Cahier des charges des binômes/trinôme

Binôme 1 : Cartographie et Impacts

 

Cartographie de la zone d'étude et analyse des impacts environnementaux, sociaux et économiques

 

Le binôme est constitué de Yoan RICHARD (option GE-ENSAT) et Clara DIDIER (option GE-ENSAT).

 

Ile d'Ouessant

(Source : http://www.lesilesdefrance.com/index-ile-ouessant-molene.php)

 

Contexte et objectifs du binôme

 

Rappel du contexte

Situées au large du Finistère, les îles de Molène et d'Ouessant, comme la majorité des îles du Ponant, laissent transparaître des problèmes notables concernant la question énergétique. En effet, ces dernières ne sont pas reliées au réseau électrique continental et dispose d'une unique source d'énergie : la présence de centrales fonctionnant au fioul sur chacune des deux îles.

Dans le contexte actuel de développement des énergies renouvelables telles que l'éolien ou le photovoltaïque, par exemple, la problématique principale qui en ressort est le fort impact environnemental de ces centrales. Nous avons donc cherché à proposer des solutions alternatives, adaptées au milieu et potentiellement viables : les hydroliennes. En effet, cette solution semble être la plus adaptée, dans le sens où la région sur laquelle on souhaite travaille présente de forts courants marins avec donc un fort potentiel énergétique. Des études ont déjà été conduites par l'entreprise Sabella dans la région bretonne, et un démonstrateur est déjà en place dans le passage du Fromveur.

 

Carte des îles d'Ouessant et Molène
(source : Géoportail)

​Notre projet est donc d'étudier la faisabilité de l'implantation d'hydroliennes dans cette région afin d'aider les îles de Molène et Ouessant à assurer leur autonomie en besoin d'électricité.

 

Objectifs du binôme

La réalisation d'un tel projet répond à plusieurs objectifs. La mise en place d'un site d'hydroliennes nécessite de réfléchir à de nombreux éléments avant de pouvoir réellement mettre en place le projet. Notre binôme s'intéressera tout particulièrement au choix du lieu précis d'implantation et aux impacts engendrés.

On s'intéressera dans une première partie à l'examen du site, en effectuant une cartographie. La finalité de cette étude est de pouvoir trouver différents lieux potentiels sur lesquels on pourra installer les machines.

On étudiera dans une seconde partie les différents impacts sociaux, économiques et environnementaux de notre projet. On attend de cette dernière la confirmation quant à la possibilité de construction sur le site, par rapport aux conséquences sur l'environnement, à l'acceptabilité sociale et aux retombées économiques.

 

Méthodologie et outils

 

1.     Cartographie

Dans un premier temps, nous réaliserons une cartographie de la zone d'étude afin de déterminer le site le plus favorable à l'implantation d'hydroliennes.

Nous utiliserons principalement l'outil ArcGIS afin de pouvoir avoir une vision complète de la zone d'étude. Nous y intégrerons les données nécessaires pour savoir où installer préférentiellement les hydroliennes : la bathymétrie, les fonds géologiques (données issues du SHOM) et les zones protégées (réserve marine, parc naturel,...) que nous pourrons trouver auprès de l'INPN (Inventaire National du Patrimoine Naturel).

Pour cette partie, on contactera notamment David Sheeren (maître de conférence en géomatique à l'INP-ENSAT) ainsi que François CALATAYUD (ingénieur d’étude en géomatique à l’INRA). Il nous faudra contacter le Parc Naturel d'Iroise afin de déterminer si l'implantation d'hydroliennes n'est pas compatible avec les mesures prises dans certaines zones (un démonstrateur est déjà en place dans ce parc, la mise en place du projet est donc envisageable).

 

2.     Analyse des impacts

  • Etude d'impacts environnementale

(Méthodologie issue du Code de l'Environnement, Article R 122-5)

- Description du projet
- Analyse de l'état initial de la zone (nous pourrons utiliser des données du Parc Naturel)
- Etude des effets du projet sur l'environnement ou la santé humaine (et effets cumulatifs)
- Mesures envisagées pour éviter, réduire et compenser les effets négatifs notables du projet sur l'environnement ou la santé humaine
- Présentation des modalités de suivi des mesures précédemment choisies
- Présentation de possibles solutions de substitution (avec les raisons)
- Résumé non technique des informations prévues ci-dessus

Afin d'obtenir plus d'informations sur la réalisation des études d'impacts, nous allons contacter deux spécialistes étant intervenu à l'INP-ENSAT dans ce cadre :

     - Marc TESSIER (Ingénieur écologue - CERA Environnement / Agence Midi-Pyrénées)

     - Bruno COUPRY (Ingénieur agronome - Directeur du bureau d'étude Eaucéa)

Nous nous baserons également, via des recherches bibliographiques, sur des études qui ont été faites notamment sur les vibrations et champs électromagnétiques engendrés par les hydroliennes et leurs impacts sur la faune marine.

