Projet

Abstract

The European Parliament issued a directive on the promotion of the use of energy from renewable sources on April 23, 2009. According to this directive, renewable energy should represent 23% of the consumed energy in the union by 2020. Since renewable energy resources vary greatly from one location to another, it is important to select and develop the right technology for the right location in order to achieve the set goal.

The significant tidal stream potential (3GW) near the Britanny coast leads us to think that the most appropriate renewable energy to develop in the region is tidal power. Seeing as there are already some ongoing projects in the region by large industrial firms like GDF Suez (around the Ponant Islands) and EDF (at Paimpol-Bréhat), we thought that carrying out a similar study would be a current and suitable subject for our BEI-ERE. Our focus will be on studying the set up of a tidal power farm in the Passage du Fromveur and the effects it would have on the environment an local population.

Eventually, the tidal farm should be able to meet the energy needs of the islands Ouessant and Molène (8424 MWh/year), thus replacing the current oil dependant energy production.
Our team work revolves around three main axes:

  • The location study: regulation, cartography, tidal stream
  • Choice of the appropriate turbine and the optimal spatial configuration of the turbines in the farm
  • The project's impacts and feasability

First of all, it was necessary to define the criteria taken into account to determine the farm location. Among the considered parameters were: the distance from the coast (the farm has to be as close to the coast as possible to reduce the costs); the bathymetry (the farm has to be at a certain depth not to perturb maritime activities), protected areas (environmental restrictions), and the tidal stream intensity.

A study of the tidal stream allowed us to quantify the tidal resource around the islands Ouessant and Molène. This was necessary in order to see if stream velocities were high enough to keep the turbines spinning. Bathymetric data from the SHOM database were used to create the domain, and numerical simulations were run on TELEMAC.
The tidal stream was modeled by a sinusoidal variation of the free surface at the inlet boudary of the domain. Knowing the right boundary conditions, it was possible to study tides corresponding to a 95 tidal coefficient.

A brief review of the different tidal stream turbines was then made in order to select the most appropriate turbine to our tidal resources. Once the turbine was chosen, we were able to study the wake effects to determine the optimal spatial configuration of the turbines in the farm.
TELEMAC was once again used for the numerical simulations. The presence of the turbines was taken into account by adding a drag force to the Saint-Venant equations solved in TELEMAC. The study showed that four turbines were necessary to satisfy the energy needs of Ouessant and Molène.

The last step of our project was the study of environmental, economical, and social impacts of the tidal power farm. For the environmental study, an analysis of the initial and "after-farm" states was done. The analysis  showed that the farm only minimally affects the area. The few undesirable effects can be compensated with the suggested measures. The economical study highlights the many advantages of the project: reducing carbon emissions, creating job opportunities, reducing the costs of electricity production. The profits are substantial enough to validate the high installation and maintenance costs. The impacts on the human activities (fishing, navigation, tourism) are non-existent. The local authorities and population were also very supportive of the project.

Introduction

Lors de l'ouverture de la conférence Rio+20 (découlant du sommet de la terre de Rio de Janeiro en 1992), Ban Ki-Moon, le secrétaire général de l'ONU, a proposé trois objectifs majeurs d'ici à 2030, dans le domaine énergétique. L'un de ceux-ci est de doubler les énergies renouvelables dans le monde afin que 30% de l'énergie produite provienne de ces dernières. (Centre d'actualités de l'ONU, 2012)

Dans ce cadre, de nombreuses organisations françaises se sont mises à développer ces énergies, mais aussi à en rechercher de nouvelles, afin de se diversifier et d'atteindre plus rapidement le seuil des 30%. Parmi ces dernières, l'hydrolien, défini comme l'électricité produite par l'énergie cinétique des courants marins et fluviaux, a fait une percée sur le territoire français. En effet, la France possède l'un des  potentiels mondiaux en matière de courants marins le plus important au niveau de plusieurs sites. (Le Monde, 2013)

La zone d'intérêt est le passage du Fromveur, situé entre deux des îles de l'archipel du Ponant : Ouessant et Molène, présente un contexte relativement intéressant. En effet, ces deux îles produisent leur énergie à partir de centrales locales fonctionnant au fioul afin d'assurer l'approvisionnement en électricité.  Sur ces îles, comptant 1079 habitants en 2010, 2.3 millions de litres de fioul sont consommés chaque année pour produire 8424 MWh/an (données de 2009). Ce type de production électrique présente plusieurs inconvénients:

  • Production de CO2 néfaste à l'environnement,
  • Coûts de production élevés,
  • Dépendance au fioul et difficulté de son acheminement sur l'île.

Cette dépendance de cette énergie fossile amène d'ailleurs d'autres désavantages notables tels que les impacts provoqués par les pannes des centrales. Ces problèmes ont déjà eu lieu sur l'île d'Ouessant et l'ont amenée à être coupée d'électricité et de téléphone pendant trois jours.


Localisation de la zone d'étude (IGN)

 

Ainsi, c'est la raison pour laquelle elles cherchent entre autre à mettre en place des systèmes de production d'électricité en privilégiant les énergies renouvelables afin de trouver une autonomie énergétique autre que fossile. Les îles d'Hoëdic et Glénant, par exemple, ont déjà en place des centrales solaires photovoltaïques et une éolienne.

Comme il est montré ci-dessus, la zone présente un potentiel hydrocinétique relativement élevé. Par conséquent, une éventuelle production d'électricité à l'aide de courants de marée est pertinente : elle assurerait l'autonomie énergétique des îles, en limitant les impacts environnementaux néfastes. Ainsi, en 2013, l'entreprise Sabella a notamment lancé la construction d'une hydrolienne qui servira de démonstrateur et qui sera mise en place début 2014 près de Ouessant. De plus, en octobre, un appel à projets pour quatre fermes pilotes d'hydroliennes autour des îles a été annoncé.

La problématique principale est donc de savoir comment répondre aux besoins en électricité des îles de Molène et Ouessant à partir de cette ressource énergétique s'annonçant par ailleurs comme prometteuse.

Pour cela, il sera tout d'abord réalisé une étude du site ciblant la réglementation, la courantologie et la cartographie de la zone. Puis il sera abordé la question du choix et de la mise en place des hydroliennes. Enfin, une étude d'impacts et de faisabilité du projet incluant une analyse économique et sociale sera mise en oeuvre.

 

Répartition des tâches

Les différentes tâches seront réparties de la manière suivante :
 

Binôme 1 constitué de Clara Didier et Yoan Richard

- Cartographie du site

- Impacts sur la biodiversité marine

- Impacts socio-économiques

 

Binôme 2 constitué de Omar Elgarnaoui et Marc-Antoine Gallerand

- Réglementation

- Étude du potentiel courantologique

 

Trinôme constitué de Salwa Bouachrine, Amélie Chevalier et Djamel Khachei

- Caractéristiques de la machine choisie

- Agencement des machines 

- Fixation des machines

- Transport sédimentaire

 

I. Etude du site

1. Réglementation

Travail réalisé par El Guernoui Omar et Gallerand Marc-Antoine

Démarches administratives

En amont d'un projet d’installation d’un parc hydrolien, il est nécessaire d’effectuer différentes démarches administratives. En effet, il faut faire une demande de permis de construire et d’exploitation auprès du Préfet. Le dossier devra comporter une étude d’impacts environnementaux et les plans d’installation. Cette dernière sera soumise à l‘avis de la population riveraine et donc concernée par le projet considéré comme l’a définis la loi Bouchardeau de 1983. Il existe alors deux types d’enquêtes possibles :

-          Les enquêtes Bouchardeau,
-          Les enquêtes de droit commun.

C’est l’administration organisatrice qui va choisir le type d’enquête qui va être réalisée par un commissaire enquêteur. Dans le cas précis de l’installation d’hydroliennes au niveau du passage du Fromveur, une enquête de type Bouchardeau devrait être demandée de part la préfecture.

 

Les principales étapes administratives à effectuer impérativement dans l'optique d'installer une ferme hydrolienne sont :

  • Prise de connaissance de l’intégralité des différentes contraintes réglementaires, institutionnelles et de gouvernance,
  • Réalisation d’une étude d’impacts environnementaux (étude du transport sédimentaire, étude écologique, étude de la ressource halieutique, étude paysagère, étude de sécurité),
  • Etude du potentiel courantologique afin de déterminer la zone optimale rentrant dans le cadre des deux points précédents,
  • Le financement du projet (au niveau des échelles locales, départementales, régionales, nationales, européennes),
  • Prise de contact avec les élus locaux,
  • Consultation des services de l’état,
  • Dépôt des demandes de permis de construire,
  • Réalisation d’un enquête publique de part la préfecture auprès des habitants concernés.
  • L’autorisation d’exploitation délivrée par la DIDEME (Direction de la Demande et des marchés Energétiques),
  • L’autorisation au titre de la loi sur l’eau,
  • Concession d’occupation du Domaine Public Maritime,
  • Consultation avec les Comités Locaux des Pêches en Mer (CLPM) de Brest et du Nord-Finistère,
  • L’obtention de raccordement électrique par câbles (ceux-ci peuvent être ensouillés ou enrochés),
  • Certificat donnant droit à une obligation d’achat de l’électricité produite à partir des hydrolienne (en effet l’électricité produite à partir d’énergie renouvelable bénéficie d’une obligation d’achat de la part d’EDF ou d’autres distributeurs).

Protection réglementaire environnementale autour des îles du Ponant

Avant de commencer une étude visant à mettre en place des énergies marines renouvelables (EMR), il est nécessaire d’étudier et de caractériser la région considérée. Dans le cadre de ce projet, l’installation d’hydroliennes dans la mer d’Iroise, au niveau du passage du Fromveur, entre les îles de Molène et d’Ouessant est . En effet, lorsqu’un site est classé, il n’est pas envisageable d’obtenir une autorisation qui engendrerait une quelconque modification ou une altération du paysage naturel. Ceci obligerait à enterrer les lignes et les câbles électriques pour raccorder une île au continent ainsi que les hydroliennes aux îles. Il serait de surcroît impossible de poser des hydroliennes. Cependant, le passage du Fromveur n’est pas un site classé. Il est alors tout à fait possible d’envisager l’implantation d’hydroliennes.

Il existe un certain nombre d’outils réglementaires et institutionnels permettant de protéger, respecter et prendre en compte les zones et les habitats naturels. Ces derniers ont aussi pour but d’aider l'ensemble des acteurs dans les différentes étapes de décision et d’élaboration d’un projet se situant et/ou ayant un impact sur l’aire considérée. L’optimisation de la conception du projet ainsi que les exigences de suivi de ce dernier sont aussi directement impactées par la teneur de ces textes réglementaires et des différents leviers institutionnels.

Trois types d’outils permettant de caractériser la zone où l’on souhaite implanter les hydroliennes vont être présentés dans cette partie :

  • Outils réglementaires,
  • Outil institutionnel,
  • Outils de gouvernance.

Il est possible de visualiser dans la partie 3. Cartographie du site les zones à fortes contraintes réglementaires. Ces dernière ont été définis grâce à l'aide de l'ensemble des éléments qui vont suivre. Une "synthèse documentaire des impacts environnementaux des énergies marines renouvelable" réalisé par le projet Merific (Energie marine dans les territoires insulaires et périphériques) a été très utile pour mettre en exergue et synthétiser les informations utiles. Le projet MERiFIC vise à faire progresser l’adoption des énergies marines dans les deux régions de Cornouaille Britannique et Finistère et les communautés insulaires du Parc Naturel Marin d’Iroise et Les Îles Scilly.

 

1. Outils réglementaires

 

•La directive pour l’Evaluation des Incidences sur l’Environnement (EIE) :

Il s’agit de la directive 2011/92/UE du parlement européen et du conseil du 13 décembre 2011. Cette dernière concerne l’évaluation des incidences de certains projets publics et privés sur l’environnement.

La directive dite « EIE » pour « Evaluation des Incidences sur l'Environnement » conditionne l'autorisation de certains projets, publics ou privés, ayant une influence physique sur l'environnement, à une évaluation par l'autorité nationale compétente. Cette évaluation doit déterminer les effets directs et indirects de ces projets sur l'homme, la faune, la flore, le sol, l'eau, l'air, le climat, le paysage, les biens matériels et le patrimoine culturel, ainsi que l'interaction entre ces différents éléments (source : europa.eu).

L’EIE a pour objectif de faciliter l’intégration des problématiques liées à l’environnement lors de la conception puis la mise en place d’un projet. Il est alors possible d’économiser des ressources budgétaires. En effet, des problèmes environnementaux pouvant survenir à une étape avancée de ce dernier peuvent s’avérer très onéreux face aux coûts de réalisation d’une EIE. Dans certains cas, il faut alors détruire et repenser entièrement l’étude. Cette dernière doit donc être mise en œuvre bien en amont de la constitution d’un projet pouvant avoir un impact sur l’environnement.

Le deuxième avantage de la réalisation d’une EIE est que celle-ci peut favoriser l’acceptabilité des projets considérés de la part des différents publics concernés (élus, habitants, entreprises etc.). Ceci est rendu possible par la participation de ces acteurs qui contribuent alors à une partie de l’élaboration de l’étude.

Les EIE admettent cependant certaines limitations. Les principales concernent le fait qu’il y a aujourd’hui un manque relativement important de données écologiques de référence. L’intégration de l’écologie à la planification et la mise en œuvre du projet permise par la directive EIE semble alors difficile au vu d’une base de données adéquate insuffisante. Enfin, les EIE ne prennent pas en compte l’existence d’activités déjà existantes ou de futures autres constructions liées à des projets différents. Cependant ces possibles interactions sont examinées dans la directive pour l’Evaluation Stratégique des Incidences sur l’Environnement (EISE) dont l’échelle spatiale est élargie par rapport aux EIE. 

 

La directive pour l’Evaluation Stratégique des Incidences sur l’Environnement (ESIE) :

La directive « ESIE » (« Evaluation Stratégique des Incidences sur l’Environnement ») vise à compléter comme il l’a été mis en évidence précédemment la directive EIE (source : europa.eu).

L'État membre responsable de l'élaboration d'un projet est tenu d'envoyer une copie du projet, assortie d'une copie du rapport sur les incidences environnementales, aux États voisins lorsqu'il estime que le projet est susceptible d'avoir des impacts sur leur territoire, ou à la demande de ces autres États membres. Ces derniers peuvent entamer des consultations sur les incidences transfrontalières du projet avec l’État responsable, ainsi que sur les mesures envisagées pour réduire ou éliminer ces incidences.

Lorsqu'un projet est adopté, l'État membre responsable doit informer toutes les parties intéressées et mettre notamment à leur disposition :

  • le plan ou programme tel qu'il a été adopté,
  • une déclaration résumant la manière dont les considérations environnementales ont été intégrées et le rapport sur les incidences environnementales,
  • les avis et les résultats des consultations,
  • les raisons du choix du projet tel qu’adopté,
  • les mesures de suivi arrêtées.

Cette évaluation prend en compte les effets significatifs probables de la mise en application du projet, y compris les effets à court, moyen et long terme, les effets permanents et temporaires, les effets positifs et négatifs, les effets secondaires, cumulatifs et synergiques et les corrélations avec :

  • la biodiversité, les habitats, la faune et la flore,
  • la géologie, les substrats et la géomorphologie côtière,
  • le paysage terrestre ou marin,
  • le milieu aquatique,
  • la qualité de l’air,
  • le climat et la météorologie,
  • la population et la santé humaine,
  • les autres utilisateurs, les actifs matériels (infrastructure, autres ressources naturelles),
  • le patrimoine culturel,
  • la protection des sites et des espèces.
    (source : DECC, 2011 et europa.eu)

 

Principales différences entre EIE (SEA) et ESIE (EIA) (source : Wilhelmsson et al. (2010))

 

Les Directives « Habitats faune flore » et « Oiseaux » et le réseau Natura 2000

Il s’agit de la directive 92/43/CEE du Conseil du 21 mai 1992 concernant la conservation des habitats naturels ainsi que de la faune et de la flore sauvage.

La directive « Oiseaux » (79/409/CEE de 1979) propose la conservation à long terme des espèces d’oiseaux sauvages de l’Union Européenne en ciblant 181 espèces et sous-espèces menacées, en particulier les oiseaux migrateurs et ceux jugés rares et vulnérables. Plus de 3000 sites ont été classés par les Etats de l’Union en tant que Zones de Protection Spéciales (ZPS).

La directive « Habitats faune flore » (92/43/CEE de 1992) établit un cadre pour les actions communautaires de conservation d’espèces de faune et de flore sauvages ainsi que leur habitat.

Cette directive répertorie plus de 200 types d’habitats naturels, 200 espèces animales et 500 espèces végétales présentant un intérêt communautaire et nécessitant une protection. Les Zones Spéciales de Conservation (ZSC), actuellement plus de 20000 pour 12% du territoire européen, visent à favoriser le maintien de la biodiversité, en tenant compte des exigences économiques, sociales, culturelles et régionales, et à établir des mesures pour maintenir ou restaurer un état de conservation favorable des habitats naturels et des espèces d’intérêt pour l’Union Européenne.

Les ZPS et ZSC forment un réseau de zones de conservation qui est appelé « Natura 2000 ».

Le réseau Natura 2000 est un ensemble de sites naturels européens, terrestres et marins, identifiés pour la rareté ou la fragilité des espèces sauvages, animales ou végétales, et de leurs habitats. Natura

2000 concilie préservation de la nature et préoccupations socio-économiques (developpementdurable.gouv.fr/). Le maillage de sites s’étend sur toute l’Europe de façon à rendre cohérente cette initiative de préservation des espèces et des habitats naturels.

Conformément à la stratégie pour la biodiversité dans l’Union Européenne, l’implantation de dispositifs à EMR doit tenir compte des sites Natura 2000 afin de ne pas nuire aux objectifs fixés par ces directives. En France, les projets, plans, programmes ou manifestations susceptibles d’affecter de façon notable les habitats naturels et les espèces présents sur un site Natura 2000 doivent faire l’objet d’une évaluation des incidences. Un formulaire d’évaluation simplifiée est fournie par la Direction départementale des territoires et de la mer, est s’il permet de démontrer que les enjeux de conservation des habitats et espèces du ou des sites ne seront pas menacés, il ne sera alors pas nécessaire de poursuivre l’instruction par une étude plus approfondie.

En France, le réseau Natura 2000 en mer s’étend sur 39 848 km² d’espaces marins, soit près de 40 % de sa mer territoriale (en février 2010).

 

Les sites Natura 2000 en France (source : ria-etel.n2000.fr)

 

Les sites d’Ouessant et de Molène se situent dans un espace Natura 2000 dont 95% de la surface des habitats naturels correspond à de la mer ou à des bras de mer.

 

Le reseau Natura 2000 en mer d’Iroise (source : PNMI 2009)

 

Une évaluation des impacts de la pose d’hydrolienne au niveau du passage du Fromveur est donc nécessaire. Celle-ci ci a été développée dans la partie impacts environnementaux.

 

La Directive-Cadre Stratégie pour le Milieu Marin (DCSMM) :

Il s’agit de la Directive 2008/56/CE du Parlement Européen et du Conseil du 17 Juin 2008 établissant un cadre d’action communautaire dans le domaine de la politique pour le milieu marin.

La DCSMM (Directive-Cadre Stratégie pour le Milieu Marin) (2008/56/CE) impose aux Etats membres de répertorier les principales pressions anthropiques qui s’exercent sur le milieu marin, et de mettre en place un cadre global de coordination des actions locales afin de lutter contre les menaces qui pèsent sur le milieu marin comme l’appauvrissement ou la dégradation des habitats, la disparition de la diversité biologique, la contamination par les substances dangereuses etc. En lien avec les directives habitats-faune-flore et oiseaux et la directive-cadre sur l’eau (2000/60/CE), elle vise à maintenir ou rétablir un bon fonctionnement des écosystèmes marins (diversité biologique conservée et interactions correctes entre les espèces et leurs habitats, océans dynamiques et productifs) tout en permettant l’exercice des usages en mer pour les générations futures. (source : developpement-durable.gouv.fr )

Onze descripteurs qualitatifs, communs à tous les Etats membres de l’Union Européenne, servent à définir le bon état écologique (la diversité biologique, les espèces non indigènes, la ressource halieutique, le réseau trophique marin, l’eutrophisation, le niveau d’intégrité des fonds marins, la modification permanente des conditions hydrographiques, la concentration des contaminants, les quantités de contaminants présents dans les ressources halieutiques, les déchets marins, l’introduction d’énergie).

Cette directive oblige les Etats membres à réaliser des suivis sanitaires et biologiques nécessaires pour rendre compte à la Commission Européenne. Ainsi, les informations rapportées par les Etats membres, à savoir : les caractéristiques, pressions et impacts, les programmes de suivi et surveillance et les types de mesures, peuvent faciliter les études d’impacts (source : Wilhelmsson, 2010).

 

Les ZNIEFF (zones naturelle d’intérêt écologique, faunistique et floristique) :

L’inventaire des ZNIEFF est un programme d’inventaire naturaliste et scientifique lancé en 1982 par le ministère Bouchardeau chargé de l’environnement et confirmé par la loi du 12 Juillet 1983 dite Loi Bouchardeau. Il correspond au recensement d’espaces naturels terrestres remarquables dans les vingt-deux régions métropolitaines ainsi que les départements d’outre-mer. La désignation d’une ZNIEFF repose surtout sur la présence d’espèces ou d’associations d’espèces à fort intérêt patrimonial. La présence d’au moins une population d’une espèce déterminante permet de définir un ZNIEFF (source : wikipédia). Il existe deux types de ZNIEFF :

  • Les ZNIEFF de type I, de superficie réduite, sont des espaces homogènes d’un point de vue écologique et qui abritent au moins une espèce et/ou un habitat rares ou menacés, d’intérêt aussi bien local que régional, national ou communautaire ; ou ce sont des espaces d'un grand intérêt fonctionnel pour le fonctionnement écologique local.
  • Les ZNIEFF de type II sont de grands ensembles naturels riches, ou peu modifiés, qui offrent des potentialités biologiques importantes. Elles peuvent inclure des zones de type I et possèdent un rôle fonctionnel ainsi qu’une cohérence écologique et paysagère.

Il est possible de visualiser les ZNIEFF aux alentours des îles du Ponant dans la partie cartographie du site.

 

2. Outil Institutionnel

 

Les Aires Marine protégées en France :

En France, la loi n° 2006-436 du 14 avril 2006 relative aux parcs nationaux, aux parcs naturels marins et aux parcs naturels régionaux, a concrétisé la mise en place d’un établissement public national à caractère administratif : l’Agence des aires marines protégées (AAMP), dédié à la protection du milieu marin. Elle soutient les gestionnaires d’AMP afin de renforcer la dynamique de travail et les échanges, contribue aux politiques publiques de développement et de gestion du réseau d’AMP, participe à l’acquisition de connaissances du milieu marin, et permet à la France de tenir les engagements pris à l’international en matière de protection du milieu marin (source : aires-marines.fr).

Il existe six catégories d’aires marines protégées, qui répondent chacune à des objectifs propres tout en étant complémentaires : les parties marines des parcs nationaux, les réserves naturelles, les arrêtés préfectoraux de protection des biotopes, les sites Natura 2000, les parties du domaine public maritime confiées au Conservatoire du littoral et les parcs naturels marins. Par arrêté ministériel du 3 juin 2011, la liste des aires marines protégées créées en 2006 a été complétée par 9 nouvelles catégories. Ces nouvelles AMP relèvent autant d’une reconnaissance internationale que d’une nouvelle démarche de protection : les sites RAMSAR, les sites du patrimoine mondial de l’UNESCO et réserves de biosphère (source : http://www.unesco.org/new/fr/natural-sciences/environment/ecological-sciences/biosphere-reserves/) ; les sites au titre des conventions de Barcelone (Méditerranée), OSPAR (Atlantique Nord Est), Naïrobi (Afrique de l’Est), Carthagène (Antilles) et CCAMLR (Antarctique) ; et les sites de la réserve nationale de chasse et de faune sauvage avec partie marine du Golfe du Morbihan.

L’AAMP n’émet pas d’opposition quant à l’implantation de dispositifs à énergies marines en leur sein.

En tant que structure de préservation et de gestion de l’espace maritime, une AMP offre un cadre d’expérimentation des nouveaux usages et d’innovation technologique permettant un suivi plus accru et pointu de l’environnement. Le Parc naturel marin d’iroise a été créé le 28 septembre 2007. Situé à la pointe du Finistère sur l’espace marin compris entre l’île de Sein, Ouessant et les limites de la mer territoriale, il couvre une superficie de 3500 km². Celui-ci n’est donc à priori pas un obstacle à l’implantation d’hydroliennes en mer d’Iroise à conditions que ces dernières respectent les différentes obligations présentées dans cette partie.

 

3. Outils de gouvernance

 

• L’approche Before After Control Impact (BACI)

Dans la mesure du possible, les projets de démonstration appliquent l’approche BACI (Before After Control Impact, pré-évaluation et post-évaluation des impacts). Le but de cette méthode est d’évaluer l’état de l’environnement avant et après tout changement et de comparer les changements sur des sites de référence (ou sites de contrôle) à ceux observés dans les zones d’impact. Le programme de suivi comprend trois phases : trois ans de surveillance préliminaire, suivi durant la construction et trois ans de suivi du fonctionnement (DONG Energy, 2006).

 

La Gestion Intégrée de la Zone Côtière (GIZC)

La GIZC (Gestion Intégrée de la Zone Côtière) (2002413/CE) est une démarche de gouvernance des territoires littoraux visant un développement durable. Née des suites du Sommet de Rio (1992) et de l’Approche Agenda 21, elle est notamment recommandée par la Convention Ramsar (2002) et le Sommet de Johannesburg (2002).

L’objectif final d’une GIZC est de construire des structures et des instruments de régulation, permettant de garantir ou restaurer les équilibres entre activités humaines et ressources naturelles, afin notamment de ne pas surexploiter les ressources difficilement renouvelables, halieutiques et touristiques en particulier, dans un but général développement durable.

