INTRODUCTION 3
CHAPITRE 1 LE PHENOMENE DES MAREES 5
1.1 L'ORIGINE DES MAREES 5
1.1.1 La force d'attraction gravitationnelle 5
1.1.2 La force centrifuge 6
1.1.3 La force génératrice des marées 6
1.2 LA COURBE DE MAREE 6
1.3 MAREE DE VIVE-EAU ET DE MORTE-EAU 7
1.3.1 Marée de vive-eau 7
1.3.2 Marée de morte-eau 8
1.4 LES DIFFERENTS TYPES DE MAREE 8
1.5 LA PREDICTION DES MAREES 9
CHAPITRE 2 LA CONSTRUCTION DE L’USINE MAREMOTRICE DE LA RANCE 10
2.1 CHOIX DU SITE 10
2.2 DESCRIPTION DES OUVRAGES 10
2.2.1 L’écluse 11
2.2.2 La salle des machines 11
2.2.3 La digue morte 12
2.2.4 Le barrage mobile 12
2.3 UNE CONSTRUCTION A SEC 12
2.3.1 Généralités 12
2.3.2 Réalisation de la coupure de la Rance 14
CHAPITRE 3 L’EXPLOITATION DE L’USINE MAREMOTRICE 17
3.1 LES GROUPES BULBES 17
3.1.1 Le choix des groupes 17
3.1.2 Caractéristiques générales 18
3.1.3 L’équipement électromécanique 18
3.2 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT 25
3.2.1 Les différents types de fonctionnement des groupes 25
3.2.2 Cycle à simple effet 27
3.2.3 Cycle à double effet 28
3.2.4 Cohabitation avec les plaisanciers 29
3.3 L’AUTOMATISATION DE L’USINE DE LA RANCE 30
3.3.1 La réalisation des cycles de fonctionnement 31
3.3.2 La modernisation de la conduite 32
3.4 DE L’USINE MAREMOTRICE AU RESEAU ELECTRIQUE NATIONAL 32
3.5 LE PROBLEME DE LA CORROSION 33
3.5.1 Le phénomène de corrosion 33
3.5.2 Explication du phénomène de corrosion 34
3.5.3 La protection contre la corrosion 36
3.6 LA CAVITATION 42
CHAPITRE 4 BILAN TECHNIQUE, ECONOMIQUE ET ENVIRONNEMENTAL 43
4.1 BILAN TECHNIQUE 43
4.2 BILAN ECONOMIQUE 44
4.3 BILAN ENVIRONNEMENTAL 46
CONCLUSION 48
INTRODUCTION
À l'heure actuelle, plus de 80 % de l'énergie utilisée provient de gisements de combustibles fossiles (charbon, pétrole, gaz) ou d'uranium. Ces ressources sont présentes en quantité limitée sur notre planète et sont donc épuisables. En revanche, les énergies fournies par le soleil, le vent, les chutes d'eau ou encore la chaleur de la terre sont renouvelables. L'énergie des marées, ou énergie marémotrice, fait bien évidemment partie de cette dernière catégorie. Les océans ont un potentiel considérable, mais dans l'ensemble, bien peu exploité.
Dès le XIIème siècle, l'homme a utilisé les moulins à marées pour transformer l'énergie hydraulique en énergie mécanique afin de pomper l'eau ou de moudre le grain pour fabriquer de la farine. Cependant, il faudra attendre le XXème siècle pour que l'on décide d'exploiter l'énergie marémotrice et de la transformer en énergie électrique. En 1943, Robert Gibrat regroupe industriels, techniciens et ingénieurs au sein de la Société d'Études pour l'Utilisation des Marées (SEUM), dont la mission consistait à trouver les solutions techniques pour permettre l'implantation d'une usine marémotrice dans l'estuaire de la Rance, entre St Malo et Dinard. En 1954, les études sont plus spécifiquement portées sur les aspects génie civil et machines. De ces réflexions sont nés les groupes bulbes, largement utilisés depuis, notamment dans des aménagements sur le Rhône et le Rhin.
Le 8 mars 1957, la construction de la future usine marémotrice est prononcée ; son aménagement et son exploitation sont confiés à Électricité de France. Les travaux ont débuté en 1961 et ont duré 6 ans. Inaugurée le 26 novembre 1966 par le Général de Gaulle, l'usine marémotrice fonctionne dans sa totalité depuis fin 1967. Il ne faut pas oublier non plus que c'est grâce à cet ouvrage que les villes de Saint-Malo et de Dinard ont enfin été reliées grâce à la route surplombant le barrage.
L'usine de la Rance demeure encore la seule usine marémotrice au monde de taille industrielle. En 2010, l’usine marémotrice de la Rance sera rejointe par l’usine marémotrice de SHIWA (Corée du Sud) d’une puissance de 250 MW. S'il existe de nombreux projets (en Grande-Bretagne ou au Canada par exemple) s’inspirant du modèle français, aucun d'entre eux n'a été réalisé à ce jour.
Pour autant le gouvernement Anglais a lancé une étude gouvernementale pour remettre à jour le projet de marémotrice sur la SEVERN.
Pour bien comprendre le fonctionnement de l'usine marémotrice, il est nécessaire d'aborder quelques aspects des marées. Il est bien évident que je ne ferai qu'effleurer ce phénomène complexe, en ne choisissant que les éléments pertinents pour l'exploitation de l'usine de la Rance. Puis, j'aborderai la construction de l'ouvrage et son fonctionnement, avant de faire un bilan de son exploitation, tant du point de vue technique qu'économique et environnemental.
Chapitre 1 Le phénomène des marées
1.1 L'origine des marées
La marée est un mouvement à allure périodique du niveau de la mer, dont l'origine est l'attraction gravitationnelle de la Lune et du Soleil.
La force génératrice de la marée est la résultante de deux forces : la force d'attraction gravitationnelle et la force centrifuge.
1.1.1 La force d'attraction gravitationnelle
La loi d'attraction universelle a été démontrée par Newton. a proportionnelleDeux astres exercent l'un sur l'autre une force d'attraction à la masse des astres, mais inversement proportionnelle au carré de la distance entre ces deux astres. La force a pour direction la droite qui joint les deux astres et pour intensité :
Avec :
g = constante de gravitation universelle
M et M' = masse respective des deux astres
d = distance entre les deux astres
Par conséquent, plus un astre a une masse importante et plus il est proche de la Terre, plus sa force d'attraction est grande. C'est pourquoi, le Soleil, en raison de sa masse, et la Lune, en raison de sa faible distance par rapport à la Terre, sont les deux seuls astres dont l'action sur notre planète n'est pas négligeable et que l'on peut donc considérer à l'origine des marées.
La force d'attraction attire la surface de la Terre en direction de l'astre attracteur. Ce phénomène est observable sur les corps déformables, comme l'eau, qui va s'accumuler en un bourrelet au point du globe le plus proche de cet astre.
1.1.2 La force centrifuge
La force centrifuge est une force qui nous est familière. Lorsque nous sommes en voiture dans un virage, c'est elle qui nous attire vers l'extérieur de la courbe.
La Lune tourne autour de la Terre et le couple Terre-Lune autour du Soleil. Grâce à la force d'attraction, les astres ont tendance à se rapprocher, mais la vitesse des planètes engendre une force centrifuge, opposée à l'attraction, qui maintient chaque planète en équilibre sur son orbite.
Sur Terre, la force centrifuge g) est constante en chaque point et est égale à l'opposé de la force( d'attraction (exercée par la lune) au centre de la Terre, qui ne subit donc aucune déformation.
1.1.3 La force génératrice des marées
La force m) est la résultante de la force d'attractiongénératrice des marées ( gravitationnelle de la Lune et du Soleil et de la force centrifuge.
Si les deux forces s'équilibrent parfaitement au centre de la Terre, la résultante n'est pas nulle à la surface de la Terre. C'est cette force résultante qui crée la déformation de la surface de l'eau des océans, donnant ainsi naissance à la marée.
Même si la Lune et le Soleil exercent tous deux une action non négligeable, la Lune reste l’astre ayant le plus d’influence (environ 2,5 fois plus que le Soleil). C’est pourquoi la pleine et basse mer dépendent avant tout de la lunaison.
1.2 La courbe de marée
La courbe de marée représente graphiquement les variations de hauteur du niveau de la mer en fonction du temps. La hauteur est mesurée en mètres par rapport au zéro hydrographique, qui est défini en France comme étant « le niveau de la plus basse des basses mers astronomiques » . Chaque minimum de la courbe représente la basse mer et chaque maximum la pleine mer.
Le marnage est « la différence de hauteur entre une pleine mer et une basse mer consécutive » . Il ne faut pas confondre la notion de marnage et celle d’amplitude que l’on définit comme étant « la différence entre la hauteur d’une pleine mer ou d’une basse mer et le niveau moyen » .
La courbe de marée peut représenter les variations de la hauteur d’eau pendant 24 h, soit une lunaison environ.
1.3 Marée de vive-eau et de morte-eau
1.3.1 Marée de vive-eau
La marée de vive-eau correspond à une pleine mer très haute et à une basse mer très basse. Autrement dit, le marnage est très important.
Cette amplification de la marée est due à la conjugaison des forces d’attraction lunaire et solaire. Le phénomène de vive-eau a lieu lors de la nouvelle lune (alignement Terre-Lune-Soleil) et de la pleine lune (alignement Lune-Terre-Soleil). Lorsque les trois astres sont alignés, on parle de syzygie.
Dans la mesure où le marnage est très important, l’usine produit beaucoup d’électricité, puisque la hauteur de chute sera grande, d’où l’intérêt de connaître les dates de vive-eau. Cet aspect sera expliqué plus en détails dans le chapitre 3.
1.3.2 Marée de morte-eau
La marée de morte-eau est caractérisée par un marnage faible.
