​L’énergie hydrolienne peut-elle rattraper l’éolien en mer ? Réponse d’un marin

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MEDIAPART Revue de Presse  du 03/03/16 

https://blogs.mediapart.fr/greenaymeric/blog/030316/l-energie-hydrolienne-peut-elle-rattraper-l-eolien-en-mer

MEDIAPART a la réputation de déterrer des scandales …  et les amateurs  du genre ont probablement été très  déçus à la lecture  du texte d’Aymeric le Vert publié ce  3 Mars 2016 : on ne voit pas où est le scandale !  
 hydrolienne EDF, rare photo permettant d’estimer les dimensions 

Alors, votre serviteur qui s’est colleté avec la  violence de Poséidon dans les 40 et 50èmes Sud  et avec Thétis moins puissante mais plus rageuse des 70èmes Nord… va prêter  à cet Aymeric (plus ‘tenderfoot’ que ‘greenhorn’ en ces matières semble-t-il…)…un grand coup de lave-pont pour découvrir les crasses non évoquées .  

Un grand coup de garcette auparavant quand même de la part de mes amis Bréhatins pour avoir mis leur île adorée dans la Manche…! Comme s’il n’avait pas suffit  du Couesnon qui dans sa folie a mis le Mont en Normandie….

Citation:  »   Les hydroliennes ….produisent autant, voire davantage d’électricité  que les éoliennes grâce à la densité de l’eau 800 fois supérieures à celle de l’air »

Nihil obstat sur ce point même pas bien précis : 1,02 kilogramme  le litre d’eau de mer de salinité classique pour 1,23 grammes le litre d’air ( conditions standard  20°C  Pression normale) , le rapport est de 830 et non 800…. donc 3,75% d’erreur, on va pas chicaner, mais on prendra 830…

Pour le reste par contre,  ouh là là…. C’est comme l’apostrophe de Christian de Neuvilette vers le nez de Cyrano….. bien trop court!   Eh oui, parce que si un diable se cache dans les détails, en cette affaire de puissance de l’eau, notre Aymeric n’en a débusqué qu’un seul… et de plus, son aspect le plus évidemment ‘intéressant’  ! Et ce sont bel et bien cinq diables de bonne taille qui sont passés sous silence… réduisant très considérablement  l’avantage de 830 fois laissé entrevoir…

Un peu de rétrospective vers 1920 :  le physicien Albert BETZ se plongeant dans les écoulements fluides de Bernouilli, les réactions d’Euler  et tutti quanti…en a tiré sa formule exprimant le maximum théorique des puissances de machines tournantes puisant leurs énergies dans de tels fluides en mouvement.  Eoliennes et hydroliennes  sont les machines les plus concernées… et donc nous aussi ! 

Formule de BETZ:  P= N  Ro S (2/3V)puiss 3 , avec  ‘N’ = coefficient expérimental  représentatif des influences des formes de pales   ;  ‘Ro’ = masse volumique du fluide;   ‘S’ = surface en mètres carrés  balayée par l’élément tournant  ; ‘V’ = vitesse du fluide incident au droit de l’élément tournant, en mètres par seconde .  Le coefficient 2/3 qui lui est accolé correspond au fait que la puissance maxi est atteinte pour une chute de vitesse du vent de 2/3 de la vitesse initiale du fluide au travers de la machine.  (On trouve aussi  P=  8/27 N Ro S (V)puiss3 ;  les matheux, matafs ou non, reconnaîtront  que 8/27 n’est que (2/3)puiss 3…  
Hydrolienne DCNS

Premier diable, (le plus petit …) Les éoliennes sont munies de pilotages mécaniques qui  présentent leurs pales toujours de la meilleure  façon face au vent, et de savants calculs d’écoulement  ont abouti à une optimisation des formes, et  les  ‘connaisseurs’  les créditent d’un coefficient de forme  Néol =0,95 . 

 A contrario, les hydroliennes devant fonctionner avec des courants dits ‘de renverse de marées’ : un coup dans un sens, un coup dans le sens opposé , leurs pales sont obligatoirement de formes beaucoup plus simples, devant être aussi ‘utiles’ dans les deux sens…. mais de formes évidemment  pas aussi optimisées … souvenez-vous des petits tourniquets en celluloïd  de foire  ou ceux en papier de votre fabrication aux quatre ailes bien tordues…que vous avez essayé  sans succès de faire tourner en soufflant  du mauvais côté… Alors, le coefficient de forme des pales des hydroliennes est au plus de l’ordre de la moitié de celui des éoliennes:  Nhydr=0,47, et probablement expérimentalement  moins… mais l’usine marémotrice de la Rance ne donne aucune indication utile à ce sujet, nonobstant sa longue expérience de la chose …

 PAN …! L’avantage 800  d’Aymeric le Vert vient de tomber à 400….!

