Evaluation de la houle

1. Localisation

La proximité immédiate de l'usine avec la mer lui permettrait d'exploiter une part de l'énergie produite par ce milieu. Lorsque le vent souffle sur les océans, une part de son énergie est absorbée et est à l'origine de la formation de la houle. Les vagues formées peuvent parcourir des milliers de kilomètres sans grande perte d'energie. Des solutions technologiques (qui seront décrites par la suite) existent pour récupérer l'énergie de la houle.

L'évaluation de la houle s'effectue ici à partir d'une analyse statistique des relevés sur le terrain. Les données sont issues de bouées mesurant en permanence l'intensité de la houle. La bouée récoltant les données se situe entre l'île de Noirmoutier et l'île d'Yeu (Tableau 1 et Figure 1). Ces données ont été récupérées sur la base de données du Centre d'Archivage National des Données de Houle In Situ (CANDHIS) en collaboration avec le CETMEF.

Tableau 1 : Caractéristiques de la bouée de mesure
(CANDHIS, 2013)

Renseignements	Données
Code campagne	08504
Nom campagne	Ile d'Yeu Nord
Latitude	046°49,933'N
Longitude	002°17,700'W
Profondeur	14 m
Marnage* VEM (m)	4,5 m
Distance à la côte (km)	11,3 km
Nombre de mesures	57127
Date de début	21/06/2005
Date de fin	01/02/2013

*Marnage : Différence de niveau entre marée haute et marée basse

Figure 1 : Localisation de la bouée de mesure de hauteur et de période de houle
(CANDHIS, 2013)

Les données que nous utilisons pour évaluer la ressource sont la hauteur de houle et la période de houle de 2005 à 2013.

2. Hauteur de houle

La hauteur de houle est donnée sous 3 formes (CANDHIS, 2013) :

- H1/3 : Hauteur significative, valeur moyenne du tiers supérieur des hauteurs des vagues
observées sur une durée de 30 minutes.
- H1/10 : Valeur moyenne du dixième supérieur des hauteurs des vagues observées sur une
durée de 30 minutes.
- Hmax : Hauteur de la plus grande vague observée sur une période de 30 minutes.

En utilisant le logiciel statistique R, on obtient des données de 2005 à 2013 les résultats suivants (Tableau 2) :

Tableau 2 : Statistiques des données de hauteur de houle de 2005 à 2013

Données	H1/3 (m)	H1/10 (m)	Hmax (m)
Minimum	0,110	0,140	0,190
1er Quartile	0,610	0,770	1,060
Mediane	0,920	1,150	1,560
Moyenne	1,067	1,335	1,800
3ème Quartile	1,390	1,730	2,320
Maximum	5,320	6,720	8,360

La répartition des hauteurs de houle est présentée sur les histogrammes suivants pour H1/3d, H1/10d et Hmax (Figure 2) :

Figure 2 : Histogrammes de la répartition des hauteurs de houle entre 2005 et 2013
(CANDHIS, 2013)

3. Période de houle

La période de houle est donnée de la même façon que la hauteur sous 3 formes (CANDHIS,2013) :

- TH1/3 : Période significative, définie par la valeur moyenne des périodes du tiers supérieur
des plus grandes vagues observées sur une durée de 30 minutes.
- TH1/10 : Valeur moyenne des périodes du dixième supérieur des plus grandes vagues
observées sur une durée de 30 minutes.
- THmax : Période de la vague de la plus grande hauteur observée sur une durée de 30
minutes.

En utilisant le logiciel statistique R, on obtient des données de 2005 à 2013 les résultats suivants (Tableau 3) :

Tableau 3 : Statistiques des données de périodes de houle de 2005 à 2013

Données	TH1/3 (s)	TH1/10 (s)	THmax (s)
Minimum	2,300	2,200	1,100
1er Quartile	5,800	6,400	6,500
Mediane	7,300	8,100	8,700
Moyenne	7,513	8,217	8,593
3ème Quartile	9,100	10,000	10,600
Maximum	18,900	19,800	25,700

La répartition des périodes de houle est présentée sur les histogrammes suivants (Figure 3) :

Figure 3 : Histogramme de la répartition des périodes de houle entre 2005 et 2013
(CANDHIS, 2013)

4. Relation période-hauteur de houle

Le domaine de fonctionnement (hauteur et période de houle) du constructeur Pelamis Wave Power est donné dans la figure ci-contre (Figure 4).