 

Les Parc naturels marins en France

Les parcs naturels marins, en France, sont des structures de protection de l’environnement visant la gestion intégrée des activités humaines. Ils n’ont pas pour but de ‘sanctuariser’ une zone maritime d’intérêt particulier pour la biodiversité, mais bien au contraire de concilier l’exploitation des ressources naturelles avec le maintien des fonctionnalités écologiques des milieux.

Régis par la loi n°2006-436 du 14 avril 2006 relative aux parcs nationaux, aux parcs naturels marins et aux parcs naturels régionaux ; leur fonctionnement est basé sur le principe de gouvernance. Cette dynamique importante de concertation repose sur l’implication de tous les acteurs de l’espace (les élus, les services de l’Etat, les professionnels de la mer, les associations, les usagers etc.). Rassemblés en un conseil de gestion, ils discutent et votent ensemble les mesures de gestion qui y seront appliqués.

Au sein des parcs naturels marins, certaines activités susceptibles d’altérer l’environnement, sont soumises à autorisation, soit par la procédure d’ « avis conforme » en cas d’impact notable, soit par la procédure d’ « avis simple » en cas d’impact mineur (toutes les activités de pêche).

 

 

 

Il est important de noter qu’il y a à l’heure actuelle très peu de recul vis-à-vis des impacts induits par l’implantation d’une hydrolienne et plus encore d’un parc hydrolien. En effet, en France il s’agit d’une technologie qui est encore à la phase de projet et la majorité de l’expérience en EMR provient des parcs offshores éoliens. Il est donc impérieux de construire et utiliser des machines dont l’impact respecte le cadre qui a été posé ci-dessus au travers notamment de différentes directives sans quoi l’Union Européenne peut envisager des sanctions.

 

 

2. Etude du potentiel courantologique

Travail réalisé par El Guernaoui Omar et Gallerand Marc-Antoine

Contexte théorique et hypothèses

La marée est le mouvement périodique de montée et descente du niveau de la mer. Le déplacement des masses d'eau qui en résulte constitue 'les courants de marée'.

L'attraction gravitationnelle entre la Terre et la Lune d'une part, la Terre et le Soleil d'autre part explique l'élévation du niveau de la mer en certains points du globe. Ce signal périodique se propage alors à une célérité définie.

Dans la zone d'étude, les marées lunaire (M2) et solaire (S2) ont une période semi-diurne. Ainsi en approximativement 12 heures, la surface libre en un point donné passe par deux maximas et un minimum. La différence de hauteur entre les niveaux maximum et minimum s'appelle 'marnage'. Celui-ci présente une variabilité temporelle, de période voisine de 15 jours dans notre zone d'intérêt (Figure1). Une marée 'de vive-eau' correspond à un fort marnage, une marée 'de morte-eau' correspond à un faible marnage. Le coefficient de marée (C) permet de caractériser le marnage. Typiquement, pour une marée de vive-eau moyenne, C=0.95; pour une marée de morte-eau, C=0.45.

 

Elévation de la surface libre dans le port de Brest, (source : http://www.ifremer.fr/lpo/cours/maree/spectre.html)

 

Il est important de signaler que la vitesse que l'on mesure en un point ne résulte pas uniquement des marées citées ci-dessus. Il existe en effet d'autres types de forçages, vent ou gradients de pression atmosphérique par exemple, qui pilotent une composante des courants. Cependant, ce sont les marées lunaire et solaire semi-diurnes qui contribuent majoritairement aux courants violents que l'on observe dans le passage du Fromveur. De plus, les échelles de temps mises en jeu pour la variabilité du courant, dépendent du type de forçage considéré. Si les ondes 'M2' et 'S2' ont une périodicité bien définie et se prêtent à une modélisation à l'aide d'une onde monochromatique, il n'en va pas de même pour les autres types de forçages, bien moins réguliers dans le temps et l'espace.

 

Démarche de l'étude

Le but est de modéliser les courants de marée dans le passage du Fromveur, à l'aide du logiciel Telemac 2D, qui résout les équations de Saint-Venant. Ces équations sont présentées dans la partie II.2.1. Cette approche '2D' est justifiée, car d'une part notre domaine de simulation est inclue dans le plateau continental, où l'on peut considérer que les gradients de la topographie du fond sont suffisamment faibles pour que l'on puisse négliger l'accélération verticale. D'autre part, les gradients verticaux de température et de salinité, à l'origine des circulations océaniques, sont négligés. En outre, la longueur d'onde du signal de marée (de l'ordre de 10m) étant bien plus grande que la profondeur (de l'ordre de 10m), le modèle d'onde de marée se propageant en eau peu profonde est complètement justifié.

Dans le cadre de cette étude, on considère une élévation de la surface libre uniforme à l'entrée du domaine, et qui varie sinusoïdalement dans le temps, avec une période de 13h.L' amplitude est voisine de 2.9m (marée de vive-eau). La côte du plan d'eau moyen est par ailleurs égale à 4.13m dans la région de Brest.
 

$H_{sl}=4.13+2.9*sin(\frac{2*\pi}{46800}*(t+30000)+0.6)$

 

Dans l'expression ci-dessus, le signal est translaté dans le temps, afin qu'à l'instant initial, le niveau de l'eau soit au plus bas (basse mer (BM)) en entrée du domaine.

Une fois les courants déterminés, on se restreint à la zone du passage du Fromveur. Afin de choisir un emplacement pour l'implantation d'hydroliennes, les zones où la profondeur moyenne est inférieure à 50m, mais aussi les zones protégées (recensées dans le travail du binôme 1) sont exclues. Les profils de la norme du vecteur vitesse, pour différentes sections, à différents instants du cycle de marée sont tracés.

Modélisation numérique de la zone d'étude

Création de la bathymétrie

1. Acquisition des données :

Il a tout d'abord fallu se procurer les données bathymétriques de la mer d'Iroise auprès du SHOM (Service Hydrographique et Océanographique de la Marine). Un précédent groupe d'élèves a déjà obtenu par le passé le carreau 145-84. Il a donc été nécessaire d'effectuer les démarches nécessaires pour commander la bathymétrie correspondant à la zone 145-85 afin de couvrir la totalité de la zone que l'on souhaite étudier.

 

Carreaux bathymétriques du SHOM (source : www.shom.fr)

Les données de ces carreaux bathymétriques sont dans le système de coordonnées géodésiques mondiale WGS84 (World Geodesic System 1984) donnant la latitude, la longitude et la profondeur. Les fichiers obtenus sont lourds au vu de la quantité importante de données : 583314 points pour le carreau 145-84 et 210290 pour le carreau 145-85. Il a fallu dans un premier temps définir la zone qui va être étudiée puis convertir les coordonnées dans un système lisible par le mailleur Matisse qui travaille en coordonnées cartésiennes. Il existe plusieurs sortes de repères plan pour la France. Le référentiel Lambert 93 (projection officielle pour les cartes de France Métropolitaine depuis le décret du 26 Décembre 2000) lié au système géodésique RGF93 qui est encore couramment utilisé a été choisi. Cette conversion a été effectuée en utilisant le logiciel d'information géographique ArcGis grâce à l'aide du binôme 1.

 

2. Délimitation des frontières solides :

Le contour des îles et du continent ont été dessinés sous ArcGis ce qui a permis de créer et extraire avec une très bonne précision les points littoraux. Les îles correspondent à l'archipel du Ponant. Ces derniers ont ensuite été importés sous Matisse.

Délimitation des îles et du continent sous Matisse

Seules les îles principales ont été conservées afin de faciliter la modélisation. Ces îles sont respectivement de l'ouest vers le continent : Ouessant, Molène, Triélen et Quéménès.

Visualisation des contours des îles principales sous Matisse

 

3. Traitement des données :

La surface des carreaux bathymétriques est très grande. Elle vaut 1° x 1° soit environ 111 km x 111 km au niveau des latitudes tempérées. L'intégralité de la surface de ces dalles qui peut être visualisée sur la première image de cette sous-partie n'est pas nécessaire. En effet, notre étude se focalise autour d'une zone proche de Ouessant et Molène.

Il semble donc judicieux de limiter la zone étudiée de façon à ne pas avoir à traiter un nombre trop grand de points tout en conservant une bonne précision en ce qui concerne la bathymétrie. En effet, Matisse ne peut supporter trop de données et les temps de calculs pourraient en être allongés. La surface choisie doit permettre de :

-conserver une flexibilité permettant d'augmenter ou diminuer le contour de la zone de calcul,
-être assez grande de façon à ce que les îles soient situées assez loin des frontières du domaine de calcul qui peuvent être le siège d'effets de bord. En effet, comme il va l'être expliqué dans la partie suivante "Maillage et conditions limites", forcer le modèle avec la surface libre pose généralement quelques problèmes de bord. Il est alors souvent nécessaire d'étendre le domaine de calcul par rapport à l'emprise initialement visée,
-diminuer les nombre de points bathymétriques,

Un traitement SIG (Système d'Information Géographique) a alors permis de définir et extraire rapidement les points d'une zone d'étude plus petite et plus adaptée que celle correspondant aux deux dalles juxtaposées. 

Les points au dessus du niveau de la mer (zéro bathymétrique) étant inutiles ont été supprimés. Le nombre de points est alors de 540135 ce qui est trop lourd pour Matisse et effectuer par la suite des calculs plus ou moins rapides sous Telemac. Les coordonnées en Lambert 93 étant très grandes (106 m en x et 10m en y), une translation de ces dernières a aussi été effectuée (105 m maximum en x ou en y) afin de conserver une précision de 10-3 m sous Matisse.

Importation des points bathymétriques du SHOM de la zone étudiée

Il est alors nécessaire de réduire le nombre de points d'au moins un facteur dix. Les points bathymétriques se situant dans la rade de Brest sont très nombreux et ont un intérêt mineur dans le cadre de notre étude. Le nombre de points dans une zone ayant une abscisse supérieure à 25000 (couleur orange dans l'image qui suit) a ainsi été divisé par 15 (suppression de 14 points sur 15) et par 6 partout ailleurs (couleur jaune dans l'image qui suit). Il reste alors 54015 points ce qui est tout à fait convenable.

Domaine d'étude avec une réduction du nombre de points (54015 points)

Au final, il est possible d'avoir une bonne visualisation de la bathymétrie que l'on a construis grâce au logiciel de visualisation Fudaa-Prepo (ou à Rubens via Matisse). Ce logiciel englobe toutes les tâches de pré-traitement liées à la réalisation d'une étude hydraulique numérique. Il est dédié aux systèmes de modélisation des milieux aquatiques Reflux (CETMEF), Rubar 20 (CEMAGREF) et Telemac (LNHE).
Fudaa-Prepo est développé par le Département Simulation informatique et Modélisation du CETMEF à partir de la plate forme Fudaa.

Bathymétrie de la zone de simulation visualisation sous Fudaa-Prepo

Bathymétrie autour des îles de Ouessant (en haut à gauche) et Molène (en bas à droite) visualisée sous Fudaa-Prepo

Il est tout à fait possible de mettre en évidence le Passage du Fromveur sur l'image ci-dessus ou la profondeur maximale est de 66 mètres avec 50 mètres en moyenne.

Maillage et conditions limites

La création du maillage et la définition des conditions limites constituent une étape essentielle de la simulation numérique. Le mailleur Matisse va être utilisé pour créer un fichier de géométrie représentant le maillage et un fichier de condition limite. Ces deux derniers sont disponibles dans la partie Fichiers de simulation. L'importance de cette étape réside dans le fait que Telemac va s'appuyer sur ces deux fichiers pour réaliser la simulation voulue.

 

A. Création du Maillage

a. Définition du domaine de simulation

La première étape a été de définir le contour du domaine de simulation sur lequel le maillage va s'appuyer.

Visualisation du domaine de simulation (contour noir) sous Matisse

La frontière Sud a été tracée de sorte à ce qu'elle corresponde à une ligne d'iso-marnage (égale valeur de marnage) comme l'indique la figure ci-dessous provenant d'un cours sur la marée de l'ifremer (http://www.ifremer.fr/lpo/cours/maree/ondes.html). En effet, il est plus simple d'imposer une hauteur qui est constante le long d'une frontière qu'une surface libre variant suivant la position et la numérotation des noeuds. Ceci est renforcé par une faible quantité de données numérique (sur la hauteur et les vitesses des courants à un instant t et à une position donnée en un point de la mer d'Iroise) à disposition.

 

Lignes cotidales et d'iso-marnage (source : http://www.ifremer.fr/lpo/cours/maree/ondes.html)

b. Maillage du SHOM

Le SHOM a déjà réalisé des études courantologiques dans la mer d'Iroise pour des marées de vive-eau moyenne (C=95) et de morte-eau moyenne (C=45). Les résultats de cette étude sont visualisables sur http://data.shom.fr/ onglet courant de marée pour des marées de morte-eau et de vive-eau. Ces derniers permettront notamment de comparer nos résultats et valider ainsi le modèle que l'on a mis en place.

Les paramètres généraux du modèle du SHOM sont :

 

Paramètres du SHOM pour la modélisation de courant dans la mer d'Iroise
Frottement
Pas d'assimilation de données
Pas de forçages météorologiques (vent, houle etc.)
Conditions aux limites : hauteur d'eau
Résolution temporelle :
•Pas de temps = 10s 
•Durée d'une simulation = 258300s (3 jours)
Turbulence horizontale = modèle à viscosité constante = 10-6 m2/s

 

Dans leur modélisation, le SHOM a créé un maillage dont la résolution est variable : 50 mètres sur les côtes et 10 km au large pour un total de 64385 noeuds pour 124610 éléments triangulaires. Le temps de calcul pour simuler 72 heures (trois jours) soit 6 cycles de marées sur leur machine, est de 36 heures sur deux processeurs. Ce dernier est donc très long d'autant que nous ne connaissons pas la puissance de calcul de leur machine. La figure ci-dessous présente le maillage qui a été construit.

Maillage de la simulation réalisée par le SHOM (source : http://www.shom.fr/fileadmin/SHOM/PDF/01-SHOM/Communiques/2011/JIST/Applications_systeme_modelisation_TELEMAC.pdf)

 

c. Maillage large

Un premier maillage a été effectué en mettant une taille de maille constante sur l'ensemble de notre domaine et égale à 300 mètres. La période de la marée étant de l'ordre de 12 heures cette taille de maille qui peut sembler grande au premier abord est satisfaisante. En effet, la longueur d'onde de la marée est d'environ de 1000 km et le SHOM a utilisé des éléments dont les propriétés sont similaires. Le maillage créé s'appuie sur le contour définit précédemment ainsi que sur les îles. Ce dernier comporte alors 12586 noeuds et 24986 éléments ce qui n'est pas énorme et assure un temps de calcul correct.

Zoom sur les îles du Ponant du maillage obtenu avec Matisse

 

c. Maillage raffiné

Les simulations s'avérant concluantes pour le premier maillage utilisé, il a été décidé de raffiner ce dernier. Une précision supplémentaire peut ainsi être obtenue, d'autant que la bathymétrie varie assez rapidement au niveau du passage du Fromveur. Il est en effet possible de passer de -5 mètres à -54 mètres en 850 mètres. La distance entre Ouessant et Molène étant d'environ 11 km (soit 5.94 miles). Il serait d'autre part très judicieux d'imposer une taille de maille variant avec la profondeur. Il faudrait pour cela trouver une formule permettant d'imposer cette condition. Cette étude visant à déterminer les courants aux alentours des îles de Molène et d'Ouessant, le maillage doit être suffisamment raffiné dans cette zone afin de rendre compte le mieux possible de ce processus physique. Cependant, un maillage trop lourd induira un calcul trop long, d'où la recherche d'une alternative maillage raffiné/temps de calcul, qui est un compromis général pour la plupart des études numériques. En effet, comme l'a fais remarqué Mr. Nicolas Guillou chercheur au CEREMA (Centre d'Etude et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement) ayant déjà effectué des études courantologiques, une des questions principale pour ce genre de problème est celle du temps de calcul fortement contraint par :

•La résolution spatiale visée au niveau du site d'étude,
•L'emprise de calcul finalement retenue.

 

Cette étude visant donc à mettre en évidence les courants aux alentours des îles de Molène et d'Ouessant, une maille de 130 mètres a été créée autour de ces dernières et 260 mètres partout ailleurs. Le but est de voir si cette précision supplémentaire est exploitable et donne d'avantage d'informations. Il y a au final 40976 noeuds et 80863 éléments. La vaste superficie de la zone de simulation (environ 40x30 km²) ainsi que la taille éléments (260 m pour les plus grands) ont posé au départ quelques problèmes de convergeance ainsi qu'un temps de calcul relativement long pouvant aller jusqu'à 12 heures en calcul parallèle sur quatre processeurs.

 

Visualisation du maillage raffiné autour de Molène et Ouessant sous Matisse

 

Zoom sur le passage le passage du Fromveur avec un maillage raffiné sous Matisse

 

2. Choix des conditions limites

L'imposition des conditions limites sur le domaine considéré ne fut pas une chose aisée bien que primordiale pour réaliser un modélisation pertinente. Il y a en effet trois frontières liquides, 4 îles et le bord du continent. Il n'est alors pas évident de trouver les bonnes conditions limites (vitesses et/ou hauteurs) à imposer sur les frontières liquides suivant le type de marée et le temps ainsi que leur valeur numérique associée. Il est d'autre part apparu, comme l'avait prévenu Mr. Guillou, que forcer le modèle avec la surface libre pose généralement quelques problèmes de bord et il est alors nécessaire d'étendre le domaine de calcul par rapport à l'emprise initialement visée. Ceci explique le fait qu'un grand domaine de simulation a été construit afin de rendre compte de la courantologie aux alentours des îles de Molène et d'Ouessant.

Il a été possible d'obtenir des informations relativement précises pour une marée de vives eaux moyennes (coefficient de 95) sur les valeurs des vitesses et la hauteur de la surface libre correspondant à nos frontières liquides. Ces dernières ont pu être obtenues conjointement sur le site du SHOM  (http://data.shom.fr/) et sur le forum d'assistance de Telemac (http://www.opentelemac.org/index.php/assistance/forum5/16-telemac-2d/​​). Le fichier Fortran bord.f permet de visualiser les valeurs numériques des vitesses et les hauteurs imposées sur les différentes frontières liquides. Au regard de tout ceci, les conditions limites suivantes ont finalement été imposées :

-La frontière liquide au Sud où sont imposées des vitesses et une hauteur d'eau (code 566),
-La frontière liquide Nord où sont imposées des vitesses (466),
-La frontière liquide Ouest où sont imposées des vitesses et une hauteur d'eau (566),
-Les îles et le bord du continent où une condition de glissement a été imposée (222).

Celles ci-sont récapitulées dans l'image qui suit :

Conditions aux limites. Résultat obtenu sous Matisse
 

Comme il l'a été expliqué précédemment, les vitesses à imposer sur les frontières liquides varient toutes les heures et ont été obtenues pour une marée de vive-eau moyenne dont le coefficient est égal à 95. La subroutine bord.f trouvée sur le site de Telemac (http://www.opentelemac.org/) puis modifiée par nos soins permet alors d'imposer à chaque heure d'un cycle de marée les vitesses appropriées pour les différentes frontières liquides.

Les hauteurs sont aussi imposées dans la subroutine fortran bord.f. Cette dernière fait appel au sous programme DEBIMP et aux fonction Q, SL, TR et VIT permettant d'imposer respectivement des débits, des hauteurs de surface libre, des traceurs, des vitesses au niveau d'une frontière liquide. En ce qui concerne le bord Ouest, une interpolation entre les points les plus proches de ce dernier appartenant aux frontières Sud et Nord est faite à chaque instant.

Bord Ouest pour le maillage raffiné au niveau du passage du Fromveur

 

La figure ci-dessus  présente le maillage s'appuyant sur le bord Ouest pour le maillage qui a été raffiné aux alentours des îles du Ponant. SL(K) pour $K \in [\! [517,578] \!] $ avec $K \in \mathbb{N}$ représentant la numérotation du noeud de la frontière Ouest (pour rappel Matisse commence sa numérotation en point le plus à gauche en bas et numérote dans le sens trigonométrique). La hauteur de la surface libre codée dans la subroutine bord.f est le résultat d'une interpolation entre les points extrêmes SL(1) et SL(516) donnée par la formule :

$SL(K)= \frac{SL(517)*(578-K)+SL(1)*(K-517)}{578-517}$

 

Par sécurité, il a fallu transformer la variable K définie au départ par un entier (INTEGER) en DOUBLE PRECISION. En effet, en Fortran la division d'entier ignore la partie décimale (elle effectue une troncature). Par exemple 3/4=0 au lieu de 0.75 ou encore 5/2 donne 2 au lieu de 2.5.

Une hauteur d'eau sinusoïdale dépendant du temps correspondant à une marée de 95 a été imposée au niveau de la frontière Sud qui correspond comme on l'a justifié précédemment à une ligne d'iso-marnage. La partie suivante traitant de la simulation de la marée explique précisément le choix et la construction de la sinusoïde de marée représentant la hauteur de la surface libre au niveau de la frontière Sud.
 

Simulation de la marée

La marée a été simulée en imposant une hauteur d'eau sinusoïdale dépendant du temps au niveau de la frontière Sud. En effet, cette dernière a été tracée de façon à correspondre à une ligne d'iso-marnage. Il s'agit d'une ligne qui joint les points ou le marnage de la marée prend la même valeur à chaque instant t.

Evolution de la surface libre au niveau de la frontière Sud représentant une marée de vive-eau moyenne de 95

En France, les coefficients de marée sont calculés pour le port de Brest et considérés comme identiques sur les côtes Atlantiques et de la Manche car l'onde de marée qui les atteint n'est que faiblement perturbée. Ceci constitue néanmoins une approximation. L'unité de hauteur est la valeur moyenne de l'amplitude des plus grandes marées, c'est à dire les marées de vive-eaux équinoxiales. Elle vaut 3.05 mètres à Brest. 

-Une marée de coefficient supérieur à 70 est qualifiée de marée de vives-eaux.
-Une marée de coefficient inférieur à 70 est qualifiée de marée de mortes-eaux.
-Une marée de coefficient 95 est une marée de vives eaux moyennes.
-Une marée de coefficient 45 est une marée de mortes eaux moyennes.

Connaissant le niveau moyen de la mer à Brest (4.13 mètres), il faut déterminer l'amplitude de la marée pour un coefficient donné. Cette dernière est donnée par la valeur H de la formule suivante :

 

$C=\frac{H-N_0}{U}$

Avec : 
$C$ : le coefficient de marée exprimé en centième. Celui-ci indique l'ampleur de la marée par rapport à sa valeur moyenne. Il a une valeur comprise entre 20 et 120 et 100 est associé à une amplitude maximale astronomique de la marée à Brest, calculée par le SHOM.
$H$ : la hauteur d'eau de pleine mer.
$N_0$ : niveau moyen de la mer (à Brest : 4.13 mètres).
$U$ : unité de hauteur propre à la localité (à Brest : 3.05 mètres).

Il est alors possible de calculer la valeur ($H-N_0$) correspondant à l'amplitude de la sinusoïde que l'on imposera à la frontière Sud pour modéliser la variation temporelle de la hauteur de la surface due à la marée.

La hauteur Hsl de la surface libre au niveau de la frontière Sud qui a été programmée dans la subroutine Fortran bord.f de Telemac est donc donnée pour une marée de coefficient 95 par la formule  :

 

$H_{slSUD}=4.13+2.8575*sin(\frac{2*\pi}{46800}*(t+30000)+0.6)$

 

Le niveau moyen de la mer dans cette région mesuré à Brest est de 4.13 mètres. L'amplitude de la marée pour un coefficient 95 est de 2.8975. Ainsi, la hauteur d'eau maximale correspondant à la pleine mer est de 7.23 mètres tandis que la basse mer est associée à une hauteur d'eau minimale de 1.03 mètres. Le marnage, c'est à dire la différence de hauteur d'eau entre la pleine mer et la basse mer, est donc de 6.2 mètres. La période est de 13 heures (46800 secondes) avec 6 heures de phase montante, une heure de pleine mer et 6 heure de phase descendante. La phase de la sinusoïde a été calculée de sorte à ce que l'origine des temps corresponde à un minimum, ce qui signifie que le premier cycle de marée commence par une marée montante.

Afin de simuler d'autres types de marées, il suffit de recalculer l'amplitude de la sinusoïde. Il faut alors modifier la subroutine bord.f en conséquence (en effet il y a un changement des hauteurs et des vitesses à imposer suivant la valeur du coefficient de marée). Le tableau ci-dessous récapitule les différentes amplitudes suivant le coefficient de marée pour la région considérée.

 

Amplitude de la marée au niveau de la frontière Sud suivant le coefficient de marée

Coefficient              Amplitude de la marée
45 1.37
60 1.83
70 2.135
80 2.44
90 2.745
95 2.8975
100 3.05
110 3.335
120 3.66

 

Afin d'essayer d'augmenter la précision, une hauteur d'eau a aussi été imposée au niveau de la frontière Nord. La hauteur d'eau moyenne et la phase différent de la formule utilisée pour modéliser la marée au Sud. En effet le temps de propagation que l'onde de marée met pour parcourir le domaine de simulation induit un déphasage supplémentaire. La formule (commentée dans la subroutine bord.f) modélisant la variation de hauteur de la surface libre au Nord est la suivante :

 

$H_{slNORD}=3.975 + 2.8575*sin(\frac{2*\pi}{46800}*(t+30000)+0.8$

 

Cependant, cette condition supplémentaire n'a pas améliorée la précision de la modélisation et l'a même à certains instants dégradée. Ainsi, les résultats présentés par la suite correspondent à une hauteur d'eau imposée seulement au niveau de la frontière Sud. La hauteur de la surface libre au Nord étant alors laissée libre.

Telemac et Paramètres de simulation

1. Utilisation de la chaîne TELEMAC :

Le système TELEMAC est un ensemble de logiciels de modélisation numérique pour :

-L'hydraulique à surface libre,
-La sédimentologie,
-La houle,
-La qualité des eaux,
-Les écoulements souterrains.