Deuxième diable :  la masse volumique elle-même…!!. En principe , le ratio Ro hydr/ Ro éol = 830 se montre favorable aux hydroliennes, mais ce diable a un héritier direct: les forces  que cette masse spécifique très supérieure  de l’eau exerce par unité de surface  des pales sont 830 fois plus élevées…. Tout moussaillon imprudent le sait, qui  a valsé sur le pont sous  l’effet de seulement les petits crachats ultimes d’une déferlante….   Les pales des hydroliennes ne peuvent donc pas être aussi longues…  sous peine de mort… Les calculs de résistance des matériaux aboutissent à des dimensions  bien plus modestes…  environ 10 à 12 fois moins… La conséquence n’est pas directe, mais comme souvent dans le cas de patriarches trop lourds, c’est l’héritier  qui en  assume la peine!

Troisième diable : la surface, héritière du précédent , et qui cache  un agent mathématique puissant….. Pour simplifier, on va appeler Archimède à la rescousse  et ne considérer que des sections circulaires (d’autres formes sont possibles, mais bien plus compliquées, très au delà de mon bagage mental de mataf, même un peu  technicien …)

Donc : S= Pi x R² , ou plus précisément  Pi x ( R²-r²)  , avec ‘R’  le rayon  à l’extrémité des pales, et ‘r’ le rayon du moyeu  non utile dans l’écoulement.  Et là, quand on regarde le prototype EDF conçu par les ‘superingés’ de la DCN (Direction Constructions Navales, fleuron de notre ‘Royale’…) , on voit que  ‘r’ est loin  d’être aussi négligeable  que pour les éoliennes…!  

Pour simplifier dans l’exemple approximatif chiffré ultérieur, et  faute d’avoir connaissance des dimensions des monstres  de 6 MW et plus annoncés au vent en mer, on prendra  une éolienne de 2MW de puissance nominale  terrestre, ( env 45m de diamètre extérieur et 4m de diamètre du bulbe moyeu),   et  l’hydrolienne montrée  par Mediapart ( env 15m de diam ext et 6m de diam moyeu). On obtient les ordres d’idées   : Séol = 1580m² , et Shyd=150m².  Les monstres éoliens  marins et leurs pales de 75 à 70m de longueur augmenteraient encore très notablement S éol, alors que S hydr ne pourra guère bouger,  le deuxième diable frappant de son inévitable trident toute tentative d’excès…….

 Et rePAN…! l’avantage 800 d’Aymeric vient de dégringoler d’un ratio d’environ 10.. il n’en reste plus que 40…

 

Autre modèle DCNS, les pales sont renforcées par cerclage en leurs extrémités…

Quatrième diable: C’est le plus ‘zénhaurrrme’ des cinq… et pas du tout ‘zen’ puisque  par nature il bouge… et dispose de  la puissance 3 mathématiquement…  Il se nomme Vitesse  et joue à V x V x V

Pour les éoliennes, les courbes sont connues : puissance nominale atteinte avec des vitesses de vents à  partir de 13 à 15 m/sec selon les machines . Pour ne pas être taxé de favoritisme, le mataf de service prendra Véol=13m/sec  en référence …

Pour les hydroliennes,  comme il est question du  passage du Fromveur  (que nul mataf bien né ne voit sans peur…), entre Jument et Kéréon, ,  nous prendrons les infos  du Service Hydrographique et Océanographique de la Marine:

Flot. Au milieu du Fromveur, le courant atteint les huit nuds, 45 minutes après la basse mer (direction 45°), et même neuf nuds, au sud de Men Korn (direct.ion NE). Au Kéréon (Men Tensel), huit nuds au NNE, une demi-heure avant la BM.

