Coût et rentabilité d'une hydrolienne

    

Afin de savoir si l’énergie hydrolienne peut s’avérer comme une énergie de demain, nous nous sommes intéressés à son coût et à sa rentabilité.           

Pour cela, nous avons monté une expérience, où nous avons utilisé l’eau pour faire tourner une hélice qui entraînait une dynamo, reliée à un multimètre. Nous avons donc pu constater qu’il y avait une production d’électricité, et que plus on augmentait le débit de l’eau, plus l’hélice tournait vite et en conséquence on obtenait une production d’électricité plus importante. Cela met en avant l’importante de la force du courant. 

Aujourd’hui, le coût d’une hydrolienne est d’environ 3000€ par kW, ce qui est proche du prix d’une éolienne offshore (éolienne implantée en mer). Mais ce prix dépend de la puissance de hydrolienne : plus elle est importante, moins le prix du kW installé est élevé. Il paraît donc important de choisir les sites où le courant est le plus fort, afin d’avoir un coût total plus faible et une production plus importante. La France est très bien desservie en terme de courants marins exploitables. Ils permettraient de produire environ 3GW, soit un tiers de la production possible estimée en Europe.

 

1. Comparaison éolienne/hydrolienne :

 

La densité de l’eau est environ 800 fois supérieure à celle de l’air, ce qui permet à une hydrolienne de taille inférieure à des éoliennes d’avoir un meilleur rendement avec un courant plus lent que les vents, comme le montre ce tableau comparatif :

 

	Courant marin 1	Courant marin 2	Vent
Vitesse en m/s	1,5	2	13
Puissance en kW/m²	1,7	3,9	1,4

 

       On constate qu’avec un courant d’une vitesse d’1,5 m/s, on peut obtenir une puissance de 1,7 kW/m². Avec un courant seulement 33% plus rapide, donc possédant une vitesse de 2 m/s, on obtient une puissance qui a plus que doublé, avec 3,9 kW/m². On peut en déduire qu’une augmentation assez faible de la vitesse du courant entraîne une augmentation importante de la puissance produite. Par ailleurs, avec un vent allant à 13 m/s, on obtient en moyenne une puissance de seulement 1,4 kW/m², ce qui paraît faible par rapport à la grande vitesse du vent. 

On peut en conclure qu’une hydrolienne aura un meilleur rendement qu’une éolienne, même si le courant qui la traverse est beaucoup plus lent que les vents traversant une éolienne. Aussi, ce rendement connaît un coefficient d'augmentation plus important lorsque la vitesse du fluide s'accroît chez cette même l’hydrolienne.           

 

• L’une des interrogations de taille concerne l’investissement nécessaire pour implanter une hydrolienne, et le temps qui sera nécessaire pour qu’elle soit rentabilisée.

Le graphique suivant représente la durée nécessaire avant de tirer les bénéfices d'une éolienne d'une part, et d'une hydrolienne d'autre part. 

 

  

 

On constate ici qu‘investir dans une hydrolienne coûte 4 fois plus cher (10 millions d'€uros) que d’investir dans une éolienne (2,5 millions d'€uros). Cependant, l’hydrolienne est plus rentable sur le long terme. En effet, l’éolien est rentabilisé en 9 ans, tandis que l’hydrolien nécessitera quelque mois de plus avant de l’être. Par la suite, également sur un plus long terme, l’hydrolienne sera plus prolifique, elle aura apporté un même bénéfice au bout d'un peu plus 10 ans, avant de dépasser largement l’éolienne, et l’écart sera de plus en plus important au cours du temps. 

L’hydrolienne semble donc avoir un meilleur profil de rentabilité qu’une éolienne si l’on a un projet possédant une durée supérieure à 10 ans. Malgré tout, son coût d’investissement largement supérieur à celui d’une éolienne (4 fois plus cher) reste un obstacle de taille pour les entreprises ou les particuliers voulant investir dans l'hydrolien. 

