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.