Jusant. Courant un nud moins fort, en moyenne, 45 minutes après la PM. Respectivement de direction 225° et SW. Au Kéréon, sept nuds au SSW, une demi-heure avant la PM 

Un diablotin se cache sous ces valeurs: elles concernent la surface de la mer… et le SHOM donne ailleurs des indications sur les valeurs moindres au fond, et, plus intéressantes : d’environ1 noeud  de moins seulement  à 10m du fond pour les hydroliennes, soit  7 et 6 noeuds respectivement pour le flot et le jusant 

Marin même occasionnel aura grand coeur et pitié des terriens:… un ‘noeud’  est une vitesse : un mille marin parcouru en une heure, soit 1852m/3600secondes= 0,515 m/s. Alors,7 noeuds dans un sens et 6 noeuds dans l’autre , on va prendre 6,5 noeud de moyenne , soit   Vhyd= 3,35m/sec

 Et  re re PAN…l’avantage 800 d’Aymeric est encore frappé d’un ratio 13/3.35= 3,88 au cube = pas loin de 60…   tombant à 40/60… 0.66…

Rien qu’avec ces quatre diables , les hydrauliennes sont perdantes même seulement face à des éoliennes de 2MW nominaux…

Hydrolienne ALSTOM ( essais en Ecosse)

Le cinquième diable  n’est pas caché  dans la formule de Betz, et ne concerne pas les puissances respectives, mais les quantités d’énergies finales fournies, qui dépendent des durées de fonctionnement ….  Pour les non techniciens qui nous font l’honneur de lire notre bulletin, vous savez bien que votre petit générateur de secours de 3KW de puissance nominale ne peut alimenter que le fer à repasser  et deux  radiateur électrique de puissance utile maxi 1KW chacun sans le faire caler…   Pendant 1 heure, il vous aura donné  (1+ 2)KW x1h= 3KWh d’énergie.  

Pour les éoliennes, nous ne prendrons pas les chiffres estimatifs livrés par les promoteurs, qui ont une  tendance avérée à la grosse gonflette… et surtout à oublier que leurs machines sont en danger de mort quand Eole se fâche un peu….  en rafales brutales…. ce qui arrive plus souvent en mer qu’à terre..  Nos  collègues marins Danois et Allemands le savent bien, qui ont conseillé à leurs zéoliens nationaux de mettre les hélices de leurs monstres maritimes en drapeau vers  20 m/s plutôt que les 25m/s plus communément utilisés à terre… et très  évidemment aussi parce que les pales des machines de 5 et 6 MW  sont plus longues ….

Nous prendrons donc comme base la moyenne terrestre française  issue des chiffres du MEDDE: 20 TWh d’énergie produits par 10,3 GW de puissance installée  correspond donc à  1940h = Héol de fonctionnement équivalent à puissance nominale, que nous majorerons du coefficient classique mer/terre de 10%, soit H éol mer= 2134 h

En l’absence de données du genre pour les hydroliennes, nous prendront les données  précédentes du SHOM, qui indiquent 3/4heures de courants très  inférieurs (jusqu’à nuls  aux étales  d’environ 1 heure elles-mêmes)   avant et après les hautes et basses mer: Soit au moins un total de 5 heures par jour à défalquer. En supposant une intervention annuelle de maintenance (démollusquation  entre autres…les agresseurs de ce genre faisant rapidement considérablement chuter l’efficacité des hélices… ) d’une quinzaine de jours, et on est plutôtoptimiste…, il resterait  alors un généreux (24-5) x (365-15)= 6650 heures =Hydr de fonctionnement.

(‘Généreux’… puisque l’usine marémotrice de la Rance indique 520GWh d’énergie électrique fournie  en 2010 avec 240KW de puissance nominale  installée, soit seulement  2165h équivalentes … mais, on comprend que les renverses dans son estuaire ne sont pas aussi  rapides qu’en pleine mer)

Courage  matelot… on arrive au bout!
Hydrolienne SABELLA

La comparaison est alors simple : on fait le rapport des énergies espérées  par les deux types de machines : E éol / Ehydro = (Péol x Héol)/(Phyd x Hhyd), en utilisant les valeurs approchées précédemment établies:

Ratio E hydr / E eol= [0,47/0,98 x 830x 150/1580 x(3,35/13)puiss 3 x6650/2134]=

= 0,48 x 830 x 0,095 x 0,0171 x 3,1 = 2

‘Ho hisse et ho les couleurs’ piaille le matelot…????  la mer a gagné ??? 

 Mooolllloooo de mooollllloooo….moussaillon… ou tu vas prendre  un bachot de saumure  sur la frimousse pour rafraîchir  tes envies de cracher au vent… : il s’agit seulement du Fromveur…avec ses courants les plus puissants des côtes de France à égalité seulement peut-être avec le Raz Blanchard…. 

