Marées et courants - Après les éoliennes, les hydroliennes

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Les projets d’installation d’hydroliennes — ces hélices qu’on immerge et qui produisent de l’électricité à la force du mouvement de l’eau — s’avèrent en vogue depuis le tournant des années 2010. Combinant certaines similarités avec les deux autres façons de produire de l’énergie avec les éléments naturels, l’hydrolienne se résume à des pales mues par le mouvement des marées ou le courant d’un cours d’eau. Il s’agit d’une industrie naissante pour laquelle l’avenir dépend beaucoup des efforts déployés en matière de recherche et développement, pour en faire une option efficace, fiable et rentable.

Par François Cattapan

Les espoirs sont grands pour cette nouvelle filière de production électrique, au point de générer des attentes jusque dans les sphères politiques. Ainsi, dans le cadre du Plan Nord, le gouvernement du Québec s’est engagé à développer 3 500 mégawatts d’énergie propre et renouvelable supplémentaire. Cet ajout au bilan énergétique de la province se répartit en 3 000 MW d’hydroélectricité, 300 MW d’éoliens et 200 MW provenant d’autres sources incluant des hydroliennes. On sait déjà qu’un projet pilote permettra de vérifier, en milieu nordique, l’efficacité et le potentiel d’une hydrolienne ayant une puissance d’environ 150 kilowatts. Conçu et fabriqué presque entièrement au Québec, l’engin mécanique sera installé dans la région de Montréal en 2012. Si l’expérience s’avère concluante, des hydroliennes pourraient éventuellement être immergées à proximité de villages nordiques dès 2013. Certaines autres communautés sur le territoire, notamment en Basse-Côte-Nord, pourraient aussi en bénéficier.

Pour Yves Richer, président de SPG Hydro International et de Sabella Énergie, entreprise participant à ce projet pilote à moyen terme, l’attrait des hydroliennes vaut principalement pour les villages isolés et non desservis par les grands réseaux électriques. « Au Québec, précise-t-il en entrevue, le très bas prix de l’électricité en raison du fort rendement hydroélectrique fait en sorte que ce sont surtout dans les petits villages inuits du Nord qu’il serait possible de rentabiliser un projet hydrolien. Là-bas, la production d’électricité se fait avec du mazout de piètre qualité et donc, plus polluant, ce qui revient très dispendieux pour faire rouler les génératrices. Le potentiel est également présent pour les villages et villes des pays émergents, pourvu qu’il y ait un cours d’eau à proximité. Mais, il ne faut pas se faire d’idée, il n’y a pas de concurrence possible avec l’hydroélectricité. »

L’hydrolienne se veut davantage une solution qui vient en support à une communauté éloignée des grands centres urbains. À cet égard, les coûts de production demeurent élevés pour cette source d’énergie naissante. Si l’hydroélectricité s’en tire autour de 5 à 8 ¢ du KW, l’éolienne arrive deuxième parmi les modes de production verts (hélices ou turbines) à environ 15 ¢ du KW, tandis que l’hydrolienne ne fait guère mieux que 30 à 40 ¢ du KW. Les acteurs de cette industrie gardent espoir de se rapprocher graduellement des coûts de l’éolien. L’avenir repose sur le développement de machines efficaces, de conception simple et robuste. Évoluant en milieu subaquatique, loin des regards, les hydroliennes de l’avenir doivent surtout être faciles à installer et peu dispendieuses à entretenir. « Pour que cette filière énergétique progresse, le nerf de la guerre exige l’atteinte de coûts minimaux. Le modèle économique doit donc être optimal. La capacité énergétique d’une hydrolienne n’a rien de sorcier. elle est liée à la mécanique des fluides. On la calcule à partir du facteur d’efficacité de la turbine par le carré de la surface de la roue et la vitesse d’écoulement au cube. Les coûts d’implantation et de récupération de l’hydrolienne dans une rivière à fort débit sont une tout autre chose », spécifie M. Richer.

