• Searev

    Présentation

     

    Searev

    Le Searev est un gros flotteur qui tangue au rythme des vagues, destiné à récupérer l’énergie des vagues. Il s’agit d’un flotteur dans lequel est placé un pendule constituant le rotor d’une génératrice synchrone (=alternateur). L’énergie produite est adaptée afin d’être acheminée à la côte et injectée sur le réseau de transport EDF.

    SEAREV signifie : Système Electrique Autonome de Récupération de l’Energie des Vagues. Ce système, fonctionnant grâce à la houle, pourrait alimenter 200 foyers, et avec une quarantaine de Searev, ce qui correspond à une surface d’environ 1 km², les Searev produirait de quoi alimenter 8000 foyers, c'est-à-dire une ville de 20 000 habitants.

    A la manière d’un iceberg, le Searev est englouti sous l’eau au deux tiers. Il mesure 15 mètres de hauteur et 25 mètres de large, et pèse 1000 tonnes, dont la moitié de ce poids est le poids d’une énorme roue placé au bas de l’appareil : c'est la pièce principale. L’appareil serait pour relié à la terre par des câbles électrique sous-marin.

    Il a été imaginé pour pouvoir être amarré à une quinzaine de kilomètres des côtes, par des profondeurs d'eau de 30 à 50 mètres. Ce gros flotteur en acier soudé serait alors ballotté par les vagues.

    Une roue de 9 mètres de diamètre, placée à l'intérieur, fonctionne comme un pendule. Dans son balancement, elle entraine des pistons qui, en bout de chaîne, font tourner un générateur. Un système permet de contrôler les mouvements de la roue.  Il faut imaginer une balançoire : une commande bloque la roue et ne la relâche que lorsqu'elle est au plus haut, ce qui amplifie le mouvement.

    Lancées en 2002, les études sur le Searev ont mobilisé une dizaine d'ingénieurs et trois laboratoires de l'Ecole Centrale de Nantes, du CNRS et de Normale Sup à Cachan.

    D'espect très différent du Pelamis, le Searev ne doit pas son design au hasard. Avant d'aboutir au design actuel, plus de 30.000 combinaisons ont été testés, avec des logiciels d'optimisation des formes analogues à ceux de l'industrie automobile ou aéronautique. L'avantage du Searev par rapport à d'autres projets immergés est sa simplicité exterieur : ce projet est apparemment très robuste et « intelligent », la machine s'accommode des marées, s'oriente seule face aux vagues et peut supporter des tempêtes, la roue n'ayant pas de butée. Elle peut donc travailler n'importe où, sauf dans une zone où les courants transversaux sont trop forts.

    Searev

     Un prototype Searev à échelle réduite

     

    Fonctionnement

     

    Le SEAREV est un système autonome de seconde génération de production d’énergie électrique. Ce module est composé d’un flotteur clos étanche dans lequel est disposée une roue ayant un centre de gravité décalé pour avoir un mouvement de balancier comme un pendule simple. Cette roue de 9 mètres dans sa conception commerciale est mise en mouvement  par la houle. La roue entraîne un système hydroélectrique. Il y a deux modules par unité de production SEAREV. Le SEAREV a son poids concentré dans la partie inférieure, et est lesté de béton afin de créer l’effet du pendule.

    Le système hydroélectrique a  pour but de transformer l’énergie mécanique en énergie électrique. Les pompes hydrauliques entraînées par la roue chargent des accumulateurs à haute pression ; en se déchargeant ces derniers actionnent les moteurs hydrauliques couplés aux générateurs hydrauliques. L’énergie produite est alors envoyée sur la terre via le câble de connexion électrique sous-marin.

    L’objectif est de parvenir à un coût de vente d’environ 6 € du kilowatt en 2020 avec un coût de production inférieur à 0.15 € par kilowatt. A l’échelle mondiale le marché paraît considérable.

     Voici une liste explicative des principaux composants de Searev :

    Le Réservoir d’azote :

    Searev

    Le gaz (azote) qu’il contient maintient en permanence sous haute pression l’huile contenue dans les réservoirs de stockage situés juste en dessous. Ainsi, le moteur hydraulique est alimenté continuellement par de l’huile sous pression, ce qui assure son bon fonctionnement.

