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Cet article décrit le fonctionnement de la plus grande usine marémotrice du monde : l’usine marémotrice de la Rance.

Élaboration de l’usine

Les problèmes posés par un tel ouvrage

Pour construire une usine marémotrice il faut, tout d’abord, choisir un endroit où l’amplitude des marées est très grande, mais ce lieu doit aussi permettre l’installation d’un barrage pour utiliser l’énergie des marées.

La présence d’un bassin, délimité par le barrage qu’est l’usine marémotrice, est indispensable pour le bon fonctionnement de ce dernier.
C’est pourquoi le site de la Rance est tout à fait approprié car la largeur de l’estuaire de la Rance donne la possibilité d’en faire un très grand bassin dont le volume utile est de 184 millions de m3.
Ce site permet aussi d’avoir un marnage qui peut atteindre 13,50m lors des grandes marées .

La stabilité de l’usine est également essentielle: la composition des sols doit permettre à l’usine de rester en équilibre.
Le lit de la Rance était en effet constitué par une roche granitique; le granit étant une roche dur et non friable, l’emplacement de blocs de béton ne posa donc pas de problèmes pour la construction.

La construction

Il était tout d’abord essentiel d’interrompre la navigation entre la baie de Saint-Malo et l’estuaire de la Rance. Les travaux débutent en Janvier 1961. Voici les principales étapes de réalisation:

Début des travaux	Janvier 1961
Mise en service de l’écluse	19 novembre 1962
Mise en service du barrage mobile	24 mars 1963
Coupure définitive de la Rance	20 juillet 1963
Mise en eau progressive de l’usine	Mars, avril 1966
Couplage du premier groupe	19 août 1966
Inauguration de l’usine par Monsieur le President de la République	26 novembre 1966
Inauguration de la route franchissant les ouvrages	1er juillet 1967
Mise en service du 24ème groupe	4décembre 1967

Le coût de construction de cette usine a été de 530 millions d’euros.

Description et caractéristiques de l’usine

Présentation de l’usine

L’ensemble des ouvrages comportent de la rive gauche à la rive droite :

• Une écluse établissant la navigation entre le bassin et la mer.
• L’usine proprement dite située dans la partie la plus profonde de la Rance qui abrite 24 groupes du type « bulbe ».
• Une digue en enrochement complétant la fermeture de l’estuaire entre l’usine et l’îlot de Chalibert.
• Un barrage mobile, équipé de 6 vannes, qui relie l’îlot de Chalibert à la rive droite.

Le couronnement des ouvrages supporte une route de 7m de large avec un terre-plein centrale. Elle traverse l’écluse grâce à deux ponts-levant de 9m de largue chacun.

L’enceinte principale

L’enceinte principale est en fait l’usine. Une digue creuse en béton armée de 390m de long et 33m de largeur constitue la salle des machines. Elle est divisée en 28 travées par des contreforts équidistant de 13,30 m et recouverte par une voûte qui supporte la route.

Les 3 travées les plus voisines de l’écluse sont occupées par des ateliers d’entretien et les zones de démontage. Les 25 suivantes abritent les 24 groupes, les 3 transformateurs principaux ainsi que la salle de commande.

Les éléments secondaires

Tout d’abord, nous avons l’écluse qui comporte un sas de 65m de longueur et 13m de largeur. Elle est équipée à chaque extrémité d’une porte à deux vantaux qui pivotent chacun sur un axe vertical et s’effacent dans les bajoyers en position ouverte. Un poste de contrôle situé dans le bâtiment administratif sur le bajoyer Est de l’écluse assure la manoeuvre de celle-ci et des ponts routiers.

Ensuite nous avons le barrage mobile: long de 115 mètres et constitué par 6 vannes manoeuvrées chacune par un servomoteur (moteur jouant un rôle d’actionneur). Ce barrage est contrôlé depuis la salle de commande de l’usine. Il peut assurer le passage d’un débit total de 9600 mètres cubes seconde. Il permet l’équilibrage rapide des niveaux en vue du vidage ou du remplissage du bassin.

Enfin, nous avons la digue morte (barrage en enrochement) , c’est a dire un barrage qui empêche l’eau de passer grâce à de gros blocs de roches de 163m de longueur dont l’étanchéité est assurée par un noyau central en béton comportant une galerie visitable à la partie basse. Cet ouvrage s’appuie côté rive gauche sur le mur qui termine l’usine et côté rive droite sur l’îlot de Chalibert.

Fonctionnement et production d’énergie

Avec quoi l’usine marémotrice de la Rance produit de l’énergie électrique et quelles sont les différentes étapes nécessaires pour optimiser son fonctionnement ?

L’équipement électromagnétique

L’équipement électromagnétique concerne tout le matériel nécessaire pour transformer l’énergie mécanique des marées en énergie électrique (distribuée par EDF).

Les groupes bulbes

L’usine marémotrice de la Rance est capable de turbiner aussi bien au moment du remplissage du bassin qu’à celui du vidage, à marée montante comme à marée descendante.

En effet, un nouveau type de turbines, les groupes bulbes, capables de fonctionner dans les deux sens a été mis au point (par EDF). Ces groupes en forme de bulbe rassemblent dans une même coque métallique immergée dans un conduit hydraulique une turbine reliée par son axe à un alternateur.

Chacune de ces turbines possède 4 pales. Les pales des turbines peuvent changer d’orientation suivant le sens du courant. La taille de chacun des 24 groupes bulbes est impressionante; 5,3 mètres de diamètres, 470 tonnes pour une puissance unitaire de 10MW.
L’usine produit 544 millions de kWh/an.