 

  • Analyse socio-économique

- Acceptabilité sociale 

Nous étudierons ici les différents conflits d'usages que peut engendrer la mise en place d'hydroliennes dans cette région, notamment au niveau des riverains et pécheurs.

Nous envisagerons aussi un dialogue social avec les associations sur place et les collectivités locales, afin d'avoir leur opinion quant à la mise en place de notre projet. On considère aussi la possibilité d'effectuer un sondage auprès de la population afin d'avoir aussi leur avis (la mise en place d'un questionnaire nécessitera sa diffusion aux maximum d'habitants et une analyse statistique).
On évaluera également les possibilités de valorisation de notre projet, auprès de la population.

- Impacts économiques

Nous étudierons ici les conséquences énergétiques et économiques pour les îles avec l'étude des retombées économiques de ce projet. Nous analyserons ainsi la viabilité du projet en complétant cette étude avec les coûts obtenus par le binôme 2.

 

Planning prévisionnel

Diagramme de Gantt effectué sous Microsoft Project.

(Cliquer pour agrandir)

Interactions avec l'ensemble du groupe

 

Il est important de préciser que les binômes/trinôme interagiront entre eux tout au long du projet.

Dans un premier temps, le groupe au complet se chargera d'étudier le contexte économique et énergétique des îles afin d'analyser les besoins précis en électricité, de connaître les différents acteurs impliqués dans les projets d'implantation d'hydroliennes et d'étudier les opportunités et projets existants dans la région.

 

Dans un second temps, les binômes/trinômes travailleront indépendamment. Cependant,  plusieurs réunions auront lieu afin de mettre en commun nos travaux. Notre binôme combinera notamment les siens :

 

  • Avec le binôme 2 en ce qui concerne l'étude du site et la faisabilité du projet. En effet, notre travail de cartographie permettra à ce dernier d'étudier le potentiel courantologique du site choisi. De plus, le coût du projet, étudié par le binôme 2, nous permettra de compléter notre analyse économique.

 

  • Avec le trinôme pour les études d'impact environnementale. Celui-ci se chargera d'étudier l'impact induit par les machines choisies sur le transport sédimentaire, ce qui complétera l'étude des impacts.

 

Binôme 2 : Etude du potentiel courantologique, réglementation et coûts de réalisation

Ce binôme est constitué de :

Contexte et objectifs

Rappel du contexte :

Une hydrolienne est une turbine hydraulique qui utilise l'énergie cinétique des courants marins ou fluviaux à l'image d'une éolienne qui utilise l'énergie cinétique du vent. Une turbine permet la conversion de l'énergie cinétique de l'eau en énergie mécanique. Cette dernière peut alors être transformée en énergie électrique par le biais d'un alternateur.

La prise de conscience d'une ressource pétrolière limitée et onéreuse, combinée à une demande croissante en énergie résultant notamment d'une pression démographique qui ne cesse de croître, a conduis à la nécessité de développer et valoriser des énergies dites alternatives. Parmi celles-ci, nous pouvons citer l'éolien ou le photovoltaïque qui réussissent peu à peu à s'imposer. Les énergies marines sont à l'heure actuelle un stade plus émergeant. Cependant, ces dernières offrent de belles opportunités énergétiques et économiques, notamment en France qui possède le deuxième potentiel en énergie marine d'Europe derrière le Royaume-Uni. C'est pourquoi le Président de République, François Hollande, a lancé le 30 Septembre 2013 un appel à projet pour des fermes pilotes d'hydroliennes au large des côtes du Cotentin et du Finistère. Les bénéficiaires du développement de tels projets sont nombreux. On peut ainsi penser aux nombreuses îles qui souffrent très souvent d'une sérieuse dépendance énergétique dont les coûts sont élevés, mais qui possède un réel potentiel en énergie marine.

Iles d'Ouessant et de Molène avec la passe de Fromveur (source : Wikipédia)

Iles d'Ouessant et de Molène avec la passe de Fromveur (source : Wikipédia)

Objectifs :

L'archipel de Molène situé dans la mer d'Iroise au niveau du Finistère se caractérise par son plateau de faible profondeur ainsi que par de forts courants. Ces derniers participent à une stimulation et une émulation de la vie aquatique.

