les hydroliennes"les 500 mw de sabella représenteront environ 40% de la consommation de...
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Jacques Ruer
SAIPEM
Les hydroliennes
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Les hydroliennes • Qu’est-ce qu’un site hydrolien exploitable ?
– Rappel : principe d’une hydrolienne
– Puissance en fonction du courant
– Seuls les courants de marée sont assez puissants
• Quels sont les sites français ?
– Là où les marées provoquent de forts courants : La Manche
• Technologies en compétition
– Principales familles
• Premiers résultats des expérimentations
– Production d’énergie
– Installation et maintenance
– Impact environnemental
• Développement potentiel
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Hydrolienne : Machine hydraulique exploitant l’énergie
cinétique des courants d’eau
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Mass across the rotor per second : Mass = r . S . V
Kinetic energy = ½ . Mass . V² = ½ . r. S . V3
Rotor power = ½ . r . Cp . S . V3
A retenir : P = k . S . V3
Principe d’une hydrolienne
Dia
me
ter
D
Se
cti
on
S
Length in 1 seconde : V
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A retenir : P ≈ 200 . S . V3
Avec : V en m/s - S en m² - P en Watts
Principe d’une hydrolienne
Dia
me
ter
D
Se
cti
on
S
Length in 1 seconde : V
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Comparaison de la taille
d’une éolienne et
d’une hydrolienne :
Une hydrolienne peut
être plus petite qu’une
éolienne
L’énergie hydrolienne
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Comparaison de la taille
d’une éolienne et
d’une hydrolienne :
Une hydrolienne peut
être plus petite qu’une
éolienne
L’énergie hydrolienne
MAIS NE VOUS LAISSEZ
PAS ABUSER
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La dimension d’une hydrolienne
dépend surtout du courant
Diamètre du rotor pour une puissance de 200 kW
Courant : 4 m/s
Diamètre : 4,7 m
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La dimension d’une hydrolienne
dépend surtout du courant
Diamètre du rotor pour une puissance de 200 kW
Courant : 4 m/s
Diamètre : 4,7 m
Courant : 3 m/s
Diamètre : 7,3 m
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La dimension d’une hydrolienne
dépend surtout du courant
Diamètre du rotor pour une puissance de 200 kW
Courant : 4 m/s
Diamètre : 4,7 m
Courant : 3 m/s
Diamètre : 7,3 m
Courant : 2 m/s
Diamètre : 13,3 m
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La dimension d’une hydrolienne
dépend surtout du courant
Diamètre du rotor pour une puissance de 200 kW
Courant : 4 m/s
Diamètre : 4,7 m
Courant : 3 m/s
Diamètre : 7,3 m
Courant : 2 m/s
Diamètre : 13,3 m
Courant : 1 m/s
Diamètre : 37,7 m
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La dimension d’une hydrolienne
dépend surtout du courant
Diamètre du rotor pour une puissance de 200 kW
Courant : 4 m/s
Diamètre : 4,7 m
Courant : 3 m/s
Diamètre : 7,3 m
Courant : 2 m/s
Diamètre : 13,3 m
Courant : 1 m/s
Diamètre : 37,7 m
EOLIENNE 200kW
Diamètre : 25 m
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La dimension d’une hydrolienne
dépend surtout du courant
Diamètre du rotor pour une puissance de 200 kW
Courant : 4 m/s
Diamètre : 4,7 m
Courant : 3 m/s
Diamètre : 7,3 m
Courant : 2 m/s
Diamètre : 13,3 m
Courant : 1 m/s
Diamètre : 37,7 m
Une hydrolienne est plus petite qu’une éolienne si le
courant est très rapide (supérieur à 1,5 m/s)
EOLIENNE 200kW
Diamètre : 25 m
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La dimension d’une hydrolienne
dépend surtout du courant
Diamètre du rotor pour une puissance de 200 kW
Courant : 4 m/s
Diamètre : 4,7 m
Courant : 3 m/s
Diamètre : 7,3 m
Courant : 2 m/s
Diamètre : 13,3 m
Courant : 1 m/s
Diamètre : 37,7 m
Pour des courants modestes, une hydrolienne n’est
pas économiquement viable
EOLIENNE 200kW
Diamètre : 25 m
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La dimension d’une hydrolienne
dépend surtout du courant
Diamètre du rotor pour une puissance de 200 kW
Courant : 4 m/s
Diamètre : 4,7 m
Courant : 3 m/s
Diamètre : 7,3 m
Courant : 2 m/s
Diamètre : 13,3 m
Courant : 1 m/s
Diamètre : 37,7 m
Et aucune technologie ne peut changer cette réalité
physique
EOLIENNE 200kW
Diamètre : 25 m
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1. Les hydroliennes ne sont économiquement viables que
si le courant local maximal dépasse 2.3m/s
2. Si le courant est inférieur à 1.5m/s, l’hydrolienne est plus
grande que l’éolienne équivalente (et bien plus chère !)