Ce phénomène a lieu au premier et au dernier quartier lunaire. À ce moment, la Lune et le Soleil forment un angle droit par rapport à la Terre. Cette configuration est appelée quadrature. Il n’y a aucune conjugaison des forces d’attraction, bien au contraire, puisque chaque astre attire la surface de l’eau dans un autre sens.
Dans le cas d’une marée de morte-eau, il sera peu intéressant pour l’usine de fonctionner en raison d’une hauteur de chute trop faible.
1.4 Les différents types de marée
Il existe différents types de marée, caractérisés par le nombre quotidien de pleines et basses mers et la différence de hauteur entre deux pleines mers ou deux basses mers consécutives.
• Marée semi-diurne : deux pleines et deux basses mers par jour. C’est le cas sur le site de l’usine marémotrice de la Rance.
• Marée semi-diurne à inégalités diurnes : deux pleines et basses mers par jour, mais avec des différences importantes entre les hauteurs des pleines et basses mers d’une même journée.
• Marée diurne : une pleine et une basse mer par jour.
• Marée mixte : tantôt marée de type diurne, tantôt de type semi-diurne ou à inégalité diurne.
Dans le cas de l’usine marémotrice, il est particulièrement intéressant que la marée soit de type semi-diurne, car ainsi, la mer va et revient deux fois par jour. L’usine peut donc produire de l’électricité jusqu’à quatre fois par jour, c’est-à-dire à chaque remplissage et vidage du bassin. Dans la réalité, l’usine ne fonctionne pas à chaque fois, car il peut ne pas être intéressant, économiquement parlant, de turbiner quatre fois par jour (marnage insuffisant par exemple).
1.5 La prédiction des marées
En France, le SHOM (Service Hydrographique et océanographique de la Marine) est le seul organisme qui calcule les marées et édite les documents de prédiction officiels pour la navigation maritime.
Dans les annuaires publiés, on trouve l’heure et la hauteur des pleines et basses mers pour certains endroits, dits ports de référence ou ports principaux. Pour les ports dits secondaires, il faut apporter des corrections aux heures et hauteurs des ports principaux grâce à des formules de rattachement.
L’usine marémotrice utilise les données établies pour la ville de St Malo.
Chapitre 2 La construction de l’usine marémotrice de la Rance
2.1 Choix du site
Le site marémoteur doit être choisi avec soin pour que l’exploitation de l’usine soit la plus rentable possible. Il doit satisfaire à deux critères principaux :
• Marnage important, supérieur à 5 m en moyenne
• Bassin à ouverture relativement étroite
À ces critères fondamentaux, on peut également tenir compte des aspects suivants :
• Profondeur suffisante pour pouvoir installer les turbines
• Houle relativement faible
• Risques d’ensablement faible
• Gène minime pour la navigation
Ces contraintes restreignent considérablement le nombre de sites marémoteurs envisageables.
L’usine marémotrice a été construite au niveau du resserrement des rives de la Rance entre la pointe de la Brebis et la pointe de la Briantais. Ainsi, le barrage se trouve assez près de la mer pour que le bassin ait une superficie suffisante (22 km²) tout en étant assez éloigné des parages fréquentés de St-Servan pour que les courants dus à l’usine ne gênent pas la navigation. De plus, le site de la Rance se prêtait particulièrement bien au projet, puisque les marées y sont particulièrement importantes (8,5 m en moyenne, jusqu’à 13,5 m lors des marées d’équinoxe).
2.2 Description des ouvrages
L’usine marémotrice peut être découpée en quatre parties : l’écluse, l’usine avec la salle des machines, la digue appelée digue morte et le barrage mobile.
2.2.1 L’écluse
L’écluse se trouve du côté de la rive gauche de la Rance. Son sas mesure 65 m de longueur et 13 m de largeur. Le radier, c’est-à-dire le fond maçonné de l’ouvrage, est situé à 2 mètres au-dessus du niveau des plus basses mers. L’écluse est équipée à chaque extrémité d’une porte à deux vantaux, qui pivotent autour d’un axe vertical.
La circulation routière est assurée par deux ponts basculants de 7 mètres de largeur, qui descendent au-dessus de l’écluse.
L’écluse est manœuvrée depuis un poste de contrôle situé dans le bâtiment administratif.
Chaque année, quelque 16500 bateaux (contre 6000 en 1963) empruntent l’écluse du barrage.
2.2.2 La salle des machines
Elle est située dans la partie la plus profonde de la Rance dans une digue creuse en béton armé de 390 m de longueur, 53 m de largeur et 33 m de hauteur. La salle des machines est divisée par des contreforts en 28 travées de 13,3 m et couverte par une voûte qui soutient la route passant sur le barrage.
Les 3 premières travées (côté écluse) sont dédiées aux ateliers d’entretien et aux aires de démontage.
Les 25 suivantes renferment les 24 groupes bulbes, les 3 transformateurs principaux et la salle de commande (une travée à elle seule).
Deux travées (la dernière travée de démontage ainsi que la salle de commande) comportent chacune un puisard descendant jusqu’à –17,5 CM. C’est à cet endroit que sont collectées les eaux d’infiltration et de rejet.
2.2.3 La digue morte
Il s’agit d’une digue en enrochement de 163 m de longueur, s’appuyant côté rive gauche sur le mur qui termine l’usine et sur l’îlot de Chalibert côté rive droite. Pour qu’elle soit parfaitement étanche, un noyau en béton a été coulé, avec une galerie visitable.
La majeure partie de la digue est faite en tout venant provenant de déblais rocheux. Une attention toute particulière a été accordée aux parements, soumis à l’effet de la houle. La première couche est un filtre en concassés de carrière, revêtu d’un bloc rocheux de protection.
2.2.4 Le barrage mobile
D’une longueur de 115 mètres, le barrage mobile est constitué de 6 pertuis de vannage. Chacun de ces pertuis est équipé de vannes du type wagon qui sont manœuvrées par un servomoteur à huile. La hauteur de levée est de 10 m et la largeur de chaque passe de 15 m.
Contrôlé depuis la salle de commande de l’usine, le barrage mobile permet le passage de l’eau à un débit total de 9600 m3 seconde sous une dénivellation de 5 m. En accélérant le remplissage ou le vidage du bassin, la manœuvre de ces vannes permet de valoriser la production d’énergie.
2.3 Une construction à sec
2.3.1 Généralités
La construction du barrage posait des problèmes délicats, car au fur et à mesure de l’avancement des travaux, l’ouvrage opposerait de plus en plus de résistance au passage de l’eau. Ainsi, il se créerait des dénivellations (l’eau arrivant par la mer aurait en effet un passage de plus en plus réduit pour s’écouler, d’où une accumulation côté mer), engendrant de forts courants et mettant en danger la stabilité des ouvrages. Il était par conséquent vital de trouver une méthode de construction sûre et fiable.
Divers procédés de coupures maritimes étaient connus à l’époque. On peut notamment citer les digues en enrochements construites à l’avancement. Elles sont construites à partir des deux rives, les deux amorces émergeant constamment. Plus les travaux avancent et plus le courant devient fort : pour réaliser la jonction, il faut donc soit utiliser des blocs importants, et donc stables, soit déverser les roches tellement vite que le courant n’a pas le temps de les emporter. Cette technique ne convient pas aux fortes dénivelés.
Une autre méthode consiste à mettre une couche de roches sur toute la longueur et d’élever peu à peu le niveau jusqu’à ce que le barrage émerge entièrement : c’est la méthode de digues en enrochements construites par tranches horizontales.
Il est également possible d’associer ces deux techniques : les caissons sont amenés par flottaison et ancrés au fond marin afin de couper le courant. Ensuite, on construit par dessus. Cette opération n’est possible quand lorsque les marées ne sont pas trop fortes.
On voit donc que les techniques sont variées, mais les conditions toutes particulières de l’estuaire de la Rance (forts courants, hauteur du mur de coupure importante (27 mètres environ) ont nécessité de nombreuses études afin de trouer la solution adéquate.
Après plusieurs propositions, le projet d’Albert Caquot a été retenu. Il faut également noter qu’un modèle réduit hydraulique à l’échelle 1/150e a permis de prévoir les efforts exercés sur l’ouvrage, les dénivelés, les champs de courant et l’importance de l’érosion.
Le projet de M. Caquot (1956) prévoyait une construction des ouvrages à sec à l’intérieur d’enceintes délimitées par des batardeaux. La première enceinte, côté rive gauche, était destinée à la construction de l’écluse. Constituée de murs en béton (incorporés par la suite à l’ouvrage définitif), elle n’a pas posé de problèmes majeurs puisqu’on ne réduisait guère la largeur du passage de l’eau. Dans un deuxième temps, l’enceinte côté rive droite a été réalisée pour permettre la construction du barrage mobile. Elle était constituée de gabions de palplanches plate, remplis de sable de 16 à 19 m de diamètre. Enfin, l’enceinte principale, constituée d’un batardeau nord et d’un batardeau sud, devait permettre l’édification de l’usine et de la digue morte.
La construction des pertuis de vannes avant l’enceinte principale présentait deux avantages : d’une part, elle réduisait la largeur de la coupure principale ; d’autre part, elle permettait de dévier une partie du courant, soulageant ainsi la pression exercée sur l’ouvrage central. Grâce à l’ouverture des vannes, la dénivelé n’a jamais dépassé 4 mètres.
Représentant un véritable défi technique, la réalisation du batardeau nord, destiné à isoler la Rance de la mer, mérite une plus longue explication. Le batardeau sud a, par la suite, été facilement construit en eau morte, à l’abri des courants. L’ensemble des travaux, commencés en 1961, ont duré 6 ans.
Il faut également noter que les travaux ont été prévus en fonction des marées. En effet, les opérations délicates, comme l’échouage des caissons sur leur fondation, ont été réalisées à l’étale et en mortes-eaux. Le respect de ces périodes expliquent en partie la durée des travaux.