Il est développé par EDF-R&D. Le site internet de ce système est disponible ici http://www.opentelemac.org/.

Le logiciel Telemac 2D a été utilisé dans la modélisation. Il s'agit d'un logiciel de calcul en hydrodynamique écrit en éléments finis, qui résout les équation de Barré de Saint Venant à deux dimensions d'espace horizontales (cf partie II.2.1). Ses résultats principaux en chaque point du maillage sont : la hauteur d'eau et la vitesse moyenne sur la verticale. Telemac 2D trouve ses applications en hydraulique maritime ou fluviale, et prend en compte les phénomènes physiques suivants :

-Propagation des ondes longues avec prise en compte des effets non linéaires,
-Frottement sur le fond,
-Influence de la force de Coriolis,
-Influence de phénomènes météorologiques : pression atmosphérique et vent,
-Turbulence,
-Ecoulements torrentiels et fluviaux,
-Influence de gradients horizontaux de température ou de salinité sur la densité,
-Coordonnées cartésiennes ou sphériques pour les grands domaines,
-Zones sèches dans le domaine de calcul : bancs découvrants et plaines inondables,
-Entraînement par le courant et diffusion d'un traceur, avec des termes de création ou de disparition,
-Suivi de flotteurs et dérives lagrangiennes,
-Prise en compte des forces de traînée des structures verticales,
-Prise en compte des phénomènes de porosité,
-Prise en compte des courants de houle (par couplage avec les modules ARTEMIS et TOMAWAC).

Source : notice utilisateur Telemac 2d disponible sur le site suivant.

Il est possible de faire des raffinements locaux :

-Dans les zones présentant un intérêt particulier (notamment pour la navigation : ports et chenaux),
-Pour une modélisation fine des processus côtiers,
-Pour prendre en compte une configuration topographique particulière ou la complexité du trait de côte, au niveau des îles.

 

2. Fichier des paramètres (cas) :

Afin de présenter les paramètres de simulation un fichier cas (celui correspondant à une simulation avec le maillage raffiné) est présenté ci-dessous. Pour plus d'information sur les différentes options il est utile de se référer au manuel d'utilisateur de Telemac2d.

 

 

PROCESSEURS PARALLELES : 4 /Permet de diminuer le temps de calcul. Nécessite les fichiers mpirun.txt et mpi_telemac.conf dans le dossier où s'effectue le calcul. Ces dernier sont disponible dans la partie Fichiers de simulation dans le .zip.

/---------------------------------------------------------------------
/ ENTREES-SORTIES, FICHIERS
/---------------------------------------------------------------------

FICHIER DES RESULTATS              = 'res_raffine'  /fichier contenant les résultats
FICHIER DES CONDITIONS AUX LIMITES = 'conlimraffine' /fichier contenant les conditions limites entrées dans le mailleur Matisse
FICHIER DE GEOMETRIE           ='georaffine'  /fichier contenant le maillage
/FICHIER DU CALCUL PRECEDENT = 'res1' /si une suite de calculs est nécessaire, il faut activer cette ligne
FICHIER FORTRAN = 'bordraf.f' /appelle le fichier fortran imposant la hauteur de marée en frontière Sud, la hauteur interpolée à l'Ouest ainsi que les vitesses en fonction du temps sur chacune des frontières liquides
/FICHIER DES FRONTIERES LIQUIDES = 'conditions'

/---------------------------------------------------------------------
/ ENTREES-SORTIES, GRAPHIQUES ET LISTING
/---------------------------------------------------------------------

/SUITE DE CALCUL = OUI  /si une suite de calculs est nécessaire il faut activer cette ligne
PERIODE POUR LES SORTIES GRAPHIQUES =9 /une image sur 9 sera disponible en post simulation (ici tous les quarts d'heures)
PERIODE POUR LES SORTIES LISTING    =20 /tous les 20 pas de temps un calcul est affiché dans le shell windows
VARIABLES POUR LES SORTIES GRAPHIQUES : 'U,V,H,K,S,B'
/U=vitesse selon x, V=vitesse selon y, S=côte surface libre, B=côte du fond, H=hauteur d'eau, Q=débit, M=vitesse scalaire, T1=traceur
/VARIABLES A IMPRIMER = 'T1' /sert à afficher les valeurs prises de chaque points vis-à-vis du potentiel traceur dans le shell

/---------------------------------------------------------------------
/ EQUATIONS
/---------------------------------------------------------------------
/DIFFUSION DES TRACEURS = OUI
/NOMBRE DE TRACEURS = 1
/NOMS DES TRACEURS = T1
/COEFFICIENT DE DIFFUSION DES TRACEURS = 0.0005
MODELE DE TURBULENCE                  =1 /viscosité turbulente constante et elle est égale à la viscosité moléculaire. Ecoulement à grande échelle et donc la trubulence à petite échelle n'intervient pas. Il aurait aussi été très intéressant d'utiliser le modèle de Smargorinski (4) disponible qui est fréquemment utilisé en hydraulique maritime pour modéliser les tourbillons de grandes échelles.
COEFFICIENT DE FROTTEMENT             =50 /pour caractériser du sable moyen à fin. Simplification forte car nous n'avons pas pu accéder à la distribution statistique du type et de la taille des éléments (grains) constituant le sol. Par manque de données nous avons fixé un coefficient de Strickler constant sur l'intégralité du domaine
REGIME DE TURBULENCE POUR LES PAROIS  =1 /régime turbulent lisse
COEFFICIENT DE DIFFUSION DES VITESSES =1.E-6 /Même valeur que pour le SHOM
LOI DE FROTTEMENT SUR LE FOND         =3 /Modèle de Strickler (le SHOM a quant à lui choisi : Chezy et valeur du coefficient de frottement =60)

/Forçage Météorologique (vent)
VENT = NON /active l'option vent. 
/COEFFICIENT D'INFLUENCE DU VENT = 2.16E-6 /coefficient dépendant de la vitesse
/VITESSE DU VENT SUIVANT X = -5.7
/VITESSE DU VENT SUIVANT Y = -15.7
/PROFONDEUR LIMITE POUR LE VENT = 2.0

/---------------------------------------------------------------------
/ EQUATIONS, CONDITIONS INITIALES
/---------------------------------------------------------------------

CONDITIONS INITIALES ='COTE CONSTANTE' /condition initiale cote de 4.2 mètres sur l'ensemble du domaine = niveau moyen de la mer dans cette région
COTE INITIALE        = 0 /la cote moyenne du niveau de la mer dans cette région (4.2 mètres) est imposée dans bord.f 
/VALEURS INITIALES DES TRACEURS = 1. /Si traceur
/VALEURS IMPOSEES DES TRACEURS = 0.;0. /on laisse évoluer ensuite librement le traceur dans le domaine.

/---------------------------------------------------------------------
/ EQUATIONS, CONDITIONS LIMITES
/---------------------------------------------------------------------

/OPTION POUR LES FRONTIERES LIQUIDES =1;1
/DEBITS IMPOSES                      =0.;0. /activer si vitesse imposée (code : u=5 et v=5) a été coché dans Matisse. 0. signifie qu'on laisse évoluer librement le débit .
PROFILS DE VITESSE                  = 5;5 /profil quelconque
VITESSES IMPOSEES = 0.;0.;0. /3 frontières liquides dont les vitesses sont imposées dans bord.f si vitesse imposée dans les conditions limites. Option à activer si débit imposé (code : u=6 et v=6) a été coché dans Matisse. 0. signifie que l'on laisse évoluer libre la vitesse si elle n'est pas fixée dans bord.f.
COTES IMPOSEES    = 0.;0.;0. /3 frontières liquides dont les cotes sont imposées (ouest et sud) ou libre  (nord) dans bord.f si hauteur imposée en condition limite. 0. signifie que l'on laisse évoluer libre la hauteur de la surface libre si cette dernière n'est pas imposée dans bord.f.

/---------------------------------------------------------------------
/ PARAMETRES NUMERIQUES
/---------------------------------------------------------------------

REMISE A ZERO DU TEMPS =NON
BANCS DECOUVRANTS      =NON /si domaine de calcul présente des zones sèches (pas le cas à priori dans notre étude)
PAS DE TEMPS           =0.8 /pour assurer la convergence pour la durée de calcul fixée ci-dessous
DUREE DU CALCUL        = 93600 /deux cycles de marée (26 heures)

/---------------------------------------------------------------------
/ PARAMETRES NUMERIQUES, SOLVEUR
/---------------------------------------------------------------------

OPTION DU SOLVEUR    =3
SOLVEUR              =3 /volume finis
PRECISION DU SOLVEUR =1.E-4 /par défaut

/---------------------------------------------------------------------
/ PARAMETRES NUMERIQUES, VITESSE-CELERITE-HAUTEUR
/---------------------------------------------------------------------

MASS-LUMPING SUR LA VITESSE   =1
IMPLICITATION POUR LA HAUTEUR =0.55
MASS-LUMPING SUR H            =1
IMPLICITATION POUR LA VITESSE =0.55

Analyse des résultats

Sur la figure ci-dessous, l'amplitude du champ de vitesses est représentée à un instant donné. Il est possible de constater que les modules les plus élevés des vecteurs vitesses sur le domaine de simulation se situent au niveau du passage du Fromveur entre les îles de Ouessant et de Molène.

 

Champ de vitesse dans l'ensemble du domaine de simulation à un instant où les courants dans le passage du Fromveur sont forts 

En effectuant un zoom dans le passage du Fromveur, et en modifiant l'échelle pour une meilleure visualisation, on arrive a mieux délimiter notre zone potentielle d'implantation. Les vitesses locales peuvent atteindre les 4 m/s.

 

Zoom sur le passage du Fromveur

L'animation suivante représente l'évolution des courants dans le passage du Fromveur, pendant une période, soit 13h. L'instant initial correspond à une pleine mer (PM).

 

Animation du champs de vecteurs vitesses simulé avec Telemac 2D au niveau du passage du Fromveur pour deux cycles de marées (26 heures)

 

Les seules données de courants disponibles pour la validation des résultats, sont celles du SHOM. Ces données sont les résultats de simulations numériques; elles sont disponibles à l'adresse suivante: http://data.shom.fr/ onglet courants de marée. On constate que la norme de la vitesse obtenue, ainsi que les variations spatiales et temporelles de la direction des courants correspondent globalement aux données du SHOM. L'image qui suit donne un exemple d'un ordre de grandeur des courant au niveau du passage du Fromveur pour une marée de vive-eau 3h avant la plein mer (PM). Le module des courants (de 1 m/s à plus de 2 m/s) ainsi que leur direction sont similaires aux résultats de nos simulations.

 

Résultats obtenus par le SHOM pour une marée de vive eau (C>70 lors d'une sysygie) (source :  http://data.shom.fr/)

 

A l'aide de l'allure des courants obtenus ci-dessus, les contraintes bathymétriques (profondeur supérieure à 40m), et des résultats du binôme(1) sur les zones protégées, la zone d'étude d'étude est restreinte comme suit (figure ci-dessous):

Délimitation de la zone d'étude par le contour noir

 

Dans cette nouvelle zone restreinte, la variabilité temporelle de la vitesse est étudiée dans trois sections. On représente d'abord les profils de bathymétrie dans ces trois sections (sud (section 0), milieu (section 1), et nord (section 2)).

Profils d bathymétrie

 

D'après la figure ci-dessus, la bathymétrie de la section 2 est propice à l'implantation car le fond est plat sur près de 600 m, et les gradients de la côte du fond y sont très faibles: de l'ordre de 6 m pour 1000. Pour la section 0,  ces gradients sont toujours très faibles. C'est pour la section 1 que les gradients sont les plus élevés, jusqu'à 1m pour 100. Comme les hydroliennes sont très pesantes, on peut malgré tout envisager de les implanter sur un fond faiblement incliné.

Sur les deux figures qui suivent,les évolutions de la surface libre et de la vitesse sont représentées pendant une période, dans la section 2.

Évolution temporelle de la surface libre dans la section2

 

Évolution temporelle de la vitesse dans la section2

 

A l'instant initial, la marée est au plus haut, cela correspond à une vitesse minimale (nulle en théorie). Ensuite le niveau de l'eau commence à descendre (on suit les courbes en trait pleins sur la figure) / la vitesse augmente d'abord pendant 6 heures, puis diminue de nouveau pour atteindre un minimum lorsque la mer est au plus bas, 8 heures après la pleine mer. Pendant toute cette durée, la direction du courant est restée inchangée. Lorsque la mer commence à monter, le courant tourne de 180°. Ce changement de direction impose une annulation de la vitesse qui n'est pas visible sur la figure (on peut tout de même penser que la vitesse s'annule entre 8h et 10h) . Quand le courant change de direction, il reprend le cycle que l'on a décrit lorsque la mer descend. En conclusion, à une période de montée et descente des eaux, correspondent deux périodes pour les courants, mais dans des directions opposées. En outre, la durée où le niveau d'eau baisse (≈8h) est plus longue que celle où le niveau d'eau monte (≈5h).

Sur les figures qui suivent, les profils de vitesses dans les sections 0 et 1 sont représentés.

Évolution temporelle de la vitesse dans la section 0

 

Évolution temporelle de la vitesse dans la section 1

 

Dans la section 0, en comparant avec la section 2, on constate que les vitesses varient fortement le long de la section. Cela peut être dû au fait que l'on considère un domaine plus étendu dans la section 0. Aussi, si l'on se restreint dans cette section à un domaine compris entre les abscisses 600 et 2000 m, on retrouve des profils de vitesses à peu près constants.

D'ailleurs, les profils de vitesses variant peu dans les sections 1 et 2, ils peuvent être approximés par une valeur moyenne à chaque instant (nous ne nous intéressons plus à la section 0, où la vitesse est plus faible que dans les autres sections). On calcule des moyennes temporelles pendant une période, afin de pouvoir caractériser globalement, chacune des sections 1 et 2. On trouve 1.6 m/s et 2 m/s respectivement pour les sections 2 et 1 ce qui correspond aux courants moyen calculés par le SHOM. Aussi, l'allure des courbes sur les figures indique que la disparité temporelle des vitesses autour de la moyenne est comparable dans les deux sections. Ce critère de vitesse de 'vitesse moyenne' est très discutable, il peut permet juste d'avoir une idée globale sur l'intensité des courants, en moyenne sur une période. Cependant, une étude des valeurs maximales des vitesses peut aussi être pertinente.

Les résultats décris ci-dessus ont été obtenus avec le maillage grossier (taille de maille égale à 300 m).  Des simulations avec un maillage plus fin sont réalisées. Les temps de calcul étaient très grands (jusqu'à 13 heures avec 4 processeurs en parallèle), et la qualité des résultats obtenus ne justifient pas l'utilisation de telles capacités de calcul. La figure qui suit présente une illustration du champ de la norme des vitesses à un instant donné avec le maillage fin.

Champ de vitesses obtenu à un instant quelconque avec le maillage fin

 

Champ de vitesses obtenus avec un maillage fin au niveau du passage du Fromveur

 

Conclusions et perspectives

Dans cette étude, on a fait le choix d'étudier les courants résultants d'un signal sinusoïdal de surface libre, imposé en entrée du domaine. Ayant peu d'informations sur les valeurs de vitesses et de hauteurs de surfaces libres, l'entrée du domaine a été définie, de telle sorte que celle-ci coïncide avec une ligne d'iso-marnage (amplitude de la surface libre homogène en entrée), et une ligne cotidale (tous les points de l'entrée sont alors en phase). Cet ajustement est cependant peu précis. Le signal en entrée a une période de 13h.

Les résultats obtenus sont très proches de ceux calculés par le SHOM. En effet, une vitesse moyenne entre 1.5 m/s et 2 m/s dans le passage du Fromveur a été trouvée à l'issu des simulations pour un coefficient de 95. Cette valeur rejoint les 2 m/s calculés par le SHOM. La vitesse maximale obtenue est quant à elle d'environ 4.5 m/s pour une marée de vive-eau moyenne (95) ce qui est aussi similaire aux résultats du SHOM (9 noeuds soit 4.63 m/s)..

En tenant compte des contraintes environnementales du site, deux zones possibles d'implantation sont proposées : un premier site autour de la section 1 (première figure de la page précédente) et un autre autour de la section 2.

Dans les deux cas, on a constaté que les profils de vitesses dans les sections définies, sont quasi constants, et peuvent donc être approximés par des valeurs moyennes spatiales. C'est dans la section 1 que les vitesses sont les plus fortes (2 m/s en moyenne sur une période, contre 1.6m/s dans la section 2). Toutefois, les gradients de la cote du fond sont plus grands dans la zone de la section 1, et cela peut gêner la fixation des hydroliennes.

On a réalisé des simulations pour avoir une idée des courants en 'morte-eau' (C=0.45). Ne connaissant pas les valeurs des vitesses à imposer aux limites, on a utilisé les conditions à la limite pour 'vive-eau'. Les résultats obtenus permettent donc juste de se faire une idée de l'allure des vitesses. Les profils de vitesses pour une marée en 'morte-eau' dans la section 2 sont tracés (figure ci-dessous).

 

Évolution temporelle de la vitesse dans la section 2, en morte-eau

 

Évolution temporelle de la vitesse en vive-eau dans la section 2

 

En comparant avec les profils d'une marée 'vive-eau', on constate que l'allure des profils reste inchangée. Il semblerait que les profils en 'vive-eau' sont translatés vers le bas. Ainsi, en morte-eau la vitesse est plus faible, mais ses variations temporelles sont presque inchangées (du moins dans la section où on s'est placé). 

EDF a développé la subroutine  TIDAL_MODEL_T2D destinée à modéliser les marées dans la Manche et le Proche Atlantique. La découverte tardive de cette dernière ainsi qu'un temps trop court pour comprendre entièrement le code puis le modifier pour l'adapter à notre situation n'a pas permis l'exploitation de cette ressource. Il aurait été intéressant de comparer les résultats obtenus par la méthode présentée précédemment et celle utilisant cette subroutine spécialement développé pour simuler les marées et donc les courants qui y sont associés. La méthodologie pour faire fonctionner cette dernière est néanmoins disponible sur cette page web.

Fichiers de simulation

Vous trouverez dans cette partie des .zip à télécharger. Ils vous permettront de faire tourner nos simulations à l'aide de la version V6P2 du logiciel Telemac 2D.

 

-Le dossier matisse_raffine.MAT.zip vous permet de travailler sur la bathymétrie que nous avons créé à l'aide du logiciel MATISSE.

-Les fichiers contenus dans : simulation_mailleraffinee.zip permettent de faire tourner des simulations à l'aide du logiciel Telemac 2d pour visualiser notamment la courantologie dans la mer d'Iroise. Deux fichiers permettant de lancer les calculs en parallèle sont aussi disponibles.
Ces résultats et le paramétrage de ces fichiers sont le fruit d'un travail universitaire et ne font donc l'objet d'aucune garantie.

 

 

 

3. Cartographie du site

Travail réalisé par Clara DIDIER et Yoan RICHARD

 

​Cette cartographie a pour but de déterminer le site sur lequel seront implantées les hydroliennes. Pour cela, nous avons évalué les différents paramètres à prendre en compte. ceux-ci nous ont permis de déterminer la zone la plus propice à la mise en place d'hydroliennes tout en vérifiant qu'il ait le minimum de contraintes réglementaires. 

 

Paramètres

Plusieurs paramètres à prendre en compte pour la mise en place d'hydroliennes et donc pour le choix du site d'implantation :

 

1. Paramètres géophysiques

​​a. Bathymétrie

​​L’hydrolienne doit se trouver dans la demi-tranche inférieure d’eau pour avoir un chargement hydraulique suffisant. La tranche d’eau doit donc faire au moins 17 m, donc la hauteur minimale d'eau nécessaire pour une bonne efficacité des hydroliennes est de 30 m (J.C. ALLO). Une hauteur d'eau supérieure est cependant utile pour envisager des hydroliennes plus grandes.

Les hydroliennes peuvent être installée si la profondeur est inférieure à 20/25 m (DREAL Basse-Normandie, 2012) car il nécessaire de prévoir un tirant d'eau suffisant pour éviter l'influence de la houle et pour laisser un passage pour les bateaux..

 

b. Nature et structure des fonds marins

La nature des fonds (sédimentologie) marins influence peu le choix du site. La seule nécessité est le choix d'un site avec une surface stable pour pouvoir poser les hydroliennes.

L'idéal est d'éviter un relief important au niveau du site d’implantation et de privilégier les zones à faibles pentes pour faciliter la fixation des hydroliennes.

 

Les cartes ont été obtenues auprès du SHOM et de l'IFREMER - Sextant.

 

2. Activités et usages humains

Ces activités sont à prendre en compte car la mise en place d'hydroliennes peut être une gêne et donc entraîner des conflits d'usage et parfois même la remise en question de projets.

a. Navigation

Le Groupe de Travail des Energies Marines Renouvelables cite dans leur rapport (GT EMR, 2013) que "concernant la sécurité maritime, le trafic est modéré mais le passage du Fromveur est  notamment fréquenté par des ferries. C’est pourquoi, les technologies retenues devront  garantir le maintien d’un brassiage (hauteur d’eau au-dessus des machines) suffisant pour  permettre le trafic en toute condition de mer."

Cependant, les conditions retenues pour la bathymétrie limitent les problèmes liés à l'implantation d'hydroliennes pour la navigation. En effet, la hauteur d'eau nécessaire (30 m) permet une hauteur d'eau de 18 m au dessus des machines ce qui est largement suffisant pour le passage des bateaux (cargo, ferries,...). 

 

b. Pêche

Il y a peu ou pas de pêche, en particulier au niveau du passage du Fromveur en raison des forts courants (GT EMR, 2013). De plus, le pêche se fait à la ligne ou au filet, la hauteur d'eau est donc suffisante (cf point sur la navigation).

 

c. Tourisme et activités militaires

Ces deux types d'activités étant très limités, ils ne seront pas pris en compte pour choisir le site exact.

 

Ces différents paramètres ne limiteront donc pas le choix du site d'implantation.

 

3. Zones remarquables​ 

Les îles d'Ouessant et Molène, ainsi que la mer d'Iroise dans laquelle elles sont situées, bénéficient de nombreux dispositifs de protection réglementaire afin de préserver leur riche patrimoine naturel. Les principaux types de protections sont les suivants :

  • Parc Naturel Marin d'Iroise (PNMI)
  • ZNIEFF 2
  • Natura 2000
  • Réserve de Biosphère

 

Aucune de ces zones n'empêchent donc la mise en place d'hydroliennes mais elles nécessitent des précautions et des suivis. Il n'y a pas d’interdiction d’implantation mais les réglementations sont plus contraignantes donc l'idéal est de choisir un site avec le minimum de contraintes.

Mais une grande partie de la zone est en site classé où l'implantation d'hydroliennes est impossible et le câblage doit être enfoui. Cependant, une partie du passage du Fromveur n'en fait pas partie, ce qui laisse la possibilité de mise en place d'hydroliennes dans cette zone qu'il faudra identifier.

(Notre contact au Parc Naturel Marin d'Iroise, Philippe Le Niliot, nous a apporté de nombreuses informations concernant la protection réglementaire au niveau des zones remarquables.)

 

4. La ressource énergétique 

La vitesse des courants doit être supérieure à 1.5 m/s (CDE, 2013 ; DREAL BAsse-Normandie, 2012) pour assurer un fonctionnement des hydroliennes. La ressource énergétique, c'est à dire la vitesse des courants marins, a été quantifiée et modélisée par le binôme 2 dans la partie "Etude du potentiel courantologique". Le binôme nous a fourni ces données afin que nous puissions les utiliser dans la cartographie.

 

5. Distance et passage du raccordement

Le raccordement peut se faire au continent ou à l'île d'Ouessant. La longueur du câble, c'est à dire la distance à la côte, doit être minimale afin de limiter les pertes d'électricité, les coûts et les gênes dues à la mise en place du câble, tout en ayant un site avec une hauteur d'eau suffisante. Ce critère ne devrait cependant pas être limitateur puisque le passage du Fromveur se situe à proximité de l'île d'Ouessant.

Le choix du tracé du câble est également important pour des raisons techniques et environnementales. Dans les zones protégées, un enfouissement est nécessaire. Cependant, ce n'est pas un critère déterminant pour le choix du site d'implantation des hydroliennes. de plus, ce n'est pas l'objectif de notre projet même si la problématique du raccordement serait à prendre en compte pour la mise en oeuvre d'un projet d'implantation d'hydroliennes.

 

6. Surface nécessaire

La surface de la zone dépend du nombre de machines à implanter, qui est défini par le trinôme. Pour la calculer, la surface d'une hydroliennes et les distances entre les machines sont nécessaires. Ces données nous ont été fournies par M. Allo. Les longueurs caractéristiques de l'hydrolienne de Sabella sont les suivantes : Largeur : 15 m et profondeur : 20 m.

Les distances à respecter entre les machines sont les suivantes :

- En largeur : 2 à 3 fois le diamètre du rotor qui fait 10 m pour l'hydrolienne D10 de Sabella, donc la distance nécessaire est de 20 à 30 m.

- En profondeur : 10 fois le diamètre du rotor soit 100 m.

Les résultats du trinôme ont montré que l'agencement optimum pour répondre aux besoins de l'île est un quinconce comprenant quatre hydroliennes, dont la surface est comprise en 2000 et 3000 m².

 

 

 

Les paramètres les plus importants à prendre en compte sont la bathymétrie et la vitesse des courants puisque ce sont eux qui conditionnent le fonctionnement et la productivité des hydroliennes. Les paramètres liés aux usages et activités et aux zones remarquables ne limitent pas le choix du site puisque la mise en place d'hydroliennes ne posent pas de réels problèmes dans ce cadre.

Identification des zones propices

 

Le choix de la zone d'étude s'est porté sur les îles du Ponant, et plus particulièrement le passage du Fromveur, pour plusieurs raisons : le fort potentiel hydrolien sur les côtes du Finistère et le problème énergétique des îles. Nous allons donc cartographier cette zone avec les différents paramètres retenus afin de trouver le site d'implantation le plus propice aux hydroliennes. Pour cela nous avons utilisé le logiciel d'informations géographiques ArcGIS, développé par la société ESRI, et nous avons sollicité l'aide de M. Sheeren.