3. Dessiner des hydroliennes pour des courants d’environ
1m/s est une perte de temps et d’argent
Power = 200 . S . V3
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En conséquence, il est illusoire d’envisager
l’exploitation des courants marins…
Power = 200 . S . V3
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Le courant le plus rapide : Le Gulf Stream
Vitesse maximale : 1.8m/s
Pas assez rapide !
Power = 200 . S . V3
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Record du 100m nage libre : 47s
Vitesse : 2.13m/s
Trop lent !
Power = 200 . S . V3
2.3 m/s est vraiment très rapide !
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Seuls les courants de marée sont
exploitables
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Alderney Race
Raz Blanchard
Ushant
Ouessant
Bréhat
Velocity in m/s
Sein
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
Sites potentiels :
Uniquement là où le courant
dépasse fréquemment 2,3 m/s
Plupart
des sites
Puissance = 200 . S . V3
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Sites hydroliens potentiels en Europe
Très localisés, surtout autour UK
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La marée est prédictible
BREST (4 8 2 3 N - 4 3 0 W)Me r c r e di, 1 9 ju in 2 0 1 3
Coefs : 57/61 - UT + : 1
- PM:00h28/05,67 - BM:06h52/02,18 - PM:13h07/05,74 - BM:19h26/02,14 -
00:0022:0020:0018:0016:0014:0012:0010:0008:0006:0004:0002:0000:00
5.5
5
4.5
4
3.5
3
2.5
BREST (4 8 2 3 N - 4 3 0 W)Lundi, 1 9 ju in 2 0 2 3
Coefs : 77/76 - UT + : 1
- PM:05h28/06,15 - BM:11h51/01,74 - PM:17h44/06,36 -
00:0022:0020:0018:0016:0014:0012:0010:0008:0006:0004:0002:0000:00
6
5.5
5
4.5
4
3.5
3
2.5
2
Marée à Brest
19 juin 2013
Marée à Brest
19 juin 2023
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Calcul de la
production d’une
hydrolienne de
500kW implantée
dans le courant du
Fromveur, au sud
d’Ouessant
Production d’énergie au cours du temps
Hypothèse: Puissance
de 500kW pour un
courant égal ou
supérieur à 2,3m/s
(16m de diamètre)
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La vitesse locale du courant varie
en fonction de la marée
Production d’énergie au cours du temps
Vitesse du courant du 1/10/2008 au 31/10/2008
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La puissance s’annule toutes les 6 heures et varie
au fil des jours, selon les phases de la Lune
Production d’énergie au cours du temps
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La puissance est très faible durant les périodes de
morte-eau (premier et dernier quartiers de la Lune)
Production d’énergie au cours du temps
Morte-eau Vive-eau Vive-eau
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Production d’énergie au cours du temps
Au cours de l’année, la production cumulée de cette
hydrolienne hypothétique est de :
1 516 073 kWh
Productibilité semblable à l’éolien offshore, mais prédictible !