     

     

     

    Frein à disque :

    Searev

    Son fonctionnement est piloté par ordinateur. Relié à des capteurs de mouvements répartis sur le Searev, l’ordinateur détecte toute oscillation du flotteur et de la roue pendulaire. Il actionne le frein à disque quand la roue pendulaire atteint son point le plus haut à chaque rotation. La roue est alors bloquée une fraction de seconde avant de repartir en sens inverse. Le but est d’accroître au maximum le mouvement de rotation relatif entre le flotteur et la roue pendulaire afin de tirer le maximum d’énergie des ondulations des vagues.

    Et afin d’éviter la destruction des pistons par des mouvements trop brusques ou trop amples de la roue pendulaire en cas de forte houle, cette dernière est maîtrisée par le frein à disque contrôlé par un ordinateur qui calcule en permanence la position de la roue. 

     La roue pendulaire :

    Searev

    Ce pendule est un solide cylindrique évidé, ayant pour masse 272 tonnes. Il se balance autour de son axe, déplacant ainsi son centre de gravité (ici noté G) situé 1,35m (L) sous le centre. 

    Deux éléments du Searev, le flotteur et la roue pendulaire, sont à l’origine de l’électricité produite par la machine. C’est en effet le déplacement relatif de l’un par rapport à l’autre, sous la poussée des vagues, qui permet de faire tourner un alternateur : 

     

    Searev-phase 1 

     

     Voici le fonctionnement de Searev dans les differentes phases de son oscillation dûe à la houle :

    Voici la phase n°1 : Le flotteur amorce son tanguage :

     

    Searev-phase 2

     

    Le mouvement du flotteur dû à la vague entraîne une rotation de la roue. Elle actionne grâce a plusieurs roues dentées des pistons, ici le piston de guauche monte et celui de droite descend.

     

    Searev-phase 3

    En montant le piston de guauche envoie de l'huile sous pression vers les réservoirs puis vers le moteur hydraulique. Le moteur utilise cette pression pour faire tourner un arbre (pièce métalique qui entraîne un alternateur et donc produit de l'électricité). L'huile est ensuite rejetée dans le reservoir d'huile à basse pression. Elle va ensuite refaire le même cylce. La descente du piston de droite provoque une aspiration de l'huile contenue dans le réservoir. Elle sera réinjectée lors de la prochaine vague (oscillation de la roue pendulaire). La roue est alors immobile, elle a été bloqué a sa hauteur maximale par le frein a disque, qui est contrôlé par un ordinateur.

     

    Searev-phase 4Searev-Phase 5

    Sur le schéma n°1 le searev est au sommet de la vague. L'ordinateur détecte grâce à des capteurs que le foltteur est redressé il libére donc la roue du frein a disque. La fléche décrit le nouveau mouvement du Searev, cette fois c'est le piston guauche qui descend et le droit qui monte. (n°2)

    Pour le SEAREV, on a donc adopté un type de contrôle appelé de contrôle par latching. Ce contrôle consiste donc à bloquer le pendule en position lorsque sa vitesse relative s’annule et à le relâcher quelques instants plus tard, lorsque la phase de la houle est plus favorable.

    On provoque par ce moyen des "échos" dans le système, qui permettent d’amplifier le mouvement pendulaire, et donc la production d’énergie. Et puisque le pendule est bloqué à vitesse nulle, la dépense d’énergie pour appliquer le contrôle est minimale (tout comme le frein à main d’une voiture). 

    Ce graphique met bien en évidence le potentiel de ce contrôle par latching appliqué au SEAREV. On a ainsi porté une simulation numérique du mouvement du système en houle régulière avec et sans contrôle.

     

    Searev

                                                         ^

    Ici, le contrôle par latching est mis en route à t = 360 s (repère rouge ^). La première ligne représente le tanguage du flotteur, la seconde l'oscillation de la roue et la ligne du bas quantifie la production d'électricitée.

    On constate bien l’amplification du mouvement de la roue dû au contrôle par latching qui amplifie le mouvement de la roue et donc la production d’énergie.