Au sein de ce projet, notre rôle principal est de quantifier et caractériser les courants marins entre les îles d'Ouessan et de Molène, notamment au niveau du passage de Fromveur, où les hydroliennes doivent être implantées. Nous étudierons deux types de forçages responsables de courants de modules intéressants : le vent et la marée. 

Ensuite, nous nous pencherons dans un second temps sur des aspects concernant la réglementation et les coûts de réalisation du projet. Nous détaillerons ainsi l'ensemble des démarches administratives à prévoir avant l'installation et la mise en service d'un parc hydrolien.

Méthodologie

I- Etude du potentiel courantologique :

Une première étape consiste en une recherche bibliographique afin de bien comprendre le mécanisme de génération des courants marins ainsi que les principaux paramètres qui les contrôlent afin de réaliser une modélisation convenable.

La seconde étape est l'acquisition et la validation de données bathymétriques qui correspondent pleinement au domaine de notre étude. Ces dernières devront être adaptées de manière à être importées dans le logiciel de maillage Matisse. Il faudra ensuite déterminer les caractéristiques de la marée en ce lieu ainsi que les données climatologiques du vent (direction, intensité). Les statistiques concernant ce dernier pourront être obtenues par le biais de Météo France. Les coefficients de marées ainsi que les hauteurs d'eau qui y sont associées peuvent être facilement trouvés sur internet sur le site du SHOM par exemple, ou en s'adressant directement à une capitainerie.

La troisième étape de cette partie est la mise en place de simulations numériques à l'aide du logiciel Télémac développé par EDF. Nous prendrons tout d'abord le soin de déterminer et détailler les hypothèses et les simplifications que nous serons amené à faire. Nous tiendrons compte de chacun de ces deux forçages séparément puis nous les couplerons. Afin de valider les résultats obtenus et les hypothèses que nous aurons été mené à poser, il serait intéressant de les comparer d'autres résultats numériques ou à des observations.

Afin de mener à bien cette simulation numérique, l'équipe enseignante de l'ENSEEIHT traitant de l'hydrodynamique littorale et côtière ou de la modélisation des écoulements environnementaux pourra être contactée. On peut ainsi penser à Mrs Dominique Astruc, Ludivic Cassan ou Jacques Chaborda.

 

II- Etude de faisabilité administrative et économique :

Il existe des contraintes administratives et réglementaires qu'il faut satisfaire pour mener à terme ce projet d'implantation d'hydroliennes. On détaillera alors le cadre législatif régissant les espaces maritimes ainsi que celui gouvernant la mise en place de telles installations. Il faudra aussi déterminer, cibler et essayer de contacter les principaux acteurs et bénéficiaires d'un tel projet (élus, services de l'état, EDF, Sabella, DCNS etc.).

D'autre part, il faudra effectuer une recherche bibliographique ou contacter un constructeur pour estimer les seuls coûts d'implantation. Les contacts que nous avons et qui pourront nous être utiles concernant cette question sont EDF et Sabella. Il sera aussi judicieux d'identifier les différentes subventions qui pourront être allouées, que ce soit au niveau des municipalités, de la régions ou encore de l'état. Enfin, on pourra se pencher sur la question de la maintenance d'un parc hydrolien.

 

Outils :

-Etude du contexte réglementaire : Agence de l'environnement et de la maitrise de l'énergie, MEEDDAT (Ministère de l'Ecologie, de l'Energie, du Développement Durable et de l'Aménagement du Territoire), CEREMA (Centre d'Etudes et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement), le Droit de la Mer etc.).

-Etude courantologique : TELEMAC 

-Analyse de données/traitement statistique : Matlab/R/Excel

-Données bathymétriques : Dalle bathymétrique fournit par le SHOM

Planning prévisionnel

Afin d'organiser notre travail de manière optimale au cours de ces six semaines de Bureau d'Etude Industriel, nous avons établis un diagramme de Gantt spécifique à notre binôme. Ceci peut s'avérer bénéfique afin d'organiser de manière optimale les différentes tâches que nous aurons à réaliser mais aussi pour parer aux éventuels contre temps inhérents à la gestion de projet. Des réunions de groupes avec tous les autres membres du projet sont envisagées toutes les semaines. Ceci dans le but de mettre en commun les résultats obtenus et de faire le point sur les solutions à envisager pour répondre à la problématique qui a été fixé au départ. A noter que l'étape concernant l'étude de la réglementation s'effectuera au tout départ en parallèle des autres tâches. Il sera alors possible de cibler les zones où les hydroliennes peuvent être placées et ainsi focaliser les études en ces lieux précis.