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Ressource énergétique en France
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Alderney Race
Raz Blanchard
Ushant
Ouessant
Bréhat
Velocity in m/s
Sein
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
Puissance hydrolienne réaliste
en France vers 2050 -2100 :
1000 MW
Puissance éolienne installée en
France : 7000 MW
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Ressource énergétique en France
La ressource hydrolienne est limitée, mais elle est :
- Prévisible à long terme
- Abondante sur nos côtes
- Sans impact important
- Exploitable par l’industrie nationale
Il faut considérer
l’hydrolien comme
l’équivalent marin de
l’hydroélectricité au fil de
l’eau.
La ressource existe,
elle est intéressante en
certains endroits,
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Les défis technologiques
• Fiabilité des machines sous-marines:
– étanchéité – corrosion – salissures marines
• Mise en place des machines dans les
zones de fort courant
• Stabilité des machines et tenue des câbles
électriques sous-marins
• Maintenance : récupération et remise en
place des machines
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Les défis technologiques
• Tenue à la mer ouverte :
• Lors des tempêtes, les efforts de renversement peuvent
être doublés
– Effort axial Sabella dans le Fromveur :
• Courant maxi – mer calme : 45 tf
• Courant maxi – tempête : 105 tf
• Les efforts sont particulièrement violents près de la
surface, là où les vagues sont les plus fortes
• En mer ouverte, il est exclus d’utiliser des hydroliennes
flottantes (OK dans les zones non exposées à la houle)
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Quelques-unes des
technologies en compétition
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35
Principales technologies d’hydroliennes
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De nombreux prototypes
depuis 2001
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Le projet Seagen (MCT)
2 rotors
Puissance totale : 1,2MW
Irlande du Nord
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38 Marine Current Turbines TM Ltd
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39
2007 : SeaGen
(1200kW)
MCT : fruit d’un long développement
2003 : Seaflow
(300kW)
2000 : test
device
(10kW)
The path followed by Marine Current Turbines
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MCT : Experimental results
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
0 300 600 900 1200
Zeit [s]
Le
istu
ng
k w
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Str
öm
un
gs
ges
ch
win
dig
keit
[m
/s]
Leistung [kW]
Strömungsgeschwindigkeit [m/s]
Power
Current velocity
Po
wer
(Kw
)
Time (s)
Cu
rren
t velo
cit
y (
m/s
)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
0 300 600 900 1200
Zeit [s]
Le
istu
ng
k w
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Str
öm
un
gs
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ch
win
dig
keit
[m
/s]
Leistung [kW]
Strömungsgeschwindigkeit [m/s]
Power
Current velocity
Po
wer
(Kw
)
Time (s)
Cu
rren
t velo
cit
y (
m/s
)
Turbine Power
Monday 27th Oct
(ADCP run)
0
50
100
150
200
250
300
350
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5
Time from HW [hrs]
Shaft
Pow
er
[kW
]
Power ADCP - filtered
Shaft Power - Filtered
Typical test results during an
ebb tide cycle
•Highly unsteady power output
profile
Power vs. current velocity
Turbulence Velocity
fluctuations
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41
Seacore Jackup-rig Excalibur visits Strangford
16-19 April 2005, to complete SeaGen geotechnical survey
Marine Current Turbines TM Ltd
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42
• Moyens d’installation puissants
Le projet Seagen
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43
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Openhydro
• Première ferme à Bréhat (EDF)
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EDF - Openhydro
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EDF - Openhydro
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EDF - Openhydro
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EDF - Openhydro
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EDF - Openhydro
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• Construction d’une usine de production
d’hydroliennes à Cherbourg par DCNS
• (100 machines par an à partir de 2018)
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Autres projets Hydrolienne Alstom
Hydrolienne carénée – 20m de diamètre – paliers
humides
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Alstom
![Page 53: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/53.jpg)
Alstom
![Page 54: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/54.jpg)
Voith Hydro
Projet GDF-SUEZ Raz Blanchard
![Page 55: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/55.jpg)
Autres projets Hydrolienne Blustream
Hydroliennes avec divergent s’orientant avec le
courant
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Sabella
