Evaluation de la houle

Evaluation de la houle

1. Localisation

La proximité immédiate de l'usine avec la mer lui permettrait d'exploiter une part de l'énergie produite par ce milieu. Lorsque le vent souffle sur les océans, une part de son énergie est absorbée et est à l'origine de la formation de la houle. Les vagues formées peuvent parcourir des milliers de kilomètres sans grande perte d'energie. Des solutions technologiques (qui seront décrites par la suite) existent pour récupérer l'énergie de la houle. 

L'évaluation de la houle s'effectue ici à partir d'une analyse statistique des relevés sur le terrain. Les données sont issues de bouées mesurant en permanence l'intensité de la houle. La bouée récoltant les données se situe entre l'île de Noirmoutier et l'île d'Yeu (Tableau 1 et Figure 1). Ces données ont été récupérées sur la base de données du Centre d'Archivage National des Données de Houle In Situ (CANDHIS) en collaboration avec le CETMEF.

Tableau 1 : Caractéristiques de la bouée de mesure
(CANDHIS, 2013)

Renseignements Données
Code campagne 08504
Nom campagne Ile d'Yeu Nord
Latitude 046°49,933'N
Longitude 002°17,700'W
Profondeur 14 m
Marnage* VEM (m) 4,5 m
Distance à la côte (km) 11,3 km
Nombre de mesures 57127
Date de début 21/06/2005
Date de fin 01/02/2013

*Marnage : Différence de niveau entre marée haute et marée basse

Figure 1 : Localisation de la bouée de mesure de hauteur et de période de houle
(CANDHIS, 2013)

Les données que nous utilisons pour évaluer la ressource sont la hauteur de houle et la période de houle de 2005 à 2013.

2. Hauteur de houle

La hauteur de houle est donnée sous 3 formes (CANDHIS, 2013) :

- H1/3 : Hauteur significative, valeur moyenne du tiers supérieur des hauteurs des vagues
observées sur une durée de 30 minutes.
- H1/10 : Valeur moyenne du dixième supérieur des hauteurs des vagues observées sur une
durée de 30 minutes.
- Hmax : Hauteur de la plus grande vague observée sur une période de 30 minutes.

En utilisant le logiciel statistique R, on obtient des données de 2005 à 2013 les résultats suivants (Tableau 2) :

Tableau 2 : Statistiques des données de hauteur de houle de 2005 à 2013

Données H1/3 (m) H1/10 (m) Hmax (m)
Minimum 0,110 0,140 0,190
1er Quartile 0,610 0,770 1,060
Mediane 0,920 1,150 1,560
Moyenne 1,067 1,335 1,800
3ème Quartile 1,390 1,730 2,320
Maximum 5,320 6,720 8,360

La répartition des hauteurs de houle est présentée sur les histogrammes suivants pour H1/3d, H1/10d et Hmax (Figure 2) :

Figure 2 : Histogrammes de la répartition des hauteurs de houle entre 2005 et 2013
(CANDHIS, 2013)

3. Période de houle

La période de houle est donnée de la même façon que la hauteur sous 3 formes (CANDHIS,2013) :

- TH1/3 : Période significative, définie par la valeur moyenne des périodes du tiers supérieur
des plus grandes vagues observées sur une durée de 30 minutes.
- TH1/10 : Valeur moyenne des périodes du dixième supérieur des plus grandes vagues
observées sur une durée de 30 minutes.
- THmax : Période de la vague de la plus grande hauteur observée sur une durée de 30
minutes.

En utilisant le logiciel statistique R, on obtient des données de 2005 à 2013 les résultats suivants (Tableau 3) :

Tableau 3 : Statistiques des données de périodes de houle de 2005 à 2013

Données TH1/3 (s) TH1/10 (s) THmax (s)
Minimum 2,300 2,200 1,100
1er Quartile 5,800 6,400 6,500
Mediane 7,300 8,100 8,700
Moyenne 7,513 8,217 8,593
3ème Quartile 9,100 10,000 10,600
Maximum 18,900 19,800 25,700

La répartition des périodes de houle est présentée sur les histogrammes suivants (Figure 3) :

Figure 3 : Histogramme de la répartition des périodes de houle entre 2005 et 2013
(CANDHIS, 2013)

4. Relation période-hauteur de houle

Le domaine de fonctionnement (hauteur et période de houle) du constructeur Pelamis Wave Power est donné dans la figure ci-contre (Figure 4).

