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).