De plus, à cause du peu de projets réalisés concrètement dans ce domaine, on ne peut pas déterminer avec exactitude les coûts d'entretien, ni le temps de fonctionnement d’une hydrolienne durant une année, même s'il est pour l’instant estimé entre 40% et 50%. L'implantation d’une hydrolienne dans un milieu présente également des zones d'ombres au niveau de l’impact écologique que celle-ci pourrait provoquer sur ce milieu.

 

2. Comparaison Hydrolien/Eolien/Nucléaire

           

Dans le but d'avoir une idée sur la rentabilité d’une hydrolienne, il nécéssaire aussi de la comparer avec les différentes énergies, surtout le nucléaire qui est très utilisé en France. A ce jour, c'est l’une des énergies les plus utilisées de part sa grande puissance et du fait qu’elle est active presque toute l’année.

 

	Hydrolien	Eolien	Nucléaire
Puissance moyenne	3 MW (~10 GWh/an avec une disponibilité de 40% du temps)	2MW (~4,5 GWh/an si disponible 25% du temps)	1500 MW (dépend de la centrale)
Prix d’investissement rapporté au kWh	0,04€/kWh	0,06€/kWh	0,03€/kWh
Prix de rachat par EDF	~84 €/MWh sur 20 ans	82€/MWh pendant 10 ans puis dépend de la productivité du parc	-
Pourcentage d’activité dans l’année	Estimé à ~40%	~25% de l’année	90% de l’année
Coût d’entretien et environnementaux	Inconnu	3€/MWh	2€/MWh

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Son prix de rachat par EDF est aussi supérieure à celui de l’éolien. 

Sa disponibilité, soit le pourcentage de temps dans l’année où elle sera opérationnelle n’est pas encore précisément établit, mais il est évalué entre 40 et 50%. Une éolienne tourne autour de 25% tandis que le nucléaire peut fonctionner 90% de l’année.

La plus grande interrogation quant au prix final d’une hydrolienne est son coût en entretien et ses coûts environnementaux, notamment pour palier au problème de l'impact sur la faune et/ou la flore.

 

3. Rendement de l’énergie récupéré par rapport à l’énergie reçue

          

L’énergie hydrolienne est, tout comme l’éolien, soumise à la limite de Betz, en ce qui concerne l’énergie maximale que l’on peut récupérer par rapport à celle qui est reçue.

Cette limite de Betz indique que lorsque l’on transforme une énergie mécanique (comme l’énergie cinétique du courant), on peut récupérer au maximum 16/27 de cette énergie.

L’énergie cinétique d’un courant marin dépend de la surface S qui récupère le fluide (ici l’eau), la masse volumique de ce fluide (ici environ 1000 kg par m³) et de la vitesse de ce fluide.

 

Pmax.récupérable = 16/27*(½* µfluide*S*V3)

 

 

 

 

µ : masse volumique du fluide en kg/m³

S : Surface qui récupère le fluide en m²

V : Vitesse du fluide en m/s

 

En plus de cela, il faut considérer les pertes occasionnées par l’appareil chargé de transformer l’énergie mécanique en énergie électrique c'est à dire l'alternateur de l'hydrolienne (voir Mécanismes d'une hydrolienne) 

 

4. Conclusion

 

Ainsi, on peut dire que l’hydrolienne apparaît comme une bonne alternative, car, malgré son coût d’implantation élevé, elle demeure plus rentable que, par exemple l’éolienne, sur le long terme.

Les seules zones d’ombre restantes mais qui restent importantes sont les suivantes:

• Son coût d'entretien qui est succeptible d'être élevé, étant donné la difficulté d'accès en cas de panne (l'étanchéité par exemple). Il faut également prendre en compte l'eau salée qui risque d'accentuer l'érosion de l'hydrolienne.
• Sa disponibilité dans l’année
• Son impact écologique sur le long terme.