Architecture Technique Energie

A chaque eau son hydrolienne

Les courants marins ne sont pas les seuls à pouvoir entraîner des turbines. Des systèmes adaptés à de plus faibles vitesses se développent.

A la lecture du terme « hydrolienne », l’imagination s’enfonce immédiatement dans les fonds marins, où d’immenses hélices entraînées par le courant génèrent l’électricité d’un village entier. En fait, ces équivalents marins des éoliennes ne représentent que la manifestation la plus impressionnante de ce principe. D’autres applications plus modestes, mais moins complexes, arrivent à maturité. Ainsi, la première ferme française d’hydroliennes fluviales devrait voir le jour dans quelques mois. « Nous travaillons avec la Compagnie nationale du Rhône à une installation d’une puissance de 2 MW sur le fleuve. La mise à l’eau est prévue pour 2017 », indique Jean-François Simon, président de l’entreprise Hydroquest, qui fournira les machines.

Sept ans après sa création, cette société grenobloise amorce ses premiers projets. « Nous maîtrisons toute la chaîne de valeur de notre produit. A la demande d’un opérateur, nos équipes peuvent déterminer les sites d’installation potentiels et effectuer des études de faisabilité. Les équipements sont ensuite acheminés par conteneurs », explique le président. Les modèles d’Hydroquest se distinguent de la concurrence par l’orientation verticale de leurs pales (lire p. 68). Avec des puissances nominales de 40 et 80 kW, ils peuvent couvrir les consommations annuelles d’une cinquantaine de foyers français. Ces appareils restent ainsi à bonne distance de leurs homologues marins, 10 à 50 fois plus puissants. Par ailleurs, ils nécessitent une vitesse de courant d’environ 2 m/s pour fonctionner.
Un marché orienté à l’export. Toutefois, leur production est plus régulière, car elle n’est pas soumise aux variations des marées. En outre, la pose ne requiert que quelques jours et ne recourt pas à du matériel lourd. « Nous vendons des parcs compris entre 500 kW et 4 MW. En dessous de cette puissance, les coûts fixes sont difficiles à amortir, précise Jean-François Simon. On ne peut pas en installer partout. C’est un marché de niche, mais très intéressant pour une PME. » L’équipement trouvera plutôt sa place dans des régions où les réseaux électriques sont encore peu développés. Sur les 39 contrats annoncés par Hydroquest, seulement trois sont localisés dans l’Hexagone.
Autre acteur français présent sur ce créneau, l’entreprise bordelaise Hydrotube Energie a posé sa première machine d’une puissance de 20 kW en juillet 2015 dans la Garonne, à proximité du pont d’Aquitaine à Bordeaux. Dans le cadre d’un appel à projets de l’Agence nationale de la recherche, un simulateur informatique devrait la prendre pour modèle. « Nous ambitionnons de créer une hydrolienne numérique d’ici à trois ans, précise Julien Salomon, responsable du projet au sein du Centre de recherche en mathématiques de la décision de l’université Paris-Dauphine. Grâce à ce simulateur, il sera possible de tester différentes formes d’hélices. Cela évitera la construction de plusieurs prototypes. Nous comparerons les résultats de nos calculs avec les mesures des capteurs de l’équipement. »
Encore plus petit. L’usage de l’hydrolienne ne se limite pas aux fleuves. Elle peut s’adapter à des flux encore plus faibles. C’est ce domaine qu’explore Save Innovations. La jeune société grenobloise a lancé en septembre 2015 un modèle pour bateau, puis a poursuivi avec une turbine qui s’installe dans les canalisations (lire p. 67). Cette petite hydrolienne sera testée en conditions réelles cet été, avant d’être mise en vente en 2017.
Save Innovations a aussi étendu son concept aux rivières. Depuis 2015, un de ses prototypes trempe dans un cours d’eau du parc national de la Vanoise (Savoie). Il atteint une puissance de 30 W. « Cette hydrolienne produit de l’énergie en permanence. L’été passé, elle tournait avec 30 cm d’eau », souligne Bernard Perrière, président de l’entreprise. L’expérience se poursuivra cette année, avant une éventuelle commercialisation.