Les différents cycles de productions d’énergie

L’estuaire est barré par une digue. Des vannes par lesquelles la marée montante remplit le bassin de retenue sont aménagées dans cette digue.
Lorsque la marée a atteint son plus haut niveau, les vannes sont fermées. On attend alors que la mer ait suffisamment baissé de façon à obtenir une certaine hauteur de chute entre le niveau de bassin et le niveau de la mer.

Cycle à simple effet

Pour des marées moyennes ou de mortes eaux, on utilise le cycle à simple effet. Dans ce cas, il y a 5 transitions successives par marée:

Tout d’abord, on procède à l’ouverture des 6 vannes. La marée montante remplit alors l’estuaire, jusqu’à atteindre son plus haut niveau : il n’y a pas de production d’énergie. Puis, les vannes se ferment. Si le niveau de l’eau n’est pas assez important, le pompage permet une surélévation du niveau de l’estuaire.

On arrète ensuite les groupes bulbes.

On procède alors au démarrage des groupes en turbinage direct. Le pompage permet une chute plus importante, donc un gain d’énergie plus important.

Enfin, on procède à l’arrêt des groupes.

Schémas à venir

Cycle à double effet

Le cycle de fonctionnement double effet quant à lui est utilisé pour les fortes marées lorsque le marnage dépasse les douze mètres ; ce qui correspond à environ une semaine par mois. Dans ce mode de fonctionnement, le turbinage se fait dans les deux sens, à marée montante et descendante.

A marée basse, le fonctionnement est identique au cycle simple effet : l’eau stockée dans le bassin se déverse dans la mer en entraînant la turbine.

A marée haute, la particularité des groupes bulbes, leur possibilité de tourner en sens inverse, est enfin utilisée. En effet, une fois que le bassin a atteint son plus bas niveau et la mer son niveau optimal, les vannes sont ouvertes : le bassin se remplit et la hauteur de chute importante permet de générer de l’énergie.

Tout comme dans le cycle simple effet, le pompage peut être activé pour augmenter le niveau du bassin.

Bilans

Bilan énergétique et avenir de l’usine

En novembre 2006, l’usine marémotrice a célébré sa quarentième année d’exploitation. Ce projet unique s’avère aujourd’hui une réussite technique, industrielle et économique.

Les 24 turbines de la Rance ont fait preuve d’une remarquable fiabilité et ont fonctionné sans incident ni panne pendant 160 000h. Elle a aussi produit 16 milliard de kWh au prix de 18,5 centimes le kilowattheure, un prix très compétitif et inférieur à la moyenne des coûts de production d’EDF(20 centimes pour une centrale nucléaire).

L’usine de la Rance a produit 91% de l’énergie électrique marémotrice mondiale et reste l’unique usine marémotrice au monde de taille industrielle. L’usine produit 3,5% de l’énergie électrique consommée dans les 4 département bretons, ce qui correspond à lénergie consommée par la ville de Rennes et de son agglomération.

Bilan écologique

Soucieuse de la préservation de l’écosystème de la Rance, EDF exploite l’usine marémotrice de manière à limiter son impact sur l’environnement et à ne pas perturber l’équilibre biologique du milieu aquatique. Mais tout l’estuaire est un fragile équilibre entre eau douce et eau salée: en barrer l’embouchure modifie forcement l’écosystème. En effet, aujourd’hui l’estuaire n’est plus qu’un lac d’eau douce, la flaure et la faune ont donc été modifiées et restent sous surveillances.

Ensuite, les vannes et les turbines empêchent une grande quantité d’espèces marines de remonter dans l’estuaire. Maquereaux, lançons ou encore congres restent maintenant rares.

Les critiques des pêcheurs

La construction du barrage a énormément pertubé les habitants riverains et notamment les pêcheurs. En effet le barrage est peu aimé dans la région. Il n’existe plus au sein de l’estuaire de marées naturelles. La Rance est balayée de flux et de reflux artificiels, crées suivant les besoins de l’usine. Il est difficile aux marins de s’adapter aux contraintes de circulation imposées par l’ouverture et fermeture de l’écluse et les possibilités offertes par le niveau d’eau dans le bassin.

Les conséquences économiques

Le barrage:

- La route au-dessus du barrage répond à un besoin exprimé de longue date par les riverains. Elle ramène de 45 à 15 kilomètres la distance entre les villes de Dinard et Saint-Malo. Aujourd’hui le pont subit une circulation de 25000 à 35000 véhicules par jour.

Le bassin:

- Un lieu de plaisance favorable au tourisme: les courants extrémement rapides d’antan ont diminué avec la construction du barrage. L’usine marémotrice accueille chaque année plus de 400 000 visiteurs.

Conclusion

Cette grande usine est un succès car elle constitue une référence irremplaçable en ce qui concerne le fonctionnement des machines.

De plus, les groupes bulbes inventés et fabriqués pour sa construction sont maintenant utilisés partout dans le monde. Certes, il est vrai que la faune du bassin de la Rance s’est altéré après cette construction, mais après 40 ans, la nature a repris ses droits.

L’énergie marémotrice est enfin un bon moyen pour produire de l’électricté car elle offre les avantages d’être à la fois propre, naturelle et renouvelable sans être soumise aux conditions climatiques. Les usines marmotrices pourraient donc prendre une place importante dans les énergies de demain.