 

1. La nature des fonds

Dans un premier temps, nous avons analysé la carte des peuplements benthiques de la mer d'Iroise que nous avons trouvé sur le site des services géographiques du Sextant (IFREMER). Sur cette carte, nous avons observé que la majorité des fonds de la zone du Fromveur est constitué de roches dures. Ce paramètre n'a donc pas d'influence sur le choix du site bien qu'il faudra le prendre en compte pour la fixation des machines.


Carte de la nature des fonds marins

 

2. La bathymétrie

Nous avons ensuite analysé et travaillé sur les données bathymétriques. Pour cela, nous avons récupérer les deux dalles bathymétriques du SHOM qui concernent notre zone d'étude (n° 145-84 pour la zone de Molène et n° 145-85 pour la zone d'Ouessant). Après importation, projection en système de coordonnées Lambert 1993, découpage selon la zone d'étude et fusion des deux dalles, nous avons obtenus un semis de points sur la zone sélectionnée.

Ces points (sous format vecteur) sont associés à une table attributaire contenant leurs coordonnées et leur bathymétrie. Afin d'obtenir la bathymétrie en tout point de la zone d'étude, une interpolation a été faite à partir de cette table attributaire. Une pondération par l'inverse de la distance a ainsi permis d'obtenir une carte permettant de visualiser la bathymétrie, en format raster, avec des mailles de 100 m.


Carte de la bathymétrie

Afin de mettre en évidence les bathymétries les plus favorables à la mise en place d'hydroliennes, un reclassement a été effectué afin d'affecter à chaque classe bathymétrique une note.

  • Pour les profondeurs allant de 40 à 60 m, la note de 10 a été attribuée puisqu'il s'agit des profondeurs permettant la meilleure efficacité des machines.
  • Pour les profondeurs allant de 30 à 40 m, la note de 5 a été attribuée car il est possible d'y implanter des hydroliennes mais l'efficacité est légèrement diminuée et il ne sera pas possible d'y mettre des turbines plus grande. Pour les profondeurs entre 60 et 70 m, une note de 5 a également été attribuée car l'efficacité est bonne mais l'installation et la maintenance des machines est plus compliquée.
  • Enfin, pour les profondeurs inférieures à 20 m et supérieures à 70 m, la note est de 0 puisque l'installation des machines n'est pas possible.

 

3. La pente

Une carte des pentes a ensuite été créée à partir de la carte des bathymétries interpolées. 


Carte de la répartition des pentes

Afin de d'éviter les pentes trop élevées pour la fixation des machines, un reclassement a aussi été effectué, comme suit :

Pente Note attribuée
0 à 4 % 10
4 à 10 % 5
Plus de 10 % 0

 

4. La vitesse des courants

Enfin, afin d'évaluer la ressource énergétique, nous avons récupéré les données courantologiques fournies par le binôme 2 sous forme d'un semis de points. Une table attributaire associée à ces points contient pour chaque point la vitesse du courant toutes les heures sur une durée de 12h. Nous avons ainsi pu calculer sur ArcGis la vitesse maximale des courants en chaque point puis nous avons interpolé ces données par pondération de l'inverse de la distance pour obtenir une carte des vitesses maximales. 


Cartes de la répartition des vitesses des courants

Afin de sélectionner les zones avec les vitesses de courant les plus élevées et pour donner plus de poids à ces vitesses, nous les avons reclassé avec la notation suivante :

Vitesse des courants Note attribuée
Plus de 3 m/s 10
De 2,5 à 3 m/s 8
De 2 à 2,5 m/s 5
De 1,5 à 2 m/s 3
Moins de 1,5 m/s 0

Les hydroliennes ne fonctionnant pas pour des vitesses inférieures à 1,5 m/s, la note de 0 leur a été attribuée.


Carte de la notation de la vitesse

 

5. Combinaison des paramètres

Afin d'obtenir le(s) site(s) les plus favorables à l'implantation d'hydroliennes, il faut prendre en compte tous ces paramètres et donc faire une combinaison. Pour combiner les notes obtenues après reclassement en donnant des poids différents à chaque paramètre afin d'obtenir une note finale pour chaque pixel de la zone d'étude, l'outil "calculatrice raster" d'ArcGis a été utilisé avec la formule suivante qui s'applique en chaque point de la carte :

Note = (Note de bathymétrie x 0.40 + Note de vitesse de courants x 0.40 + Note de pentes x 0.20).

En effet, la profondeur d'installation et la ressource courantologique nous ont paru être les paramètres les plus importants. Nous avons également pris en compte la pente mais dans une moindre mesure. La carte obtenue a permis l'identification de les zone les plus propices où se situent les notes finales les plus élevées en bleu).


Carte de la répartition des notes dans la zone

Dans le cadre de notre étude, nous avons décidé de nous concentrer sur les zones ayant une note supérieure à 9 pour avoir des conditions les plus optimales possibles. Cela inclut les vitesses ayant une note supérieure ou égale à 8, une pente ayant une note de 5 (dans le cas où toutes les autres notes sont de 10) ou 10 et une bathymétrie avec une note de 10.

Concrètement, cela signifie que la zone propice choisie incluera :

  • Des pentes entre 0 et 4%
  • Une vitesse maximale moyenne de plus de 2,5 m/s.
  • Une bathymétrie oscillant entre 40 et 60 m.

Ces zones sont identifiées sur la carte ci-dessous.


Carte mettant en évidence les zones les plus propices (en bleu)

Cette carte met en évidence trois zones propices, en terme de paramètres géophysiques et de ressource énergétique, à la mise en place d'hydroliennes. Cependant, les deux sites se situant au nord de l'île d'Ouessant ne seront pas choisies car elles se situent au niveau de zones où les activités humaines sont importantes (pêche et navigation). De plus, ces zones ne sont pas favorables pour raccorder l'île de Molène. La zone la plus propice selon tous les paramètres étudiés est donc celle située dans le passage du Fromveur, au sud est d'Ouessant.

 

Cette analyse nous a montré qu'il y a une zone très propice à l'installation des hydroliennes, en raison de sa profondeur et des vitesses de courants. Ce site est relativement proche de l'île d'Ouessant, c'est pourquoi nous n'avons pas pris en compte le paramètre de distance de raccordement. Afin de s'assurer qu'il n'y ait pas d'interdiction à l'implantation d'hydroliennes sur ce site, nous allons comparer le site trouvé avec les zones ayant le minimum de contraintes réglementaires. 

 

 

 

 

Identification des zones à fortes contraintes réglementaires

Nous nous sommes basés sur des cartes déjà existantes et des cartes que nous avons composées sur le logiciel ArcGIS afin d'avoir une idée globale des zones sur lesquelles nous n'aurions pas le droit d'installer d'hydroliennes, ou tout du moins il est fortement déconseillé de le faire, car soumises à de fortes contraintes réglementaires.

 

1. Les zones restrictives

Les zones que nous allons présenter ici présentes des aspects réglementaires assez restrictifs mais n'empêchent pas la mise en place de structures telles que les hydroliennes.

ZNIEFF et ZICO présentes sur la zone étudiée
(DREAL Bretagne, 2013)

Les ZNIEFF sont les Zones Naturelles d'Intérêt Ecologique Faunistique et Floristique. Leur objectif est d'identifier et de décrire des secteurs présentant de fortes capacités biologiques et un bon état de conservation.
Celles de type 1 représentent les secteurs de grand intérêt biologique ou écologique, tandis que celles de type 2 sont les grands ensembles naturels riches et peu modifiés, offrant des potentialités biologiques importantes. (INPN, l'inventaire ZNIEFF, 2013)

L'inventaire ZNIEFF constitue une base de connaissances permanente des espaces naturels aux caractéristiques écologiques remarquables. La présence d'une telle zone dans une commune atteste la qualité environnementale du territoire étudié. (Ministère de l'écologie, 2014)

La présence d'une ZNIEFF n'a toutefois pas de portée réglementaire directe mais indique seulement la richesse et la qualité des milieux naturels. Cependant, tout acte d'urbanisme doit prendre en compte ces zones, celles-ci étant en plus susceptibles de contenir des espèces protégées en leur sein, sous peine de se voir annuler.

On remarque cependant sur cette carte que les ZNIEFF présentes ne recouvrent que partiellement le passage du Fromveur, ce qui facilite l'étude réglementaire.

Les ZICO sont les Zones d'Importance pour la Conservation des Oiseaux. La directive européenne n°79-409 du 6 avril 1979 relative à la conservation des oiseaux sauvages s’applique à tous les états membres de l’union européenne et explique entre autres qu'il faut prendre « toutes les mesures nécessaires pour préserver, maintenir ou rétablir une diversité et une superficie suffisante d’habitats pour toutes les espèces d’oiseaux vivant naturellement à l’état sauvage sur le territoire européen ».

Ces zones sont à prendre en compte dans une moindre mesure, sachant que les hydroliennes sont situées à 50m de profondeur et que seulement quelques espèces d'oiseaux sont capables de plonger aussi profondément. La portée juridique de ces dernières est relativement similaire à celle des ZNIEFF.

Parcs et réserves naturelles & zone Natura 2000
(DREAL Bretagne, 2013)

La zone étudiée est entièrement incluse dans le parc naturel marin d'Iroise. Ce dernier n'impose pas de réglementation particulière, étant donné qu'il est, parmi d'autres organismes, totalement favorable à l'implantation d'hydroliennes dans le passage du Fromveur, tant que les autres réglementations sont respectées.

Tout d'abord, le réseau Natura 2000, dont la zone au niveau du Finistère se recoupe avec celle du PNM d'Iroise, comprend deux types de zones :

  • Les ZPS (Zones de Protection Spéciale), qui visent principalement la conservation des espèces d'oiseaux sauvages figurant à l'annexe I de la Directive Oiseaux.
  • Les ZSC (Zones Spéciales de Conservation), qui ciblent surtout la conservation des types d'habitats et des espèces animales et végétales figurant aux annexes I et II de la Directive Habitats.

Le passage du Fromveur inclut ces deux zones et il sera nécessaire de passer en revue les espèces et habitats présents dans la zone et des contraintes imposées, ce que nous ferons dans l'étude d'impact.

Les réserves de chasse maritime ont été définies dans le Journal Officiel de la République Française, selon l'arrêté du 14 Février 1977. Ainsi, l'article 6 de ce JO concernant la chasse en mer définit que la chasse maritime est interdite en tous temps dans ces réserves.
L'objectif de ces dernières est similaire à celui du réseau Natura 2000: protéger les différentes espèces menacées de la faune sauvage, favoriser la mise au point d'outils de gestion des espèces, contribuer au développement durable des territoires et développer la biodiversité.

 

2. Les zones prohibitives

Sites classés au niveau du passage du Fromveur
(DREAL Bretagne, 2013)

"Les sites et monuments naturels de caractère historique, artistique, scientifique, légendaire ou pittoresque susceptibles d’être protégés au titre de la loi du 2 mai 1930 sont des espaces ou des formations naturelles dont la qualité appelle, au nom de l’intérêt général, la conservation en l’état (entretien, restauration, mise en valeur... ) et la préservation de toutes atteintes graves (destruction, altération, banalisation...).

A compter de la notification au préfet de texte (décret ou arrêté) prononçant le classement ou l’inscription d’un site ou d’un monument naturel, tous travaux susceptibles de modifier l’aspect ou l’état d’un site sont soumis au contrôle du ministre chargé des sites ou du préfet du département." - Articles L341-1 à 22 du Code de l'Environnement

Selon deux décrets du 22 Novembre 1977 et du 8 Août 1979 (Ministère de l'Ecologie, 2014), l'ensemble formé par l'archipel de Molène sur les communes de Molène et du Conquet ainsi que le domaine maritime correspondant et l'ensemble formé par le littoral de l'île d'Ouessant sur la commune d'Ouessant ainsi que le domaine maritime correspondant sont inclus dans le fichier national des sites classés pour leur caractère pittoresque.

En site classé, toute modification de l'état ou de l'aspect du site est soumise à autorisation spéciale (article L341-10 du Code de l'Environnement) délivrée soit par le ministre chargé des sites après avis de la CDNPS (Commission Départementale de la Nature, des Paysages et des Sites) voire de la Commission supérieure, soit par le préfet du département qui peut saisir la CDNPS mais doit recueillir l’avis de l’Architecte des bâtiments de France (Ministère de l'écologie, 2013).

Nous avons donc décidé de se limiter à la zone du Fromveur n'étant pas située dans les sites classés pour nos calculs cartographiques, afin d'éviter tout problème réglementaire.

 

Conclusion : zone retenue

Conclusion : validation de la zone retenue

 

Afin de vérifier si la zone propice trouvée ne se situe pas dans dans une zone prohibitive (en site classé), nous avons superposé la zone propice (en blanc) et les zones en site classé (en hachuré). Cela permet d'obtenir la zone où il est possible d'installer les hydroliennes en fonction des contraintes réglementaires. 


Carte de localisation des sites classés et de la zone propice

La carte obtenue montre qu'une partie de la zone propice à l'implantation d'hydroliennes est en site classé. Le site définitif d'implantation est donc dans la zone propice qui se situe en dehors de cette contrainte. La zone retenue (en jaune) pour l'implantation est définie dans la carte suivante.


Carte de localisation de la zone retenue pour l'implantation des hydroliennes

 

La surface nécessaire pour implanter les hydroliennes a été définie par le trinôme dans la partie agencement des machines. L'agencement nécessite une surface rectangulaire de 300 m² maximum. La zone retenue a une surface de 1,37 km² ce qui est largement suffisant pour installer les hydroliennes de notre projet. Cette zone pourrait ainsi également être utilisée à plus grande échelle, en implantant un grand nombre d'hydroliennes afin de revendre l'électricité.

 

Le Groupe de Travail des Energies Marines Renouvelables (GT EMR) a défini une zone propice au développement des hydroliennes dans le passage du Fromveur, suite à la demande de la ministre de l'écologie Delphine Batho en février 2013. Cette zone a été choisie avec la collaboration des industriels et le Parc Naturel Marin d'Iroise (PNMI). Elle présente, selon le PNMI, des enjeux environnementaux modérés et répond aux conditions d'implantation d'hydroliennes. Cependant, le GT EMR n'a pas communiqué les paramètres précis qui ont été pris en compte. Cette zone serait donc celle retenue si le projet du démonstrateur de Sabella aboutissait sur la mise en place d'une ferme pilote hydrolienne expérimentale.

Afin de valider notre travail, nous avons donc décidé de comparer la zone que nous avons retenu suite à notre cartographie avec la zone retenue par le GT EMR qui est présentée sur la carte suivante.

Localisation de la zone propice retenue pour une ferme pilote par le GT EMR
(MERIFIC, 2013) 

 

La comparaison entre ces deux zones montre une très bonne correspondance avec la zone que nous avons défini. Elle valide ainsi la choix de la zone d'implantation des hydroliennes pour notre projet. Cependant, le site choisi par le GT EMR est en partie en site classé. Cela confirme la possibilité d'implanter des hydroliennes en faisant en demandant des autorisation au préfet du département ou au ministre chargé des sites. Nous n'avons pas retenu cette possibilité afin de limiter les impacts sur les sites classés et de faciliter l'obtention de l'autorisation d'implantation.


Localisation du site d'implantation

Finalement, le site retenu se situe au Sud-Ouest d'Ouessant, dans le passage du Fromveur, à moins de deux kilomètres de la côte.

 

 

II. Choix et mise en place des hydroliennes

Travail réalisé par Salwa BOUACRHINE, Amélie CHEVALIER et Djamel KHACHEI

1. A propos des hydroliennes

Au cours des sections précédentes, les deux binômes ont pû établir les caractéristiques générales de la zone au sein de laquelle l'implantation de la ferme hydrolienne est souhaitée. Cela permet dès lors de pouvoir grâce à une étude bibliographique de déterminer quelle serait la machine la plus pertinente à mettre en place dans ce milieu.

Généralités

La dynamique océanique est une source inépuisable d'énergie, qui est depuis quelques années en plein essor. Ces mouvements marins ont pour principal objectif de pallier au déséquilibre énergétique reçu par la terre via le rayonnement issu du soleil. Ces derniers se manifestent selon trois phénomènes distincts :

  • Le marnage
  • La houle conséquence du forçage du vent sur la surface libre
  • les courants marins

L'étude porte sur l'exploitation de cette dernière catégorie qui s'effectue à l'aide d'implantation de fermes hydroliennes. Le fonctionnement de cette machine est proche de celui de l'éolienne, elle convertie l'énergie cinétique issue des courants marins (courants océaniques et courants de marée) en énergie mécanique. Cette dernière sera convertie en électricité, par le biais d'un alternateur, qui sera acheminée vers le continent.

Schéma de fonctionnement de l'hydrolienne
(http://tpe-hydroliennes.blogspot.fr/p/fonctionnement-general.html)

 

Le principal avantage des hydroliennes est que la quantification de la ressource est relativement aisée car ces courants sont prévisibles, en plus d'être particulièrement forts. De plus, la masse volumique de l'eau étant plus de huit cent fois plus élevée que celle de l'air, ces turbines, significativement plus petites que des éoliennes, permettent une production comparable.
La puissance motrice de l'eau traversant la surface du rotor est donnée par la formule suivante:

$\omega = 0.5 \rho U^3$

Il est aisé de constater que la puissance de la ressource augmente fortement avec la vitesse du courant. Il a donc été admis par les concepteurs ainsi que les futurs exploitants de cette ressource, que l'implantation d'hydroliennes est intéressante si le courant de la zone géographique prise en considération dépasse 2 m/s.

Le rendement énergétique des machines, bien que spécifique à chacune d'entre elles, est limité à 60% de la puissance théorique définie ci-dessus. Cela a pour origine l'élargissement de la veine du fluide au voisinage des pâles de l'hydrolienne faisant dès lors chuter la vitesse du fluide aux abords de cette dernière. A cela s'ajoutent les pertes de la machine liées aux frottements ainsi qu'à la conversion de l'énergie mécanique en électricité, conduisant le rendement global aux alentours de 40 à 50%.

Cette source d'énergie fait l'objet de nombreux espoirs puisqu'elle représente une énergie renouvelable propre, inépuisable et prévisible. Effectivement, outre ce fort potentiel estimé à 3 GW au large des côtes françaises, les hydroliennes ne rejettent aucun déchet, ne provoquent de gênes ni au niveau de la circulation maritime ni au niveau sonore du fait de leur faible vitesse de rotation.
Cependant, le bilan sur cette technologie ne serait pas complet sans mettre en lumière les impacts sur l'environnement comme la création de zones mortes liées à la modification du transport sédimentaire aux alentours de la zone d'implantation. Un autre point primordial à prendre en compte est la méconnaissance des coûts d'exploitation réels dûs à une absence de retour d'expérience.

Les différentes technologies

Actuellement, le développement des hydroliennes est fait par plusieurs petites entreprises, souvent  aidées financièrement par les gouvernements. Les technologies considérées comme les plus prometteuses sont présentées ci-dessous :

DeltaStream turbine

Développée par Tidal Energy Ltd., la machine est constituée de trois turbines indépendantes montées sur un socle triangulaire fixé au fond. Les trois machines sont à axe horizontal et sont capables de s'orienter par rapport au courant. Le socle commun renforce la stabilité de l'ensemble, en abaissant le centre de gravité de la structure vers le fond, et réduit les coûts d'installation et de fixation de l'hydrolienne.


Source: http://www.tidalenergyltd.com/cms/wp-content/uploads/2013/04/DeltaStream-%C2%A9-Tidal-Energy-Ltd1.png

Evopod turbine

Cette turbine à cinq pales et à axe horizontal développée par OceanFlow Energy Ltd, a la particularité de flotter, sa fixation s'effectuant par ancrage au niveau du fond marin. La machine se trouvant proche de la surface, l'intensité du courant est donc plus importante qu'au niveau du fond. La puissance énergétique interceptée s'en trouve ainsi considérablement augmentée, en cela réside le principal avantage de cette machine.
Un premier test de ce prototype (modèle 1/10) aux alentours de l'Irlande du nord s'est avéré concluant (alimentation permanente d'un alternateur de 1kW pendant 120 jours).


Source: http://www.oceanflowenergy.com/media/project_big/23.jpg

Free Flow turbine

Cette turbine à trois pâles à axe horizontal est développée par Verdant Power. Elle est constituée d'un rotor de 5 mètres de diamètre et d'un mécanisme d'orientation qui lui permet de fonctionner dans le mouvement montant puis descendant de la marée. Ce prototype a déjà été installé sur l'Est River à New-York et a produit 70MWh en 9000 heures/turbine.


Source: http://www.adamaston.com/wp-content/uploads/2006/03/temp-verdant-turbine.jpg

Lunar Energy Tidal Turbine

Conçue par Lunar Energy Ltd, cette hydrolienne à axe horizontal est constituée d'un venturi qui guide et accélère l'écoulement impactant le rotor. Ce mécanisme permet ainsi d'extraire plus d'énergie en utilisant des pales plus petites, réduisant dès lors les coûts de production de la machine. Le venturi permet aussi de maximiser le rendement de la turbine, en redirigeant l'écoulement perpendiculairement au rotor.


Source: http://www.reuk.co.uk/OtherImages/lunar-energy-tidal-turbine.jpg

AN150

Dans le cas où le lieu d'implantation des hydroliennes se situe dans des eaux peu profondes contenant des débris de taille significative, Atlantis Resources Corporation a développé le prototype illustré ci-dessous. Il utilise des pales et la vitesse du courant pour entraîner une chaîne perpendiculaire à l'écoulement.


Source: http://atlantisresourcesltd.com/images/an-series/Installation%20112.jpg

Open-Centre Turbine

Le concepteur Irlandais OpenHydro a mis au point une turbine à axe horizontal. Afin de limiter l'impact de cette machine sur le transport sédimentaire ainsi que sur la vie sous-marine, les machines sont constituées de pâles arrondies ainsi que d'un trou central. Le poids conjugué de l'hydrolienne et de son socle triangulaire, permet à ces dernières d'être posées simplement au fond de l'océan. Les différents moyens de fixations sont alors superflus, de plus l'entretien des turbines s'en trouve facilité.


Source: http://cubeme.com/blog/wp-content/uploads/2011/10/Open_Centre_Turbine_Tidal_Turbine_OpenHydro_CM2.jpg

Pulse Tidal Hydrofoil

Le principal avantage de cette machine conçue par Pulse Generation Ltd réside en son axe de rotation vertical. Ainsi, la longueur des pâles n'est plus limitée par la profondeur des eaux de la zone d'implantation. De plus, l'énergie produite étant proportionnelle au volume d'eau déplacé par les pâles, la performance de ce type de machine peut être jusqu'à quatre fois plus importante que celle d'une hydrolienne à rotor. 


Source: http://pulsetidal.co.uk/assets/images/more_power_snip.jpg

SeaGen

Cette machine développée par Marine Current Turbines Ltd se caractérise par la présence de deux turbines à axe horizontal montées sur une poutre transversale pouvant être sortie de l'eau afin d'en faciliter la maintenance. La modification des angles d'inclinaison de ces dernières, leur permet de fonctionner en marée montante et descendante. Cependant leurs impacts, visuel sur l'environnement ainsi que sur la circulation maritime sont non négligeables.


Source: http://theirearth.com/uploads/news/1677766376_seagen_turbine_under_water.jpg

 

 

Hydrolienne D10 Sabella

Parmi toutes ces technologies il a fallu choisir un modèle pour ce projet. Contrairement à leurs voisines les éoliennes, le choix n'est pas si simple. En effet, il n'est pas possible à l'heure actuelle de trouver des courbes de fonctionnement permettant de choisir la machine au rendement optimal pour une zone étudiée.

La sélection s'est donc basée sur deux critères :

  • hydroliennes bidirectionnelles qui permettrait d'exploiter le jusant (courant de marée descendante) et le flot (courant de marée montante)
  • accès aux caractéristiques de l'hydrolienne de la part de l'entreprise détentrice

Étant en contact avec un ingénieur chez Sabella, le choix s'est porté sur le modèle D10 Sabella (figure ci-dessous). Cette hydrolienne de 10 mètres de diamètre permet un fonctionnement bidirectionnel.

 

(Source : http://bretagnepolenaval.org/?titre=&mode=espace_info-news&id=1423)

 

Le concept d'hydrolienne sous-marine SABELLA se différencie des technologies qui émergent à travers le monde par sa simplicité d'implantation et sa robustesse. Ceci n'est pas négligeable en considérant l'hostilité du milieu dans lequel elle sera implantée, et permet de limiter à la fois les coûts de mise en place mais aussi de maintenance.

Ce modèle se caractérise par une configuration de turbines posées sur le fond marin, sans emprise en surface. Ces turbines sont stabilisées par gravité et/ou ancrées en fonction de la nature du fond.

Elles sont pré-orientées face aux courants de marée, et le profil de leurs pales symétriques permet de capter le flot et le jusant. Le rotor activé à faible vitesse (10 à 15 tr/min) par le flux de la marée, entraîne une génératrice dont la production électrique est exportée à la côte par un câble sous-marin ancré et ensouillé à son atterrage.

A l'instar d'une éolienne, un module de conversion transformation régule la production électrique issue de la génératrice "à vitesse variable" pour livrer un signal électrique conforme aux spécifications du réseau local.

Pour la turbine D10, Sabella renseigne quelques valeurs de puissance en fonction des vitesses de l'eau :

Puissances théoriques de la turbine D10
   Vitesses     Puissances
   2.5 m/s 0.3 MW
   3 m/s 0.5 MW
   3.5 m/s 0.75 MW
   4 m/s 1.1 MW

Fixation des machines

Les hydroliennes sont des machines destinées à fonctionner immergées, dans un milieu hostile, où l'accès est rendu délicat à cause de l'existence même des courants dont on désire exploiter l'énergie. Il est donc essentiel que les hydroliennes soient conçues d'emblée en vue d'obtenir une grande fiabilité et un besoin très faible en maintenance. Dans cette optique, la fixation de l'hydrolienne au fond marin doit être réfléchie et dimensionnée de manière à maintenir cette dernière et ce même en cas de courants de tempête.