Milieu marin vs lit de rivière

Depuis le tournant des années 2000, des hydroliennes captent avec un certain succès l’énergie des courants marins et des marées sur les côtes européennes de l’Atlantique. Cette technologie très dispendieuse et hasardeuse, en raison des impondérables qui surviennent lors de son déploiement en haute mer sous 100 à 200 mètres d’eau, est principalement maîtrisée par les pays scandinaves et côtiers d’Europe. De plus, sa production n’est rentabilisable que 40 % du temps, à cause du cycle des marées et des étales (mer calme entre deux marées) qui deviennent des moments privilégiés pour l’entretien sous-marin. Toutefois, jusqu’à maintenant, aucune technologie de récupération de l’énergie cinétique efficace et fiable n’est adaptée pour l’écoulement des rivières et des fleuves. Cette seconde filière hydrolienne s’active afin d’établir des standards pouvant conduire à une industrialisation de machines commercialisables.

Pour l’instant, on s’efforce de se positionner par la mise au point de prototypes. Du nombre, on retrouve deux groupes québécois engagés dans le développement de solutions fonctionnelles en rivière. C’est le cas de RER (Recherches en énergies renouvelables), une société issue du groupe RSW ingénieurs-conseils désormais intégré à l’entreprise Aecom, qui mise sur des décennies d’expertise en ingénierie hydroélectrique pour développer une nouvelle technologie dont l’exploitation serait rentable et fiable dans les grands cours d’eau du Québec, du Canada et ailleurs dans le monde. S’est ajouté le consortium franco-québécois Sabella Énergie, composé de SPG Hydro International, une entreprise de consultants marins spécialisée dans les ouvrages subaquatiques, Envitech Énergie, spécialiste en conversion, contrôle et stockage d’énergie renouvelable, et Sabella SAS, développeur français d’hydroliennes marines, qui a élaboré un modèle évolué d’hydrolienne sur lit de rivière. Dans les deux cas, on procède actuellement à des tests dans le fleuve Saint-Laurent à la hauteur de Montréal.

Projets pilotes

Dès l’été 2010, le gouvernement du Québec par le biais du ministère des Ressources naturelles et de l’Agence de l’efficacité énergétique a accordé une aide financière de

3 M$ à RSW-RER, pour l’installation de deux hydroliennes en milieu fluvial dans la région de Montréal, un projet estimé à 10 M$. Cet appui s’inscrit dans le cadre du Programme de démonstration des technologies vertes visant la réduction des émissions de GES - Technoclimat, qui découle du Plan d’action sur les changements climatiques 2006-2012 (PACC). « L’objectif derrière cette première initiative du genre au pays consistait à favoriser l’émergence de technologies vertes, dans un Québec qui dispose d’un immense potentiel hydraulique non exploité et pouvant être valorisé grâce à de nouvelles technologies », notait à l’époque la vice-première ministre d’alors, Nathalie Normandeau.

Spécialisé en développement de technologies de récupération de l’énergie cinétique contenue dans les écoulements fluviaux, RER poursuit ses essais sur son prototype d’hydrolienne TRÉC (turbine de récupération de l’énergie cinétique). Après évaluation du rendement de l’installation près du pont de la Concorde, les concepteurs se réjouissent de constater un dépassement de 18 à 20 % de la puissance anticipée. Ingénieur en électromécanique, le patron de RER Imad Hamad s’est inspiré des efforts initiaux consacrés en Europe dans cette filière énergétique naissante. «La majorité des hydroliennes existantes sont conçues pour exploiter les courants marins, observait-il lui aussi récemment. Le défi consiste à les adapter pour fonctionner en rivière, ouvrant ainsi la voie à un potentiel immense.» À preuve, s’il est impensable d’installer un barrage sur le Saint-Laurent, l’expert y verrait très bien l’immersion d’hydroliennes pour alimenter le réseau électrique de la province. Une technologie ensuite exportable.

L’intérêt de standardiser un concept d’hydrolienne fonctionnel en lit de rivière anime également Sabella Énergie. La technologie de cette dernière entreprise française a été remarquée mi-2008 par des industriels québécois intéressés au développement d’une offre répondant au marché hydrolien fluvial. Envitech et SPG Hydro y ont perçu un potentiel d’exploitation de cette ressource hydrocinétique de proximité dans un certain nombre de pays, et ont ciblé la solution française pour ces atouts transposables à l’énergie monodirectionnelle des rivières. Cela confirme qu’on assiste à une course pour diversifier la production hydro­électrique au-delà des barrages classiques sur cours d’eau.

