnement ainsi que sur le prix de revient. Nous effectuerons ensuite une étude sur notre STEP en collaboration avec les différents binômes du projet. Il nous faudra lister chaque pièce présente sur les installations ainsi que la manière de les fabriquer et de les détruire. En utilisant le logiciel SimaPro, nous pourrons ensuite nous servir de ces données pour effectuer la comparaison de l'Analyse de Cycle de Vie de la STEP et d'une batterie.     

Ordonnancement prévisionnel du travail

Nous avons essayé de planifier notre travail de manière à rester organisé tout au long du projet avec les autres binômes et d'ainsi se fixer des objectifs à remplir pour que le projet soir fini en temps et en heure.

Ordonnancement prévisionnel

 

Tâche Durée Début
Etude des matériaux de la STEP 10 jours Lundi 4 Février 2013
Etude de l’ACV d’une batterie 20 jours Lundi 11 Février 2013
Etude de l’ACV de notre STEP 20 jours Lundi 11 Février 2013
Rédaction du site 30 jours Lundi 4 Février 2013

 

 
 

Insertion dans le travail de l'ensemble du groupe

 

Le travail de notre trinôme a pour but de s'insérer dans le projet d'étude d'une Station de Transfert d'Energie par Pompage (STEP), il sera donc relié aux travaux des autres binômes.

1) Echanges avec le binôme 1

         Lors de ce projet, nous échangerons avec le binôme 1 sur les données électriques régissant la STEP ainsi que sur les installations permettant de relier notre projet au réseau électrique. Ces données nous permettront de réaliser l'Analyse de Cycle de Vie (ACV) de la STEP.

2) Echanges avec le binôme 2

        Les échanges avec le binôme 2 se feront sur deux aspects. Le premier sera au niveau des matériaux devant être mis en place sur la STEP pour résister aux conditions présentes sur le site. En effet, notre étude va permettre au binôme 2 d'utiliser les bons matériaux pour réaliser le dimensionnement de la STEP. Le deuxième aspect concernera l'ACV et la nécessité d'obtenir des informations sur les différents composants de la STEP pour réaliser notre comparaison de notre projet et d'une batterie.

3) Echanges avec le binôme 3

       Les échanges avec le binôme 3 seront surtout basés sur nos différentes recherches bibliographiques. En effet, pour réaliser l'étude d'impact sur le site ainsi que l'Analyse de Cycle de Vie de notre projet, nous utiliserons des données communes et il sera donc nécessaire d'avoir une bonne communication entre nous pour ne pas avoir à réaliser deux fois les mêmes recherches bibliographiques.