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« Les hydroliennes pourraient s’installer en sortie des barrages »

« J’ai lancé un programme sur les hydroliennes en 2001, nommé Harvest. Il fédérait quatre laboratoires rhônalpins autour de l’étude des hydroliennes à axe vertical. Aujourd’hui, ces générateurs visent uniquement l’exploitation des courants des cours d’eau, des estuaires ou des marées à proximité des côtes. Ils constituent une solution pertinente pour des régions sans réseau électrique. Dans les pays développés, elles pourraient s’installer dans des canaux ou en sortie des barrages. Les flux y sont maîtrisés, et le réseau électrique se trouve souvent à proximité. Aujourd’hui, les concepts se développent à l’échelle industrielle. Il reste à imaginer des méthodes de fabrication qui diminueraient le coût des machines. »

Jean-Luc Achard, directeur de recherche au Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels de Grenoble.

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Réseaux d’eau - Une hélice de poche pour alimenter des capteurs

Pour Jean-Luc Achard, directeur de recherche au Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels de l’université Joseph-Fourier à Grenoble, les canaux constituent l’une des pistes de croissance pour les hydroliennes. Une entreprise de la ville travaille déjà dans ce domaine : Save Innovations a développé une hélice qui se glisse dans les conduites. Entraînée par le courant, elle peut fournir de l’électricité à de petits appareils. « J’ai eu l’idée d’un alternateur basse vitesse sur mon vélo. La dynamo peinait à alimenter les lampes. Je me suis demandé si une éolienne ne s’en tirerait pas mieux », explique Bernard Perrière, président de la société.
Il s’orientera finalement vers les hydroliennes, avec un modèle pour les bateaux. « Ce premier produit a attiré l’attention des gestionnaires de réseaux d’eau, poursuit-il. Ils recherchent des systèmes capables d’alimenter des capteurs. Nous recevons l’aide de Suez dans le développement de cette picoturbine. » L’équipement sera testé par le service des eaux de l’agglomération d’Annemasse (Haute-Savoie) et par Suez à Chambéry (Savoie) à partir de juillet. Save Innovations commercialisera une gamme complète en 2017. Ces machines s’installeront dans des conduits d’un diamètre nominal de 80 à 600 mm. Leur puissance sera comprise entre 10 et 500 W, suivant la vitesse du fluide et la configuration du réseau. L’entreprise annonce une perte de charge maximale de 0,5 bar. « Nous avons déjà des commandes pour une centaine de turbines, indique Bernard Perrière. Suez nous demande d’accélérer la production pour l’année prochaine. Il y a un réel marché pour la petite puissance. On commence à s’interroger sur la récupération d’énergie. On pourrait imaginer alimenter des luminaires publics ou des appareils dans des sites isolés avec ce dispositif. »

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Fleuve - L’onde préfère l’axe vertical

De l’idée à l’objet industriel, le parcours se révèle bien souvent tortueux. La gamme d’hydroliennes fluviales lancée par Hydroquest en mai 2015 est le résultat des recherches du projet Harvest, initié en 2001 par Jean-Luc Achard, directeur de recherche au Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels de Grenoble. « En 2011, l’un de mes doctorants, Thomas Jaquier, a prolongé dans le monde industriel les résultats de nos travaux. Il est aujourd’hui directeur technique d’Hydroquest, précise le chercheur. La société a optimisé de nombreux paramètres de la turbine à axe vertical développée dans le cadre de Harvest, pour parvenir à des produits adaptés. »
Dans les hydroliennes à axe horizontal, semblable aux éoliennes terrestres, l’alternateur qui génère l’électricité se situe derrière l’hélice et perturbe l’écoulement. La quantité d’énergie récupérée s’en trouve réduite. « Avec notre modèle, la génératrice est placée à l’extérieur de l’eau et n’interfère pas avec le flux », explique Jean-François Simon, président d’Hydroquest. Pour augmenter la vitesse du liquide dans la machine, et donc la production d’électricité, la turbine possède des carénages latéraux – des plaques de métal qui orientent le flux dans la direction adéquate. Avant d’aboutir à une forme définitive, Hydroquest a d’abord testé un premier prototype à Grenoble en 2010, puis a installé un second démonstrateur en 2013 sur la rivière Oyapock, près du village de Camopi en Guyane française. « C’est en pleine zone amazonienne, indique Jean-François Simon. Il n’y a pas de piste, nous avons acheminé la machine par la rivière. Elle tourne toujours. » Moins exotique, la dernière mouture, très proche du modèle commercial, flotte sur la Loire, au niveau d’Orléans. La turbine est accrochée à une barge. Des micropieux enfoncés dans le fond du fleuve maintiennent le navire en place. La société Biotop a étudié les effets de l’installation sur l’environnement. Elle a estimé que l’impact était très faible. Hydroquest réfléchit maintenant à adapter son procédé au milieu marin. Un premier modèle de 1 MW devrait prendre la mer en 2017.

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