Il existe trois grands types de fixations :

  • fixation gravitaire : l'hydrolienne est posé sur un socle lourd. L'ensemble résiste aux courants par son propre poids.

Dans le cas de sites à très forts courants, le poids de l'hydrolienne peut s'avérer insuffisant. On fait alors le choix entre deux autres types de fixations :

  • pieux d'ancrage unique de gros diamètre
  • multiples pieux d'ancrage de faible diamètre

Leur dimensionnement tient compte des effets du courant et de la houle et du poids de l'hydrolienne.

Le choix de la fixation dépend du type d'hydrolienne mais aussi des caractéristiques du site d'implantation. Dans le cas présent, Sabella a fait le choix de la robustesse avec son hydrolienne D10 qui possède un poids important. Ainsi la fixation gravitaire semble la solution d'ancrage la plus adaptée. De plus, le passage du Fromveur étant un site au sol rocheux, la mise en place de pieux d'ancrage semble compromise tant d'un point de vue pratique qu'économique. L'emploi d'une fixation gravitaire permet aussi de réduire les impacts environnementaux (pas de forages nécessaires).

Une étude de stabilité simplifiée a été effectué pour le modèle d'hydrolienne retenu. Dans un premier temps, les efforts exercés sur l'ensemble hydrolienne ont été recensé.

Ici le parallèle avec les éoliennes est instructif. Pour une éolienne, la principale inquiétude est la fatigue des pales, due notamment aux efforts alternés de la pesanteur à chaque rotation. Dans une hydrolienne, la flottabilité des composants peut être mise à profit pour annuler l'effet de la pesanteur, et donc la fatigue cyclique. L'autre cause de fatigue des pales est la turbulence du vent. Les courants sont aussi le siège d'une turbulence importante, les irrégularités du fond marin créant des remous. De plus, si la zone est balayée par la houle, le mouvement cyclique des particules d'eau se superpose au courant, et la vitesse locale de l'eau varie d'un instant à l'autre. La conception des hydroliennes du consortium français tient compte de ces phénomènes éventuels, plus ou moins marqués selon le site d'implantation.

Dans la cas étudié, seul les effets cinétiques dus au courant seront pris en compte. En effet, le passage du Fromveur présente l'avantage de ne pas être animé par une forte houle. Les effets hydrodynamiques de la houle sont ainsi négligeables. De plus, la participation individuelle de chaque élément constituant l'hydrolienne (rotor, stator, pales, socle...) ne sera pas étudié, seule une étude globale sera conduite. L'hydrolienne D10 de Sabella peut s'apparenter dans l'ensemble à un triangle de base 20 mètres et de hauteur 15 mètres. L'ensemble présente un poids de 500 tonnes.

  • Étude de stabilité pour le cas de tempête :

Ne connaissant pas en détails les caractéristiques de la machine pour des raisons de confidentialité, le volume de l'ensemble a été déterminé en supposant que le matériaux principal était de l'acier de masse volumique 7500 kg/m3. De là, connaissant le poids total de l'ensemble, le volume V a été estimé à 67 m3.

Force Formule Valeurs (N)
Pression hydrodynamique exercée par l'eau $F_d = \frac{1}{2} \rho C_d S U²$ $1.306~10^6$
Poids apparent $P = (\rho_{acier} - \rho_{eau}) V g$ $4.355~10^6$

Avec :

- $ C_d = 0.86$ : coefficient de traînée de l'hydrolienne

-  $U = 4.5 m/s$ : vitesse maximale des courants en cas de tempête

- $\rho_{eau} = 1000 kg/m^3$ : masse volumique de l'eau

- $\rho_{acier} = 7500 kg/m^3$ : masse volumique de l'acier

- $S = 150 m^2$ : surface caractéristique perpendiculaire à l'écoulement (ici, triangle de base 20 m et de hauteur 15 m)

- $V = 67 m^3$ :  volume occupé par l'ensemble de la machine

Le principe fondamental de la statique peut s'écrire dans ce cas :

$\frac{F_d}{P} = \mu$

où $\mu$ est le coefficient de frottement. Ce dernier est une constante pour les couples de matériaux. Il est déterminé de manière expérimentale. Pour éviter le mouvement de l'hydrolienne il faut donc respecter l'inégalité suivante :

$F_d \leq \mu P$

Il a été impossible de trouver dans la littérature le coefficient de frottement statique entre l'acier et la roche. Cependant, sachant que ce coefficient est estimé à 0.6 pour un contact acier-acier et à 1 pour un contact chaussure- roche, on peut supposer que le frottement entre l'acier et la roche se situe aux alentours de 0.7. Même si aucunes données précises viennent appuyer cela, il faut garder en tête que la faune et la flore et les sédiments présents au fond favoriseront sûrement l'adhérence. Il n'est donc pas totalement faux de supposer que le coefficient de frottement est un petit peu plus élevé que celui correspondant au contact acier-acier.

Le poids minimal à respecter pour résister aux courants est donc de $P_{min} = \frac{F_d}{0.7} \approx 1.9~10^6 N$

 

Bilan :

Le poids de l'hydrolienne et de son socle lui permettent de résister aux courants que ce soit en cas de  de tempête extrême. On remarque d'ailleurs que Sabella a choisi de surdimensionner son hydrolienne. Ceci sûrement car une part importante des coûts pour de tels ouvrages est la maintenance.

Il faut cependant garder ici à l'esprit qu'il ne s'agit pas d'une étude approfondie du problème. Il serait intéressant de réaliser une étude prenant en compte les effets de fatigue des matériaux et peut-être aussi intégrer les effets de la houle.

 

2. Agencement des machines

Après plusieurs entretiens avec le corps enseignant et divers industriels, la modélisation de l'effet de sillage engendré par la présence d'hydroliennes à l'aide de la suite de calcul TELEMAC 2D est apparue comme étant la plus pertinente.

Développé par EDF, ce système intégré permet d'effectuer des simulations d'écoulement à surface libre en résolvant les équations de Saint-Venant dans les deux directions horizontales, et s'inscrit ainsi comme un outil de modélisation environnementale pour

  • l'hydrodynamique
  • la sédimentation
  • l'agitation portuaire et cotière

L'utilisation de ce code de calcul requiert le passage par les étapes suivantes :

  • Matisse : mailleur permettant aussi la définition des conditions aux limites du domaine d'étude.
  • Telemac : solveur utilisant les options de résolution définies dans le fichier des paramètres (fichier cas).
  • Fudaa prepro : post-processeur graphique.

Modélisation numérique

1. Création du maillage

La première étape de la simulation est le maillage du domaine de calcul. Le mailleur MATISSE de TELEMAC a été utilisé, qui permet à la fois de créer un maillage 2D et de spécifier les conditions aux limites du domaine.

Un maillage pour les tests « en canal » (cas (1)) a été réalisé et a permis d’étudier les différentes configurations d’agencement des hydroliennes. Une fois la configuration optimale déterminée, un second maillage a été crée pour la simulation en "conditions réelles" (cas (2)) qui tient compte de certaines caractéristiques du site d’implantation (vitesse moyenne, dimensions).

La génération du maillage sur Matisse se fait en quatre étapes :

  • Création des points géométriques des différentes zones
  • Création du contour du domaine sur lequel on va effectuer les calculs
  • Détermination du nombre de mailles (critères de raffinement du maillage sur certaines zones)
  • Calcul du maillage

Après calcul du maillage et génération du fichier de géométrie utilisé par TELEMAC, Il est nécessaire de spécifier les conditions aux limites du domaine et exporter le fichier des conditions aux limites.

Remarques :
- Que ce soit pour le cas (1) ou le cas (2), il a été imposé que la direction principale de l’écoulement soit parallèle aux bords du domaine.
- Pour éviter les effets de bords, il a fallu respecter certaines distances minimales entre les positions des hydroliennes et les limites du domaine (cf figures ci-dessous).
- Le maillage a été raffiné au niveau de la ferme hydrolienne : taille de maille dans la ferme = Dhydro/5, taille de maille ailleurs= Dhydro x 5.


Maillage et CL dans le cas 1 (cliquer pour agrandir)

 


Situation géographique du domaine d'étude (cas (2)) par rapport aux deux îles
(cliquer pour agrandir)

 


Maillage et CL dans le cas 2 (cliquer pour agrandir)

 

2. Modélisation de l'écoulement

Afin de suivre l'évolution de l'écoulement, et notamment effectuer une étude plus précise du sillage engendré par la ferme d'hydroliennes, nous avons travaillé avec le logiciel TELEMAC qui permet de modéliser les écoulements à surface libre.
La résolution numérique sous ce logiciel est basée sur la méthode des éléments finis en maillage non structuré à éléments triangulaires. Les équations résolues sont celles de Saint-Venant et expriment en tout point du domaine de calcul la conservation de la masse ainsi que celle de la quantité de mouvement dans les deux directions horizontales. Dès lors, une fois les calculs effectués, nous obtenons pour chaque noeud, la hauteur d'eau ainsi que la vitesse moyennée sur la verticale.

L'hypothèse principale sur laquelle reposent les équations de Saint Venant réside dans l'approximation hydrostatique de l'écoulement, équivalente à négliger les accélérations verticales de ce dernier :

$0=-\frac{\partial p}{\partial z} -\rho g$

Pour voir justifier l'utilisation d'une telle hypothèse, il faut que :

  • les gradients de la cote du fond ne soient pas trop élevés
  • l'élévation de la surface libre soit faible, donc négligeable devant la profondeur
  • l'écoulement prenne place dans un milieu peu profond pour éviter la circulation entre le fond et la surface. Dans le cas présent, bien que la profondeur moyenne soit de 50 mètres, si les gradient verticaux de température et de salinité sont négligés alors l'écoulement vertical peut ne pas être considéré.

On obtient ainsi les équations de Saint-Venant :

où   z est la cote de la surface libre
       h est la hauteur d'eau
       (Ux,Uy) est la vitesse de l'écoulement
       (Fx,Fy) représente les forces extérieures (hormis la gravité)

Maintenant, afin de pouvoir lancer les simulations avec les conditions d'écoulement souhaitées, il est nécessaire de compléter le fichier de paramètres de TELEMAC, communément appelé fichier "cas". Ce dernier, permet de rentrer toutes les données que le compilateur devra utiliser.
Les différentes propriétés ou paramètres utilisés se font par l'usage de mots clés qui sont expliqués dans le manuel d'utilisation de TELEMAC
(http://www.opentelemac.org/downloads/Archive/v6p0/telemac2d_manuel_utili...).
 

Dans un premier temps, on renseigne les noms des fichiers géométrie et conditions aux limites générés par MATISSE, le nom du programme utilisé (Telemac2D_DRAGFO.f) puis le nom du fichier résultat (res).

La seconde étape est celle de la définition des variables que l'on souhaite visualiser sous FUDAA. Les variables U, V, Q, S, B, H caractérisant respectivement, les vitesses, le débit, la surface libre, la bathymétrie et pour finir la hauteur d'eau ont été choisies pour vérifier nos conditions aux limites mais aussi étudier le phénomène de sillage.
Ensuite, il est nécessaire de fixer la durée du calcul, son pas de temps qui doit vérifier le critère de stabilité : CFL= U.dt/dx < 1. Les périodes des sorties graphiques ainsi que celles des sorties de listing, très utiles pour savoir si l'équilibre hydrodynamique a été atteint lors de la durée de nos calculs devront aussi être renseignées.
La modélisation de la turbulence est un problème délicat. TELEMAC-2D offre à l'utilisateur les quatre options suivantes qui sont de complexités différentes :

  • viscosité constante
  • modèle d'Elder
  • modèle K-Epsilon
  • modèle de Smagorinski

Ici, le modèle à viscosité constante a été choisi. En effet, la vitesse de rotation des pales étant lente et le système étendu, le modèle k-$\epsilon$ ne nous a pas paru nécessaire. Il faut cependant noter que le choix entre l'un ou l'autre est discutable.

Enfin, il reste à spécifier les conditions aux limites :

  • Cas (1) et (2) : débit imposé à l'entrée du domaine (respectivement 20250 m3/s et 225000 m3/s), hauteur imposée à sa sortie (50m). Pour une meilleure répartition des vitesses dans le domaine et ainsi limiter les effets de bords, il a été imposé : PROFILS DE VITESSE : 5 ; 5.

 

3. Modélisation des hydroliennes

Il existe différentes approches pour la modélisation d’une turbine dans un écoulement. Ayant choisi de faire des simulations 2D, représenter géométriquement une turbine à axe horizontal n’est plus envisageable.

Il est cependant possible de tenir compte de l’effet des pales de la turbine sans que celles-ci ne soient physiquement présentes dans la géométrie. Cette approche, appelée VBM (Virtual Blade Model), est utilisée dans l’étude des sillages « au loin » engendrés par des turbines dans un écoulement. Son principal avantage est qu’elle permet de réduire les temps de calcul en réduisant le nombre de cellules du maillage et en ne résolvant pas l’écoulement autour des pales. L’effet de la turbine sur l’écoulement est alors modélisé par l’ajout d’un terme à l’équation de quantité de mouvement.

Une approche similaire est utilisée dans le cas étudié. Pour modéliser les effets de sillage, on choisit de représenter les hydroliennes par des puits de quantité de mouvement. Cela se traduit par l'ajout d'une force de traînée aux équations de Saint-Venant résolues par TELEMAC.

L'expression de cette force de traînée est la suivante :

$\vec{F_d} = -\frac{1}{2} C_d S U \vec{U}$

où   U est la vitesse de l'écoulement "loin" de la turbine (ie vitesse non perturbée par la présence
           de la turbine)
       S est la surface caractéristique, ici la surface balayée par les pales
       Cd est le coefficient de traînée, propre à la turbine

Les équations 2D résolues par TELEMAC deviennent alors :

En pratique, l'ajout de cette force se fait par le biais d'une subroutine (dragfo) appelée par le fichier des paramètres. Une version de cette subroutine adaptée au problème des fermes hydroliennes a été fournie par un contact chez EDF. Cette version n’étant pas encore officiellement disponible dans les bibliothèques de TELEMAC, elle ne sera pas mise en ligne ici.

Pour pouvoir utiliser la subroutine dragfo.f, le fichier des paramètres doit contenir les mots clés suivants :

  • STRUCTURES VERTICALES : permet de prendre en compte la présence d’un objet s’opposant à l’écoulement (ici les hydroliennes) sans avoir à le modéliser dans le maillage
  • FICHIER DE DONNEES FORMATEES 2 : fichier .xy contenant le nombre d’hydroliennes et les coordonnées (x,y) de leurs centres

Dragfo calcule alors la force de trainée engendrée par des structures verticales situées aux positions définies dans le fichier .xy (des boites autour des centres des hydroliennes).
Les paramètres à spécifier par l’utilisateur dans la subroutine sont :

  • Paramètres de la machine : rayon (5m), coefficient de traînée (0,86), orientation de l’axe par rapport à l’horizontale (20° dans le cas (2))
  • Paramètres de la simulation : dimensions des structures verticales, distance « loin » des turbines (pour la détermination de la vitesse U)

Les problèmes de modélisation de fermes hydroliennes étant très coûteux en termes de ressources, la subroutine dragfo a été écrite de telle sorte à être exécutée en parallèle sur plusieurs processeurs. Il faut alors inclure le mot clé PROCESSEURS PARALLELES dans le fichier des paramètres, et fournir les fichiers de configuration nécessaires à la parallélisation des calculs sur TELEMAC.

Comparaison de différents agencements

Cette partie a pour but d'étudier différents agencements ainsi que différents espacement longitudinal afin de déterminer quelle configuration serait la plus adaptée au problème. Ce travail est effectué dans un canal afin de limiter les temps de calculs. La configuration retenue sera ensuite appliquée à la zone étudiée afin de vérifier la conformité des résultats. L'espacement transversal restera constant et a été choisi selon la littérature et le retour de nos contacts.

Au cours des simulations, il a été considéré que les axes des hydroliennes étaient alignés avec la direction de l'écoulement en imposant comme condition à la limite amont du domaine une vitesse purement longitudinale.
De plus, la taille du domaine a été définie afin de limiter les effets de bords grâces aux
recommandations de Monsieur Andreewsky (EDF) selon lesquelles l'hydrolienne devrait se situer à:

  • 2.5 diamètres des parois latérales
  • 5 diamètres en amont
  • 10 diamètres en aval

On prendra de plus 4 diamètres d'espacement transversal entre les hydroliennes.

Lors de la mise en place d'un parc d'hydroliennes, l'objectif principal étant d'optimiser la puissance extraite par les machines, l'étude des effets de sillage est dès lors primordial. Ici la vitesse initiale imposée pour les simulations est de 4.5 m/s, vitesse maximale atteinte au niveau du passage du Fromveur dans le cas d'une mer agitée. Cette étude de cas permettra de déterminer quelles sont les interactions entre les machines dans des conditions extrêmes et de ce fait garantira un effet de sillage moindre lorsque les hydroliennes fonctionneront dans un état "normal".
La puissance extraite par les hydroliennes constituant la première rangée de la ferme est présentée dans le tableau ci-dessous:

$P_{extraite} = \eta P_{th} = \frac{1}{2} \rho \eta \pi r^2 U^3$

 

où   $\eta$ = 0,4 est le rendement de la machine
        r est le rayon de la machine
        U est la vitesse de l'écoulement

Puissance théorique  (MW)                  3.57                  
Puissance extraite (MW)          1.42        

 

1. Influence de l'espacement en configuration "régulière"

Dans un premier temps, l'étude se porte sur la configuration la plus simple qui consiste en un alignement des machines.

Illustration : Etude du sillage en fonction de l'espacement entre les hydroliennes a) 5 diamètres, b) 10 diamètres, c) 15 diamètres (cliquer pour agrandir)

Les trois écoulements ci-dessus représentent l'impact des hydroliennes sur la vitesse de l'écoulement et mettent donc en évidence le phénomène de sillage. La vitesse imposée à l'entrée du domaine étant constante, ce dernier n'évolue donc pas au cours du temps.
Logiquement, un premier constat peut être effectué : plus l'espacement entre les hydroliennes est important, plus la vitesse juste avant la seconde rangée sera grande, la puissance ainsi extraite s'en trouvera optimisée.
Cependant, le cas idéal mis en place pour déterminer l'agencement optimal des hydroliennes ne prend pas en compte les contraintes imposées par le cas réel, comme la bathymétrie, ou bien l'étendue du domaine où le courant est exploitable. Ainsi, il faut trouver un compromis et de ce fait savoir si la perte de puissance engendrée par un espacement moins important est contrebalancée par l'augmentation de l'étendue qui se traduira par un accroissement du coût de raccordement. En effet, au regard des captures des résultats de nos simulations, l'agencement idéal serait sans nul doute celui obtenu pour un espacement de 15 diamètres entre chaque rangée de turbines (i.e 150 mètres).
Dans le but de pouvoir dresser une comparaison plus précise entre la vitesse initiale et la vitesse à l'amont de la deuxième rangée d'hydroliennes, il semble judicieux de tracer le profils de ces dernières et sont représentés ci-dessous :

Illustration : Profils de vitesse au niveau des deux rangées d'hydroliennes (cliquer pour agrandir)

La vitesse longitudinale moyenne de l'écoulement oscille autour de 4.5 m/s, soit la vitesse imposée à l'entrée du domaine.
Ci-dessous un tableau permettant de comparer l'impact de la première rangée d'hydroliennes sur la puissance extraite de la seconde.

Espacement 5D 10D 15D
Vitesse (m/s) 4.22 4.36 4.4
Puissance extraite (MW) 1.12 1.30 1.34

Bilan :
La différence de production d'électricité est inférieure à 3% pour l'espacement des hydroliennes allant de 10D à 15D. Cette perte est donc négligeable au regard du prix que coûterait un raccordement allongé de 50 mètres (50 k€ pour 50 mètres supplémentaires).

 

2. Comparaison des configurations "régulière" et "quinconce"

A présent, il faut chercher à déterminer la configuration la plus pertinente à mettre en place. En effet, la présence de l'hydrolienne influence grandement les conditions hydrodynamiques de l'écoulement. Un phénomène important à mettre en avant est l'accélération de la vitesse au niveau des parois latérales de l'hydrolienne. Un gain d'énergie extraite par les hydroliennes est dès lors exploitable. Le résultat mis en avant précédemment est confirmé, en effet, les effets de sillage sont négligeables à partir de 10 diamètres comme le montrent les illustrations ci-dessous.

Illustration : Etude du sillage en fonction de la configuration des hydroliennes a) régulière, b) quinconce. (cliquer pour agrandir)

Pour plus de précision, il a été tracé comme précédemment les profils de vitesse afin de pouvoir juger au mieux quelle serait la configuration optimale.

Illustration : Profils de vitesse au niveau des deux rangées d'hydroliennes (cliquer pour agrandir)

Configuration Quinconce Alignée
Vitesse (m/s) 4.58 4.36
Puissance extraite (MW) 1.50 1.30

Bilan :
On constate que la puissance extraite au niveau de la seconde rangée est plus élevée qu'au niveau de la première, pour la configuration en quinconce. En effet, pour chaque hydrolienne appartenant à la seconde rangée, la production d'électricité est supérieure de 14% par rapport à la configuration régulière.

 

3. Influence de l'espacement en configuration "quinconce"

Bien que la configuration optimale soit évidente, en analysant les illustrations représentant l'évolution de la vitesse au sein de l'écoulement, il semble probable qu'une diminution de l'espacement entre les hydroliennes soit possible. Pour vérifier cette impression, des simulations pour différents espacements (5D et 10D) dans la configuration "quinconce" ont été effectuées. Les profils de vitesse obtenus sont représentés ci-dessous.

Illustration : Profils de vitesse pour différents espacements de la configuration quinconce (cliquer pour agrandir).

Il est donc aisé de remarquer que la vitesse au niveau de la seconde hydrolienne est identique aussi bien pour un espacement de 100 que de 50 mètres, la puissance extraite est donc la même. Nous privilégions dès lors un espacement plus faible dans l'optique de diminuer les coûts de raccordement au réseau.

Bilan :
La dernière configuration observée arrivant à allier une faible étendue de la ferme ainsi qu'une puissance extraite optimale par les hydroliennes, est donc sans nul doute l'agencement le plus pertinent à adopter pour le placement des machines.

Application à la zone étudiée

Dans la partie précédente, il a été mis en avant que la configuration en quinconce avec un espacement longitudinal de 50 mètres semble être la plus adaptée. Cette configuration va maintenant être appliquée à la zone retenue au niveau du passage du Fromveur. Ceci permettra de vérifier les résultats obtenus précédemment mais aussi de déterminer le nombre de machine nécessaire. En effet, une fois l'agencement idéal déterminé, il faut alors déterminer le nombre d'hydroliennes qui constitueront la ferme, l'objectif ultime de cette dernière étant, rappelons le, de garantir l'indépendance énergétique des îles de Molène et Ouessant.

De plus, jusqu'à maintenant, le domaine était très rapproché des hydroliennes de manière à limiter les temps de calculs. Ici, l'étude se fera à une échelle plus importante. Cela apportera une vison d'ensemble, notamment sur la modification du courant de la zone retenue et aussi une illustration de l'effet "barrage" de la ferme, résultat utilisé pour l'impact sédimentaire (partie III.).

1. Étude du fond marin de la zone

Bien que le binôme en charge de la cartographie de la zone étudiée ait fourni les données bathymétriques de cette dernière, toutes les simulations suivantes sont réalisées avec un fond plat sous l'hypothèse de fond lentement variable. Cette hypothèse est faite de manière à simplifier les simulations, considérant le manque de temps. Grâce aux résultats du binôme responsable de l'étude courantologique, il a été possible de sélectionner la zone du passage du Fromveur possédant les vitesses de courant les plus fortes. La bathymétrie de la zone sélectionnée est la suivante :

Bathymétrie de la zone retenue

L'évolution du fond le long de la ligne noire est la suivante :

Évolution longitudinale du fond marin de la zone retenue

Comme la courbe le montre, les pentes du fond sont très faibles. L'hypothèse de fond lentement variable n'est donc pas fausse. Il est fort probable que les effets du fond ne jouent pas un rôle important sur le sillage engendrés par les hydroliennes. Ceci est d'autant plus vrai en considérant le faible espacement entre les rangées d'hydroliennes. La différence d'altitude entre elles en est donc limitée (quelques centimètres).

De plus, les résultats montrent que la hauteur d'eau moyenne est d'environ 50 mètres. Ainsi, la zone étudiée sera assimilée à un canal à fond plat de hauteur d'eau 50 mètres. La vitesse d'entrée sera quant à elle uniforme et orientée de la même manière qu'en réalité (voir résultats sur la courantologie).

 

2. Résultats

Dans la partie précédente, les études ont été menées avec une vitesse de 4.5 m/s correspondant aux cas de tempête.  Or au regard de la littérature, la vitesse moyenne pour les plages de turbinage, au niveau du passage du Fromveur, est de 3 m/s. C'est cette dernière qui est utilisée pour la simulation suivante et l'évaluation de la puissance des machines.

Les simulations ont été effectuées sous les conditions suivantes :

  • 3 machines, configuration en quinconce, espacement longitudinal de 50 m (2 hydroliennes pour la première rangée et une hydrolienne pour la seconde).
  • Vitesse d'entrée uniforme 3 m/s
  • Hauteur d'eau de 50 m (hauteur d'eau moyenne pour la zone étudiée)
  • Orientation du canal dans le sens de l'écoulement (i.e frontière d'entrée perpendiculaire à la direction des vecteurs vitesse)

Dans un premier temps, on vérifie que la configuration est bien adaptée, c'est-à-dire que la vitesse en amont des hydroliennes de la deuxième rangée est bien de 3 m/s.

Illustration : Profils de vitesse pour la configuration quinconce et un espacement de 5D (cliquer pour agrandir).

