Estimation production electrique hydrovague

Définition des vagues et caractérisation de
l’hydrovague
15/05/2016
Gérard WILS
Les Vagues
I. Définition.
Les vagues sont le déplacement à la surface des océans d'ondes périodiques générées par le vent.
Les vagues marines ont une grande variété de formes, de dimensions et de vitesses de propagation. Leur comportement peut être
modélisé à partir des formes ondulatoires, beaucoup plus simples, utilisées par les mathématiciens, et analysé en termes de
période, vitesse et écartement (longueur d'onde). Pour les grandes vagues océaniques, la vitesse de propagation est proportionnelle
à la période : plus les vagues sont espacées, plus elles voyagent vite. Une autre équation établit que la longueur d'onde est
proportionnelle au carré de la période.
des particules d'eau dans une vague.
Il faut faire la distinction entre les vagues ordinaires, dues à un simple
vent sur la mer, et la houle causée par des courants atmosphériques
éloignés. La hauteur, la longueur entre les crêtes, la période et la
direction des vagues sont très variables. Le temps ou durée d'action et la
distance ou longueur d'action permettent d'évaluer la force du vent de
Mouvement mer.
II. Genèse des vagues.
Parmi les différents types de vagues, on nomme houle forte les ondes d'une période moyenne de 20 s, qui se traduit par des
écartements de plus de 600 m et des vitesses de propagation supérieures à 30 m/s. Les vagues de houle ordinaire, plus rapprochées,
ont une période d'environ 10 s pour un écartement de 150 m et une vitesse de 15 m/s. Les vagues de vent marin, d'une période de 7
s, ont un écartement de 75 m pour une vitesse de 10 m/s. Enfin les vagues du littoral, à l'intérieur des baies, ont des périodes plus
courtes, de l'ordre de 3 s, ce qui se traduit par des écartements de 15 m et des vitesses de 5 m/s. Les rides à la surface des étangs
ont une période de 0,5 s, une longueur de 0,4 m et une vitesse de 0,8 m/s.
Les vagues sont générées par le vent (1, voir image ci-dessus). En l'absence de vent les vagues continuent à se propager librement,
c'est ce qu'on appelle la houle (2). Aux abords des côtes, ces vagues sont modifiées par la présence du fond (3, pour des
profondeurs inférieures à 300 m) et en particulier la rugosité du fond (rides, roches) qui peut être elle-même due aux vagues. Enfin
les vagues déferlent (4) sur la plage ou les hauts-fonds, récifs et autres, pour des profondeurs de 1 à 20 m, perdant toute leur
énergie qui est en partie communiquée aux courants. Ces courants et les vagues sont responsables de l'essentiel des mouvements
de sédiments sur les plages : érosion, formation de barres ...
En pratique ces 4 zones peuvent se chevaucher, la "mer du vent" est souvent mélée à la houle, et le vent peut souffler sur la zone
de déferlement près de la plage, générant des vagues localement, près du rivage. La propagation des vagues est influencée par les
courants et les variations du niveau d'eau, mais à leur tour les vagues modifient les courants et le niveau moyen de l'eau. Ces
effets, en plus des forces exercées par les vagues sur les structures et les sédiments, expliquent le grand intêret porté aux vagues
par les ingénieurs civils. Même si les surcôtes dues aux vagues sont modestes (quelques dizaines de centimètres tout au plus) elles
se superposent aux marées, aux surcôtes dues au vent et à l'effet de baromètre inverse.
La hauteur des vagues (la distance verticale entre un creux et une crête) est plus difficile à modéliser. Elle est principalement
déterminée par la force du vent, le temps pendant lequel il souffle et la longueur du plan d'eau sur lequel il s'exerce. En pleine mer,
l'interaction est souvent très longue, et les vents d'une dépression peuvent générer des vagues de période et d'amplitude élevées.
Dans leur ensemble, les vagues se déplacent dans une direction proche de celle du vent : lorsqu'elles quittent la zone de genèse,
elles continuent sur leur lancée sous forme de houle.
III. Les vagues en mouvement.
Quand les vagues de houle s'éloignent de la zone de genèse, celles ayant la plus longue période (et la plus grande longueur d'onde)
se déplacent le plus vite, et arrivent donc les premières aux stations côtières et aux balises de mesure. En mesurant l'intervalle de
temps les séparant de l'arrivée des vagues de houle plus serrées et plus lentes, il est possible d'estimer la distance entre la station de
mesure et la zone de genèse : on parvient ainsi à détecter des systèmes de houle jusqu'aux antipodes de leur lieu d'origine.
L'évolution du spectre des vagues par rapport à la vitesse du vent et à son domaine d'action est aujourd'hui assez bien comprise. À
partir des données météorologiques, des algorithmes informatiques peuvent générer des prévisions utiles sur l'état de la mer et des
vagues. Le résultat de ces prévisions peut être confronté aux observations visuelles des marins et aux relevés des instruments
embarqués à bord des balises et des bateaux de recherche. La hauteur des vagues peut d'autre part, être mesurée depuis un satellite
en orbite, au moyen d'un altimètre radar ou laser : la précision des mesures est aujourd'hui de l'ordre du centimètre.