Figure 4 : Grille de fonctionnement des pelamis
(M. Maranowski, 2013)

Pour chaque hauteur maximale et période de vague est donné la production énergétique en (kW). Cette production a été calculée grâce à la formule suivante (M. Maranowski, 2013) où J est en kW, L la longueur de l'installation (m) et  ${\alpha}$ un coefficient:

$ J = {\alpha}.(H_{max})^{2}.T_{max}.L $

Une comparaison entre ce domaine de fonctionnement et les données de hauteur et de période de houle issues du CANDHIS permettrait d'évaluer le potentiel de la ressource houlo-motrice. Les graphes période-hauteur de houle (H1/3, H1/10, Hmax et Th1/3,Th1/10,Thmax) sont présentés en Figure 5 avec en superposition en rouge les données constructeurs.

Figure 5 : Relation hauteur et période de houle des données mesurées
(J.Le Ster, A.Marty, 2013)

Ces différents graphiques montrent que la zone étudiée semble propice à la production d'énergie par les pelamis. Cependant, afin de quantifier l'énergie produite, il est nécessaire de coupler période et hauteur de houle avec leur fréquence d'apparition en moyenne sur une année.

Le Tableau 4 montre le nombre d'occurences pour chaque hauteur maximale et période de houle au cours de la période mesurée (entre 2005 et 2013) pour les valeurs correspondant au fonctionnement des pelamis (Figure 4).

Tableau 4 : Occurences des couples période - hauteur maximale entre 2005 et 2013

Le graphique suivant (Figure 6) illustre ce tableau en trois dimensions avec la fréquence d'apparition des vagues en fonction de leur hauteur maximale et de leur période. Le cube en rouge représente le domaine de fonctionnement des pelamis.

Figure 6 : Fréquence d'apparition des vagues en fonction de leur hauteur maximale et de leur période
(J.Le Ster, A.Marty, 2013)

En effectuant une moyenne des fréquences d'apparition des vagues en fonction de leur hauteur maximale et de leur période sur une année et en multipliant ces données par les données constructeurs de la Figure 4, il est possible de calculer la production énergétique moyenne sur une année. Ces informations sont représentées dans le Tableau 5.

Tableau 5 : Production énergétique (kWh) moyenne sur une année en fonction de la période et de la hauteur de houle moyenne

    Période de houle (s)
    5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5 11 11,5 12 12,5 13
Hauteur de houle (m) 0,5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
1 0 1459 2033 2726 3678 4085 5007 4908 4989 3963 3613 2963 2084 1461 0 0 0
1,5 2985 4584 6298 8047 9563 10682 12058 11906 11595 10897 11532 9301 7669 5644 4296 2893 1797
2 3986 8178 10646 13446 14685 16199 15874 14242 15256 14588 14221 12320 10097 8638 5973 4449 3203
2,5 3568 7864 13298 16043 18976 19337 18482 17075 17394 15095 13307 12189 10051 7665 5546 4110 3175
3 1646 4947 11076 15680 18142 20413 19574 19308 17006 16018 13287 9881 8909 7840 6454 4741 3346
3,5 0 2766 8272 11563 15746 15186 17072 15686 14367 13990 11720 11285 7805 7442 5063 4176 3139
4 0 0 1329 4963 10095 12857 12195 14082 14344 13495 9526 9276 8409 5573 3744 2769 2757
4,5 0 0 489 3196 4731 6989 6773 7318 8688 9206 8247 5824 5287 4479 3585 2804 1148
5 0 0 0 1328 1044 3548 3558 5681 5901 6001 5407 4308 4327 2474 1791 1752 1710
5,5 0 0 0 270 404 809 2696 2292 2650 1918 3075 1736 1810 1337 1283 213 638
6 0 0 0 0 135 404 809 809 1618 1213 1789 1934 1669 903 920 676 821
6,5 0 0 0 0 0 135 270 135 270 539 809 801 710 335 312 368 346
7 0 0 0 0 0 0 0 0 135 135 135 270 404 243 110 315 0
7,5 0 0 0 0 0 0 0 0 270 270 135 135 0 0 123 224 0
8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 270 0 0 0 0 0 0

Au final, sur une année, avec un pelamis on obtient une production énergétique moyenne de 1 223 479 kWh soit environ 1 GWh. Le dimensionnement sera fait dans la partie suivante (Dimensionnement des pelamis).