L’énergie issue de systèmes houlomoteurs captant l’énergie des vagues en bord de quai, dans les ports, représente un important potentiel que la région Bretagne souhaite exploiter. Plusieurs fabricants ont aussi signalé leur intérêt pour implanter des dispositifs houlomoteurs bords à quai en développement.
Déterminer le meilleur potentiel houlomoteur
La région Bretagne a identifié 21 sites potentiels pour tester différentes technologies de production d’énergie houlomotrice. Cette sélection a été établie en se basant sur les travaux du projet de recherche national EMACOP ("Énergies Marines Côtières et Portuaires"), qui avait retenu 9 sites d’étude en Bretagne. Le Cerema, qui a participé au projet EMACOP, a par ailleurs édité en 2020 le guide EMACOP "Systèmes houlomoteurs bords à quai" .
Ces 21 sites ont été sélectionnés en fonction des caractéristiques des ouvrages qui s’y trouvent et sur lesquels les dispositifs pourraient être installés, de la bathymétrie et du marnage (la marée), ainsi que des contraintes environnementales et socio-économiques (e.g., insularité), du niveau de puissance de la houle qui est un paramètre complexe à calculer, et du type de systèmes houlomoteurs prévus.
L’équipe-projet de recherche "Hydraulique pour l’aménagement" (EPR-HA) du Cerema a également effectué et publié récemment des travaux de recherche sur la variabilité spatio-temporelle de la ressource houlomotrice et son exploitation dans la zone côtière de la pointe Bretagne [1].
Elle est également impliquée dans des projets européens tels que les projets Interreg PECS (Ports Energy and Carbon Savings) ou "Sustainable Ports", qui visent à accompagner, y compris au niveau des industriels, le développement des technologies houlomotrices en zone portuaire, et ainsi contribuer à la transition énergétique et écologique, et à la lutte contre le changement climatique.
La présente étude menée conjointement par France Energies Marines et l’EPR HA du Cerema a pour objectif de mettre en place et d’appliquer une méthode générique de détermination et d’intercomparaison du potentiel houlomoteur des 21 ports retenus par la Région Bretagne, en termes de ressource et de production d’énergie en fonction de la technologie envisagée.
Croiser les modèles et les mesures in-situ
Les conditions d’états de mer en bord de quai de chacun des ports sont tout d’abord estimées par France Energies marines (FEM) d’après la méthode simplifiée de Goda (2000) à partir des conditions au large, ici puisées dans la base de données de rejeu d'états de mer sur la zone Manche-Golfe de Gascogne HOMERE (1994-2016) mise en place au sein de l’Ifremer-Brest.
La production ou fraction de puissance houlomotrice récupérable est ensuite calculée par le Cerema en couplant les estimations de FEM aux matrices de puissance typiques des quatre sortes de systèmes houlomoteurs oscillants suivantes [Figure 1]:
- Flotteur bord de quai,
- Flotteur détaché,
- Volet bord à quai
- Volet détaché.
Les incertitudes potentielles de la méthode, liées notamment à la manière simplifiée d’estimer la ressource houlomotrice, sont enfin appréhendées, à titre exploratoire, sur le site spécifique du port de Roscoff-Bloscon (Finistère-Nord) à l’aide de modélisations avancées et de mesures in-situ.
Deux modélisations numériques à haute résolution spatiale des états de mer en zones côtière, littorale et portuaire sont ainsi mises en œuvre par le Cerema.
La première modélisation spectrale, dite à phase moyennée sur la période des vagues, se fonde sur le code SWAN développé par l’Université de technologie de Delft (Pays-Bas). Elle intègre les variabilités fréquentielles et directionnelles du spectre d’énergie des vagues, ainsi que divers processus dissipatifs ou liés à la marée. Elle est illustrée à la Figure 2.
La seconde modélisation à résolution de la phase de chaque vague se base sur le code REFONDE, développé par le CETMEF/Cerema, qui simule avec précision la réfraction-diffraction-réflexion des vagues au niveau des ouvrages (Figure 3).
Les prédictions des modélisations avancées sont confrontées à une série de mesures houlographiques ponctuelles collectées sur la période 2005-2015.
Courant janvier, une campagne d’expérimentation en mer s’est engagée dans le secteur du port de Roscoff-Bloscon afin d’acquérir de nouvelles mesures de vagues spatialisées. Cette campagne, échelonnée sur une année, implique plusieurs instruments de mesure, de différents types, disséminés dans l’espace (Figures 4 à 6).
Elle s’insère dans le cadre des recherches à caractère méthodologique sur la mesure in-situ en environnement côtier complexe entreprises au sein de la composante brestoise de l’EPR HA. Elle a bénéficié du concours du Service de plongée scientifique de la Station Biologique de Roscoff (Sorbonne Université-CNRS).
[1] Voir les études "Wave Energy Resource Assessment for Exploitation— A Review", "Annual and seasonal variabilities in the performances of wave energy converters" et "Annual and seasonal variabilities in the performances of wave energy converters
Goda, Y. (2000). Random Seas and Design of Maritime Structures. Advanced Series on Ocean Engineering, Vol. 15, World Scientific.
Guillou N., Chapalain G. (2015). Numerical modelling of nearshore wave energy resource in the Sea of Iroise. Renewable Energy, 83, 942-953, https://doi.org/10.1016/j.renene.2015.05.02
Guillou N., Chapalain G. (2018). Annual and seasonal variabilities in the performances of wave energy converters. Energy, 165 (B), 812-823, https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.10.001
Guillou N., Lavidas G., Chapalain G. (2020). Wave Energy Resource Assessment for Exploitation – A Review. Journal of Marine Science and Engineering, 8(9), 705, https://doi.org/10.3390/jmse8090705