IV. Un transport d'énergie.
Les vagues transportent l'énergie du vent : une partie de celle-ci se dissipe dans les moutonnements et autres turbulences en cours
de route, et la fraction résiduelle se dissipe dans les vagues déferlantes de bord de côte et en friction exercée sur le rivage. La
conversion d'une partie de cette énergie en électricité a été mise à l'étude et plusieurs types de dispositifs mécaniques ont été
conçus pour récupérer l'énergie des vagues de houle. Les problèmes d'opération et d'entretien sont toutefois considérables, et
aucun dispositif n'est encore en exploitation régulière.
Lorsque la longueur d'onde d'une houle côtière est inférieure à la profondeur de l'eau, elle est dite courte et interagit peu avec le
fond. Mais dans les houles longues, où la longueur d'onde est supérieure à la profondeur de l'eau, la vitesse de déplacement est
limitée par cette profondeur. De telles vagues longues incluent tant les oscillations locales, dans les ports et les baies, que les
systèmes géants causés par les marées.
V. Particularité.
Un exemple particulier de vague longue est
le tsunami (vague géante en japonais), train d'ondes
généré par une éruption ou tremblement de terre sousmarin et qui parcourt l'océan à des vitesses élevées (de
l'ordre de 200 m/s).
Bien qu'ils soient de faible amplitude en pleine mer, les
tsunamis ont des effets dévastateurs lorsqu'ils atteignent
la terre ferme et que leur amplitude croît avec la
diminution de la profondeur de l'eau : les déferlantes
peuvent atteindre plusieurs dizaines de mètres de hauteur,
comme sur les côtes du détroit de la Sonde après
l'éruption du Krakatau en 1883.
L’hydrovague
I)
Description :
L’hydrovague est un nouveau système « houlomoteur » qui capte directement la force et la vitesse de la vague par l’intermédiaire de ses
godets reliés à une transmission mécanique de forte puissance légère et résistante à l’eau de mer. Le couple produit sur l’arbre permet de
fabriquer de l’électricité par le biais d’une génératrice.
Godets rétractables
Rampe de déferlement
Déflecteurs
Déflecteurs
Rampe de déferlement
II) Les caractéristiques de l’hydrovague:
Sa nouvelle transmission mécanique permet de supporter de très fortes poussées elle est résistante à l’eau de mer.
Les godets sont escamotables ils font face à la vague pendant la période de captage et se rétractent sous la machine lors du retour
des godets.
Le tapis est situé à la surface de l’eau et canalise la totalité de la masse d’eau qui s’engouffre sur les godets.
De chaque côté du tapis est positionné des déflecteurs qui ont pour fonction de diriger le flux vers les godets arrières améliorant ainsi
La répartition de la poussée sur tous les godets, de plus ces déflecteurs concentrent davantage le vague en apportant une
accélération des masses d’eau qui s’engouffrent.
La rampe de déferlement située à l’avant permet de canaliser la totalité de la masse d’eau en mouvement de la vague
III) Les performances énergétiques de l’hydrovague.
les vagues du littoral, à l'intérieur des baies, ont des périodes plus courtes, de l'ordre de 3 s, ce qui se traduit par des écartements de 15 m et des
vitesses de 5 m/s.
Prenons comme exemple des vagues de 20 cm d’amplitude face à une hydrovague qui a un tapis de 2m de largeur pour 7m de longueur muni de
7godets en captation sur le dessus. De chaque coté du tapis se positionnent des déflecteurs de 3m de largeur.
L’hydrovague a une ouverture totale de 8m. La masse d’eau entrante dans l’hydrovague qui a une vitesse de 5m/s subit une accélération de 2
fois sa vitesse initiale sous l’effet de sa rampe de déferlement, les déflecteurs à 45° situés de chaque côté du tapis font remonter l’amplitude de la
masse d’eau rentrante de deux fois sa hauteur soit 0.4 m de hauteur d’eau. La masse d’eau entrante s’effectue à chaque mouvement périodique,
soit toutes les 15 secondes. Le tapis ayant 7m de longueur et l’écartement entre les crêtes étant de 15m l’énergie fournie se passe la moitié du
temps.
Vitesse de la vague : 5m/s Vitesse de la vague en sortie de la rampe de déferlement 10 m/s ; V entrante 10m/s
vitesse de rotation des godets (1/3 de la vitesse entrante) soit une vitesse de poussée de 6,6 m/s. Volume d’eau entrante dans l’hydrovague
8m x 0.2m = 1.6 x 7,5m soit 11,2 m3 toutes les 3secondes soit 3,7 m3 par seconde. Les godets ont une surface de 0.4 x 2m x 7 surface totale :
5,6m²
P= ½.ro.S.V3 le rendement est celui d’une hélice de Darrieus soit 0.4 les pertes globales sont situées à 0.8
Puissance fournie par l’hydrovague pour des vagues de 20 cm d’amplitude : P= ½. 1000. 5,6. 6,6.6,6.6,6. 0.4.0.8 = 257 KWATT
Le temps de captation se faisant pendant la moitié de la période la puissance fournie en continu sera de 257 KWATT /2
Puissance fournie en continu : P= 128 KWATT