2.3.2 Réalisation de la coupure de la Rance
Le batardeau nord devait mesurer environ 600 mètres. Dans un premier temps, des amorces en gabions ont été construites à chaque extrémité (6 gabions côté écluse et 4 côté pertuis). Ainsi, il ne restait plus qu’une passe de 370 m à fermer. On distingue alors trois phases principales.
• Réduction de moitié de la distance par la mise en place de 19 caissons cylindriques en béton armé de 9 mètres de diamètre (avril 1962 – décembre 1962)
Les caissons sont espacés de 21 mètres sur 11 intervalles et de 18 mètres sur 7 intervalles. Chaque caisson est composé de deux parties : une infrastructure et une superstructure. La première est amenée par flottaison, puis basculée et échouée sur une plate-forme d’assise. Il s’agit d’une sorte d’empreinte réalisée dans le sol comportant un rebord annulaire destiné à éviter le glissement du caisson de sa fondation. La marge entre le contour de ce rebord et celui du caisson n’est que de 10 cm. Pour contrôler le basculement et l’échouage, on tire sur deux câbles fixés à la base de l’élément et passant par deux anneaux (chaumards) scellés dans le béton de l’assise. (cf. schéma) Une fois mis en place, les caissons sont remplis de sable, afin de les stabiliser, puis coiffés de leur superstructure (150 t) qui donne ainsi au caisson sa hauteur définitive.
• Réduction de moitié de la surface restante en construisant, entre les caissons, des cellules dans une passe sur deux : au total, 9 cellules dites de première phase (octobre 1962 à mai 1963)
La réalisation de la cellule commence par la mise en place de palplanches de coupures en béton armé (hauteur : 1 à 4 m, masse : 20 à 80 t) dans les rainures des caissons prévues à cet effet. Certaines brèches entre caissons sont ainsi fermées. Puis, le gabarit de guidage (formant les demi-cercles des cellules) est amené par flottaison et accroché aux caissons. On peut alors procéder à la mise en place des palplanches à l’intérieur dudit gabarit à l’aide d’une grue-tour, qui progresse sur les cellules au fur et à mesure de leur construction. Enfin, la cellule est remplie de sable après avoir mis un filtre annulaire intérieur (permettant de retenir le sable).
Après la construction de 5 cellules, la dénivelée (de part et d’autre du batardeau) n’a atteint que 1,5 m lors d’une marée de coefficient de 110. La mise en service des pertuis de vannage a permis de la réduire significativement. Ainsi, pour une marée de coefficient 117, on a enregistré une dénivelée de seulement 0,75 m.
Les 4 cellules suivantes ont pu être construites sans problème majeur.
• Achèvement de la coupure grâce à la construction de 9 cellules dans les passes restantes : ce sont les cellules dites de deuxième phase
Elles sont identiques à celles de la première phase. Les problèmes rencontrés à ce niveau concernaient plus la tenue des palplanches et l’érosion du terrain de fondation, car l’espace offert au passage de l’eau devenant de plus en plus petit, les courants ont dangereusement augmenté en intensité. Les gabarits ont subi des pressions considérables et les palplanches se sont déformés (heureusement, les dommages étaient réversibles). La phase critique se situait au moment où il ne restait plus que quelques palplanches à mettre, puisque le courant atteignait son maximum.
Dans la mesure où l’érosion du sol s’est accentué sous l’effet des courants, il a fallu recourir à diverses solutions (planches spéciales en béton, remplissage de cavités avec du béton…). Plus les travaux avançaient, plus il fallait aller vite, car les assises n’auraient pas supporté bien longtemps ces violents courants. Finalement, le 20 juillet 1963, les dernières cellules sont achevées et M. Caquot ordonne la fermeture des vannes des pertuis, coupant ainsi effectivement la Rance de la mer.
La construction du batardeau nord, qui a duré près de deux ans, avait été soigneusement planifiée, afin que la phase finale de la coupure se situe dans une période où les coefficients des vives-eaux de marée étaient les plus faibles possibles.
Chapitre 3 L’exploitation de l’usine marémotrice
3.1 Les groupes bulbes
3.1.1 Le choix des groupes
Vers 1943, au début des études sur la construction d’une usine marémotrice, les constructeurs s’étaient penchés sur les problèmes que posaient les équipements des basses chutes de rivière. Ces connaissances ne pouvaient cependant pas s’appliquer directement à l’énergie marémotrice, car les débits et les hauteurs de chute sont beaucoup plus variables.
Dans un premier temps, il était envisagé d’utiliser des groupes à axe vertical : l’eau était par conséquent amenée sur la turbine et s’écoulait verticalement, l’alternateur se trouvant au-dessus de la turbine, hors de l’eau. Rapidement, les ingénieurs ont compris que ce type d’installation présentait des inconvénients majeurs : il était absolument impossible de turbiner dans les deux sens, l’eau ne pouvant remonter le conduit, et de pomper. De plus, la place occupée était bien trop importante.
C’est pourquoi les recherches s’orientèrent vers les groupes axiaux, et notamment vers les groupes bulbes aval et les groupes bulbes amont. Ces deux types fonctionnent sur le même principe et ne diffèrent que par la position du corps du bulbe, contenant l’alternateur, par rapport à la roue du groupe, c’est-à-dire la partie qui tourne sous l’action de l’eau. Dans le cas du groupe amont, si l’on se réfère au sens d’écoulement de l’eau le plus naturel, on trouve d’abord le corps du bulbe, puis la roue. Après divers essais, en laboratoire sur modèles réduits et en grandeur nature, les ingénieurs ont définitivement opté pour les groupes amont, car les rendements étaient meilleurs.
Pour l’usine marémotrice de la Rance, le groupe bulbe était particulièrement adapté puisque la hauteur de chute est faible (maximum de 14 mètres,) et le débit relativement élevé (jusqu’à 275 m3 par seconde). De plus, il était impératif que les turbines puissent pomper et turbiner. Il a donc fallu étudier de plus près la question des pales, car il est bien évident que les modèles classiques n’étaient pas très adaptés.
Il faut noter que l’utilisation des groupes bulbes ont permis un gain de place de 15 %, en terme de génie civil, par rapport aux groupes verticaux.
3.1.2 Caractéristiques générales
L’usine marémotrice est équipée de 24 groupes bulbes d’une puissance nominale de 10 MW, soit une puissance installée de 240 MW. Chaque groupe pèse 470 tonnes.
Ces groupes sont à axe horizontal, avec entraînement par turbine Kaplan.
Le groupe bulbe est réversible mécaniquement, afin de pouvoir tourner dans un sens ou dans l’autre selon le sens d’écoulement de l’eau.
Il est également réversible électriquement, afin de pouvoir fonctionner soit en générateur (turbinage), soit en moteur (pompage).
De plus, le groupe doit pouvoir servir d’orifice de passage d’eau, aussi bien dans le sens d’écoulement bassin-mer que mer-bassin.
3.1.3 L’équipement électromécanique
3.1.3.1 La roue
Placée sur la ligne d’arbre, la roue motrice a un diamètre de 5,35 mètres et comporte 4 pales à inclinaison. Lors de l’élaboration du projet de la Rance, les pales retournables ont d’abord été testées, mais après de longues recherches, des pales à double cambrure ont été mises au point et sélectionnées, car elles présentaient des performances hydrauliques très proches à celles des pales retournables, tout en étant plus pratiques à utiliser. Dans la mesure où le fonctionnement en turbinage et en pompage direct sont prédominants, le tracé des pales a été optimisé pour ces modes de fonctionnement, tout en veillant à ce que le turbinage et pompage inversé donnent de bons résultats.
Ces pales orientables permettent d’ajuster la puissance hydraulique à la demande électrique et d’améliorer le rendement (cf. distributeur).
La moitié des groupes a été équipée de pales en acier inoxydable martensitique. L’autre moitié est en bronze d’aluminium.
L’énergie hydraulique est captée par la roue, située à l’extérieur du caisson, qui entraîne l’ensemble de la partie tournante du groupe, en particulier l’alternateur par l’intermédiaire de l’arbre. La vitesse de rotation normale est de 93,75 tours par minute.
3.1.3.2 Le distributeur et l’avant distributeur
• L’avant distributeur
Il est constitué de deux viroles coniques reliées entre elles par 12 bras, ou avant-directrices fixes. C’est un ensemble mécanosoudé qui constitue la structure porteuse unique du groupe bulbe. L’avant distributeur permet une répartition optimale des forces et des masses. Les avant-directrices ont pour rôle de diriger l’écoulement de l’eau vers les directrices, qui elles-mêmes le redirige vers la roue (cf. infra).
• Le distributeur
Il est situé en aval de l’avant distributeur (côté roue). Il comporte 24 directrices mobiles, qui sont situées sur un cône de même axe que le groupe bulbe, d’où son nom de distributeur conique. Elles sont reliées par un système de leviers et de biellettes à un cercle de vannage, qui permet de commander leur ouverture.
Les directrices orientables peuvent donc pivoter sur elle-même et fermer plus ou moins le passage à l’écoulement de l’eau. Ainsi, lorsque l’on turbine dans le sens bassin-mer, il est possible d’influer sur l’arrivée de l’eau sur les pales afin d’assurer un rendement optimal pour toutes les hauteurs de chute et tous les débits.
En position fermée, le distributeur doit également permettre d’isoler complètement le bassin de la mer.
• Un système de régulation
Dans toute installation hydraulique, réglée et soumise à une régulation automatique et comprenant une turbine et un alternateur, la grandeur de sortie doit être la plus proche possible de la valeur demandée. En France, cette grandeur est de 50 Hz. Pour maintenir cette fréquence constante, il faut pouvoir agir sur le débit d’eau admis dans la turbine.
