DIADEME
Design et InterActions des Dispositifs d’extraction d’Energie Marine avec l’Environnement
L’exploitation des énergies marines renouvelables (EMR), alternatives aux énergies fossiles, apparaît aujourd’hui comme une réponse privilégiée à l’urgence climatique et la demande énergétique croissante. Dans ce contexte de transition énergétique, les R&D du LGCE se focalisent sur les ressources énergétiques associées aux courants de marée et aux vagues, particulièrement abondantes dans l’environnement côtier Manche-Bretagne, mais, par nature, intermittentes, de manière périodique pour la marée et apériodique pour les vagues. Ces R&D visent à optimiser le design (choix technologique, configuration) des dispositifs d’extraction d’EMR en conjuguant impératifs techniques et industriels (performance et durabilité opérationnelles) et environnementaux (impacts réduits et maîtrisés).
Les R&D s’orientent selon deux axes, le premier sur la caractérisation précise de l’environnement physique et de la ressource disponible, le second sur les interactions entre les dispositifs d’extraction d’EMR et ce même environnement physique.
Caractérisation précise de la ressource
Compte tenu de leur intermittence, l’exploitation optimale des EMR requiert une connaissance précise de leur variabilité spatio-temporelle. Celle-ci passe par la mise en oeuvre par le LGCE de modélisations numériques multi-échelles avancées intégrant les interactions entre la marée (hauteur d’eau, courant) et les vagues. Leur application dans l’environnement côtier de la pointe Bretagne a ainsi permis de quantifier les évolutions inter-annuelles et inter-saisonnières du flux d’énergie des vagues, ainsi que les variations spatiales de l’énergie cinétique des courants de marée au niveau du passage du Fromveur, retenu par l’Agence De l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie (ADEME) comme l’un des deux sites-pilotes français d’implantation de ferme(s) d’hydroliennes.
Interactions entre dispositifs EMR et environnement
Les R&D examinent les impacts en champ proche à éloigné des dispositifs EMR sur l’hydrodynamique et le fond mobile. Ainsi, les phénomènes hydrauliques au voisinage et à l’intérieur d’un dispositif houlomoteur schématique à colonne d’eau oscillante disposé sur un quai sont étudiés en collaboration avec l’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse par simulation numérique directe couplée à une méthode VOF (Volume Of Fluid), tandis que les effets à grande échelle d’une ferme d’hydroliennes dans le passage du Fromveur sont quantifiés à l’aide de modélisations bi-dimensionnelle horizontale (2-DH) et tri-dimensionnelle (3-D).
Variabilité saisonnière du potentiel houlomoteur à la pointe Bretagne
(source : Guillou & Chapalain, 2015, Renewable energy).
Courants de flot (en haut à gauche) et de jusant (en bas à gauche) intégrés sur la verticale et leurs modifications par l’implantation d’une ferme de 207 hydroliennes sur le site-pilote AMI/ADEME du passage du Fromveur en mer d’Iroise à la pointe Bretagne (source : Guillou & Thiébot, 2016, Energy).
Circulation lagrangienne des masses d’eau intégrée sur la verticale pour une onde de marée semi-diurne M2 en absence et présence d’une ferme d’hydroliennes d’ampleur variable sur le site-pilote AMI/ADEME du passage du Fromveur en mer d’Iroise à la pointe Bretagne (source : Guillou & Chapalain, 2017, Applied Energy).
Schéma de circulation lagrangienne des masses d’eau intégrée sur la verticale pour une onde de marée semi-diurne M2 en absence et présence d’une ferme de 207 hydroliennes sur le site-pilote AMI/ADEME du passage du Fromveur en mer d’Iroise à la pointe Bretagne (source : Guillou & Chapalain, 2017, Applied Energy).
Simulation Numérique Directe 2D-Verticale des équations de la dynamique des fluides (eau et air) aux abords et à l’intérieur d’un système houlomoteur à colonne d’eau oscillante schématisé à l’aide du code JADIM développé à l’Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse (IMFT) dans le but d’en comprendre et prédire le fonctionnement, l’impact sur l’hydrodynamique et les conséquences sur le fond mobile. Ce travail entre dans le cadre de la thèse de doctorat en Mécanique des fluides de Valérie Rameliarison (LGCE) et d’une collaboration avec l’IMFT (Dominique Astruc). En haut : schémas de fonctionnement en phases d’expiration (en haut à gauche) et d’inspiration (en haut à droite) d’air issus de « IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation » publié en 2011. En bas : champs de vitesse simulés correspondants (@ Valérie Rameliarison, Georges Chapalain et Dominique Astruc).
Rendement (en fonction de la profondeur d'eau D et du nombre d'onde K de la houle) du système houlomoteur précédent calculés par JADIM et confrontés à diverses valeurs publiées dans la littérature (@ Valérie Rameliarison, Georges Chapalain et Dominique Astruc).