L'ensemble des tâches présentées dans ce cahier des charges du binôme 2, ainsi que la tenue du site internet qui se fera au fur et à mesure de l'avancée du projet, sont envisagés comme étant le travail conjoints des deux acteurs concernés. Cependant un partage des tâches pourra s'effectuer si ces derniers le juge nécessaire le moment venu. Ceci s'inscrirait dans un souci de rapidité et d'optimiser le temps de travail.

 

 

Diagramme de Gantt présentant les six semaines du projet

Situation dans la globalité du projet

Nous serons en contact avec le binôme et le trinôme tout au long des six semaines de ce projet à raison d'au moins une réunion chaque semaine. Cette dernière aura pour but de s'assurer du bon état de marche de l'étude, d'une bonne cohésion au sein du groupe mais aussi de partager les résultats obtenus et les difficultés rencontrées.

En ce qui concerne l'interaction entre les sous-groupes :

• Le trinôme aura besoin des résultats de l'étude courantologique pour connaître au minimum l'ordre de grandeur de l'intensité des courants marins dans la zone considérée. Nous serons donc éventuellement amené à affiner notre étude pour répondre à leurs besoins. Le type et les caractéristiques de la machine choisie seront d'autre part essentiels dans notre estimation des coûts.

• Vis à vis du binôme 1, nous serons intéressé par la cartographie du site afin de bien comprendre et visualiser la région étudiée. Réciproquement, ces derniers pourront avoir besoin de nos données de vent, de marnage, de courants afin d'affiner cette cartographie. D'autre part, nous pourrons mettre en relation nos recherches et résultats, notamment ceux concernant la réglementation et le coût de réalisation du projet. En effet, les études d'impacts (environnementales tec.) qui seront réalisées sont à mettre en lien direct avec la réglementation en vigueur et auront des conséquences sur les coûts.

Trinôme : Etude de la machine et du transport sédimentaire engendré

Membres du trinôme :

Objectifs

Nos objectifs :

 

Source : EDIMBOURG - (Ecosse- Royaume Uni- U.E.) - 21/03/2011 - 3B Conseils - Par Francis Rousseau

 

Le trinôme sera principalement en charge de l’axe d’étude « Choix et mise en place des hydroliennes ». L’objectif principal à terme étant de pouvoir déterminer :

  • la machine la plus adaptée au potentiel énergétique du milieu,
  • leur agencement dans le parc hydrolien,
  • la mise en place d’un système de fixation assurant leur maintien.

Un autre point sera étudié en parallèle, il s’agit du transport sédimentaire engendré par les hydroliennes, cette tâche permettra ainsi de compléter le travail effectué par le binôme 1 sur l’étude d’impacts environnementaux.

Méthodologie

I- Caractérisation de la machine :

L’exploitation de l’énergie issue des courants marins étant pour le moment toujours à l’état d'étude, il n’y a donc pas de machine « type » ou « standardisée » qui conviendrait à la courantologie de la zone étudiée. En effet, il existe à ce jours une multitude de modèles ayant chacun des caractéristiques bien différentes. Contrairement à leurs voisines les éoliennes, les hydroliennes sont encore loin d'être industrialisées. Ainsi, une recherche bibliographique sera effectuée afin de déterminer quel prototype aurait un rendement optimal pour la gamme de courant définie par le binôme 2.

Afin de compléter les informations trouvées, nous pourrons aussi utiliser le contact que nous avons au sein du bureau d’étude Sabella, spécialisé dans les technologies marines. Ceci permettra aussi de binôme 2 d'estimer au mieux le coût du modèle d'hydrolienne choisi.

 

II- Agencement des machines :

Notre  objectif étant d'assurer l'indépendance électrique des îles du Ponant, il est évident qu'une seule hydrolienne ne sera pas suffisante. Le nombre de machines, fixé par la puissance globale à produire, est aussi conditionné par l'étendue, la surface de la zone d'étude considérée. Dès lors, l'agencement des hydroliennes au sein même du parc doit être étudié avec soin. En effet, grâce aux différents retours d’expériences issus de l’exploitation des champs éoliens, le constat suivant peut être effectué : un des paramètres les plus importants et impactant sur le rendement final du parc réside dans l’agencement des machines. En effet, la turbulence générée par la première rangée de machines, peut être à l’origine de la perte de 40% du potentiel énergétique pour la suivante.