À l’usine de la Rance, la régulation de la vitesse de rotation de la turbine est assurée par l’action conjuguée du distributeur, dont les directrices sont réglables, et de la roue à pales orientables.
Lors du fonctionnement en turbine directe, l’écoulement de l’eau se fait du distributeur vers la roue. En fonction de la hauteur de chute et donc du débit, le distributeur s’ouvre plus ou moins, tandis que les pales s’orientent de façon à capter plus ou moins l’eau.
Lors du fonctionnement en turbine inversée, l’eau arrive directement sur la roue avant de passer dans le distributeur. Pour éviter toute vibration dangereuse, les aubes du distributeur sont bloquées en position d’ouverture maximale.
De plus, le régulateur a pour but de limiter les grands écarts de vitesse, qui peuvent être dommageables pour le groupe bulbe. En effet, une brusque variation de charge peut engendrer une décharge totale de l’alternateur.
3.1.3.3 Les paliers et la butée double
Pour soutenir l’arbre de la turbine, deux paliers (à coussinet) ont été prévus, un du coté de la roue (appelé palier turbine) et un côté alternateur (appelé palier alternateur). Ils correspondent à une surface de contact entre l’arbre et le cylindre l’entourant. On y fait circuler de l’huile pour éviter tout frottement et prévenir ainsi l’usure de l’arbre lorsqu’il est en rotation. Ces dispositifs d’injection d’huile à haute pression sont automatiquement mis en service lors du démarrage et de l’arrêt des groupes et lors des fonctionnements en orifice.
La butée a pour fonction d’éviter que la turbine ne se déplace trop horizontalement sous la pression de l’eau. Il y a également une circulation d’huile entre les deux butées. La formation du film est plus ou moins facile :
Lorsque le groupe est à l’arrêt, distributeur fermé, le groupe est soumis à un effort axial dû à la pression de la mer […], et les parties mobiles sont appuyées sur la butée côté bassin. Lors des démarrages [des groupes pour le turbinage bassin-mer], la pression sur les pales repousse le groupe vers la mer et ce dernier tourne su un film naturellement formé. Lors des démarrages [des groupes pour le turbinage mer-bassin], la pression applique le groupe encore plus sur la butée côté bassin, rendant plus difficile la formation du film d’huile.
3.1.3.4 L’alternateur / moteur
Chaque groupe bulbe est équipé d’un alternateur de type synchrone à excitation statique.. La vitesse de rotation normale est de 93,75 tours par minute. Sa puissance est de 10 MW. Sa tension de sortie est de 3,5 kV.
Rôle de l’alternateur
Le rôle de l’alternateur est de transformer l’énergie mécanique en énergie électrique, sous forme de courant alternatif.
Le principe de fonctionnement de ce type de générateur de courant est fondé sur l’induction électromagnétique. La force électromotrice (tension aux bornes d’un générateur lorsqu’il ne débite pas de courant) et donc la polarité passent alternativement d’une valeur positive à une valeur négative. Le courant ainsi créé est donc du type alternatif (de forme sinusoïdale).
Principe de l’alternateur
Il existe plusieurs types d’alternateur. Il est cependant toujours composé de deux éléments : un champ inducteur, créé par un électro-aimant, et un circuit induit dans lequel le courant est engendré. L’une de ces deux parties est fixe (stator) et l’autre est mobile (rotor).
Pour comprendre le fonctionnement d’un alternateur, il est indispensable de savoir comment naît une force électromotrice (f.é.m.) induite. On peut réaliser une expérience assez simple :
Soit un solénoïde (bobine constituée par une ou plusieurs couches de fil conducteur enroulé) parcouru par un courant et une autre bobine reliée à un galvanomètre (appareil mesurant les faibles courants). Le solénoïde joue le rôle d’un électro-aimant.
Lorsque l’on rapproche rapidement la bobine du solénoïde (ou inversement), on constate qu’un courant est créé dans la bobine. Ce courant est appelé courant induit. Il a été engendré dans la bobine, qui est donc l’induit, alors que le solénoïde en est à l’origine. On l’appelle par conséquent inducteur. SCHÉMA
Il existe des alternateurs à induit tournant et des alternateurs à induit fixe.
Dans les deux cas, ce sont les variations périodiques du flux d’induction dans l’induit, produites par le déplacement relatif périodique de l’inducteur et de l’induit, qui créent le courant.
Les alternateurs de la Rance
Ils sont du type à induit fixe. Ils comprennent donc :
• Un rotor, entraîné par la turbine et en rotation à l’intérieur du stator.
• un stator, de forme cylindrique, logé dans une carcasse, entièrement contenue dans l’enceinte du groupe bulbe. SCHÉMA
Le rotor est à pôles saillants (au nombre de 64). Il faut imaginer une espèce de volant en acier coulé et centré sur l’arbre entraîné par la turbine. Sur ce volant sont fixés des masses polaires en tôles magnétiques feuilletées, qui sont chacune recouvertes d’une bobine magnétisante, parcourue par un courant continu d’excitation. Ces dernières sont reliées entre elles de façon à ce qu’un pôle nord alterne avec un pôle sud.
L’alimentation des bobines magnétisantes se fait par un autre alternateur, auquel on adjoint un redresseur de courant. C’est ce qu’on appelle l’excitation statique. On voit donc bien qu’on a un électro-aimant. SCHEMA
Le stator est une pièce cylindrique feuilletée : il est constitué par une couronne de disques d’acier doux qui sont isolés les uns des autres par du vernis.
La couronne porte des encoches, parallèles à l’axe du cylindre, qui contiennent des barres de cuivre, isolées les unes des autres (sur leur longueur) par un ruban imprégné d’une résine Epoxy. Les barres sont reliées entre elles à chaque bout de façon à constituer trois bobines différentes. La première barre est donc reliée sur la face avant du cylindre à la quatrième barre, qui est elle-même reliée au niveau de la face arrière à la septième barre, etc. La deuxième barre est reliée à la cinquième, et ainsi de suite… C’est ce qu’on appelle le bobinage triphasé à barre. Au lieu d’avoir un cylindre sur lequel on enroule un seul fil conducteur, on constitue trois bobines différentes. Ainsi, on utilise mieux la surface du cylindre, puisqu’on crée trois induits (pour un seul inducteur) qui forment trois générateurs distincts. On dit que l’alternateur est triphasé. SCHÉMA
Un entrefer de quelques millièmes de millimètres d’épaisseur permet au rotor de tourner à l’intérieur du stator.
Des alternateurs se transformant en moteur
Les groupes bulbes devant fonctionner aussi bien en turbine qu’en pompe, l’alternateur doit fonctionner aussi bien en générateur (transformation de l’énergie mécanique en énergie électrique) qu’en moteur synchrone.
Une expérience simple permet d’illustrer le fonctionnement en moteur :
Soient trois bobines identiques (avec un écart angulaire de 120° entre chaque) reliées à une source d’alimentation triphasée et soit un disque métallique en cuivre placé au centre.
Quand les bobines sont excitées, le disque tourne dans un sens bien précis. Si l’on permute les connexions de deux des trois bobines, il tourne dans l’autre sens. On constate également que la vitesse du disque reste toujours constante, même si on lui demande de fournir un travail (par exemple, entraîner une poulie).
On est en présence d’un moteur à propriétés très particulières dont la vitesse est rigoureusement constante, à vide comme en charge, et dont la valeur est commandée par la fréquence des courants d’alimentation du stator. Pour cette raison, les moteurs basés sur ce principe sont appelés moteurs synchrones.
Ce dispositif est en fait une schématisation d’un alternateur triphasé, fonctionnant en moteur. Si l’on souhaite pomper, il faut fournir de l’énergie électrique à l’alternateur (stator), qui va entraîner le rotor, qui lui-même fera tourner la turbine. On transforme donc de l’énergie électrique en énergie mécanique. Pour pomper dans l’autre sens, il suffit, comme dans l’expérience, d’inverser les connexions.
Un système de refroidissement
Lors de la transformation d’énergie (mécanique en électrique ou vice-versa), des pertes thermiques sont inévitablement générées. Pour maintenir la température de l’alternateur dans des limites acceptables, un circuit d’air est produit par un moto-ventilateur et dirigé le long de l’arbre. L’air est notamment dirigé vers le stator, le rotor (entrefer et pôles), puis refroidi par échange thermique avec l’eau le long de la paroi du bulbe. Le fait d’avoir une pression supérieure à celle existant hors du bulbe permet également de limiter les infiltrations d’eau.
3.2 Principe de fonctionnement
Le barrage de la Rance permet de créer une différence de niveau d’eau entre le bassin et la mer, soit en retenant l’eau dans le bassin pendant que la mer se retire, soit en l’empêchant de remplir le bassin pendant que la mer monte. Plus la différence entre le bassin et la mer (hauteur de chute) est grande, plus la production d’électricité est importante. L’intérêt de l’usine réside dans les différentes possibilités offertes par les groupes bulbes, qui permettent la production d’électricité à marée montante comme à marée descendante. De plus, ils peuvent aussi fonctionner en pompage afin d’augmenter la hauteur de chute. La combinaison des différents modes de fonctionnement des groupes bulbes permet de s’adapter chaque jour aux conditions de marée afin d’optimiser la rentabilité de l’usine.
3.2.1 Les différents types de fonctionnement des groupes
3.2.1.1 Turbinage direct
Il s’agit d’un mode de fonctionnement des groupes bulbes en turbine. Ils sont connectés au réseau pour produire de l’électricité et le sens d’écoulement de l’eau va du bassin vers la mer. (On se trouve dans la phase succédant au remplissage du bassin alors que la mer s’est déjà suffisamment retirée).