 Alors, là où les courants sont entre 4 et 5 noeuds  seulement (moyenne 2,32 m/s),  le cube du ratio des vitesses descend à 0,0057, et   badaboum … plouf  à la baille… le ratio E hydr / E eol dégringole à 0,66…… les éoliennes passent devant  d’un bon tiers comme déjà avec les quatre premiers diables…

Alors, partout ailleurs qu’au Fromveur et au Blanchard,  question énergie  produite sur l’année, c’est  au moins match nul , même  plutôt avantage aux moulins à vent… un calcul similaire avec des pales de 65m montre un ratio =0,10…. les hydroliennes fournissent 10 fois moins d’énergie annuelle…

 Et  comme on a systématiquement  plutôt minoré les performances de  l’éolien… il est évident  qu’ avec les monstres de 5 à 8MW  prévus en mer et leurs pales de 80m de diamètre,  c’est certain… Un calcul similaire montre que les hydroliennes fourniraient  20 fois moins  d’énergie annuelle que ces éoliennes marines 

  Alors le pied tendre/corne verte qui  n’avait pas dégotté le scandale cher à son employeur en faisant rêver avec sa seule hypothèse de  800  fois plus pour les hydroliennes va devoir reprendre sa plume pour se faire pardonner en publiant in extenso ma diatribe urbi et orbi… s’il a un tant soit peu d’honneur… ce dont ses semblables  d’autres media n’ont guère fait preuve en ces sujets où le ‘politiquement correct’ leur fait avaler des couleuvres…

 De plus, on n’a même pas parlé des difficultés de ramener le courant à terre par câbles sur ces fonds totalement granitiques …  les câbles téléphonique ont montré le cauchemar que cela présentait…. et ont été installés sur et dans des fonds bien plus sympa.  Les éoliennes de Mer du Nord bénéficient de fonds  sableux et vaseux beaucoup plus coopératifs ….

 Et si on parlait un peu des picaillons  mis dans le coup????  Un peu seulement; parce que ce n’est pas  vraiment un boulot de marin technicien… tout juste un peu  quand même globalement pour remettre les idées en place….   Le vôtre n’a pas les oreilles dans sa poche, et a entendu ses petits et grands chefs rappeler qu’il faut prendre grand soin des équipements offshore qui lui sont confiés, parce qu’ils  coûtent de 3 à 5 fois plus cher que les terrestres, d’abord parce qu’à la mer  »trop fort n’ayant jamais manqué »  oblige à des dimensions  supérieures, et ensuite que toutes les manipulations/ installations/ entretiens/ relevages … coûtent entre 8 et 15 fois plus cher qu’à terre….  en  »priant Dieu qu’il ne fasse pas trop de vent  » … pas comme pour les bons petits diables  de la chanson de Brassens…

Tout cela va faire très très très cher le KWh au consommateur … 

 Alors, sous mon modeste pompon rouge  et celui des copains, notre perception globale est que ces machines  sous marines (ailleurs qu’en barrage et usine  marémotrice  fixe comme à la Rance) sont un autre  fantasme sinoplo-médiatique coûtant fort cher et bien des soucis à EDF ayant subi le chantage gouvernemental pour se lancer à l’aventure… et qui se souviendra trop tard que ‘hydrolienne’   peut s’écrire  « hydre drôles hyènes »…  La mythique hydre de Lerne se dotant de têtes de hyènes … notables charognards des CSPS, TCFE, CTA et tarifs  toujours ascendants appliqués au petit peuple…  

C’est cela  le véritable scandale que devrait dénoncer Médiapart,  et non se faire l’acolyte des bonisseurs de la bath sinoples.  Souvenez-vous de l’injonction de Péguy: 

 » Il faut gueuler la vérité, car celui qui la connaît et ne la gueule pas  se fait le complice des menteurs et des escrocs »
 Votre simili marin de service  JAF/AFMP160306

Publié dans un ulletin trimestriel d’une Amicale de techniciens et ingénieurs.

Pour en savoir en 2017, voir ici :
http://www.sauvonsleclimat.org/energies-marines-la-france-en-retard,-comme-d%E2%80%99habitude/35-fparticles/1959-energies-marines-la-france-en-retard,-comme-d%E2%80%99habitude.html

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