Figure 4 : Grille de fonctionnement des pelamis
(M. Maranowski, 2013)

Pour chaque hauteur maximale et période de vague est donné la production énergétique en (kW). Cette production a été calculée grâce à la formule suivante (M. Maranowski, 2013) où J est en kW, L la longueur de l'installation (m) et ${\alpha}$ un coefficient:

$ J = {\alpha}.(H_{max})^{2}.T_{max}.L $

Une comparaison entre ce domaine de fonctionnement et les données de hauteur et de période de houle issues du CANDHIS permettrait d'évaluer le potentiel de la ressource houlo-motrice. Les graphes période-hauteur de houle (H1/3, H1/10, Hmax et Th1/3,Th1/10,Thmax) sont présentés en Figure 5 avec en superposition en rouge les données constructeurs.

Figure 5 : Relation hauteur et période de houle des données mesurées
(J.Le Ster, A.Marty, 2013)

Ces différents graphiques montrent que la zone étudiée semble propice à la production d'énergie par les pelamis. Cependant, afin de quantifier l'énergie produite, il est nécessaire de coupler période et hauteur de houle avec leur fréquence d'apparition en moyenne sur une année.

Le Tableau 4 montre le nombre d'occurences pour chaque hauteur maximale et période de houle au cours de la période mesurée (entre 2005 et 2013) pour les valeurs correspondant au fonctionnement des pelamis (Figure 4).

Tableau 4 : Occurences des couples période - hauteur maximale entre 2005 et 2013

Le graphique suivant (Figure 6) illustre ce tableau en trois dimensions avec la fréquence d'apparition des vagues en fonction de leur hauteur maximale et de leur période. Le cube en rouge représente le domaine de fonctionnement des pelamis.

Figure 6 : Fréquence d'apparition des vagues en fonction de leur hauteur maximale et de leur période
(J.Le Ster, A.Marty, 2013)

En effectuant une moyenne des fréquences d'apparition des vagues en fonction de leur hauteur maximale et de leur période sur une année et en multipliant ces données par les données constructeurs de la Figure 4, il est possible de calculer la production énergétique moyenne sur une année. Ces informations sont représentées dans le Tableau 5.

Tableau 5 : Production énergétique (kWh) moyenne sur une année en fonction de la période et de la hauteur de houle moyenne

		Période de houle (s)
		5	5,5	6	6,5	7	7,5	8	8,5	9	9,5	10	10,5	11	11,5	12	12,5	13
Hauteur de houle (m)	0,5	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
	1	0	1459	2033	2726	3678	4085	5007	4908	4989	3963	3613	2963	2084	1461	0	0	0
	1,5	2985	4584	6298	8047	9563	10682	12058	11906	11595	10897	11532	9301	7669	5644	4296	2893	1797
	2	3986	8178	10646	13446	14685	16199	15874	14242	15256	14588	14221	12320	10097	8638	5973	4449	3203
	2,5	3568	7864	13298	16043	18976	19337	18482	17075	17394	15095	13307	12189	10051	7665	5546	4110	3175
	3	1646	4947	11076	15680	18142	20413	19574	19308	17006	16018	13287	9881	8909	7840	6454	4741	3346
	3,5	0	2766	8272	11563	15746	15186	17072	15686	14367	13990	11720	11285	7805	7442	5063	4176	3139
	4	0	0	1329	4963	10095	12857	12195	14082	14344	13495	9526	9276	8409	5573	3744	2769	2757
	4,5	0	0	489	3196	4731	6989	6773	7318	8688	9206	8247	5824	5287	4479	3585	2804	1148
	5	0	0	0	1328	1044	3548	3558	5681	5901	6001	5407	4308	4327	2474	1791	1752	1710
	5,5	0	0	0	270	404	809	2696	2292	2650	1918	3075	1736	1810	1337	1283	213	638
	6	0	0	0	0	135	404	809	809	1618	1213	1789	1934	1669	903	920	676	821
	6,5	0	0	0	0	0	135	270	135	270	539	809	801	710	335	312	368	346
	7	0	0	0	0	0	0	0	0	135	135	135	270	404	243	110	315	0
	7,5	0	0	0	0	0	0	0	0	270	270	135	135	0	0	123	224	0
	8	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	270	0	0	0	0	0	0

Au final, sur une année, avec un pelamis on obtient une production énergétique moyenne de 1 223 479 kWh soit environ 1 GWh. Le dimensionnement sera fait dans la partie suivante (Dimensionnement des pelamis).