3.2.1.2 Turbinage inversé
Comme son nom l’indique, il s’agit du phénomène inverse : le groupe bulbe produit de l’électricité avec un sens d’écoulement de l’eau de la mer vers le bassin. (Là au contraire, le bassin est vide et on l’empêche de se remplir : lorsque le niveau côté mer est suffisant, on ouvre les vannes).
3.2.1.3 Pompage direct
Les groupes bulbes fonctionnent en tant que moteur synchrone et « prélèvent » de l’eau côté mer pour la rejeter côté bassin, afin de surélever le niveau en fin de marée haute. Cette technique permet d’obtenir une plus grande hauteur de chute.
3.2.1.4 Pompage inversé
Cette fois, il s’agit de « prendre » de l’eau côté bassin et de la rejeter côté mer pour survider le bassin en fin de marée basse. Il faut néanmoins noter que cette possibilité est peu utilisée.
3.2.1.5 Fonctionnement en orifice
Cette phase n’est possible que sous faible hauteur de chute. Il n’y a pas de production d’énergie : les groupes sont découplées du réseau et laissent passer librement l’eau. Ce débit s’ajoute à celui qui traverse les vannes afin d’accélérer les transferts bassin-mer ou mer-bassin à marée basse ou à marée haute.
3.2.1.6 Marche en déchargeur
Si un incident technique, d’ordre mécanique ou électrique, se produit lors de la phase de turbinage, les groupes sont immédiatement désexcités, c’est-à-dire découplés du réseau. Cette situation n’est pas sans poser des problèmes, car l’eau, qui passait librement à un débit relativement élevé, se retrouve brusquement « bloquée », puisque les turbines ne tournent plus normalement. Il se crée alors une intumescence, qui est une onde de surface (dans des bassins de faible profondeur). Pour l’éviter, la fermeture des pales et du distributeur se fait rapidement, mais progressivement.
3.2.1.7 Démarrage des groupes
Lorsque les groupes doivent fonctionner en pompe, la mise en route est progressive, jusqu’à ce qu’ils atteignent la vitesse synchrone (liée à la fréquence du réseau, c’est-à-dire 50 Hz). Il est bien évident que ce démarrage se fait en fournissant de l’énergie.
Lorsque les groupes fonctionnent en turbine, le démarrage est en principe hydraulique par ouverture du distributeur et des pales. Une fois que la vitesse synchrone est atteinte, ils sont couplés au réseau. 3.2.2 Cycle à simple effet
C’est le cycle le plus élémentaire qui rappelle le fonctionnement des anciens moulins à marées. Le principe est assez simple. On laisse le bassin se remplir à marée montante, avant de fermer les vannes pendant que la mer se retire. Lorsque la hauteur de chute est suffisante, on procède au turbinage. On distingue trois phases :
• Phase de remplissage : à marée montante, on ouvre les 6 vannes pour permettre à la mer de remplir le bassin de retenue. Dans le même temps, on procède au démarrage des groupes bulbes en orifice. Au cours de cette phase, il n’y a pas de production d’énergie.
• Phase d’attente : lorsque la marée a atteint son plus haut niveau, les vannes sont fermées. Il faut attendre que la mer se soit suffisamment retirée pour obtenir une certaine hauteur de chute entre le bassin et la mer.
• Phase de turbinage : on procède au démarrage des groupes bulbes en turbinage direct (sens d’écoulement de l’eau du bassin vers la mer). Grâce à la chute d’eau créée, les turbines sont entraînées et produisent de l’électricité. On arrête le turbinage lorsque la différence entre les deux niveaux n’est plus suffisante. On se retrouve donc dans la phase de remplissage.
Le groupe bulbe a été conçu non seulement pour turbiner, mais aussi pour pomper. Ainsi, on peut remplacer la phase d’attente par une phase de pompage, qui permet de surélever le niveau du bassin en fin de remplissage par rapport au niveau de la mer. On obtient alors une plus grande hauteur de chute. Bien évidemment, la phase de pompage consomme de l’électricité (les turbines deviennent alors des moteurs qu’il faut alimenter en énergie), mais la production d’électricité se trouve tout de même accrue (par rapport à un cycle avec phase d’attente), car l’eau pompée sous une faible hauteur travaillera quelques heures plus tard sous une chute plus élevée.
3.2.3 Cycle à double effet
Avec ce principe, l’usine fonctionne à marée montante et descendante. Ainsi, il y a turbinage lors du vidage du bassin (comme dans le cycle à simple effet) et du remplissage. Dans ce cas de figure, on distingue 6 phases :
• Phase d’attente (ou de pompage) : à marée basse, on laisse dans un premier temps les vannes fermées. Ainsi, le bassin (alors presque vide) se trouve isolé. Le niveau côté mer augmente, créant ainsi une hauteur de chute nécessaire au turbinage. Si l’on veut allonger le temps de turbinage, on peut utiliser les groupes bulbes en pompage, non pas pour surélever le niveau du bassin (comme dans le cycle à simple effet), mais pour le baisser davantage.
• Phase de turbinage : on procède au démarrage des groupes bulbes en turbinage inversé. On peut ainsi produire de l’électricité pendant une ou deux heures.
• Phase de remplissage : lorsque la hauteur de chute n’est plus suffisante, on arrête les groupes bulbes et on ouvre les vannes afin d’accélérer le remplissage du bassin. Les groupes fonctionnent en orifice.
• Phase d’attente (ou de pompage) : une fois le bassin rempli, on ferme les vannes. Soit on attend jusqu’à ce que la mer se soit assez retirée pour permettre le turbinage, soit on procède au pompage pour surélever le niveau du bassin et créer une hauteur de chute supérieure.
• Phase de turbinage : cette fois, l’écoulement de l’eau se fait dans le sens bassin-mer. Les groupes bulbes fonctionnent en turbinage direct.
• Phase de vidage : lorsque la chute n’est plus suffisante, on procède à l’arrêt des groupes bulbes et on ouvre les vannes. Les groupes sont en orifice. Et le cycle peut reprendre.
3.2.4 Cohabitation avec les plaisanciers
L’usine ne peut pas fonctionner sans tenir compte de son environnement et en particulier des nombreux plaisanciers qui naviguent chaque année dans l’estuaire. L’arrêté préfectoral du 9 juin 1966 et l’arrêté municipal du 24 juin 1966 posent un cadre juridique aux obligations de l’usine.
Ils prévoient une zone délimitée par des bouées où la baignade et la navigation sont formellement interdites, pour des raisons évidentes de sécurité. Du côté ouest, deux chenaux de navigation ont été mis en place afin de guider les bateaux vers l’écluse, dont l’entrée est marquée par deux ducs d’Albe, datant de la construction de l’usine. Outre la présence de panneaux guidant les plaisanciers, une signalisation lumineuse indique l’entrée de l’écluse. Ces feux clignotent selon un code (alternance de phase « lumière / obscurité » dont les temporisations sont définies précisément, couleur rouge ou verte) connu des plaisanciers qui peuvent ainsi se repérer de jour comme de nuit.
En règle générale, l’écluse fonctionne 24h sur 24, y compris les jours fériés. La levée des ponts mobiles passant au-dessus de l’écluse (pour le trafic routier) est effectuée toutes les heures pleines (sauf la nuit où l’éclusage se fait sur demande préalable), pour une durée de 15 minutes s’il y a un bateau à écluser.
Ces arrêtés fixent également les cotes minimale et maximale des niveaux : dans le bassin, les cotes ne doivent pas descendre en-dessous du zéro des cartes marines, ni atteindre de telles valeurs que certains terrains soient submergés.
La diffusion des informations sur l’état de marche de l’usine est assurée par téléimprimeurs au bureau des Officiers du port de St Malo-St Servan ainsi qu’à l’écluse du Châtelier (en amont de la Rance).
Les indications suivantes y figurent :
• niveau au point de repère St Suliac
• fonctionnement de l’usine (marche ou arrêt)
• en cas de marche, sens d’écoulement de l’eau (bassin-mer ou mer-bassin)
• position des vannes (ouvertes ou fermées)
• fonctionnement des groupes
EDF met également à la disposition des plaisanciers un service de répondeur téléphonique. Les courbes prévisionnelles d’une semaine à l’autre sont aussi disponible sur le site http://www.bretagne-info-nautisme.fr/ rubrique « Info pratique » puis « la Rance ».
De plus, une signalisation, située au droit de la travée de commande, indique localement l’état de fonctionnement de l’usine.
• L’absence de signaux signale l’arrêt des groupes.
• Lorsque les groupes fonctionnent avec écoulement mer-bassin, deux cônes effilés superposés (blanc sur noir), pointe en haut, sont hissés de jour. La nuit, cet état est indiqué par deux feux verticaux vert et blanc, feu vert à la partie haute
• Lorsque les groupes fonctionnent avec écoulement bassin-mer, deux cônes effilés superposés (noir sur blanc), pointe en bas, sont hissés. La nuit, ils sont remplacés par deux feux verticaux vert et blanc, feu vert à la partie basse.
Une signalisation identique est installée au milieu du barrage mobile pour signaler, indépendamment du fonctionnement des groupes, l’ouverture des vannes et le sens des courants ainsi engendrés.
3.3 L’automatisation de l’usine de la Rance
La conduite de la centrale a pour objectif d’utiliser au mieux l’énergie des marées dans l’estuaire. Grâce au bassin de retenue, qui s’étend sur une vingtaine de kilomètres et dont la superficie du plan d’eau à la marée la plus forte est de 22 km², la plus grande hauteur de chute est créée. Cependant, les marées n’étant pas constantes, il est nécessaire d’adapter les cycles d’exploitation afin d’en tirer le meilleur profit.
Les éléments à commander sont les vannes (pour remplir ou vider le bassin) et les groupes bulbes. Une unité d’exploitation est constituée de 4 groupes. Cet ensemble partage un certain nombre d’organes annexes notamment pour le réglage des turbines et l’excitation des alternateurs. Il débite sur l’un des transformateurs (au nombre de trois).