Comme les résultats le montrent, l'hydrolienne de la deuxième rangée n'est pas perturbée par le sillage engendrée par les deux hydroliennes de la première rangée. En effet, la vitesse en amont de chacune des trois hydroliennes est bien de 3 m/s. La configuration en quinconce avec un espacement de 50 mètres est donc bien adaptée à la zone retenue.

Maintenant, il est possible de déterminer le nombre de machines nécessaires pour répondre aux besoins des deux îles qui est 8424 MWh/an. Le tableau suivant récapitule les puissances extraites par chaque machine en fonctionnement normal.

Puissance théorique extraite (MW)                                1.05              
Puissance extraite (MW) (rendement 42%)                 0.42

D'après les études déjà réalisées par EDF et GDF Suez nous savons que la durée journalière moyenne de fonctionnement d'une hydrolienne au niveau de cette zone géographique est de 15 heures, il est dès lors aisé d'en déduire le nombre final d'hydroliennes N :

$15 \times 365 \cdot N \cdot P_{extraite} = 8424~MWh/an$

Après application numérique, le résultat est N = 3.66, ainsi, il est donc nécessaire d'implanter quatre hydroliennes pour pouvoir pallier aux besoins énergétiques de ces îles.

Ce résultats est en accord avec les études réalisées par Sabella qui stipule que le démonstrateur déjà installé permettrait d'assurer 25 % des l'île d'Ouessant.

Finalement, le champ de vitesse de la zone retenue après implantation de la ferme est le suivant :
 

Illustration : Sillage engendré par les quatre hydroliennes dans la configuration finale

Remarque : la direction du courant est colinéaire au sillage observé.

Les résultats montrent bien aucune perte cinétique en amont de chaque hydrolienne. De plus, on constate clairement la déviation de l'écoulement causé par la ferme. En effet, l'écoulement a tendance à contourner les machines qui se traduit par une faible accélération de l'écoulement vers l'extérieur au niveau des machines . Le parc hydrolien a un effet "barrage" sur l'écoulement. Le sillage laissé en aval de la ferme se distingue clairement. Les conséquences de cette modification de la courantologie seront abordées dans la partie III. Etude d'impacts.

Lors du calcul de la puissance il a été supposé ici que les machines étaient suffisamment hautes pour être en dehors de la couche limite et ainsi bénéficier de la vitesse moyenne de 3 m/s. En fait, le coefficient de Strickler caractérisant le frottement au fond étant égal à 60, le fond marin rocheux peut ainsi selon la littérature être assimilé à une surface lisse. La rugosité du fond étant faible, le développement de la couche limite s'en trouve dès lors limité et son épaisseur est de ce fait négligeable. On peut donc supposer que les hydrolienne se situent au dessus de la couche limite et profitent ainsi de la vitesse moyenne de l'écoulement (3 m/s).

 

Bilan :
Au regard de la surface totale du passage du Fromveur qui est d'environ 40 km2, la surface d'implantation (2 km2) est relativement faible, limitant ainsi l'impact sur l'environnement. De plus la profondeur moyenne au niveau de cette zone étant de 50 m et la hauteur des turbines de 10 m, la condition des dix mètres de tirant d'eau obligatoire pour permettre le bon fonctionnement des voies maritimes est bien vérifiée
. Cette configuration finale répondant aux besoins de cet archipel respecte donc les contraintes et objectifs fixés.

Validation

Tout au long de l'étude des sillages, les simulations ont été réalisées avec TELEMAC2D et la subroutine DRAGFO, développée et utilisée par EDF. Cependant, cette modélisation n'est pas totalement validée à l'heure actuelle. C'est pourquoi une étude de validation du modèle utilisé est nécessaire et sera fondée sur l'étude réalisée par Antoine DUTURC lors de son stage de césure sous la direction de Rodrigo Cienfuegos Carrasco au sein du département Ingénierie Hydraulique et Environnementale de l'Université Pontificale Catholique du Chili, à Santiago du Chili dans le cadre du projet FONDEF, dénommé "Évaluation de la ressource énergétique associée aux courants de marée dans le canal de Chacao pour la sélection et l'installation de dispositifs de récupération d'énergie".

Le canal utilisé en laboratoire est un canal de section constante et rectangulaire, de 10.4 m de long, 2 m de largeur et d'une hauteur de 55 cm du fond jusqu'en haut des parois latérales. Le disque poreux utilisé pour simuler le fonctionnement d'une hydrolienne est de diamètre D=10 cm, d'épaisseur e=0.45 cm et de porosité $\phi = 0.45$. La vitesse au loin est mesurée à 0.20 m/s et la hauteur d'eau dans le canal est maintenue à 30 cm. La mesure des vitesses en aval du disque s'est faite par la technologie ADV (Acoustic Doppler Velocimetry). Pour ce disque poreux, les simulations numériques donnent un coefficient de traînée Cd=0.84.

Le graphe ci-dessous compare les vitesses obtenues expérimentalement et numériquement avec le modèle utilisé pour l'étude précédente.

Comparaison des vitesses en aval du disque - (bleu) résultats 2D telemac - (rouge) résultats 3D expérimentales

Les résultats montrent que dans l'ensemble le modèle n'est pas apte à représenter l'évolution du sillage engendré par le disque poreux. En effet, il tend à sous estimer l'énergie turbulente directement en aval du disque qui se traduit par une sous évaluation de la perte cinétique. Cela est montré par l'erreur quadratique moyenne qui, calculée sur l'ensemble de la courbe, est d'environ 20%. Cependant, le modèle est utilisé dans cette étude pour déterminer les longueurs de sillage et non pas décrire de manière précise l'évolution de ce dernier en tout point. Ainsi, en calculant l'erreur quadratique pour le sillage lointain (à partir de x/D= 5, soit 5 diamètres en aval du disque) on montre que cette dernière est assez faible, 2%. Ce modèle ne permet donc pas une description précise du phénomène observé mais il est assez précis pour ce qu'on veut en faire, c'est-à-dire, déterminer à partir de quelle distance la turbulence engendrée par la présence de l'hydrolienne s'estompe.

En outre, plusieurs raisons peuvent expliquer les écarts observés entre le modèle et l'expérience. Le maillage utilisé étant assez fin, il ne sera pas remis en question ici (80 000 noeuds soit 160 000 éléments triangulaires avec une taille de maille de 5 mm autour de l'hydrolienne et le long du sillage).

Une première explication pour ces écarts peut être tout simplement la modélisation du disque par un puits de quantité de mouvement (QDM). Cependant des études menées par EDF, entre la modélisation d'un "vrai" disque poreux et celle par un puits de QDM, montrent que pour le mi-sillage et le sillage lointain, les résultats concordent. Les seules différences avec la modélisation par un puits de QDM se remarquent au niveau du "proche sillage", la partie directement influencée par la présence physique du disque.

Une autre explication peut être le modèle de turbulence utilisé. Ici deux modèles ont été utilisés : le modèle de turbulence à viscosité constante et le modèle $k-\epsilon$. C'est ce dernier qui a été retenu au vu des résultats obtenus. Ce modèle de turbulence, comme bien d'autres, repose sur l'hypothèse d'équilibre turbulent, c'est à dire l'égalité entre le taux de production d'énergie turbulente et le taux de dissipation. Or en réalité ce n'est pas forcément ce qui est observé pour le sillage.

 

De plus, la turbulence engendrée par le disque est un phénomène fortement instationnaire. Le sillage fluctue autour d'une valeur moyenne. Or le modèle effectue une résolution stationnaire en se basant sur les moyennes de Reynolds.

Finalement, les erreurs peuvent aussi s'expliquer par la limite des équations de Saint Venant à décrire ce phénomène 3D. Pour cela, il serait intéressant d'effectuer une étude tridimensionnelle. Un maillage a donc été développé dans cette optique mais n'a pas pu être achevé par manque de temps.
 

Maillage 3D réalisé sous Icemcfd

Caractéristique :

  • maillage non structuré 1 133 172 noeuds
  • domaine 200x60x60 m3
  • diamètre de disque : 10 m
  • épaisseur du disque : 50 cm
  • valeur minimale du determinant 3*3*3 : 0.26

Il faut garder en tête que le maillage réalisé n'est pas optimisé. Il serait préférable de réaliser un maillage en O autour du disque de manière à améliorer la qualité. De plus, la version éducative de Fluent étant limité à 512 000 noeuds, pour une résolution supérieure, il faut utiliser Star ccm+.

La mise en place d'un tel modèle est complexe et son utilisation doit être restreinte à une étude locale, considérant les temps de calculs très longs engendrés par ce type de résolution. On comprend donc l'intérêt d'une modélisation bidimensionnelle Saint Venant avec la subroutine DRAGFO.f90, les résultats obtenus étant satisfaisant pour l'étude d'agencement d'une ferme hydrolienne.

 

 

III. Etude d'impacts et faisabilité du projet

1. Impacts environnementaux

Travail réalisé par Clara DIDIER et Yoan RICHARD pour l'ensemble, et Salwa BOUACHRINE, Amélie CHEVALIER et Djamel KHACHEI pour la partie sur le transport sédimentaire.

 

L'étude d'impact est une étape essentielle de l'évaluation environnementale des travaux et projets d'aménagement. Elle se destine à trois objectifs principaux: concevoir un meilleur projet, éclairer les autorités sur les décisions à prendre, informer le public et le faire participer à la prise de décision.

Nous nous sommes basés sur la définition du Code de l'Environnement (Article R122-5) qui décompose cette étude en différentes étapes précises :

- Une description du projet, notamment concernant les données techniques de l'aménagement qui va être effectué (conception, composés, émissions et résidus prévus).

- Une analyse de l'état initial de la zone, qui permet de décrire tous les éléments susceptibles d'être altérés par le projet et les travaux mis en oeuvre par ce dernier.

- Une analyse des effets positifs, négatifs, directs, indirects, cumulés avec les autres projets déjà en place sur les éléments listés dans l'analyse de l'état initial, ainsi que sur la santé publique et la sécurité, notamment.

- Une présentation des modalités selon lesquelles les mesures ont été effectuées.

- Un inventaire de possibles solutions de substitution et/ou de compensation pour éviter, réduire et compenser les effets négatifs notables du projet sur l'environnement ou la santé humaine, comprenant également les raisons pour lesquelles elles mériteraient d'être choisies.

- Une description des difficultés rencontrées au cours de cette étude d'impacts.

Nous n'avons pas pu faire une étude d'impacts "intégrale" dans le sens où, étant étudiants, nous n'avons pas accès à tous les outils auxquels les bureaux d'étude ont accès pour effectuer leurs mesures. Nous avons cependant essayer de la rendre le plus complet possible.

Description du projet

Nous allons donc tout d'abord effectuer une description globale du projet, regroupant les informations relatives à sa conception, à ses caractéristiques et exigences techniques ainsi qu'aux procédés mis en oeuvre durant son installation et exploitation.

1. Emplacement du site

Comme nous l'avons défini dans la première partie, le site choisi se situe au niveau du passage du Fromveur, entre les îles d'Ouessant et de Molène. Le fond de carte provient des données IGN.


Localisation du site

2. Caractéristiques et agencement théorique des machines

Nous nous sommes orientés vers le modèle D10 de Sabella pour la conception de notre ferme d'hydroliennes. Cette dernière possède les caractéristiques suivantes :

  • Hauteur : 17m (avec la turbine mesurant 10m)
  • Surface au sol : 30*20 m (600m²)
  • Vitesse de rotation des pales : 10 à 20 tours par minute

L'installation d'une hydrolienne au sol est schématisée ci-dessous.


Schéma d'une hydrolienne installée (vue transversale)

La structure globale sera composée de quatre hydroliennes disposées en quinconce au sein du passage du Fromveur et nécessitera d'avoir une surface libre totale de 3,5km², comme indiqué sur la figure ci-dessous, tirée des conclusions de la partie sur l'agencement des machines.


Schéma de l'agencement des hydroliennes

La puissance théorique totale installée sera de 4.20MW (1.05MW par hydrolienne), soit une puissance réelle de 1.68MW (0.42MW par hydrolienne).

3. Installation des structures

Les hydroliennes seront fixées au sol uniquement par gravité. Aucun battage de pieu en sera effectué, étant donné la nature du sol (roche dure).
Le raccordement des fermes aux îles se fera de deux manières selon la nature du sol :

  • Pose et ancrage sur la roche dure.
  • Ensouillage sur fond meuble (le câble est déposé au fond d'une tranchée qui sera par la suite rebouchée).

 

Analyse de l'état initial

 

1. Acoustique

L'étude de l'état initial au niveau de l'acoustique se divise en plusieurs étapes. Tout d'abord, il est nécessaire d'analyser les trois composantes du bruit :

  • La biophonie (bruit des organismes biologiques tels que les cétacés, les malacostracées, etc.)
  • La géophonie (bruits naturels tels que la pluie et les vagues)
  • L'anthropophonie (le bruit des activités humaines en place)

On utilise ensuite des enregistreurs acoustiques, qui sont des appareils permettant de mesurer le niveau sonore d'un milieu en fonction de la composante de pression de ce dernier, exprimé en décibels.

En effet, le décibel est une unité de grandeur sans dimension exprimant le rapport des puissances entre la grandeur mesurée et une valeur de référence fixée par une norme.
Ici, l'acoustique utilise le décibel pour comparer les différentes pressions acoustiques avec le niveau de référence. Dans l'air, ce dernier est de 20mPa alors que dans l'eau, la pression acoustique de référence est de 1µPa. Il n'est donc pas possible de comparer directement une mesure acoustique faite dans l'air et une autre faite dans l'eau.

Les niveaux de bruit varient énormément, entre autres à cause des activités humaines faisant varier la composante anthropophonique (passage des bâteaux).

Il ne nous a pas été possible d'avoir les données concernant le passage du Fromveur, ces dernières étant confidentielles au moins jusqu'au 21 Avril 2014. Il est cependant à noter que ce paramètre est relativement important, et qu'il faut le prendre en compte dans l'analyse des effets du projet.

Ces informations ont été recueillies après un entretien téléphonique avec le bureau d'études Quiet Ocean, représenté par Thomas FOLEGOT.

2. Mammifères marins

Des mammifères marins sont présents sur le site et répertoriés dans le tableau ci-dessous. Les données ont été obtenues via l'INPN (INPN, 2012) pour la liste des espèces présentes.

L'arrêté du 27 juillet 1995 (NOR: ENVN9540263A, LegiFrance, 2014) fixe la liste des mammifères marins protégés sur le territoire national.

  Nom de l'espèce Nom vernaculaire Statut dans la mer d'Iroise (2012) Protégé
Cétacés Balaenoptera acutorostrata (Lacépède, 1804) Baleine de Minke, Rorqual à museau pointu, Petit Rorqual Présent Oui
Balaenoptera physalus (Linnaeus, 1758) Rorqual commun Présent Oui
Delphinus delphis (Linnaeus, 1758) Dauphin commun à bec court, Dauphin commun Présent Oui
Globicephala melas (Traill, 1809) Globicéphale noir Présent Oui
Grampus griseus (G. Cuvier, 1812) Dauphin de Risso, Grampus Présent Oui
Tursiops truncatus (Montagu, 1821) Grand dauphin commun Présent Oui
Autres Halichoerus grypus (Fabricius, 1791) Phoque gris Présent Oui
Phocoena phocoena (Linnaeus, 1758) Marsouin commun Présent

Non

Liste des mammifères marins protégés présents dans la mer d'Iroise 
(INPN, 2012)

 

Cependant, excepté le cas du phoque gris, aucun cétacé ne circule dans le passage du Fromveur. En effet, leur fréquence d'apparition est de 0 dans cette zone. Elle est cependant non nulle pour tout le reste de la mer d'Iroise. (MERiFIC, 2012)

3.  Oiseaux

Données obtenues sur l'INPN, pour les oiseaux présents dans la directive Oiseaux de Natura 2000 sur la zone Ouessant-Molène.
Nous n'avons ici considéré que les oiseaux pouvant plonger à des profondeurs élevés. En effet, il n'est pas nécessaire d'étudier dans l'analyse de l'état initial les oiseaux sur lesquels il ne pourra de toutes façons pas y avoir d'impact, étant donné que les hydroliennes sont entièrement sous-marines.
Les espèces mentionnées à l'annexe I font l'objet de mesures de conservation spéciale concernant leur habitat, afin d'assurer leur survie et leur reproduction dans leur aire de distribution.

- Gavia Stellata | Plongeon Catmarin. (plonge à 60m)

Autres - Oiseaux migrateurs

- Uria Aalge | Guillemot de Troïl.(plonge à 60m, peut descendre à 150m)
- Puffinus (Puffinus, Griseus) | Macareux moine. (plonge à 50m)

- Alca Torda | Petit pingouin. (plonge à 40m, peut descendre à 130m)
- Fulmarus Glacialis | Fulmar Boréal. (plonge à 10m)
- Phalacrocolax Aristotelis | Cormoran huppé. (plonge à 35m, peut descendre jusqu'à 60)
- Phalacrocorax Carbo | Grand Cormoran. (plonge à 15m, peut descendre à 30m)
- Morus bassanus | Fou de bassan. (plonge à 20m, peut descendre jusqu'à 40m)

Ces oiseaux ne sont pas concernés par une protection spéciale et sont, de plus, migrateurs.

4. Faune & Flore benthique

Toutes les données de cette partie sont tirées des relevés benthiques de 2009 du réseau Rebent, concernant les sites Gorlé Vihan et Ar Forc'h Vihan.

Tout d'abord, on définit les niveaux d'étagement que l'on va utiliser par la suite (Rebent, 2009) : Dans le cas des milieux océaniques, l’étagement des peuplements a été défini comme suit.

  • Etage supralittoral (zone des embruns marins). On y trouve du lichen, par exemple.
  • Etage médiolittoral (zone de balancement des marées/estran). Les espèces prédominantes sont les mollusques et crustacés.
  • Etage infralittoral (zone continuellement immergée)
    • Niveau 1 = Ceinture de Laminaria digitata. Niveau "facultatif"
    • Niveau 2 = ceinture à laminaires denses
    • Niveau 3 = ceintures à laminaires clairsemées
  • Etage circalittoral
    • Niveau 4 = horizon circalittoral côtier
    • Niveau 5 = horizon circalittoral du large
    • Animaux fixés

On rappelle que les profondeurs, lors des études, sont rapportées au zéro des cartes marines françaises (niveau des plus basses mers de vive eau théorique d’un coefficient de 120). Dans la zone étudiée, les profondeurs par niveau sont définies comme suit:


Typologie des niveaux d'étagement
(Rebent, 2009)

Deux zones sont étudiées, l'une à l'ouest et l'autre à l'est de l'île d'Ouessant. Nous avons rapporté les données obtenues à une seule zone globale d'Ouessant. On s'intéresse tout d'abord à l'abondance des individus de la flore benthique.
L'abondance relative est définie comme étant le nombre d'individus d'une espèce donnée par unité de volume par rapport au nombre total d'individus de toutes espèces confondues.


Abondance relative des espèces de la faune benthique
(Rebent, 2009)

Pour définir la faune benthique, nous n'utilisons plus la notion d'abondance relative mais celle de statut de présence, qui sont définis par différentes lettres: Très Abondant (AA), Abondant (A), Commun (C), Présent (P), Rare (R).


Taux de présence des espèces benthiques dans la mer d'Iroise
(Rebent, 2009)

Parmi toutes les espèces benthiques répertoriées sur le site étudié, aucune n'est inclue dans les différents arrêtés définissant les espèces protégées (19 Juillet 1988, 8 Décembre 1988, 20 Décembre 2004).

5. Qualité physico-chimique des eaux

Pour la qualité physico-chimique des eaux, nous nous sommes basés sur les informations fournies par l'agence de l'eau Loire-Bretagne concernant la qualité des eaux de la mer d'Iroise, au large.


Qualité physico-chimique des eaux de la mer d'Iroise
(Agence de l'eau, 2013)

L'état écologique est estimé sur une échelle allant de 1 à 5 (1 signifiant très bon état et 5 mauvais état). Pour pouvoir le noter de manière juste, on compare l'état de la zone étudiée avec des conditions de référence, ici des masses d'eaux côtières et de transition, qui sont les conditions représentatives pour ces masses d'eau pas ou très peu influencées par l'activité humaine. Nous sommes ici dans un milieu en bon état. Pour mieux comprendre ce que cela signifie, voici les critères qui rentrent en considération dans ce calcul :

  • les facteurs biologiques : caractéristiques du phytoplancton, de la flore aquatique et de la faune benthique.
  • les facteurs hydromorphologiques : bathymétrie, conditions du substrat, régime des marées.
  • les facteurs physico-chimiques : turbidité, température, oxygène, salinité, nutriments.

L'état chimique est évalué de manière binaire : Un 2 signifie bon état, tandis qu'un 3 signifie que le "bon état" n'a pas encore été atteint.
On cherche notamment à quantifier les éléments suivants:

  • Taux d'hydrocarbures arômatiques polycycliques
  • Occurrence des pesticides dans les eaux
  • Pourcentage de métaux lourds, tels que le mercure et le Cadmium notamment. Des analyses isotopiques sont réalisées pour obtenir des données plus précises.
  • Présence de trichlorobenzène
  • Autres polluants (DDT, tétrachlorure de carbone, etc.)

Ces descripteurs définissent l'état chimique d'une masse d'eau au regard du respect des normes de qualité environnementales (NQE) au travers de valeurs seuils. Au total, on décompte 41 substances qui sont contrôlées, dont 8 sont dites dangereuses et 33 prioritaires.

En ce qui concerne les différents risques, la classification "respect" signifie que, pour l'instant, tous ces paramètres sont respectés et qu'il n'y a aucun risque de suspecté sur ces derniers. Nous sommes donc en tous points sur des eaux de bonne qualité.

6. Halieutique

De nombreuses espèces de poissons sont présentes au sein de la mer d'Iroise, mais seulement quelques unes d'entre elles présentent un intérêt halieutique au sein du passage du Fromveur. Nous avons établi une liste extraite de l'INPN décrivant les différentes espèces présentes au sein de la mer d'Iroise, en ôtant les espèces n'ayant pas été aperçues depuis plus de vingt ans et en gardant celles qui ont un intérêt notoire pour la conservation de la biodiversité et les activités humaines.


Liste des principales espèces présentes dans la mer d'Iroise
(INPN, 2012)

Les espèces surlignées dans le tableau ci-dessus sont celles dont une diminution de l'effectif aurait un impact plus ou moins important sur la biodiversité et les activités humaines (MERiFIC, 21012).

Les zones oxygénées et à fort courant sont propices à la présence du bar commun. Cette espèce a une importance économique majeure pour des communautés de pêcheurs côtiers et insulaires très dépendantes de ces zones.
Après des campagnes de suivi effectuées en commun par l'Ifremer et le Parc Naturel Marin d'Iroise, il s'avère que la mer d'Iroise n'est pas seulement une zone de transit pour les espèces adultes, mais également une aire de nourrissage. Un phénomène de "homing" est constaté et avéré chez le bar autour de l'île d'Ouessant après sa migration hivernale.

Ces résultats concernant le bar commun sont à modérer, étant donné que la majorité des pêcheurs ciblant le bar exploitent des zones extérieures au passage du Fromveur (la chaussée de Keller, la chaussée de Sein et l'ouest de l'île d'Ouessant).

En ce qui concerne la langouste commune, le passage du Fromveur représente l'un des derniers refuges pour cette espèce dont l'effectif est en nette diminution depuis plusieurs diminutions. On peut d'ailleurs remarquer que l'INPN l'a observée pour la dernière fois en 1991.
La production annuelle est passée de 850 tonnes en 1950 à 150 tonnes aujourd'hui, soit presque 6 fois moins.
Encore une fois, ces résultats doivent être considérés dans leur ensemble : selon le comité de pêche du Finistère, le passage du Fromveur est très peu exploité par les ligneurs professionels.

Enfin, le homard européen est une espèce qui affectionne tout particulièrement les fonds rocheux naturels, comme ceux naturellement présents au sein du passage du Fromveur. Ce crustacé est pêché au niveau du plateau molénais et aux alentours de l'île d'Ouessant. Cette espèce est cependant relativement abondante.

(MERiFIC, 2012)

Analyse des effets du projet

Nous allons maintenant nous intéresser aux conséquences engendrées par l'implantation de la ferme hydrolienne lors de son installation et de son fonctionnement.

1. Impacts durant l'installation des hydroliennes

a. Biodiversité, faune et flore

1. Câbles

  • Ancrage : L’emprise de ces ancrages est très limitée, et leur forme est le plus souvent adaptée au substrat et à l’écosystème dans lesquels ils sont mis en place. La perturbation est globalement restreinte à la surface d’emprise du câble sur le fond.
  • Ensouillage / enfouissement : (jusqu’à 1 mètre de profondeur) en utilisant des techniques comme le labourage pour le creusement des tranchées implique un certain risque de :
    • Elimination directe de la faune et de la flore benthique
    • Remaniement des fonds : remaniement complet du substrat sur la largeur de la tranchée et un dépôt de matériaux sur plusieurs dizaines de mètres
    • Abrasion (érosion)

Entraînant la destruction de certains habitats et des populations associées.

2. Dépôt de la machine

Peu de problèmes d'acoustique qui seraient dus au battage de pieu qui produit des sons violents, car le Fromveur ne présente pas les caractéristiques sédimentologiques adéquates (roche dure) à ce genre de processus.

b. Paysage et Patrimoine culturel

L'installation des hydroliennes aura un impact d'une durée très limitée (de quelques jours à quelques semaines) sur la turbidité locale de l'eau, dû à la pose d'un matériel lourd sur le sol. Cependant cet effet reste relativement limité en durée mais aussi car la zone considérée est constituée majoritairement de roche dure, qui ne produira pas de hausse de la turbidité.

