Le principe de fonctionnement
Les structures en place
Architecture du complexe marémoteur
On distingue d’Est en Ouest :
- L’écluse (4), permettant le passage des bateaux entre le bassin maritime et la mer ;
- L’usine proprement dite ;
- La « digue morte » (10) : c’est une digue en enrochement complétant la fermeture de l’estuaire entre l’usine et l’îlot de Chalibert ;
- Un barrage mobile (11) : d’une longueur de 115 m, il est équipé de 6 vannes assurant le passage d’un débit total d’environ 10 000 m3/s. Il relie l’îlot de Chalibert à la culée rive droite ;
- Passant sur le barrage, une route à grande circulation reliant Dinard (à l’Est) à St-Malo (à l’Ouest).
Les équipements internes à l’usine
L’enceinte principale, située au cœur d’une digue creuse en béton comporte une salle des machines abritant les 24 groupes bulbe, 3 transformateurs et la salle de commande.
Chaque groupe bulbe comporte une turbine hydroélectrique à 4 pales, turbine de type Kaplan améliorée et adaptée à l’insertion de l’ouvrage dans l’estuaire, reliée par son axe à un alternateur, le tout étant enfermé dans une coque métallique immergée dans un conduit hydraulique. Chacun mesure 5 m de diamètre et pèse près de 5 tonnes. La puissance unitaire est de 240 MW (soit 240 J/s). Ces groupes sont particulièrement bien adaptés à un dénivelé faible (13 m au maximum) et à un débit élevé (jusqu’à 300 m3/s). Sur la photographie ci-contre, prise depuis la digue bras, on ne distingue que les remous de surface occasionnés par les turbines.- La salle de commande contient un système informatique qui assure le pilotage automatique de l’usine. Il intègre les paramètres propres à chaque marée afin d’optimiser la production d’énergie.
La photographie ci-contre montre les remous visibles en surface : ils sont occasionnés par l’activité des groupes bulbes (crédit : Magali Reghezza-Zitt)
De l’énergie des marées à la production d’électricité
Principe physique
L’eau accumulée dans un barrage, du fait de sa hauteur par rapport au niveau de la mer, possède une énergie potentielle importante. La puissance de l‘installation est donnée par la formule :
avec
ρ : la masse volumique du liquide (ici, l’eau)
H : la différence du niveau de la mer due aux marées
Q : le débit occasionné par la marée, résultant de la variation de niveau
Lors de l’écoulement, l’énergie potentielle est transformée en énergie cinétique, qui est elle-même transformée en énergie mécanique en faisant tourner les pales des turbines. Cette rotation induit la création d’un champ électrique au sein d’un alternateur : de l’électricité est produite. Enfin, un transformateur convertit ce signal en un autre signal électrique de mêmes caractéristiques mais exploitable par le réseau.
Application à l’usine de la Rance : déroulement chronologique
Lorsque la marée monte, l’eau passe dans le bassin maritime par les vannes ouvertes, et l’estuaire se remplit. Il est par ailleurs possible de donner un « coup de pouce » lors de cette étape grâce à un prélèvement d’énergie électrique sur le réseau EDF : c’est le pompage. Quand la mer est à son plus haut niveau, les vannes sont fermées. Puis, quand la mer a suffisamment baissé, la chute d’eau (de l’estuaire vers la mer) entraîne le turbinage, qui fournit alors deux fois plus d’électricité au réseau que ce qui avait été investi lors du pompage.
Ce cycle est dit « à simple effet » et s’applique à des marées dont le coefficient est inférieur à 105.
Les particularités de l’usine marémotrice de la Rance
Contrairement aux anciens moulins à marée, l’usine de la Rance exploite l’énergie marine aussi bien à marée montante qu’à marée descendante.
Ce cycle dit « à double effet » concerne les marées dont le coefficient est supérieur à 105.Il repose sur le fait que les groupes bulbes et les alternateurs peuvent tourner dans les 2 sens, c’est-à-dire aussi bien au moment du vidage du bassin (turbinage) que de son remplissage (turbinage inverse). La production d’électricité est ainsi optimisée.