3.3.1 La réalisation des cycles de fonctionnement
La programmation
Elle tient compte de différents paramètres :
o Le cycle des marées, qui est totalement prévisible et communiqué à l’avance par le SHOM (Service hydrographique et océanographique de la marine)
o La disponibilité des groupes en fonction des travaux de maintenance à effectuer. Ainsi, pour les trente ans de l’usine, une rénovation complète des groupes est entreprise, nécessitant la mise hors-eau des bulbes. Il faut donc signaler au programmateur quels groupes ne sont pas opérationnels
o Les contraintes externes à la centrale, comme le respect du niveau de l’eau dans le bassin. Il ne faut pas dépasser une hauteur de chute de plus de 12 m, car cela peut créer des érosions sur les digues.
À partir de ces données, le code de calcul dénommé AGRA (Algorithme de gestion de la Rance) optimise le cycle (sur le critère de la recette en francs) et propose un programme au pas de 10 minutes, transmis à l’usine. Il donne les ordres à émettre vers les groupes et les vannes ainsi que les niveaux de la mer et du bassin. SCHEMA HB 97 p34
Le suivi du programme
Jusqu’en 1988 (quelques mois après la mise en place de l’automatisation), il existait un service de quart en salle de commande. Son rôle était de surveiller le bon déroulement de l’exécution du programme et d’intervenir en cas de problème. Il devait également corriger les ordres lorsque les conditions présentes ne correspondaient plus à celles qui ont servi à l’élaboration du programme (telles que l’indisponibilité fortuite d’une machine).
3.3.2 La modernisation de la conduite
Le programmateur (PD 8) arrivant en fin de vie au début des années 80, les ingénieurs ont pensé que c’était l’occasion d’automatiser entièrement la centrale. Il a fallu s’adapter aux nombreuses contraintes du fonctionnement de cette usine bien particulière. Le logiciel AGRA a dû être révisé afin de mieux prendre en compte les caractéristiques de l’estuaire. De plus, la marée ne s’arrête jamais : on ne peut par conséquent prévoir aucun arrêt de la production d’énergie. De plus, le programme devait pouvoir être rectifié localement pour s’adapter aux conditions réelles, car le niveau de la mer peut varier sensiblement en raison des conditions atmosphériques.
En octobre 1987, l’automatisation a été mise en place sur le site avec une surveillance de la conduite par le service de quart, qui a été supprimé à l’été 1988. Enfin, en 1992, les derniers ajustements de l’automatisation ont été apportés. Depuis, l’usine fonctionne avec une très grande fiabilité.
3.4 De l’usine marémotrice au réseau électrique national
Une fois que l’énergie mécanique a été transformée en énergie électrique par l’alternateur, il faut l’acheminer vers le réseau national. Les groupes produisent l’électricité sous une tension de 3500 V, alors qu’elle sera évacuée sous 225000 V. Pour effectuer cette conversion, l’usine est équipée de transformateurs.
Les transformateurs sont des machines électriques dont la fonction est d’élever ou d’abaisser la tension d’un circuit électrique parcouru par un courant alternatif sans en modifier la fréquence. L’élévation de la tension est particulièrement intéressante, car le transport de grandes puissances sur des distances notables ne peut être réalisé de façon économique que s’il est effectué à très haute tension, soit plusieurs centaines de kilovolts. Il est donc nécessaire d’installer, à proximité immédiate des groupes générateurs, des transformateurs «élévateurs» de tension. Pour que l’électricité puisse être utilisée par les ménages ou les entreprises, il faut installer localement des appareils «abaisseurs», les tensions normales d’utilisation étant comprises entre quelques centaines et quelques milliers de volts.
Dans la mesure où la puissance générée par les alternateurs est relativement faible, les concepteurs de l’usine n’ont prévus que trois transformateurs. Chacun est constitué d’un enroulement haute tension de 80 MVA et de deux enroulements primaires basse tension de 40 MVA. Chaque primaire est donc relié à une unité d’exploitation (composée de quatre groupes).
Les transformateurs sont installés dans le barrage même. Ils sont raccordés par l’intermédiaire de trois câbles à un poste extérieur. Ce dernier comprend trois travées d’arrivée des transformateurs, trois travées de départ vers Saint Brieuc, Rennes et Paris.
3.5 Le problème de la corrosion
3.5.1 Le phénomène de corrosion
Dès le début des études sur l’usine marémotrice, la corrosion a été considérée comme un problème majeur, qu’il fallait absolument régler si l’on souhaitait que l’usine de la Rance soit viable à long terme, économiquement et techniquement parlant. C’est pourquoi un groupe de travail a été spécialement créé dès juillet 1955, mais la tâche s’annonçait difficile.
L’eau de mer n’est pas une simple solution d’électrolytes, mais un milieu vivant qui subit des modifications provoquées par le métabolisme des organismes. Ces modifications locales sont dues aux végétaux (production d’oxygène et élévation du pH), aux animaux (consommation d’oxygène et production de gaz carbonique), aux bactéries (formation d’hydrogène sulfuré). Ainsi, les résultats en laboratoire peuvent différer des résultats obtenus dans des conditions naturelles d’essais.
La corrosion est le résultat de l’action qu’exerce un réactif liquide ou gazeux sur un métal ou un alliage. Sa forme la plus répandue est la rouille du fer exposé à l’air humide. Les phénomènes de corrosion peuvent se développer suivant différents processus (chimiques, électrochimiques, biologiques).
Le problème de la corrosion à la Rance touche non seulement le matériel immergé dans l’eau de mer, mais aussi celui exposé à l’atmosphère marine, qui est plus ou moins chargée de fines vésicules d’eau salée pouvant venir se déposer et sécher sur les parois des différentes pièces extérieures de l’usine marémotrice (portiques de vannes ou transformateurs par exemple). Toutefois, la corrosion du matériel émergé est plus facile à traiter, notamment grâce à l’isolation des pièces de l’air et à l’application d’un revêtement (cf. infra).
Il est par conséquent beaucoup plus intéressant de voir comment les ingénieurs ont réussi à pallier les effets de la corrosion pour le matériel immergé, à savoir principalement les turbines, les vannes (parties fixes et mobiles) et les portes de l’écluse.
3.5.2 Explication du phénomène de corrosion
La part la plus importante de la corrosion est de nature électrochimique. En effet, lorsqu’un métal est en contact avec un milieu conducteur, il est le siège de réactions, qui s’apparentent à celles donnant naissance à une pile chimique.
Rappelons le principe de ce phénomène, grâce à une expérience simple.
Soient deux lames — appelées électrodes — du même métal (cuivre par exemple) et deux cuves séparées par une cloison poreuse, contenant chacune une solution d’un sel de ce métal, comme le sulfate de cuivre. Si on plonge une lame dans chaque cuve et qu’on relie ces lames par un fil électrique, rien ne se passe.
Par contre, si l’on utilise deux métaux différents (cuivre et zinc par exemple) plongeant dans une solution contenant respectivement leur sel, on constate qu’un courant circule naturellement. Le zinc est rongé et finit par disparaître, alors que du cuivre se dépose sur la lame de cuivre. Il se produit les réactions suivantes :
À l’électrode négative (anode), le zinc métallique se transforme en ion, libérant deux électrons, qui vont jusqu’à l’électrode positive (cathode), et un ion Zn2+ qui va dans la solution.
Zn2+ + 2 e-Zn
À l’électrode positive (en cuivre), les ions cuivre (Cu2+) captent ces deux électrons pour former du cuivre métallique qui se dépose sur la cathode.
CuCu2+ + 2 e-
Les ions assurent la circulation du courant dans les solutions des deux cuves.
Chaque couple oxydoréducteur (tel que Cu/Cu2+ ou Zn/Zn2+, où Cu et Zn sont les réducteurs et les ions associés les oxydants) est caractérisé par un potentiel normal, mesuré par rapport à une électrode de référence (comme l’électrode normale à hydrogène ou l’électrode au calomel). Ce potentiel est exprimé en volts (cf. tableau pour quelques exemples de potentiels). Pour prévoir quel métal sera rongé, il suffit de suivre la règle suivante : pour que l’oxydant d’un système puisse réagir avec le réducteur d’un autre système, il faut que le potentiel normal du premier couple soit supérieur à celui du second. Ainsi, dans le cas du cuivre et du zinc, on constate que c’est bien le zinc qui doit être rongé.
Dans la mesure où il y a différents métaux utilisés dans les pièces immergées de l’usine de la Rance, on constate le même phénomène. La présence simultanée d’aciers ordinaires et d’aciers fortement alliés, ou d’alliages cuivreux, aggrave l’agressivité du milieu sur l’acier ordinaire. Il est donc nécessaire de protéger tout particulièrement le matériel immergé.
3.5.3 La protection contre la corrosion
En premier lieu, un soin tout particulier doit être apporté aux pièces afin que les matériaux et les éventuels revêtements aient une bonne tenue :
Homogénéité du métal des pièces moulées
Polissage et passivation, c’est-à-dire « préparation de la surface d’un métal (traitement au phosphate), avant la peinture » , des surfaces non peintes.
Meulage des soudures
Élimination au maximum des angles vifs
Précaution au cours du transport et du montage des groupes pour ne pas blesser les revêtements
Par ailleurs, l’eau de mer ne peut être utilisé comme agent réfrigérant, tout comme l’air pour la ventilation des pièces doit être prélevé loin du rivage (en distance et en altitude) pour minimiser la présence de particules salines.
Trois types de protection ont été combinés : l’utilisation de matériaux résistant naturellement à la corrosion et l’emploi de revêtements adaptés (protection passive), ainsi que la mise en place d’une protection cathodique, pour les surfaces immergées seulement (protection active).
