Comment
les énergies maritimes peuvent-elles
produire de l'énergie électrique ?

Serge.WACKER - http:/techno11.neowp.fr

INTRODUCTION

Depuis la fin du XIXème siècle, la houle et les vagues constituent une source d'énergie dont la récupération occupe l'esprit de l'homme.

Dans l'ouvrage de Alphonse Berget "Vagues et marées", on peut déjà trouver quelques dispositifs proposés pour récupérer l'énergie cinétique représentée par le mouvement des vagues. Un premier engin, qui n'avait pas la forme du prototype final, fut testé dans le port de Doélan, en Bretagne, au printemps 1979.

Depuis lors, de nombreuses solutions ont été envisagées jusqu’à finalement arriver à l’invention révolutionnaire de l’hydrolienne. Il convient donc de se demander comment ce dispositif technologique est-il capable de capter l’énergie maritime pour la transformer en énergie électrique utilisable par l’Homme ?

1 - Dans cet article, quels éléments naturels constituent une source d'énergie ?

2  - Quelle est le type d'énergie produit par les vagues ?

3 -  Cette énergie utilisée est-elle polluante, gratuite, limitée, renouvelable, infinie ? (plusieurs réponses sont possibles)

UNE SOLUTION : L’HYDROLIENNE

• Les hydroliennes sont des sortes d’éoliennes subaquatiques dont les pales sont mises en mouvement par les courants marins.
• Elles comportent une roue à aubes ou une hélice constituée de pales montées sur un arbre dont la rotation entraîne une génératrice électrique. Leur diamètre est compris entre 10 et 20 mètres.
• Ces hydroliennes ont vocation à être immergés à 30 à 40 mètres de profondeur dans des zones de fort courant (supérieur à 4 ou 5 nœuds).

ETUDE DE L’HYDROLIENNE

Pour utiliser l’énergie des courants marins, il faut utiliser des méthodes dérivées de celles qu’utilise l’énergie du vent (éoliennes). Ces machines s'appellent des hydroliennes.
Le principe consiste donc à faire tourner des hélices ou des turbines par les courants marins.

5 - Quelle est la fonction d'usage d'une hydrolienne ? (à quoi sert cet objet technique ?)
 

6 - Dans quel milieu naturel se placent les hydroliennes ?​ (2 réponses au minimum)

7 - Quelle est le premier élément de l'hydrolienne entraîné par les courants marins ?

8 - Comment se nomme l'énergie qui permet d'entraîner les hélices ?
 

9 - Ces hydroliennes ont un axe horizontal. Comment est cet axe par rapport au niveau de l'eau (parallèle, perpendiculaire, incliné...) ?

10 - Pourquoi ces hydroliennes sont-elles fixées au sol marin par un socle ?
 

11 - Quelle est l’élément entraîné par la houle ?

12 - Ces hydroliennes sont-elles posées au fond de la mer ? Justifier

13 - Pourquoi sont-elles amarrées par des câbles au fond de la mer ?

14 - Où sont placées ces hydroliennes  ?
​Gênent-elles la circulation des bateaux ?

15 - Sur la photo, on peut observer 8 hydroliennes. Quel est l'intérêt de grouper ces hydroliennes côte à côte ? (2 réponses au minimum)
 

ANALYSE FONCTIONNELLE EXTERNE

A qui le produit rend-il service ?

Sur quoi agit le produit ?

Dans quel but ?

16 - Compléter le diagramme "bête à cornes"

???

???

???

ETUDE DE L’HYDROLIENNE

DOCUMENT RESSOURCE POUR LA PAGE SUIVANTE

Une hydrolienne est une machine qui doit répondre aux critères suivants :

- Se maintenir en place et résister aux forces hydrodynamiques du courant

- Turbiner au mieux le flux d’eau pour produire de l’énergie mécanique

- Transformer l’énergie mécanique en énergie électrique

- Exporter la production électrique vers le réseau à terre

- Ne nécessiter qu’un minimum de maintenance

- Gêner au minimum la navigation et le milieu vivant

- Produire une énergie à un coût acceptable

ANALYSE FONCTIONNELLE EXTERNE

17 - Retrouver les fonctions suivantes (la première réponse est donnée). Pour cela ajouter le bon numéro, après les 2 lettres FC (fonction contrainte)

FP1 : Produire de l'énergie électrique à partir des courants marins

FC       Se maintenir en place et résister aux forces hydrodynamiques du courant marin
FC       Avertir les transports marins de la présence d'hydrolienne, gêner au minimum la navigation
FC       Résister à l'environnement

FC       Nécessiter un entretien minimal, être accessible

DOCUMENT RESSOURCE POUR LA PAGE SUIVANTE

Chaque hydrolienne a une structure à peu près semblable : elle est composée d’une base qui permet de la fixer au sol et d’un rotor qui tourne avec l’énergie cinétique des courants marins.

Ce rotor entraîne alors un alternateur qui transforme l’énergie mécanique énergie électrique.

Enfin l’électricité produite est envoyée sur terre par des fils électriques posés au fond des océans.

SCHEMA FONCTIONNEL DE L'HYDRAULIENNE

capter l’énergie cinétique de l’eau et la transformer en énergie mécanique

Courant
marin

Accroître la vitesse
de rotation
et faire tourner l'alternateur

Transformer l'énergie mécanique
en énergie électrique
 

Electricité

Pâles

Engrenages
Rotor

Stator

18 - Compléter le schéma fonctionnel en déplaçant les blocs texte

La turbine de l’hydrolienne permet la transformation de l’énergie cinétique d’un courant d’eau en énergie mécanique , qui est quant à elle transformée en énergie électrique par un alternateur

.

ANALYSE FONCTIONNELLE INTERNE

19 - Compléter le schéma fonctionnel en déplaçant les 4 blocs text

Analyse d'un graphique

20 - Quelle est la vitesse du courant à 5 m sous la surface ?
21 - Quelle est la vitesse du courant à 35 m sous la surface ?
22 - Quelle est la vitesse du courant à ras de l'eau ?
23 - Quelle serait la position idéale de l'hydrolienne pour avoir un bon rendement ?
24 - Quel serait l'inconvénient majeur ?

Graphique de la vitesse de l’eau en fonction de la distance sous la surface

Méthodologie :

tracer les lignes sur le graphique

et

donner la réponse avec les unités

Programmation

L’exploitation d'une hydrolienne est contrôlée à distance par un ordinateur.
Si la vitesse du courant maritime est strictement inférieure à 2 m/s (soit 7,2 km/h) ou strictement supérieure à 12,5 m/s (soit 45 km/h), l'hydrolienne doit s’arrêter automatiquement.
Compléter le logigramme ci-dessous permettant de communiquer l’arrêt ou le fonctionnement
de l’hydrolienne à un opérateur. La vitesse du courant est fournie par un courantomètre (instrument destiné à mesurer la vitesse de l'eau) en « m/s ».

???

???

???

Compléter ensuite le programme SCRATCH

???

???

???

???

???

???