De son côté, Sabella Énergie déploiera en test son modèle d’hydrolienne SR-01 (Sabella River) sur une portion du fleuve Saint-Laurent à la hauteur du pavillon Biosphère sur l’Île Sainte-Hélène dans la région de Montréal. Le consortium est à élaborer un prototype SR-02, en collaboration avec Hydro-Québec et la société Makivik, pour réaliser un second projet pilote cette fois sur une rivière du Grand Nord québécois qui reste à déterminer. Profitant du support financier du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie (CRSNG) du Canada pour la caractérisation de la ressource et du support technique d’Hydro-Québec pour l’ingénierie et la connexion au réseau de transport électrique, la réalisation du projet a pour horizon l’année 2013. « Basé sur les principes d’Archimède, notre concept est aussi simple qu’innovateur. Il s’agit d’une plateforme sur laquelle sont fixées nos hydroliennes et dont le châssis est “délestable”, ce qui facilite l’accès à l’installation qu’on peut rapidement ramener à la surface pour l’entretien », souligne Yves Richer, de Sabella Énergie, qui y voit un avantage concurrentiel prometteur. •

Cerf-flottant

On apprenait dans une récente édition du magazine Protégez-Vous que l’utilisation des courants marins pour produire de l’énergie électrique n’a pas fini de nous surprendre par l’originalité des projets d’avenir. De fait, indique-t-on dans une chronique scientifique, les fonds marins recèlent un potentiel «éolien» supérieur à celui de l’air, car l’eau est plus dense que l’air. Inspirés par ce principe physique, les ingénieurs du projet Deep Green de la compagnie Minesto ont conçu un étonnant cerf-volant sous-marin capable de convertir en électricité la puissance des courants et marées. Le prototype devrait être immergé au large des côtes d’Irlande avant la fin de 2011. Si les résultats correspondent aux attentes, les cerfs-volants aquatiques éclaireront des maisons d’ici à 2013.

Pour en savoir plus sur les projets québécois d’hydroliennes : www.rerhydro.com / www.spghydro.com / www.sabella.fr

Avantages et inconvénients

Parmi les attraits attribuables aux hydroliennes de rivière,

mentionnons :

• Production d’une énergie électrique durable et renouvelable en limitant l’incidence sur l’environnement ;

• Transformation de l’énergie tirée des écoulements des rivières et des fleuves en une énergie électrique sans gaz à effet de serre;

• Énergie plus disponible et prévisible que les éoliennes, car basée sur le courant continu d’un cours d’eau;

• Connexion facile aux réseaux électriques isolés ou interconnectés;

• Infrastructure minimale requise puisqu’elles sont constituées de modules préassemblés qui s’installent rapidement;

• En plus de préserver le paysage et les autres activités sur ou à proximité du cours d’eau, le concept est évolutif et permet l’ajout d’hydroliennes supplémentaires;

• Fonctionne dans plusieurs climats et différents types de rivières et fleuves, ce qui ouvre l’expertise locale au marché mondial.

• En revanche, il reste quelques points faibles sur lesquels l’industrie doit travailler, dont :

• Création des zones de turbulences, qui modifient la sédimentation et le courant, avec de possibles effets sur la flore et faune juste en aval de leur positionnement. Ces aspects sont analysés par des études d’impact;

• Dans les eaux turbides, du fait de la présence de sable en suspension, l’érosion des pales d’hélice ou des pièces mobiles est très forte;

• Le nerf de la guerre commerciale demeure la réduction des coûts d’entretien.

Organisations: Sabella Énergie, SPG Hydro International, Au Québec Groupe RSW ingénieurs-conseils Aecom Hydro-Québec Ministère des Ressources naturelles Agence de l’efficacité énergétique Makivik Conseil de recherches CRSNG Minesto

Lieux géographiques: Québec, Région de Montréal, Plan Nord Basse-Côte-Nord Europe Canada Fleuve Saint-Laurent Atlantique RSW-RER Pont de la Concorde Île Sainte-Hélène Rivière du Grand Nord Irlande

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