3.5.3.1 La protection passive
L’utilisation de matériaux incorrodables
Dans un premier temps, de nombreux tests ont été menées pour étudier les métaux sur des groupes d’essais de matériaux, reproduisant au 1/18ème les groupes bulbes, immergés dans un bassin d’eau de mer. Après plusieurs dizaines de milliers d’heures de fonctionnement, quelques métaux ont été retenus pour être testés sur le groupe expérimental de Saint-Malo (dans une écluse désaffectée). Finalement, deux nuances d’aciers inoxydables et un bronze d’aluminium sont les trois principaux matériaux qui ont été retenus :
L’acier martensitique utilisé notamment pour les pales, le moyeu de roue et le distributeur.
L’acier austénitique, notamment utilisé, sous forme de tôles, pour les manteaux de roue.
Le cupro-aluminium utilisé notamment pour les pales de roue.
Le choix des métaux incorrodables a été orienté par la nécessité de respecter certaines conditions fondamentales (outre la résistance à la corrosion) :
résistance mécanique, statique ou à la fatigue, relativement élevée
bonne résistance à la cavitation (cf. infra)
aptitude à la réparation par soudage pour les pièces sujettes à l’usure
possibilité d’être laminé
On peut se demander pourquoi on n’a pas utilisé que des métaux nobles, puisque le fait de les utiliser parallèlement à des aciers ordinaires favorise la corrosion. La première raison est leur coût élevé. La seconde vient de leurs propriétés mécaniques qui ne sont pas toujours adaptées aux besoins des matériels. On leur préfère par conséquent dans certains cas l’acier ordinaire.
Une fois la décision prise de faire cohabiter les deux types de métaux, les ingénieurs ont essayé de pallier les effets de la corrosion. Ils ont d’abord pensé isoler les différents éléments par des joints étanches, mais devant le nombre de pièces à traiter et les conditions exigeantes (sur le plan de la résistance, de la transmission des efforts et de la précision), ils ont abandonné ce projet pour ne retenir que la protection cathodique et par revêtement.
L’emploi de revêtements
Plus d’une centaine de revêtements ont été testés dans une station, constituée d’un grand bassin à circulation permanente d’eau de mer. Les ingénieurs en sont arrivés à la conclusion que les peintures vinyliques étaient les plus performantes, avec une application de 6 couches dont les deux dernières diffèrent selon que la pièce est émergée ou immergée.
Ce type de revêtement a été utilisé sur l’ensemble des parties en acier ordinaire, notamment des groupes, des vannes et de l’écluse. Par ailleurs, il a également été appliqué sur les parties destinées à être protégées par protection cathodique (sauf sur les pales), car cela permettait de diminuer l’intensité du courant de protection nécessaire (cf. infra).
Pour un résultat optimal, certaines précautions s’imposaient, telles qu’une bonne préparation de la surface à traiter. Afin de réaliser une protection la plus efficace possible, un atelier a été spécialement créé sur place.
Si les revêtements ont montré une bonne tenue pour les surfaces à l’air libre, ils ont été décevants pour les pièces immergées. Comme ils ont une durée de vie relativement courte (5 ans), il fallait envisager une réfection in situ, qui offre des conditions encore moins bonnes qu’en atelier. Lors de la rénovation qui a débutée en 1996, seules les vannes de coupure, qui ne sont pas immergées en permanence, et les vannes principales ont été repeintes. Pour toutes les pièces plongées en permanence dans l’eau, la protection par revêtement n’a pas été jugée utile, la protection cathodique fonctionnant parfaitement (cf. infra).
3.5.3.2 La protection active : la protection cathodique
Pour que l’effet de pile ne se produise pas avec les pièces immergées de l’usine marémotrice, il existe deux méthodes : la protection par anode sacrificielle et la protection par courant imposé.
La protection par anode sacrificielle
Utilisée exceptionnellement, ce procédé n’est employé que pour les vannes de coupure permettant d’isoler un groupe bulbe de l’eau lors d’une révision. Il consiste à coupler la structure à protéger avec un métal moins noble, dont le potentiel est plus négatif. On utilise des pains de zinc (qui jouent alors le rôle d’anodes), qui sont détruits préférentiellement. Cette technique est courante pour la protection des coques de navires, des installations portuaires ou des canalisations enterrées. Comme ces pains sont rongés, il faut les changer régulièrement, ce qui ne les rend pas très adaptés pour la protection des pièces immergées en permanence, d’où l’emploi d’un autre procédé pour ce type de pièce.
La protection par courant imposé
Il s’agit, à l’aide d’une source de courant extérieure, de porter le potentiel des parties à protéger à une valeur suffisamment négative pour que la réaction d’oxydation ne puisse pas se produire, sur le plan thermodynamique. On utilise une anode non consommable. Ainsi, cette protection ne nécessite pas une maintenance importante, puisqu’il ne faut jamais remplacer les anodes (ou alors à des intervalles très grands).
Pour l’usine de la Rance, de nombreuses études ont été réalisées pour assurer la protection cathodique la plus efficace possible. Il fallait notamment déterminer les meilleurs emplacements pour les anodes ainsi que l’intensité du courant imposé. Les premiers essais ont été réalisés dans les laboratoires de Neyrpic à Grenoble, suivis d’essais grandeur nature sur le groupe bulbe expérimental dans l’écluse désaffectée de St Malo. Plusieurs impératifs devaient être respectés : tout d’abord, les anodes devaient s’intégrer dans la paroi du groupe sans en modifier le profil et en réduisant au maximum la dimension des pièces à loger dans le conduit hydraulique et dans le bulbe. Ensuite, elles devaient assurer une étanchéité parfaite, car certaines sont placées près de l’alternateur. Enfin, elles devaient avoir une tenue suffisante pour qu’elles nécessitent un minimum d’interventions lors de l’exploitation de l’usine.
Compte-tenu des différents résultats, il a été décidé de poser pour chaque groupe bulbe 3 couronnes de 12 anodes, soit un total de 864 anodes pour l’ensemble des groupes. Par ailleurs, 4 électrodes de référence par groupe, soit 96 en tout, ont été installées afin de permettre le contrôle du potentiel au niveau de chaque bulbe.
Trois générateurs de courant ont été affectés pour la protection par courant imposé à quatre groupes en parallèle, soit un total de 18 redresseurs de courant, dont la tension nominale est de 24 V.
À l’origine, la protection par courant imposé n’avait pas été retenue pour les vannes, compte-tenu du soin apporté à l’application du revêtement et du caractère quasi monométallique des vannes. Cependant, dans la mesure où les ingénieurs ont constaté que les groupes bulbes étaient parfaitement protégés et en se rendant compte qu’il faudrait repeindre fréquemment les vannes, les ingénieurs ont décidé en 1968 de leur appliquer également la protection cathodique. 24 anodes associées à 12 électrodes de référence et à 12 redresseurs ont été installés.
Finalement, en mars 1978, ce type de protection a également été employé pour les portes de l’écluse.
Ainsi, toutes les parties métalliques plongées dans l’eau sont protégées par la protection cathodique que ce soit par anode sacrificielle ou par courant imposé.
Maintenance de la protection cathodique
La protection cathodique nécessite un contrôle régulier, afin de s’assurer de son bon fonctionnement. Le service électrique de l’usine marémotrice effectue chaque année 9500 mesures de courant, de tensions et de potentiels électrochimiques par an.
Depuis 1988, le calculateur mis en place pour la conduite des groupes a pris en charge une partie de ces mesures. Ainsi, le nombre d’heures de maintenance a pu être réduit. Si l’on rajoute le contrôle et le changement éventuel des anodes et électrodes de référence défectueuses (de l’ordre de 5 à 10 par an), on voit que le temps total consacré à la maintenance de la protection cathodique est moins d’un agent par an.
Conclusion
La protection cathodique a supprimé les phénomènes de corrosion habituels en milieu marins. Elle permet de limiter les reprises des revêtements de peinture, ce qui contribue à la réduction des indisponibilités des machines et se traduit par un gain d’énergie produite par l’usine marémotrice.
3.6 La cavitation
La cavitation est un phénomène physique qui se produit le plus fréquemment au sein d’un écoulement de liquide, notamment dans les circuits et machines hydrauliques (pompes, turbines) et autour des hélices des navires.
Elle se caractérise par la formation de cavités remplies d’air ou de gaz dans une région où la pression est moins forte. Quand ces bulles, entraînées dans l’écoulement, traversent des zones où la pression croît de nouveau, elles implosent, c’est-à-dire se résorbent brutalement. À la fin de ce phénomène qui dure à peine quelques millièmes de seconde, les vitesses et les pressions au voisinage immédiat des parois de la cavité sont particulièrement importantes. Comme l’implosion des bulles se fait à une cadence élevée, les surfaces solides, telles que les pales de la turbine, subissent une véritable onde de choc, qui s’accompagne d’un bruit important. La paroi solide est littéralement bombardée, ce qui provoque en premier lieu des microcratères : la surface prend alors progressivement l’aspect d’une peau d’orange puis, suite à l’arrachement de matériaux, celle d’une éponge, avant d’être complètement transpercée.
La cavitation entraîne également une diminution des performances mécaniques. L’écoulement de l’eau ne se fait plus correctement, avec parfois même des changements brusques de la direction du flux.
En vue d’éviter l’apparition de la cavitation, on procède généralement à des essais sur maquettes à échelle réduite dans des tunnels de cavitation pouvant fonctionner sous vide partiel. On y teste différents types d’hélices ou de pales afin de déterminer laquelle favorise le moins la cavitation.
L’érosion des matériaux et la chute des performances est bien évidemment néfaste au bon fonctionnement de l’usine de la Rance. Si les pales ont été avant tout étudiées pour être efficace en turbinage direct comme inversé, leur profil a double cambrure limite bien les effets de la cavitation. Néanmoins, lors de travaux d’entretien courants, les techniciens procèdent à des rechargements et meulages très localisés en bordure des pales.