Ce constat a été vérifié par plusieurs récentes expériences et études numériques sur les hydroliennes, montrant comment le sillage créé par une première rangée d'hydroliennes réduit considérablement la puissance cinétique récupérable par la seconde rangée en aval :

  • Paul MYCEK, Benoît GAURIER, Grégory GERMAIN, Corentin LOTHODÉ, Grégory PINON, Élie RIVOALEN (2013), Caractérisation Numérique et Expérimentale des Interactions entre deux Hydroliennes, publié dans "Paralia 6 (2013) 2.1-2.12".

http://hal.inria.fr/docs/00/87/40/89/PDF/Paralia_Mycek_et_al_2013.pdf

  • Mathilde BELHACHE, Sylvain GUILLOU, Dominique MOUAZE, Alina SANTA-CRUZ, Philippe GRANGERERT (2012), Etude numérique de l'intégration d'hydroliennes (à axe verticale) en courant giratoire, XIIeme Journées Nationales Génie Côtier - Génie Civil, édition Paralia CFL.

http://www.paralia.fr/jngcgc/12_89_belhache.pdf

 

Dans cette partie, en s'appuyant sur les articles scientifiques, nous tenterons de déterminer l'agencement optimal des machines au sein de notre zone d'étude. Pour cela, une étude 2D sera réalisée à l'aide de Ansys Fluent. Dans un premier temps en étudiant le sillage engendré par un disque rotatif et dans un second temps directement à partir de la géométrie de l'hydrolienne considérée. Nous tenterons aussi de corroborer ces résultats avec une étude sous OpenWind, un logiciel spécialement développé pour l'étude des fermes éoliennes. Nous tenterons de le modifier afin de l'adapter si possible aux hydroliennes.

 

III- Fixation des machines :

Ce sous-axe a pour principal objectif d’effectuer un bilan global des forces et actions s’exerçant sur l’hydrolienne afin d’utiliser les outils adéquats dans le but de garantir leur fixation. Ici, les outils à notre disposition seront principalement des données répertoriant les épisodes extrêmes de la zone d’étude, un bilan des forces sera ensuite effectué. Pour finir, une comparaison des différents moyens de fixation existant sera faite. L'objectif étant d'assurer le maintien des hydroliennes même en cas d'événements météorologiques extrêmes (tempêtes, grandes marées...) et ceci de la manière la plus économique possible.

 

IV- Transport sédimentaire :

Deux questions peuvent se poser dans ce sous-axe:

  • Impact du parc hydrolien sur des mouvements globaux de transport sédimentaire dans la zone
  • Affouillement à l'échelle d'une hydrolienne

Cette étude d’impact environnemental sera effectuée à l’aide du logiciel Telemac 2D et de son module de transport Sisyphe. La bathymétrie utilisée sera celle définie par le binôme 1, toutefois on portera un intérêt tout particulier à la conversion du système de coordonnées entre les logiciels ArcMap et Matisse (utilisé pour effectuer le maillage de notre zone).

Planning prévisionnel

Afin d'organiser notre travail de manière optimale au cours de ces six semaines de Bureau d'Etude Industriel, nous avons établi un diagramme de Gantt spécifique à notre trinôme. Ceci peut s'avérer bénéfique afin d'organiser de manière optimale les différentes tâches que nous aurons à réaliser mais aussi pour parer aux éventuels contre temps inhérents à la gestion de projet. Des réunions de groupes avec tous les autres membres du projet sont envisagées toutes les semaines. Ceci dans le but de mettre en commun les résultats obtenus et de faire le point sur les solutions à envisager pour répondre à la problématique qui a été fixée au départ.

L'ensemble des tâches présentées dans ce cahier des charges du trinôme 2, ainsi que la tenue du site internet sont envisagés comme étant le travail conjoint des trois acteurs concernés. Cependant un partage des tâches pourra s'effectuer si ces derniers le jugent nécessaire le moment venu. Ceci s'inscrirait dans un souci de rapidité et d'optimisation du temps de travail.

 

Situation dans la globalité du projet

Nous serons en contact avec les binômes tout au long des six semaines de ce projet à raison d'au moins une réunion chaque semaine.

En ce qui concerne l'interaction entre les sous-groupes, notre étude sur le choix de la machine sera en lien direct avec les résultats de la courantologie établis par le binôme 2. Réciproquement,  les caractéristiques de la machine que nous choisirons, leur seront indispensables pour établir le coût du projet dans sa globalité. Les interactions avec le binôme 2 seront primordiales pour nous permettre d'avancer efficacement dans notre travail.

Concernant le binôme 1, responsable des études d'impacts, nos résultats concernant le transport sédimentaire leur seront utiles pour quantifier et affiner leur conclusions sur les impacts environnementaux. De la même manière, les résultats concernant la modification de l'écoulement par la présence du parc hydrolien pourront leur être utiles pour leur étude d'impact sociologique (modification des zones de pêches par sillage des hydroliennes...).