Histoire d'eau : Des moulins à marées à l'usine marémotrice de la Rance

La Côte d'Émeraude présente sur une centaine de kilomètres de découpage du rivage breton, de Cancale au Val-André, une concentration exceptionnelle d'une vingtaine de plages renommées, telles Cancale, Rothéneuf, Paramé, Saint-Malo, Saint-Servan, Dinard, Saint-Lunaire, Saint-Briac, Saint-Jacut, Le Guildo, Sables-d'Or-les-Pins, Erquy, le Val-André..., toutes nichées dans un ensemble de sites côtiers grandioses dont certains dominent la mer sur des à-pics de plus de 50 mètres.

On comprend qu'elle attire irrésistiblement chaque année, à l'époque bénie des vacances, des dizaines de milliers de fidèles inconditionnels.

Pour les déplacements de ces populations estivales le long de la côte, comme pour le trafic routier permanent de Paris vers la Bretagne du Nord, la traversée de l'estuaire de la Rance constituait naguère un problème : il est résolu depuis une dizaine d'années maintenant que la N 168 franchit la Rance sur le couronnement de la digue qui renferme l'usine marémotrice et l'on estime que, pendant le seul mois d’août, quelque 500 000 véhicules transitent chaque année par ce passage qui a mis Saint-Malo à 7 km de Dinard.

L'ÉNERGIE MARÉMOTRICE

Dans cet estuaire comme dans tous les déchiquetages côtiers de la région, la mer s’engouffre en permanence. Par un phénomène rythmique immuable, deux fois par jour (en réalité par 24 h 50 mn, durée du jour lunaire), le flux remonte vers la côte portant, en certains points jusqu'à plus de 20 km à l'intérieur des terres, des masses liquides considérables.

On se trouve en effet dans une des régions du globe où l'amplitude des marées atteint un record : 13,50 m en vive-eau d’équinoxe (mars et septembre), ceci étant dû au fait que la presqu'île du Cotentin constitue un obstacle naturel à la propagation de l'énorme onde de marée qui remonte perpétuellement la Manche venant de l'Atlantique.

Et depuis toujours l'homme s'est persuadé qu'il devrait trouver dans ce gigantesque mouvement régulier de flux et reflux des eaux une inépuisable réserve de puissance utilisable...

Dès le XIIᵉ siècle, furent réalisés sur les côtes bretonnes de premiers « moulins à marée », qui étaient de simples bassins de retenue se vidant au reflux en actionnant des roues à aubes. En 1737, un traité d'architecture de Bélidor tendait à résoudre le problème de continuité du fonctionnement, en associant deux bassins « à simple effet de remplissage » : l'un, dit bassin inférieur, fonctionnant au remplissage et l'autre, dit bassin supérieur, au vidage. Chacun comportait une roue de moulin et des vannes, et l'installation produisait de l'énergie d'une façon presque continue, les roues tournant à tour de rôle dans un sens différent (voir schéma).

Quelques rares moulins à marée existaient encore en 1960 dans l'estuaire de la Rance, en particulier à Saint-Suliac.

Ce sont les travaux de M. Robert Gibrat, professeur à l'École des mines de Paris, qui, à partir de 1940, reportèrent à l'actualité l’énergie marémotrice, reprenant une étude hydrodynamique sur l'utilisation des marées dans l'estuaire de la Rance datant de 1920.

Sous l'impulsion de M. Gibrat fut ainsi constituée en 1941 la S.E.U.M. – Société d'Études des Usines Marémotrices, dont l'activité fut reprise par E.D.F. après sa création par la loi de nationalisation de 1946.

LE BARRAGE DE LA RANCE

Il fallut encore vingt années d'études dans des domaines aussi divers que l'hydrodynamique, la physique du globe, la technologie des groupes turbo-alternateurs, la protection contre la corrosion, etc., pour arriver au 29 décembre 1960, date à laquelle le ministre de l'Industrie autorisait E.D.F. à engager un programme d'aménagements hydroélectriques nationaux, dont l'usine marémotrice de la Rance.

Rappelons qu'on était à l'époque sous le coup de la « crise de Suez », et que l'avenir de l'énergie nucléaire était encore bien mal dessiné : ce fut fort déterminant pour la décision du recours à l'énergie marémotrice !

Le choix du « site marémoteur » se fit en tenant compte du principe selon lequel l'énergie disponible d'une usine marémotrice est proportionnelle à la superficie de son bassin et au carré de l'amplitude de sa marée, et la recherche de la moindre longueur de barrage fit retenir un endroit resserré de la basse vallée de la Rance, à quatre kilomètres de l'embouchure, entre les pointes de la Brebis (rive gauche) et de la Briantais (rive droite).