Chapitre 4 Bilan technique, économique et environnemental
L’usine marémotrice de la Rance a été mise progressivement en service entre 1966 et 1967. 1968 a été sa première année d’exploitation normale.
4.1 Bilan technique
En raison des nombreux essais réalisés sur modèles réduits en laboratoire et sur un groupe en écluse désaffectée (échelle réelle), peu de problèmes techniques ont été rencontrés au cours de l’exploitation des groupes et de l’usine.
Néanmoins, il faut souligner le cas des alternateurs. Les stators d’origine ont dû être reconstruits entre 1976 et 1982. Malgré d’importantes améliorations de conceptions et de réalisations, les ingénieurs ont décidé en 1995 de renouveler certains stators.
Les problèmes de fiabilité rencontrés après la construction initiale et après la première reconstruction ont pour origine principale le circuit magnétique. En effet, le mode de fonctionnement particulier et contraignant des groupes de l’usine est un facteur majeur de l’usure relativement rapide du circuit magnétique.
Les premiers alternateurs ont tenu 10 ans (1966/1976), les alternateurs rénovés 20 ans (1976/1996). Les ingénieurs EDF estiment la durée de vie des derniers stators installés à 40 ans.
. Chaque groupe bulbe peut-être est mis hors-eau grâce à des vannes de coupure installées en amont et en aval du groupe. Ainsi, les mécaniciens peuvent accéder aux machines hydrauliques, qu’ils démontent soigneusement l’une après l’autre afin :
o De vérifier l’état général des turbines et des alternateurs
o De détecter et de corriger d’éventuels défauts répétitifs
o De pallier l’usure des pièces en les changeant ou en les réparant
o De vérifier les étanchéités des circuits d’air, d’eau et d’huile
o D’assurer la maintenance ou la reconstruction des alternateurs
Cette maintenance s’étend également aux dispositifs électriques (transformateurs…), aux automatismes, aux vannes du barrage, aux ouvrages de génie civil…
Il faut notamment mentionner que la protection cathodique fonctionne parfaitement, puisque aucune trace de corrosion n’a été relevée. Immergée pendant trente ans, les pales sont pratiquement comme neuves : si l’on regarde de près, on voit même les passes de tour de l’usinage d’origine.
4.2 Bilan économique
La première année d’exploitation de l’usine a été une période d’essais de démarrages et de mises au point diverses. Fin 1968, le taux de disponibilité des groupes n’est que de 77 % et la production annuelle s’élève à 426 GWh.
Entre 1968 et 1974, la production d’électricité et l’utilisation du pompage n’ont cessé de croître. La production annuelle atteint un maximum de 606 GWh fin 1974.
D’autre part, la production nette (où l’énergie utilisée pour le pompage a été déduite) a augmenté en raison d’une utilisation plus importante du pompage, permettant de sur remplir le bassin et d’obtenir une plus grande hauteur de chute. Le pompage a pu être utilisé plus souvent, car les limitations de puissances disponibles sur le réseau ont disparu progressivement.
La période 1975-1982 est marquée par des incidents sur les alternateurs. Toutefois, la production d’énergie est en moyenne correcte, puisqu’elle passe de 444 GWh en 1976 à 607 GWh en 1982.
Entre 1983 et 1997, l’exploitation peut être qualifiée de normale. La production de 1983 est une production record avec 609 GWh et 97 GWh de pompage.
En 1998 , la production électrique a été de 580 GWh, soit l’équivalent de la consommation d’une ville telle que Rennes pendant un an..
En raison de l’ouverture à la concurrence du secteur de production de l’électricité, EDF ne communique plus le prix de l’électricité. Les derniers chiffres auxquels j’ai pu avoir accès datent de 1997. Le prix moyen du kWh s’établissait entre 17 et 19 centimes, ce qui est inférieur au prix de l’énergie nucléaire ou thermique. Si l’on ne peut pas fournir de chiffres précis pour les performances actuelles, cette échelle de valeur reste valable.
En temps normal, l’usine emploie une trentaine de personnes pour son exploitation courante. Cet effectif est renforcé d’une vingtaine de personnel d’EDF lors des opérations de maintenance plus lourde, avec un recours à la sous-traitance.(. L’usine marémotrice a voulu s’intégrer à la région, tant sur le plan esthétique qu’économique. Ainsi, 30 % des prestations extérieures nécessaires à l’exploitation et à la maintenance sont assurées par des fournisseurs régionaux.
De plus, la centrale marémotrice est source de revenus pour les collectivités locales : près de 2 millions d’Euros sont versés chaque année au titre des taxes foncière et professionnelle.
Au-delà de ces aspects financiers, il ne faut pas oublier que le barrage a permis de relier les villes de Saint Malo et de Dinard. Auparavant, 45 kilomètres séparaient les deux communes, contre 15 depuis la construction de l’usine. 26000 véhicules (50000 en été) empruntent chaque jour la route à quatre voies. L’usine a par conséquent largement contribué au développement économique de la région.
Par ailleurs, il faut noter que l’usine marémotrice était le premier site touristique industriel de France, avec 300000 visiteurs par an avant la mise en place du plan vigipirate. Actuellement c’est plus de 70 000 visiteurs qui sont accueillis gratuitement dans une espace dédié à cet fin.
Enfin, le bassin de retenue crée un plan d’eau abrité de 22 km², permettant de nombreuses activités nautiques. En 1998, l’écluse du barrage a fait passer 16506 bateaux.
L’utilisation de l’énergie des marées a été développée dans les années 50, à une époque où l’on ne savait pas encore la place que pourrait prendre le nucléaire. Il est bien évident que les sites propices à l’installation d’une telle usine sont rares. Il n’en demeure pas moins que l’usine est rentable et ne produit pas de gaz à effet de serre. C’est une usine qui utilise une source d’énergie renouvelable, prédictible et perpétuelle
4.3 Bilan environnemental
L’usine marémotrice utilise une énergie renouvelable et propre. Pourtant, elle a longtemps été décriée comme étant responsable de la dégradation de l’environnement. De nombreuses études sur l’impact d’un aménagement marémoteur sur l’environnement ont été menées par divers organismes, comme le Muséum national d’histoire naturelle ou l’Institut français de recherche pour l’exploitation de la mer (IFREMER). Il convient de bien distinguer les conséquences de la construction du barrage et celles dues au fonctionnement de l’usine.
L’estuaire a été entièrement coupé de la mer pendant les trois années nécessaires à la construction. La suppression des marées, les fortes fluctuations de la salinité des eaux et la forte sédimentation ont créé un tel écosystème que la quasi totalité de la flore et de la faune sous-marine estuarienne de l’époque a disparue. Il a fallu près de 10 ans pour qu’un nouvel écosystème se développe et se stabilise. Aujourd’hui, la richesse et la diversité de cet écosystème est à tout point remarquable, mais il est vrai que ce n’est pas le même que celui qui existait avant l’usine. La différence essentielle provient de l ‘élévation moyenne de 2,5 m du niveau en Rance qui peut être considéré comme une petite mer.
Depuis que l’usine fonctionne, le rythme et l’amplitude des marées ont été modifiés. Comme le marnage est moins important, la zone découverte par la mer à marée basse est moins grande. De plus, la « séparation fictive » entre les secteurs marin et estuarien a reculé. Ces nouvelles conditions entraînent bien évidemment des modifications par rapport à la période précédant la construction de l’ouvrage. Les courants dus aux vannages et aux turbinages, ainsi que les phases prolongées d’étale ne sont pas sans conséquence sur la répartition des espèces marines.
Cependant, depuis la fin de la construction, le barrage « laisse passer la vie », comme l’exprime EDF. Les poissons, les crustacés mais aussi les espèces marcheuses (comme les araignées de mer) peuvent passer notamment par les conduits où sont logés les groupes bulbes et par les vannes. Les études le confirment : il a certes fallu une dizaine d’années, mais on peut dire qu’un nouvel équilibre a été atteint. Les espèces ne sont certes pas les mêmes qu’avant la coupure de la Rance, mais un écosystème diversifié s’est développé.
À l’heure actuelle, la richesse du peuplement piscicole de la Rance est élevée. Il n’y a qu’à voir les prises des pêcheurs installés sur le barrage.
Un autre problème soulevé par les défenseurs de l’environnement concerne l’envasement de l’estuaire. Pourtant, des études ont montré que le bilan sédimentaire reflète une évolution naturelle de l’estuaire. On ne peut certes pas dire qu’il n’y a pas d’envasement, mais le barrage n’a fait que déplacer la zone où les sédiments se seraient accumulés même sans barrage.
CONCLUSION
L’usine de la Rance a été la première usine marémotrice construite dans le monde et reste aujourd’hui la seule de taille industrielle (240 MW), soit une puissance dix fois supérieure à la plus importante des autres. Les autres pays possédant une telle usine sont la Russie (Kislaya Guba, avec 0,4 MW), la Chine (Jiangxia, 3 MW) et le Canada (Annapolis, 20 MW).
Les usines marémotrices sont donc peu nombreuses. Est-ce pour autant synonyme d’échec pour cette technologie ? La réponse est non, il faut tout d’abord rappeler que les sites susceptibles de recevoir ce type d’aménagement sont assez rares et que le développement du projet de la Rance s’est déroulé au même moment que les premières centrales nucléaire en France, choix qui a finalement été retenu pour la production de masse d’énergie en France. Pour autant, le développement de la problématique de l’évolution des climats, les engagement pris pour réduire les émissions de gaz à effet de serre, la croissance mondiale des besoins en énergie électrique relance plus que jamais l’intérêt des usines marémotrices dont le fonctionnement est sans dégagement de gaz à effet de serre, perpétuelle et complètement prédictible, ce qui n’est pas le cas de la majorité des autres énergies renouvelables.