De plus, le site du Fromveur n'est pas considéré comme un site sous-marin de qualité par les plongeurs professionnels. La turbidité engendré n'aura donc pas d'impact non plus à ce niveau.

c. Milieu aquatique

Le milieu aquatique sera touché par la remise en suspension des matériaux lors de l’enfouissement du câble, de la pose de la machine, des opérations de dragage, parfois nécessaires au nivellement ou au creusement des fonds pour l’installation de fondations gravitaires, ce qui entraînera :

  • la réduction de la transparence de l’eau et de la visibilité dans l’eau ;
  • la mobilisation potentielle de contaminants physico-chimiques, lorsque les sédiments sont pollués (la pollution des sédiments est le plus souvent limitée en milieu ouvert et à une certaine distance des côtes) ;
  • l’accroissement de la demande en oxygène ;
  • des effets sur les compartiments pélagique et benthique​

On peut également évoquer la pollution accidentelle provoquer par le trajet des bâteaux utilisés lors des travaux.

Les impacts dus à l'installation des hydroliennes et du câble sont donc assez limités dans le temps et dans l'espace.

2. Impacts lors du fonctionnement des hydroliennes

a. Biodiversité, faune et flore

1. Effets de la "structure physique" (hydrodynamisme, récif, obstacle,...)

De nombreuses espèces sont constamment soumises à de forts courants marins et donc adaptées à ces derniers. L'implantation des hydroliennes, et en particulier d'une ferme d'hydroliennes, a un impact relativement fort sur les courants marins à proximité de ces dernières. Il est d'ailleurs montré qu'elles peuvent avoir une influence sur l'amplitude des marées (MERiFIC, 2012). Un changement dans les caractéristiques hydrodynamiques à proximité du projet aurait donc un effet sur ces espèces, ainsi que sur les poissons effectuant une migration durant l'année (à vérifier su on a des espèces de ce type dans les eaux du Fromveur) mais aussi ceux qui vivent de ces courants, qui leur apportent notamment le gaz et la nourriture nécessaires à leur survie.

Ces hydroliennes, que l'on peut considérer comme des obstacles, impliqueraient de plus de forts changements notamment sur la répartition des espèces phytoplanctoniques. Il va sans dire que de telles modifications auront un impact sur l'ensemble de la chaîne trophique, incluant les poissons et les mammifères marins, impactant ainsi la biodiversité et les activités de pêche. Ces obstacles peuvent aussi poser un problème de collision avec les différentes espèces sous-marines. Ce problème est cependant atténué par le fait que la vitesse de rotation des pales est très faible (entre 10 à 20 tours par minute) et que le bruit produit conduit la plupart des espèces à éviter les dispositifs.

Il existe un risque, bien que limité, de collision des oiseaux plongeurs avec les turbines des hydroliennes. En effet, certains sont capables de plonger à des profondeurs importantes (figure) où ils risquent de se blesser avec les pales des hydroliennes qu'ils ne peuvent pas voir en vol.


Estimation des profondeurs de pêche des oiseaux plongeurs en comparaison avec une hydrolienne

Les machines présentent également ce qu'on appelle un effet "récif" (Étude méthodologique des impacts des énergies renouvelables, 2011). Cet effet est à la fois positif et négatif. Il existe déjà dans le monde des récifs artificiels qui ont été mis en place simplement pour protéger les espèces présentes sur place et permettre la réhabilitation de certains habitats. L'hydrolienne, qui se présente comme un substrat dur, est très rapidement colonisée par des micro-organismes, puis par la faune benthique et épibenthique, qui y voient une opportunité de protection, d'orientation et d'alimentation.
Il est important de peser le pour et le contre de cet effet. En effet, il est au premier abord plutôt positif. Cependant, plusieurs impacts négatifs naissent de ce dernier. Tout d'abord les espèces colonisatrices perturbent les communautés déjà en place sur le site. Ensuite, ce "récif" peut représenter un piège écologique : les espèces vont naturellement s'y installer, leur empêchant parfois de trouver des sites bien plus adaptées à leur mode de vie.

Enfin, les hydroliennes, de par leur structure et leur poids, ont un très fort impact sur la faune et la flore benthique. En effet, il a été montré que ces dernières provoquaient un écrasement du biome sur 300m² de surface (surface de l'hydrolienne) pour chaque machine. (Démonstrateur Sabella, responsable du projet JC ALLO)

2. Acoustique

L'effet acoustique des hydroliennes en fonctionnement est étudié par superposition de leur fréquence et de la fréquence des milieux de vie sous-marin. Pour l'hydrolienne étudiée (Sabella, contact JC ALLO), l'impact à 100 mètres de l'hydrolienne est nul. En revanche, il est important de prendre en compte les effets acoustiques de cette dernière à moins de 100 mètres.

En effet, les sons produits par les pales du dispositif peuvent produire des troubles de l'audition voire des blessures graves sur les poissons et mammifères marins passant à très forte proximité de ce dernier. Il est cependant à noter que le bruit est audible à une distance relativement élevée, permettant aux différentes communautés d'éviter aisément la ferme d'hydroliennes.

Acoustique lors du fonctionnement des éoliennes : (0.001 - 0.4 kHz, 80-100dB, re = 1microPa -> valeurs MERiFIC sur l'initial ou avec hydroliennes ? C'est pas clair, à vérifier)

3. Diffusion de polluants

La diffusion de polluants est due à deux phénomènes :

- l'application de produits "anti-fouling" sur les machines, servant à empêcher la plupart des espèces de coloniser l'appareil. Ces produits sont cependant rarement utilisés. (vérifier les décrets/lois/réglements : interdiction de ces produits ?)

- Lors de la maintenance des hydroliennes, l'utilisation des bâteaux implique le risque de pertes de carburant, ainsi que de lessivage.

4. Câbles

Les câbles électriques produisent naturellement un champ électromagnétique. Le champ électrique est proportionnel à la tension du câble tandis que le champ magnétique est relié à son ampérage.
Il a été montré que, au vu de la tension et de l'ampérage des câbles reliant les hydroliennes au continent, le champ électromagnétique est à peine perceptible et sans impact au-delà de quelques centimètres autour du câble. (EDF, 2009)

b. Transport sédimentaire

L'équilibre de l'écosystème est conditionné par le transport sédimentaire. Un sédiment est défini comme étant un ensemble de particules en mouvement dans l'eau, l'atmosphère ou encore la glace. Leur déplacement peut se décomposer selon deux contributions : l'une liée au charriage près du fond et l'autre représentant la part de sédiment remise en suspension et advectée par l'écoulement. Ces deux processus de transport sédimentaire sont représentés dans le schéma suivant :

Schématisation des différents modes de transport sédimentaire
(source : http://theses.univ-lyon2.fr/documents/getpart.php?id=lyon2.2008.pintomar...)

Bien que le système TELEMAC développé par EDF comporte un module (SISYPHE) permettant de modéliser le transport sédimentaire, nous avons préféré dans cette étude adopter une approche qualitative afin de mettre en lumière l'absence d'impact de notre champ d'hydroliennes sur ce phénomène.
Deux axes sont envisageables pour analyser au mieux le transport sédimentaire. Le premier consisterait à étudier le comportement local du mouvement solide au niveau de la fixation de l'hydrolienne. Une fois le site d'implantation choisi, il s’est avéré que la composition du sol au niveau de ce domaine soit majoritairement rocheuse. Les risques liés au phénomène d'affouillement sont dès lors considérablement réduits, voire même négligeables, nous dispensant ainsi de cette étude.

Nature des fonds marins aux alentours des îles du Ponant
(MERiFIC, 2013)

Le second axe est orienté vers une analyse du transport sédimentaire plus globale et consiste à évaluer la modification des courants au niveau du passage du Fromveur engendrée par les turbines mises en place. Un changement au niveau des vitesses pourrait être à l'origine d'une modification du transport sédimentaire existant dans cette zone et de ce fait créer soit une zone "morte" soit des zones d'érosion importante au voisinage de notre ferme. Afin de répondre à cette problématique, il est nécessaire de connaître la situation du transport sédimentaire à l'état initial. Pour ce faire, et dans le cadre de l'approche qualitative choisie, nous chercherons à estimer le nombre de Shields. Ce nombre adimensionnel permet de déterminer le seuil de mise en mouvement d’un sédiment dans un écoulement, sa formule est la suivante :

où    u* est la vitesse de frottement au fond
        s est la densité du sédiment
        ds est le diamètre moyen du sédiment

Pour pouvoir évaluer la vitesse de frottement au fond, on suppose que la distribution de vitesse est donnée par la loi logarithmique pour un écoulement turbulent (Re=1,5.108), et rugueux :

où   K=0.4 est la constante de Von Karman
       ks est la hauteur de rugosité équivalente

La hauteur de rugosité équivalente ks sera estimée à partir de la formule de Van Rijn :

où   d90 est le diamètre pour lequel 90% des sédiments en nombre sont plus petits

D’après la carte de la nature des fonds présentée plus haut, les sédiments auxquels nous nous intéressons sont des cailloutis, qui se trouvent dans la gamme d’échelles des galets. Cette carte n'étant pas dotée de données granulométriques précises, nous supposons que ces sédiments ont un diamètre moyen de 7 cm (valeur qu'on prendra également pour d90).

En supposant que la hauteur de la sous couche visqueuse est négligeable, on peut intégrer la loi logarithmique sur la hauteur d’eau et ainsi obtenir une équation non-linéaire à résoudre pour déterminer la vitesse de frottement :

où   Um= 3 m/s est la vitesse moyenne de l'écoulement
       h=50 m est la hauteur d'eau dans le domaine

A partir des nombres de Shields et de Reynolds calculés, on peut déterminer s’il y aura mise en mouvement du sédiment à partir du diagramme de Parker :

Diagramme de Parker
(source: http://rpitt.eng.ua.edu/Class/ExperimentalDesignFieldSampling/Module%204...)

Comme on le constate, les sédiments ne sont pas mis en mouvement. On se situe en dessous de la limite de mise en mouvement établie par Shields. De plus les résultats sur l'étude de l'agencement du "cas réel" montrent que le parc hydrolien joue un rôle de barrage à l'écoulement. Le sillage en aval de la ferme des quatre hydroliennes se distingue bien. De ce fait, les sédiments n'étant déjà pas mobiles avant l'implantation des hydroliennes, il est normal de conclure qu'ils ne le seront pas après.

En outre, les hydroliennes étant situées en profondeur, on peut supposer qu'elles ne perturberont pas la suspension des sédiments fins provenant du large.

En conclusion, l'implantation de cette ferme n'a pas d'effets remarquables sur le transport sédimentaire pour la zone étudiée.

 

c. Paysage et Patrimoine culturel

"Impact sur paysages sous-marins : Certaines EMR seront installées dans des zones à fort courant (hydroliennes) ou dans des zones à visibilité réduite et ou sur des fonds sablo-vaseux qui ne constituent pas des paysages sous-marins de qualité et recherchés par la communauté des plongeurs sportifs."

d. Qualité de l'air

Étant donné que les hydroliennes sont entièrement installées sous l'eau et qu'elles ne sont la source d'aucun gaz pouvant potentiellement être émis dans l'atmosphère, il n'y a aucun impact concernant la qualité de l'air.

e. Climat et météorologie

On peut citer l'effet indirect que les hydroliennes auront sur le climat une fois la ferme installée, en permettant aux centrales présentes sur les deux îles de consommer moins voire plus du tout de fuel, et donc de ne plus rejeter de CO2 dans l'atmosphère. Cet effet est toutefois commun à toutes les énergies renouvelables.

On pourrait également supposer que les hydroliennes, par leurs effets sur les marées et sur les courants, pourraient entraîner des modifications météorologiques. Cependant, ces effets sont locaux et les impacts perçus à plus grande échelle sont imperceptibles, pour ne pas dire inexistants.

f. Santé humaine

Ces dispositifs sont installés sous la mer et aucun produit néfaste pour l'homme n'est utilisé. Il n'y a donc pas d'effet positif ou négatif sur la santé humaine.

g. Actifs matériels et infrastructures

L'impact sur les actifs matériels et infrastructures est également très réduit car uniquement représenté par l'effet "réserve", c'est-à-dire la modification potentielle de la zone par des restrictions d'accès. Ce dernier ne sera en effet que peu présent, les hydroliennes ne gênant pas les pêcheurs ni le passage des cargos et paquebots, au vu de la bathymétrie.



Bilan
Effets positifs Effets négatifs
Amélioration d'habitats Destruction de certains autres habitats
Effet "récif"
Pollution atmosphérique Pollution potentielle
  Dégradation des populations halieutiques et cétacés

 

 

 

Mesures compensatoires envisagées

L'objectif ici est de proposer des mesures réductrices et/ou compensatoires en fonction des effets du projet déterminés et énumérés dans la partie précédente, afin de supprimer ou réduire ces impacts dommageables.

On note que, globalement, les impacts de la ferme d'hydroliennes au niveau du passage du Fromveur restent très limités.

Les données utilisées proviennent majoritairement du MERiFIC (2012) et du ministère de l'écologie (2012).

 

1. Mesures de suppression ou réduction

  • Pour l'écrasement dû à la machine : L'écrasement provoqué par la pose de l'hydrolienne est fortement diminué par une surélévation avec trois pieds entraînant une réduction de l'écrasement de 600 m² à 15 m² (ALLO J.C).
     
  • La pose des machines s'effectue par le biais d'une fixation gravitaire car le passage du Fromveur est majoritairement composé de roche dure. Ceci permet également d'éviter un battage de pieu entraînant une gêne acoustique pour les populations sous-marines et une destruction d’habitats.
     
  • Le choix de la période de chantier retenue se fera afin de réduire au maximum les gênes pouvant être occasionnées aux usagers de la mer d'Iroise et pour l'avifaune (en regardant notamment les périodes de migration).
     
  • A l'issue de l'utilisation des hydroliennes, le site sera totalement remis en état.
     
  • Afin d'éviter au maximum les modifications sur le substrat, une attention particulière sera portée sur le choix du tracé du câble de raccordement, et les techniques de travaux seront adaptées en conséquence. Parmi les différentes techniques d’ensouillage existantes, la charrue est celle ayant le moins d'effet sur le sédiment. Cette technique permet de soulever le sédiment pour y placer le câble et permet au sédiment de remplir là nouveau le tracé naturellement. Les autres techniques comme la trancheuse et le jetting coupent le sédiment ce qui empêche son retour à un état initial naturel.
     
  • Pour la remise en suspension des matériaux, les outils seront choisis avec précaution, tout comme les périodes d'intervention (les conditions océanographiques les plus favorables étant celles avec une faible activité, pour limiter la suspension).
     
  • Au niveau des impacts acoustiques, la mise en place d'un rideau de bulles (CMF, 2013) peut être envisagée, parmi d'autres méthodes proposées telles que le filet ou la barrière anti-bruit, autour des hydroliennes pour limiter la propagation du bruit provoqué par les turbines. Ces méthodes sont cependant pour la plupart encore au stade de prototype. Enfin, l'impact acoustique est relativement réduit, autant lors de l'installation que du fonctionnement, et ne nécessitera pas forcément de mesure compensatoire (source: JC ALLO, Sabella).
     
  • Pour l'électromagnétisme provoqué par les câbles, un ensouillage de ces derniers est prévu pour réduire au maximum leur rayon d'action, qui est cependant déjà faible. On fera également attention au choix des matériaux, de la tension et du système de transmission (un système alternatif est préférable).

Concernant l'effet récif, celui-ci a des effets à la fois positifs et négatifs, sur la biodiversité et sur le fonctionnement des hydroliennes. Nous avons donc décider de ne pas proposer d'améliorations pour ce dernier, puisque réduire ou amplifier un des effets aurait forcément un impact sur le second.

Enfin, les hydroliennes n'auront que peu d'impact vis-à-vis de l'effet barrière. En effet, le bruit produit par ces dernières empêche toute collision des espèces marines, ces dernières pouvant repérer les structures à une distance d'au moins 100m (source : JC ALLO, Sabella). De plus, la vitesse des pales (10 à 20 tours par minute) est assez faible pour éviter tout problème par rapport aux poissons traversant la ferme d'hydroliennes.

 

2. Autres mesures envisageables

Tout au long du projet, des mesures de suivi de l'acoustique, et des populations benthiques et halieutiques seront effectuées afin de surveiller leur évolution, et d'appliquer des mesures supplémentaires si nécessaire.

Des mesures de dédommagement pourraient être envisagées pour les populations et usagers de la mer si nécessaire. Cependant, dans le cadre de notre projet, ces dernières ne seront certainement pas nécessaires car les hydroliennes n'ont pas d'impacts sur la pêche, la navigation et ne provoquent pas de gêne visuelle.

Enfin, des mesures d'accompagnement sont concevables, notamment pour soutenir des projets locaux, via des financements. Nous avons donc envisagé des mesures pouvant soutenir, par exemple, :

  • Les objectifs du Parc Naturel Marin d'Iroise : intervention sur le milieu marin pour améliorer ou maintenir son état (ramassage des algues vertes, restauration des marais littoraux, actions de préservation des habitats et des oiseaux marins sur les îlots)
  • Les ressources halieutiques (par transplantation d'espèces par exemple).

​​

Difficultés rencontrées

 

Nous avons pu rencontrer quelques difficultés lors de l'établissement de cette étude d'impacts. Tout d'abord, le temps imparti pour réaliser le projet, et donc l'étude en elle-même, est relativement court. En effet, au travers des échanges que nous avons pu avoir avec les différents professionnels contactés, les principales remarques qui nous ont été faites étaient que nous ne pourrions, en six semaines, effectuer toutes les mesures et tous les suivis nécessaires à une étude d'impacts complète. Cette dernière est donc relativement succincte comparée à celles qui sont réalisées par des bureaux d'études sur plusieurs années, mais nous avons essayé de suivre au mieux les étapes imposées par le Code de l'Environnement et de les compléter au maximum. Il est également important de signaler que, n'ayant de toutes façons pas de fonds alloués pour le projet, effectuer nous-même les analyses sur le site nous était impossible.

Pour ce faire, nous avons notamment dû contacter de nombreuses personnes (institutions publiques, bureaux d'études, entreprises,...) afin d'obtenir des informations sur toutes les étapes nécessaires, et particulièrement pour l'analyse de l'état initial, qui requiert de nombreux éléments. La difficulté qui s'est alors imposée est le fait qu'un projet (Sabella) est déjà en cours dans le passage du Fromveur, et qu'un appel à manifestations d'intérêt (AMI) est en cours et se termine le 21 Avril 2014. Ainsi, la majorité des données dont nous avions besoin étaient considérées comme confidentielles par la plupart des bureaux et entreprises contactés, et il a été très difficile d'en récupérer une infime partie afin de mener à bien notre projet.

Enfin, il a fallu réfléchir à la manière dont nous allions organiser cette étude d'impacts afin qu'elle soit la plus réaliste possible, avec uniquement les données que nous avions obtenues, sur un projet aussi court que celui-ci.

 

2. Etude socio-économique

Travail réalisé par Clara DIDIER et Yoan RICHARD

 

Nous avons dans cette partie réalisé une étude socio-économique afin d'évaluer les impacts économiques de ce projet et son acceptabilité, après avoir succinctement étudié le marché et la politique des hydroliennes.

Etat de l'art hydrolien dans le monde et en France

 

1. Le potentiel hydrolien

Les hydrolienne fonctionnent à partir de l'énergie cinétique des masses d'eau mises en mouvement par les courants marins. Plus le courant est fort (vitesse élevée), plus le potentiel énergétique est élevé. La force des courants dépend de l'amplitude des marées. Cette source d'énergie est intermittente mais très prévisible ce qui en fait son avantage.

​L'identification des zones favorables à la mise en place d'hydroliennes se fait donc par modélisation des vitesses de courants qui met en évidence les meilleurs gisements. Le potentiel énergétique est calculé en prenant en compte les caractéristiques des gisements, les caractéristiques techniques des machines et les contraintes du site.

 

a. Dans le monde

Plusieurs sources (MEDDE, Dossier de presse, 2013 ; Conférence Institut Coriolis, 2010) font état d'un potentiel  mondial théorique pour l'énergie hydrolienne de 400 à 800 TWh/an, soit 50 à 100 GW (Batiweb, 2013 ; Le Monde, 2013).

Potentiel hydrolien mondial 
(Le Monde, 2013)

La carte du potentiel mondial montre des gisements intéressants autour du Canada, et à l'Ouest de l'Europe.

 

b. En Europe

En Europe, le marché hydrolien s'appuie sur une puissance installée potentielle estimée à 15 à 35 TWh/an soit 6 à 8 GW installés (Batiweb, 2013 ; Conférence Institut Coriolis, 2010).

Les gisements les plus importants se situent au niveau du Royaume-Uni et plus particulièrement en Ecosse avec un potentiel britannique estimé entre 5 à 6 GW soit plus de 60 % du potentiel européen (Conférence Institut Coriolis, 2010). La France représente le second gisement en Europe avec 20 % du potentiel européen (MEDDE, Dossier de presse, 2013). L'Italie quant à elle présente un potentiel de 0,5 GW et le reste de l'Europe (Norvège, Grèce) 0,7 GW (Conférence Institut Coriolis, 2010).

 

               Potentiel hydrolien européen en fonction de la force des courants de marée (en rouge foncé : forts courants) 
(Aqua-RET, 2012)

 

c. En France

En France, les différentes sources trouvées font état d'un gisement énergétique hydrolien exploitable compris entre5 et 14 TWh/an soit 2 à 3 GW installés (MEDDE, Dossier de presse, 2013, Conférence Institut Coriolis, 2010). 

​Le potentiel hydrolien français est fortement concentré en Bretagne et Basse-Normandie avec plusieurs gisements notamment vers Ouessant (Finistère) et autour du Cotentin.

Potentiel hydrolien en France (en fonction de la vitesse des courants) 
(Newsidenergy, 2011)

 

 

2. La politique des EMR et les projets hydroliens existants

 

a. Dans le monde

Le contexte mondial actuel a mis en évidence les limites des ressources fossiles et la forte augmentation des émissions de gaz à effet de serre, et entraîné une prise de conscience des enjeux du Développement Durable et des énergies renouvelables. Le développement des énergies renouvelable, et en particulier des énergies marines, a pu se faire avec l'identification de gisements énergétiques.

Actuellement, une quarantaine de projets hydroliens sont actuellement à l'oeuvre à travers quinze pays (MEDDE, Dossier de presse, 2013). Les principaux acteurs industriels sont la société britannique Marine Current Turbines (MCT, détenue par Siemens), la société irlandaise OpenHydro, filiale de DCNS et Alstom Hydro associée à la société canadienne Clean Current.

 

La première turbine expérimentale raccordée au réseau se situe à Hammerfest, en Norvège. D’une puissance de 0,3 MW, elle produit de l’électricité depuis 2003 (ANDRITZ HYDRO Hammerfest ; RTE, 2013).

Plusieurs projets sont en cours au Royaume-Uni. Le plus grand site expérimental se situe en Ecosse, à l’EMEC (European Energy Marine Centre), avec trois turbines déjà raccordées au réseau et deux turbines supplémentaires prévues en 2013 (RTE, 2013). Le projet SeaGen est mené par Siemens (Marine Current Turbines) et se situe dans le détroit de Strangford, en Irlande du Nord. Ce projet a débuté en 2008 avac l'installation d'une hydrolienne de 1,2 MW. Un projet d'un parc hydrolien de 10 MW est prévu en bordure de la côte du Pays-de-Galles par Siemens. (Sciences et Avenir, 2013)

Au Canada, cinq projets menés par Alstom et Clean Current sont en cours au niveau de la baie de Fundy en Nouvelle-Ecosse.

 

b. En France

 

Politique française des Energies Marines Renouvelables

La France, et en particulier la Bretagne, présente une véritable volonté politique de développement des activités du littoral breton dans une idée de développement durable et de respect de l’environnement. Le développement des énergies marines renouvelables est l'un des principaux objectifs de la région pour produire de l'électricité et limiter ses impacts environnementaux. La Bretagne a en effet l'objectif de devenir une région pilote dans ce domaine.

Le développement de l'énergie hydrolienne s’inscrit dans le cadre de l’objectif européen d’atteindre 20% d’énergie renouvelable à l’horizon 2020 (article 4 de la directive 2009/28/CE de l'Union européenne, du plan d'action "Paquet Climat-Energie"). En France, cet objectif a été décliné en 2007 par l'article 19 du Grenelle de l'Environnement et en 2009 par le Plan d'action national en faveur des énergies renouvelables afin d’atteindre 23% d’énergies renouvelables dans la consommation énergétique totale en 2020. L'article 19 du Grenelle de l'Environnement  privilégie également les efforts de recherches pour les énergies renouvelables. (MEDDE, Politique de développement des énergies renouvelables, 2011)

Plusieurs Appels à Manifestations d'Intérêt ont été lancés en 2009 et en mai 2013, par l'ADEME, pour promouvoir les énergies marines renouvelables. En septembre 2013, le Président de la République, François Hollande, était à Cherbourg afin d’annoncer le lancement d'un nouvel AMI pour l’installation de fermes pilotes d’hydroliennes au large des côtes françaises. (MEDDE, AMI, 2013)

Fin 2007, une Charte des Espaces Côtiers Bretons a été mise en place, avec dix thèmes d'actions prioritaires pour une gestion durable des zones côtières. Cette charte s'intéresse et promeut notamment le développement des énergies marines renouvelables. En 2010, la Bretagne a signé un "Pacte électrique" qui vise le déploiement massif des énergies renouvelables avec un objectif de 1250 MW issus des Energies Renouvelables Marines en 2020. (Région Bretagne, 2013)

 

Projets en cours

  • Parc hydrolien de Paimpol Bréhat (EDF - DCNS/OpenHydro) :

Ce projet d'EDF et d'OpenHydro a été initié en 2004 et est en cours de réalisation depuis 2008. En 2011, un prototype (échelle 1/2) a été immergé au niveau de Paimpol-Bréhat dans les Côtes d'Amor, afin de réaliser des tests. La première hydrolienne a été immergée en décembre 2013. A terme, le parc comprendra quatre hydroliennes et il devrait être mis en route en 2015. (EDF ; DCNS)

  • Démonstrateur dans le Fromveur (Sabella - GDF Suez/Eole Generation) :

Un démonstrateur de Sabella, de taille réduite (D3), a été immergé dans le passage du Fromveur (Finistère) en 2008 et 2009 afin de réaliser des séries de tests. En 2012, un accord a été signé entre Sabella et GDF SUEZ afin d'exploiter ce gisement. Un démonstrateur en taille réel (D10) va être immergé en 2014. A l'horizon 2016, un parc de cinq hydroliennes sera mis en place. (Eole Génération GDF SUEZ)

  • Au niveau du Raz Blanchard : site avec un très fort potentiel 

Le Raz Blanchard, situé au Nord-Ouest du Cotentin (Normandie), possède des courants très puissants et constitue donc un gisement avec un très fort potentiel. Plusieurs entreprises sont très intéressées par l'exploitation de ce site : EDF et DCNS, GDF Suez et Voith (fabricant allemand), Alstom. (Sciences et Avenir, 2013)

 

 

Impact économique

Après une brève présentation du marché hydrolien aujourd'hui, nous allons présenter les différents impacts économiques.