![Page 57: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/57.jpg)
• Hydrolienne de technologie robuste
• Conçue pour simplifier l’installation et la maintenance
Sabella
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Le projet d’expérimentation
SABELLA D03
Immersion mars 2008
Relevage avril 2009
Hydrolienne de 3m de diamètre testée à Bénodet
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Avril 2008 à
Avril 2009
Campagnes de suivis
![Page 60: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/60.jpg)
Vitesse du courant (mm/s) Vitesse de rotation (rpm) Rotation speed evolution during tides
0
5
10
15
20
25
30
Tidal evolution
Ro
tati
on
sp
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(R
PM
)
0
200
400
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800
1000
1200
1400
Flo
w s
peed
(m
m/s
)
RPM Flow
2009/03/08
2009/03/11
73 81 81 89 95 95 100 100 10489
LT HT
2009/03/09 2009/03/10
LTLT LTLT HTHTHTHT
Ebb EbbEbbEbbEbbFlood FloodFloodFloodFlood
Vit
es
se d
e r
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tio
n (
rpm
)
Vit
es
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u c
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m/s
)
Exemple de mesures
3 jours de vive-eau
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Simulation hydraulique
Sabella D10
Hydrolienne de 500kW – rotor de 10m de diamètre
![Page 62: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/62.jpg)
Sabella D10
Implantation dans le Fromveur
Profondeur : 50m
Distance à la côte : 2km
Raccordement au réseau de l’île d’Ouessant
![Page 63: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/63.jpg)
Sabella D10
Fromveur : Phare de la Jument
Le Fromveur : Un potentiel
hydrolien théorique de plus
de 1000MW
Phare de la Jument Phare de Kéréon
![Page 64: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/64.jpg)
Le Fromveur : Un site exigeant
Le phare de Kéréon – un jour de beau temps
![Page 65: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/65.jpg)
Le phare de Kéréon – un jour de tempête
En mer, tout doit être dimensionné pour
résister aux tempêtes
![Page 66: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/66.jpg)
![Page 67: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/67.jpg)
Impact environnemental
![Page 68: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/68.jpg)
Environnement
Pas d’impact sur la faune
![Page 69: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/69.jpg)
Relevage final
de
l’hydrolienne
Notez la
propreté des
pales grâce au
revêtement
anti-salissures
Environnement
![Page 70: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/70.jpg)
Relevage de l’embase : forte colonisation
Environnement
![Page 71: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/71.jpg)
![Page 72: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/72.jpg)
9 June 2013 Last updated at 17:41 GMT
Three rescued after yacht hits Strangford turbine
The turbine where the accident happened on Sunday morning
Three people, including a child, have been rescued after their yacht crashed into a tidal
turbine at Strangford Lough.
![Page 73: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/73.jpg)
L’impact politique
![Page 74: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/74.jpg)
D’immenses attentes …
"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation
de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la
consommation passe de 1.000 MW à 2.000 MW.
Le courant marin pour alimenter l’île d’Ouessant
Lu dans la presse locale …
La puissance est simplement exagérée 1000 fois…
Des hydroliennes dans la Seine à Paris
Le courant est simplement 10 fois trop lent…
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![Page 76: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/76.jpg)
Un intérêt politique
![Page 77: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/77.jpg)
![Page 78: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/78.jpg)
![Page 79: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/79.jpg)
![Page 80: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/80.jpg)
![Page 81: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/81.jpg)
Conclusions
• Les hydroliennes représentent une
nouvelle source d’électricité renouvelable
• La ressource est abondante sur nos côtes
• L’énergie est intermittente mais prédictible
• L’impact environnemental est faible
• Le potentiel accessible est relativement
limité mais mérite d’être exploité
• Plusieurs acteurs nationaux sont engagés
dans le développement
![Page 82: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/82.jpg)
Les ressources marines sont abondantes
Ne pas oublier que la mer est un milieu hostile
![Page 83: Les hydroliennes"Les 500 MW de Sabella représenteront environ 40% de la consommation de l'île", souligne M. Daviau, précisant qu'en période touristique, la consommation passe de](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022041819/5e5cf68f20150154c60a2997/html5/thumbnails/83.jpg)
Les ressources marines sont abondantes
Ne pas oublier que la mer est un milieu vivant