     

     POTENTIEL

     

    Pour constituer une ferme houlomotrice, on ancrera, en formation serrée, par 30 à 50 m de fond, à 5 ou 10 km des côtes, une flotte de plusieurs dizaines de modules Searev soigneusement balisée pour ne pas gêner la navigation. En cas d'avarie à bord d'un des modules, les autres continueront à produire de l'électricité. Simples à décrocher et à remorquer, l'unité en avarie pourra être réparée dans un chantier naval portuaire, puis remise en place.

    La production attendue est d’environ 500 kW, avec un "gisement" potentiel de 2500 watts par mètre carré. Pour diminuer les coûts de production, il sera nécessaire d’implanter ces machines à une distance assez proche des côtes pour l'accessibilitée et les connexions (cables électriques).

     

     

    AVANTAGES ET INCONVENIENTS

     

    Le système présente ainsi de nombreux avantages :

    ¤ toutes les parties mobiles sont contenues dans la coque du flotteur, et sont donc protégées des agressions du milieu marin. Ainsi, les coûts de maintenance du SEAREV et les risques de panne sont minimisés par rapport à un système dont les parties mobiles sont en contact avec l’océan (effet corrosif de l'eau salée) ; 

    ¤ La masse mobile est en pratique un grand cylindre dont le centre de gravité est décentré. Dans la conception du système, il est prévu que ce cylindre puisse faire des tours sur lui même sans restriction. Le système ne présentant ainsi pas de butées, il est particulièrement résistant dans les mers extrêmes et en cas de très grandes vagues ;

    ¤Le système n’a pas besoin de référence externe, puisque il embarque sa propre référence, la gravité, à travers le cylindre qui se comporte mécaniquement comme un pendule. Il ne nécessite donc qu’un ancrage souple et léger, moins coûteux qu’un système d’ancrage tendu.

     

    Cependant, elle ajoute un étage dans le chaîne de conversion de l’énergie, dans le sens où l’énergie des vagues est transformée d’abord en énergie mécanique, puis en énergie pneumatique, et enfin en énergie électrique. Il en résulte une cascade de rendements qui peuvent diminuer considérablement le total de l’énergie produite (pertes dûe au transitions d'énergies). Une solution hydraulique nécessite également une maintenance importante, source de coût non négligeable, spécialement lorsqu’il s’agit d’un module en mer.

     

    ETAT ACTUEL DU PROJET

    Les informations sur le projet searev trouvées datant d'il y a plusieurs années, nous avons cherché à savoir ou en était le projet. Nous avons décidé de contacter le créateur du projet, Alain Clement, chercheur au Laboratoire de mécanique des fluides de l'école centrale de Nantes, pour en savoir davantage. Voici un extrait de notre conversation :

    Bonjour,

    A propos d'une recherche dans le cadre d'un TPE sur l'énergie des vagues, nous souhaiterions vous questionner au sujet du projet SEAREV.

    Si vous le préférez, nous pourrions plutôt vous joindre par téléphone. 

    Voici quelques questions :


    -Où en est actuellement le projet SEAREV, au niveau technique et commercial ?

    -Plus généralement, pensez vous que l'énergie des vagues pourrait réellement constituer une alternative efficace aux combustibles fossiles et à la demande actuelle d'énergie, à travers votre projet mais aussi ceux similaires (pelamis,etc...) ?


    Merci de nous consacrer de votre temps.

    Cordialement,


    Tanguy Pacheco

    Dorian Chenal

    Adrien Buthod

     

    Réponse d'Alain Clément, qui nous a envoyé en complément des documents sur le projet et l'énergie des vagues :

     

    le projet est en stand by; le prototype n'a pas encore été construit. voyez les fichiers joints

    AC

    Après lui avoir posé la question, Alain Clément nous a répondu qu'il s'agissait principalement d'un défaut de financement, mais que cependant, il y aurait un espoir que les choses évoluent cette année...

     A. Clément nous à également envoyé une lettre par mail au format pdf :

     


     

     

     

     

    Sources images : Siences et Vie Junior n°202, elles mêmes reprises par www.energie2demain.com et CNRS/école de Nantes
    Remerciment à Alain Clément pour son aide.