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.