Tout d'abord, rappelons rapidement le contexte économique dans lequel nous nous situons. Les deux îles sont alimentées avec des centrales thermiques fonctionnant au fioul, pour une production de 8424MWh par an. Elles sont toutes deux extrêmement dépendantes du fioul car non raccordées au réseau électrique du continent, et donc au prix du baril ainsi que de son transport. Pour produire toute cette énergie, il est en outre nécessaire d'utiliser plus de deux millions de litre de fioul par an (1,8 millions rien que pour l'île d'Ouessant).

Afin d'avoir une idée générale des gains générés par l'apport d'une ferme d'hydroliennes au niveau de l'île d'Ouessant, en comparaison avec les centrales au fioul actuellement utilisées, nous avons effectué une analyse comparée des coûts des deux méthodes, ainsi que des effets directs, indirects et externes engendrés par la mise en place de telles machines.


Analyse des coûts impliqués par les deux structures de production d'énergie

Le coût d'investissement total correspond à la somme utilisée pour la construction de ces structures. Ce coût est estimé à 5 millions d'euros par MW (ALLO J.C) pour une ferme d'hydroliennes, lorsque la phase "pilote" est passée. Les données pour les centrales thermiques ont été obtenues par le biais de l'association des îles du Ponant et l'entreprise Sys Enr.

Les coûts d'entretien et de maintenance ont été obtenus par l'université de Louvain (Belgique) et le CESR Bretagne. Ils représentent les coûts engendrés par les différentes interventions nécessaires tout au long de l'année, afin de veiller au bon fonctionnement de la structure, et si besoin de la réparer.

Les coûts de production ont été estimé en fonction du prix du fioul pour les centrales thermiques, et par le CESR pour l'hydrolien. On rappelle que les centrales thermiques consomment plus de 2 millions de litres de fioul par an pour fournir les îles en électricité avec un prix de revient deux à quatre fois plus élevé que sur le continent (Actu-Environnement, 2009). Le prix de production estimé pour les énergies fonctionnant avec les courants marins est de 0.059€/kWh (CESR Bretagne, 2009). Cependant, la population bénéficie des mêmes tarifs que sur le continent concernant l'électricité (Association des îles du Ponant, 2011).

On observe donc avec ce premier tableau que les hydroliennes demandent un investissement extrêmement élevé, en comparaison d'une centrale thermique telle que celle de Ouessant. Cependant, en regardant les coûts d'entretien, de maintenance et de production combinés, on peut déjà arguer que les hydroliennes vont être rentabilisées sur une durée plus ou moins longue.

Il est intéressant de noter que la densité de l'eau est environ huit cent fois supérieure à celle de l'air, ce qui permet d'avoir des hydroliennes beaucoup plus petites que les éoliennes pour la même puissance fournie. Le coût en matières premières est donc, entre autres, plus faible pour les hydroliennes que les éoliennes même si l'installation est plus compliquée.

Nous avons ensuite listé les différents effets économiques impliqués par l'installation d'une ferme d'hydroliennes :

Effets directs :

  • Diminution du coût de production de l'électricité insulaire

Effets indirects :

  • Création d'emplois
  • Rachat de l'électricité produite en surplus par EDF

Effets externes :

  • Suppression de l'émission de gaz à effet serre

 

Les bénéfices engendrés par ces différents effets sont décrits dans les tableaux ci-dessous. Nous n'avons volontairement pas inclus le rachat de l'électricité par EDF. En effet, la ferme d'hydroliennes que nous comptons installer ne produira pas assez d'électricité pour fournir l'île et être rachetée. Le prix de rachat est estimé à 150€/MWh (CESR Bretagne, 2009).


Impôts sur l'énergie
(Légifrance - CGI, 2014)

Les valeurs ont été obtenues via le Code Général des Impôts (Legifrance - CGI, 2014). L'avantage de l'hydrolien est positif car le fait d'avoir une imposition plus élevée est positif pour l'Etat.


Avantages apportés par la création d'emploi

(INSEE 2013, Ministère du travail 2014, SPW 2011)

La création d'emplois se faisant dans un domaine assez vaste, nous avons préféré nous baser sur la moyenne des valeurs toutes branches d'activités confondues. Le coût de l'employé à l'entreprise a été estimé en fonction de données de l'INSEE. Le salaire brut est estimé en ôtant les charges patronales du coût de l'employé à l'entreprise. En effet, on a la formule :


Coût d'un salarié
(Dynamique-Mag, 2013)

Les avantages en matière d'emploi sont obtenus en soustrayant le "salaire virtuel" de l'employé à son coût à l'entreprise. On peut définir le salaire virtuel de deux façons (SPW, 2011) : soit il est égal à zéro, soit il est égal à la différence entre le salaire net et l'allocation au chômage, à savoir le bénéfice que l'employé aura à venir travailler dans l'entreprise. On fait la moyenne des deux méthodes :  le salaire que l'employé va gagner auquel on soustrait le chômage qu'il toucherait s'il n'avait pas eu cet emploi, divisé par deux.
Ces avantages sont définis pour un employé sur une année.

Pour le nombre d'emplois créés, nous avons utilisé les données fournies par Jean-Christophe ALLO (Sabella) : il y a création de 60 emplois sur 27 mois d'installation, et de quatre emplois (quinze fois moins que pour l'installation) phase d'exploitation et de maintenance du parc.

On cherche ensuite les avantages, toujours en matière d'emploi, apportés à l'entreprise. Pour cela, on calcule la somme (en euros) rapportée par euros de dépenses en investissement, production, entretien et maintenance, comme on peut le voir sur la figure ci-dessous.


Avantages totaux en matière d'emploi
(SPW, 2011)

Afin d'éclaircir le tableau précédent, voici un bref descriptif de chacune des composantes du calcul :

- Le premier élément, 6,74, représente le nombre d'employés par million d'euros de dépenses. Il a été calculé à l'aide du nombre de personnes employés pour l'installation de la structure (sur 27 mois) puis celui pour l'entretien, la maintenance et la production (sur 213 mois).

- L'effet net, décrit dans les analyses des coûts, (en pourcentage de l'effet brut) est égal à 26%.

- Le dernier élément représente l'avantage par emploi par an précédemment calculé.

On divise l'ensemble par un million afin d'avoir le résultat en €/€.


Émissions de CO2 d'une centrale thermique

(Le Point, 2013)

A la différence des centrales thermiques au fioul, les hydroliennes n'engendrent aucune émission de dioxyde de carbone qui est un gaz à effet de serre. La combustion du fioul entraîne des émissions d'environ 800 gCO2 par kWh produit par les centrales d'Ouessant et de Molène (8424 MWh/an produits). Le prix de la tonne de CO2 est le prix du marché du carbone en 2013.

Cet effet est positif pour l'environnement, et le gain engendré l'est donc également pour notre bilan présenté ci-dessous.

Pour ce bilan, nous nous sommes basés sur une période de 20 ans, qui est la durée de vie moyenne d'une hydrolienne (CESR Bretagne, 2009).


Valeur Actuelle Nette du projet
(SPW, 2011)

La Valeur Actuelle Nette (VAN) représente l'enrichissement supplémentaire d'un investissement par rapport au minimum exigé par les apporteurs de capitaux. Concrètement, une VAN positive signifie que le projet peut être réalisé sans craintes. Ainsi, on peut envisager le projet de la ferme d'hydroliennes comme envisageable. Il est cependant important de rappeler que la VAN est une valeur difficile à déterminer étant donné toutes les estimations qui sont faites pour l'obtenir, ces informations sont donc à prendre avec beaucoup de précautions et méritent d'être mises à jour régulièrement.

Pour les emplois, on utilise les avantages précédemment calculés que l'on multiplie par les dépenses effectuées tout au long du projet.

Le rachat de l'électricité a été estimé à 150€ au vu de la production d'électricité moyenne calculée. Cette valeur est cependant à considérée avec modération, étant donné que nous n'avons pas inclus dans le coût d'investissement le prix de raccordement de la ferme au continent. Il est cependant à noter que, même sans le rachat d'électricité, notre VAN reste positive.

 

Acceptabilité du projet hydrolien

 

Malgré la politique de développement des énergies renouvelables, les projets en cours sont souvent très controversés en raison du manque de connaissances des différents impacts pouvant être occasionnés. Or l'acceptabilité sociale est l'un des enjeux majeurs de la réussite de tels projets. En effet, la mobilisation de la population a parfois été à l'origine de l'abandon de projets. 

Le mise en place d'énergies renouvelables montre l'importance du dialogue et des concertations pour prendre en compte l'avis de la population, et comprendre et dénouer les débats conflictuels pouvant exister autour de ces énergies.

Après avoir réalisé une étude des impacts économiques envisageables, nous avons analysé les conflits d'usages et les opinions sur le projet

 

1. Conflits d'usages potentiels et réels

a. La pêche

Les études réalisées sur les énergies marines renouvelables montrent que celles-ci peuvent avoir une influence négative sur la pêche professionnelles. En effet, il existe des risques de perte de zones de pêche entraînant un allongement des routes de pêches et ainsi une augmentation de la consommation de carburants. Il peut également y avoir des impacts sur les espèces péchées. Ces deux points sont à l'origine de pertes de revenu.

Cependant ces risques s'avèrent très limités dans le cas de l'implantation d'hydroliennes. En effet, l'étude d'impacts environnementale montre que cette implantation a peu  de conséquences sur les espèces marines.

Afin d'avoir plus de détails sur les activités de pêche au niveau d'Ouessant, nous avons contacté la mairie. L'interview téléphonique d'un adjoint nous a appris que c'est une activité peu développée sur l'île avec seulement trois pécheurs professionnels (pour deux bateaux). De plus, notre contact de l'entreprise Sabella, M. ALLO, nous a expliqué que dans cette zone, la pêche est réalisée à la ligne ou au filet, et les hydroliennes ne causent pas de gêne sur ces pratiques étant donné leur profondeur d'implantation.

Notre appel au Comité Départemental des Pêches du Finistère nous a confirmé ces informations en précisant que les pécheurs d'Ouessant ne sont pas défavorables à la mise en place du démonstrateur dans le passage du Fromveur. De nombreuses concertations ont en effet eu lieu pour débattre de ce projet et la mise en place d'une ferme industrielle semble également ne pas poser de problème.

 

b. La navigation

Le risque principal de l'implantation d'énergies marines renouvelables pour la navigation est l'interférence avec le libre passage.

Cependant, la navigation étant extrêmement dangereuse dans le passage du Fromveur, une partie des bateaux ont l'obligation de passer par le Nord de l'île d'Ouessant via un rail de circulation. Le rail d'Ouessant, qui est un dispositif  de séparation du trafic maritime au large de l'île d'Ouessant, interdit la circulation des cargos au niveau du passage du Fromveur. 

Circulation maritime au niveau du rail d'Ouessant
(Cèdre, Marées Noires, 2003)

La circulation de bateaux est donc très modérée au niveau du Fromveur qui est principalement fréquenté par les ferries servant de navettes entre les îles.

Or, tout comme pour la pêche, la navigation de ces bateaux n'est pas gênée par les hydroliennes, le brassiage nécessaire étant assuré par la hauteur d'eau au-dessus des machines (au moins 20 m).

 

c. Le tourisme / le patrimoine naturel

En dehors des impacts sur la faune et la flore, l'étude d'impacts environnementale a également montré que l'implantation d'hydroliennes dans le passage du Fromveur ne présente pas de détérioration du paysage. En effet, les installations ne sont pas visibles, et la zone du Fromveur étant sujette à de forts courants, elle ne présente pas d'intérêt majeur pour les plongeurs (pas de patrimoine archéologique ou naturel subaquatique particulier). Les zones de plaisance, de loisirs nautiques et de plongée ne sont pas situées dans le passage du Fromveur qui est dangereux.

 

d. Les activités militaires

Il existe une base navale militaire à Brest d'où partent des navires et sous-marins de la Marine qui traversent la mer d'Iroise. Cependant, aucune donnée n'a été trouvée sur la présence d'activité militaire dans la zone du Fromveur, qui n'est pas une zone propice à ce type d'activité.

 

L'évaluation de ces impacts sur les activités humaines montre qu'ils sont très limités. Les activités de l'île ne sont pas gênées par les hydroliennes.

 

2. Comparaison avec les éoliennes

Les hydroliennes et les éoliennes sont des énergies renouvelables utilisant toutes deux l'énergie cinétique des courants (aériens ou marins) pour produire de l'électricité. Il est donc très intéressant de les comparer, du point de vue de leurs impacts d'autant plus que les éoliennes sont très controversées.

En effet, elles ont un impact direct sur le voisinage par le bruit et la gêne visuelle qu'elles engendrent. De plus, les courants aériens ne sont pas prédictibles ce qui ne permet pas de prévoir le nombre d'heures de fonctionnement des éoliennes. La densité de l'eau permet d'avoir des hydroliennes plus petites que les éoliennes pour une même puissance. En revanche, le travail en milieu marin pour les hydroliennes rend la maintenance plus difficiles et les coûts d'entretien et d'installation plus élevés. Pour les éoliennes offshore, on observe également un impact sur la pêche et la navigation avec une zone de restriction. Tous les impacts sont résumés dans le tableau suivant.

                      

Comparaison entre les différents impacts liés aux hydroliennes et aux éoliennes 
(Le figuré + indique un effet positif ou une absence de risque. Le figuré - indique un effet négatif.)

 

Cette comparaison montre que les hydroliennes ont des impacts plus limités que les éoliennes. Cela explique pourquoi on observe beaucoup moins de controverses autour des projets hydroliens.

 

3. Avis des acteurs locaux

Afin d'avoir plus d'information sur l'acceptabilité réelle de du projet d'implantation d'hydroliennes dans le Fromveur, nous avons contacté plusieurs acteurs impliqués dans le projet pour obtenir leur avis sur le projet de démonstrateur en cours et sur un projet de ferme industrielle.

  • Parc Naturel Marin d'Iroise (Contact : Philippe LE NILIOT - Chargé de la coordination scientifique au parc marin)

​​La zone d'implantation étant située dans un Parc Naturel Marin, il nous a semblé important de contacter l'un de ses responsables pour savoir comment un tel projet était perçu vis-à-vis de la protection environnemental du site. De plus, le Parc Naturel est l'un des acteurs majeurs du projet du démonstrateur Sabella, puisque le conseil de gestion du parc est sollicité afin d'obtenir un accord de principe pour le projet et fait partie du groupe de travail sur les énergies marines renouvelables.

Philippe Le Niliot nous a expliqué que la gestion du parc est dans une optique de Développement Durable, et est donc favorable au développement des énergies marines renouvelables et à la diversification des énergies. L'avis du parc est très fortement positif sur le projet de démonstrateur. En effet, il y a beaucoup d'inconnues quant aux effets réels des hydroliennes sur l'environnement. Le Parc n'a donc pas de raison d'émettre un avis défavorable puisque rien ne lui permet de juger ces hydroliennes. De plus, la pose d'un démonstrateur permettra une évaluation concrète des impacts. Si, comme l'a montré l'étude d'impact, les effets restent limités, le parc serait favorable à la mise en place d'une ferme d'hydroliennes, qui permettrait d'alimenter les îles en électricité et donc de supprimer les centrales au fioul très polluantes.

  • GDF SUEZ Futures Energies (Contact : Laurent CHARLES - Ingénieur énergies marines)​ et SABELLA (Contact: Jean-Christophe ALLO - Chef de projet hydrolien)

​​GDF SUEZ Energies Futures est la filiale de GDF SUEZ responsable des énergies renouvelables. Elle est porteur du projet actuellement en cours dans le passage du Fromveur. Elle s'est associée à l'entreprise Sabella pour créer une hydrolienne et la mettre en place. Son objectif est de développer son activité dans les énergies renouvelables et notamment de se positionner sur les énergies marines.

  • Conseil Général du Finistère (Contact : Hélène VENTE - Direction de l'Aménagement, de l'Eau, de l'Environnement et du Logement)

​​Le Conseil Général du Finistère a lancé un 2ème Plan Climat-Energie territorial dans le cadre de la loi Grenelle II. Ce plan présente plusieurs objectifs : réduire consommation énergie sur le territoire, sécuriser l’environnement électrique, et développer énergie renouvelable, notamment marine avec volonté de développer les emplois industriels. Le projet de ferme hydrolienne répond donc totalement à ces objectifs. Le Conseil Général du Finistère soutient donc ce projet mais prend tout de même en compte les impacts environnementaux et l'acceptabilité sociale en organisant des débats et concertations.

  • Mairie d'Ouessant

​​La mairie d'Ouessant est entièrement favorable à ce projet de ferme hydrolienne qui permettrait de supprimer la pollution due à la centrale électrique fonctionnant au fioul qui ne servirait plus qu'à d'éventuels dépannages. De plus, ce projet présente peu d'influence sur les activités de l'île. La mairie a organisé de nombreuses conférences avec le directeur de Sabella (constructeur du démonstrateur), Jean-François Daviau, pour informer la population de l'île et des concertations ont été engagés avec les acteurs locaux et les pêcheurs.

  • Comité Départemental des Pêches Maritimes du Finistère (Contact : Romain Le Bleis - Chargé de mission au sein du CDPMEM)

​​Nous avons contacté le Comité Départemental des Pêches du Finistère car l'avis des acteurs de l'économie locale, comme les pêcheurs, est très important puisqu'ils sont directement impactés par les projet d'énergies marines renouvelables et car ils peuvent être à l'origine d'abandon de projets. Sur les sites du Raz Blanchard et du Raz de Bafleur, les pêcheurs sont en totale opposition avec les projets hydroliens qui menacent les gisements de moules et crustacés. Cependant, au niveau du fromveur, il n'y a pas de conflits d'usage entre les hydoliennes et les pêcheurs qui ne voient pas d'inconvénient au projet. Toutefois notre contact nous a bien précisé que les dialogues et concertations sont à privilégier au plus tôt afin d'éviter tout conflit.

 

Les différents interviews obtenus montrent globalement un avis positif sur les projets. Le projet de démonstrateur est très soutenu, tous les acteurs impliqués y sont favorables. Pour le projet d'une ferme de taille plus importantes, certains acteurs émettent un peu plus de réserve comme les représentants du Parc Naturel Marin. En effet, les impacts des hydroliennes n'ayant pas encore été démontrés, ils préfèrent ne pas donner d'avis favorable immédiatement. Cela montre l'intérêt de la mise en place d'un démonstrateur avant tout projet afin d'évaluer au mieux les impacts et les conséquences des hydroliennes.

 

4. Acceptation sociale

Une enquête auprès des populations locales nous a paru être un plus afin d'avoir non seulement l'opinion des acteurs impliqués mais également celle des populations directement concernées. Pour cela nous avons réalisé un questionnaire que nous avons souhaité diffusé auprès des habitants d'Ouessant. Nous avons donc contacté le Parc Naturel Marin qui nous semblait le plus intéressé par ce type d'étude. Notre contact, Chloé Sotta, chargé de l'acceptabilité sociale des projets hydroliens, nous a informé que cette enquête n'était pas nécessaire sur notre zone d'étude. En effet, de nombreuses concertations ont déjà été engagées, et les élus locaux d'Ouessant, qui se sont montrés très favorables au projet, se sont chargés d'émettre les avis de la population concernant le projet. L'adjoint au maire d'Ouessant confirme une très bonne acceptation du projet de démonstrateur par les habitants d'Ouessant. Concernant une future hypothétique ferme industrielle, les avis restent les mêmes puisque l'objectif de l'île est d'obtenir une autonomie énergétique indépendante des centrales au fioul.

​Cependant, une diffusion du questionnaire serait nécessaire si le projet touchait une population plus importante et s'il était beaucoup plus controversé. Nous avons donc mis en exemple le questionnaire que nous avons réalisé et qui pourrait être utilisé dans ce cas.

          

Exemple de questionnaire sur les hydroliennes
(Cliquer sur les images pour les afficher en taille réelle)

 

Cette étude de l'acceptabilité sociale de ce projet montre des avis fortement favorable, y compris de la population locale et du Parc Naturel Marin d'Iroise. Cependant, comme pour tout projet, les acteurs locaux attendent les résultats des suivis qui doivent être effectués afin de s'assurer que les effets des hydroliennes soient minimes sur l'environnement. De plus, ce projet d'implantation d'une ferme hydrolienne ne pourra se faire qu'en respectant certaines conditions (ensouillage du câble, limitation de la distance de raccordement, choix du site, ...) pour limiter les impacts et les coûts.

Conclusions

Ce projet long concluant notre scolarité, a permis de mener à bien une étude en toute autonomie et ainsi développer un esprit de cohésion au sein du groupe. La problématique choisie a permis à chacun d'entre nous de mobiliser les connaissances acquises tout au long de notre cycle ingénieur.

Au cours de ces dernières années le développement des énergies renouvelables a connu une expansion considérable, une des plus prometteuses étant l'exploitation des courants via les hydroliennes. L'exploitation de ce type d'énergie étant toujours en cours de développement, des hypothèses ont été formulées, et nos simulations orientées en fonction des différents industriels avec lesquels le dialogue a pu s'établir. De ce fait un certain jugement critique a pu être acquis quant à la pertinence de ces choix.

Les différentes tâches réalisées par chacun d'entre nous ont permis de répondre aux objectifs fixés. Grâce à  la cartographie du site, l'étude courantologique ainsi que la connaissance de la réglementation,  il a été possible de sélectionner une zone propice à l'implantation d'hydroliennes dans le passage du Fromveur. La zone retenue permet d'avoir des conditions géophysiques (bathymétrie, pente) et une ressource énergétique (due aux courants) optimales, tout en prenant en compte la protection règlementaire. Une analyse des différents prototypes de turbines, de leurs propriétés mécaniques ainsi que du sillage engendré par leur présence au sein d'un écoulement a mis en lumière l'agencement optimal à mettre en place mais aussi le nombre de machines nécessaires pour pallier aux besoins énergétiques des îles de Molène et d'Ouessant qui, rappelons le, est de 8424 MWh/an. Le choix se portera sur une configuration en quinconce comprenant quatre hydroliennes. Enfin, une étude des impacts environnementaux, économiques et sociaux engendrés par la mise en place de ce projet a complété cette étude, afin de vérifier la faisabilité et les conséquences de ce dernier. Finalement, les impacts engendrés se révèlent être assez limités et, malgré les coûts d'installation et de maintenance, l'investissement est rentabilisé, ce qui favorise l'acceptation sociale du projet.

Les six semaines mises à disposition pour mener à terme ce projet nous ont contraint à faire des choix et simplifications. En effet le raccordement au réseau des turbines nécessitant la mise en place d'un câble et donc de travaux importants a été abordé de manière succincte, tout comme l'évaluation des coûts de maintenance de l'installation entière. Une étude du vieillissement ainsi que de la fatigue des matériaux engendrée par différents forçages pourrait être envisagée.

A long terme, l'agrandissement d'un tel projet est envisageable au vu de la ressource disponible dans le passage du Fromveur, et permettrait de compléter la production provenant des autres sources d'énergies. L'exploitation de cette énergie océanique, à l'échelle nationale, autoriserait ainsi la France à diminuer considérablement ses émissions de carbone. Cela réduirait également sa dépendance face aux combustibles fossiles et donc garantirait une certaine sécurité énergétique. 

 

Références

 

Bibliographie


Introduction

 

I. Etude du site

1. Réglementation

  • Synthèse documentaire des impacts envrionnementaux des énergie renouvelables marine faite par MERIFIC

 

2. Etude courantologique

  • SIMON B., La marée océanique et côtièreInstitut océanographique éd, 2007
  • JANIN J.M. et al., Simulation des courants de marée en Manche et proche Atlantique, Collection des notes internes de la Direction des Etudes et Recherches (EDF), 1992
  • SHOM - Dalles bathymétriques. France (Europe) : Service Hydrographique et Océanographique de la Marine, 2014. <http://www.shom.fr/>

 

3. Cartographie du site

​​

​​II. Agencement des hydroliennes

1. A propos des hydroliennes

2. Agencement des hydroliennes

 

III. Etude d'impact et faisabilité du projet

1. Impacts environnementaux

 

2. Etudes socio-économiques

Contacts


 

 

  • ALLO Jean-Christophe, Chef de Projet Sabella
     
  • ANDREEWSKY Marc, Ingénieur Chercheur EDF-R&D (LNHE)
     
  • CHARLES Laurent, Ingénieur Energies Marines GDF Suez Futures Energies
     
  • CHORDA Jacques, Ingénieur de Recherche CNRS IMFT - Groupe HYDROECO
     
  • FOLEGOT Thomas, Président de Quiet Ocean (bureau d'étude)
     
  • GUILLOU Nicolas​, Chercheur au Centre d'étude et d'expertise sur les risques, l'environnement, la mobilité et l'aménagement (Cerema)
     
  • LE BLEIS Romain, Chargé de mission au sein du Comité Départemental des Pêches Maritimes du Finistère
     
  • LE NILIOT Philippe, Chargé de la coordination scientifique au Parc Naturel Marin D'Iroise
     
  • MOIGNE Dominique, Adjoint au maire de l'île d'Ouessant
     
  • SHEEREN David, Maître de conférence en Système d'Information Géographique INP-ENSAT
     
  • VENTE Hélène, Direction de l'Aménagement, de l'Eau, de l'Environnement et du Logement au Conseil Général du Finistère