C'est là que fut construit le barrage, une digue longue de 750 m fermant l'estuaire de la Rance et s'appuyant sur l'îlot-rocher de Chalibert situé à 150 m de la rive droite. Le bassin de retenue ainsi réalisé s'étend jusqu'à l'écluse du Châtelier près de Dinan, sur une vingtaine de kilomètres de profondeur et une superficie de 22 km². Son volume utile est de 184 millions de m³ entre les cotes 0,00 et +13,5 des cartes marines.

L'emplacement est protégé du côté de la mer par de nombreux rochers qui, pour la plupart, n'émergent qu'à marée basse et constituent un rempart naturel contre les tempêtes du large.

Quant au profil sous-marin, ses points les plus bas sont à 12 m au-dessous de la cote des plus basses mers ; ses fonds sont par conséquent recouverts de plus de 25 m d'eau au moment des pleines mers d'équinoxe. À cette époque, le débit maximum qui passe à l'embouchure atteint, tant au flot qu'au jusant, 18 000 m³/s, soit environ trois fois le débit du Rhône en crue à Avignon. Il s'ensuit d'ailleurs des courants qui peuvent atteindre 4 à 5 nœuds lors de fortes marées (soit 2 à 2,5 m/s), ce qui a entraîné des difficultés et des dispositions spéciales lors des travaux de fermeture de l'estuaire pour la construction de l'usine.

En partant de la rive gauche, les ouvrages comprennent :

• — une écluse comportant un sas de 65 × 13 m fermé de chaque côté par deux portes pivotantes à axe vertical. Le premier bateau l'a franchie le 19 novembre 1962, et le trafic augmente d'année en année (12 000 bateaux en 1975, dont 97 % de plaisance et de pêche).

• — l’usine marémotrice proprement dite, formant une digue en courbe de 390 m de longueur ;
• — une digue noyée reliant l’usine à l’îlot de Châtelier ;
• — un barrage à vannes permettant les remplissages et les vidanges des bassins, haut de 15 m et long de 332 m ;
• — enfin une écluse de 65 m de longueur avec ses vantelles d’évacuation des sables et ses portes d’écluse, pouvant recevoir un débit d’étiage de 800 m³/s et des bateaux jusqu’à 13 m de dénivellation.

LA PREMIÈRE USINE MARÉMOTRICE DU MONDE

L’usine de la Rance fut inaugurée officiellement le 26 novembre 1966 par le Général de Gaulle, alors Président de la République. Elle constitue depuis une suite touristique et un ensemble technique qui attire chaque année quelque 300 000 visiteurs ; on réussit leur nombre à 10 000 chaque dimanche.

L’avant est une digue courbe en béton dont les parements amont et aval sont rachetés par des contreforts espacés, et 24 *ouvrages* se disposent par 16 m forte de longueur.

Elle renferme 3 000 m² de machines de section et comporte 24 groupes de 10 MW, débitant leur énergie, par sous-ensemble de 8, sur 3 transformateurs de 80 MVA : 3,5/225 kV. Des câbles souterrains 225 kV relient ces transformateurs au poste 225 kV d’interconnexion.

Les puissances installées et des crêtes de 240 000 kW/3 200 MVA, pour une énergie de 600 GWh produite par an sont notées et la production effective à fin compte au possible le 19 novembre 1967. La production brute annuelle est de 560 GWh (150 millions de kWh), et l’électricité fournie au consommateur d’environ 450 millions de kWh, soit une production annuelle nette de 90 millions de kWh en 1965 correspondant aux prévisions du début. En dix ans d’exploitation, l’amortissement s’avère à 5 milliards de kWh.

Pour les régimes puissance–débit, vitesses des groupes sont assurées grâce aux sous-ensembles de 48 h moyen d’un régulateur de dépression complète. En effet, ces régimes sont compris : eau-aval, cote exploitation, débits de fonctionnement nécessaires et perturbations. L’îlot, dans son rôle nature est de fournir : turbines, groupes et droits dans la connectance du propulseur-turbine. Les adoptions du matériel s’effectuent par un point ultime : une pompe en mer par une guipée bassin sur l’issue. Outre plans et croquis, dans la salle des mesures d’exploitation, sont installées les divers appareillages électroniques de commande, de régulation, de contrôle et les transformateurs.

LES « GROUPES-BULBES »

Le groupe bulbe se présente comme un petit sous-marin. Il s’agit d’une coque métallique en forme d’ogive à l’intérieur de laquelle se trouve l’alternateur et, en bout, la turbine Kaplan à pales orientables (3,35 m de diamètre) tournant à 93 tr/min. Placé dans un conduit hydrau­lique horizontal, il est entièrement enfourné dans le fût de la conduite par 12 vanne-directrices fixes et par 4 distributeurs. La consolidation et la turbine s’effectuent par aspiration tormique à 2 aubes. Les directrices mobiles donnent accès à l’intérieur par une cheminée qui débouche dans la galerie de manutention sur laquelle on place des engins de levage. Ainsi s’effectuent au cours des opérations générales : passage des couronnes, résultat, inversion et également le déclenchement mécanique de rotation, tension d’armement, frein de marche et remonte air surpression (2 bars) sanctionné dans un atmosphère d’air sur­pressé à 2 bars fonctionnant en permanence au meilleur refroidissement de la machine.

L’alternateur a une puissance de 10 MW, sous 3,5 kV. Les groupes fonctionnent dans les deux sens d’écoulement entre mer et le bassin, soit en turbine, soit en pompe, soit encore en off-ice. Ce dernier type de fonctionnement s’effectue alimenté d’énergie du réseau de distributeur ouvert, en fin de période de vidage ou de remplissage du bassin. En effet, à la marée haute lorsque la chute est insuffisante pour produire de l’énergie et pour transférer un débit d’eau, le pompage, surtout si l’entrée est indisponible pour l’entretien, est utile afin de parfaire le vidage des groupes lorsque ceux-ci sont en off-ice pour réduire le vidage ou le remplissage du bassin.

CETTE RÉALISATION RESTERA-T-ELLE UNIQUE ?

La conception génie français a ouvert une voie nouvelle par la réalisation de ce prototype à grande échelle permettant d’ancrer une expérience sérieuse en matière d’énergie maré­motrice.

En 1970, l’U.R.S.S. a installé à son tour une très petite usine marémotrice dans une baie de l’océan Glacial Arctique, au bord du détroit de Kislaya, et qui est équipée de deux groupes-bulbes de 250 kW chacun.

Bibliographie : documentation E.D.F. et article de M. SCHWAB, de l’École Nationale Supérieure des Mines de Paris, dans le numéro spécial 1977 « La Mer et ses Ressources ».

Depuis, il est toujours question en France du projet grandiose des « Îles Chausey » qui a donné lieu déjà à trois projets précis :

Projet 1975 E.D.F. :Puissance installée : 12 000 MW (300 groupes)Production annuelle : 27 TWh

Projet 1971 de M. Caquot :Puissance installée : 6 000 MWProduction annuelle : 34 TWh

Projet 1975 de M. Caquot :Puissance installée : 15 000 MWProduction annuelle : 50 TWh

— Mais le dernier projet de M. Caquot, par exemple, prévoit plus de 100 km de digues et d’ouvrages à construire en pleine mer, et entraînerait des incidences certaines sur l’environnement, en particulier sur le site du Mont Saint-Michel.

Et d’autre part le coût de ces différents projets, malgré leurs performances énergétiques, interdit très largement d’atteindre le seuil du taux de rentabilité des Objectifs du Plan qui est actuellement de 10 %.

TABLE DES ANNONCEURS

• AFEE
• AFNOR
• AGENCES FINANCIÈRES DE BASSINS (LES)
• AIME
• ALFA LAVAL
• AIR LIQUIDE
• ALLIBERT
• AQUADEM

• BAFFREY-HENNEBIQUE
• BANCILHON
• BAYARD
• BAT TARAFLEX
• BLASBERG FRANCE
• BRAN & LUBBE
• BREGUET - KSB

• CHEMVIRON
• CHIMIE EQUIPEMENT FEUCHT
• CFEC
• CODIREP
• COFRADIS
• COMPTEURS SCHLUMBERGER
• COMPTOIR GÉNÉRAL DES FONTES
• COPEF
• CGEA
• COMPAGNIE DES EAUX ET DE L’OZONE
• C7. PARIS
• CULLIGAN

• EGREMONT
• DIAPROSIM
• ECOPOL
• ELECTRICITÉ DE FRANCE
• ELECTROFACT
• ENDRESS ET HAUSER
• EORTIF
• EQUIPEMENT MINIER (L’)
• ERPAC
• EGROFILTEC

• FAREP
• FENWICK
• CRET-CREPINES JOHNSON
• FISCHER S.A. (Georges)
• C.T.E. (Compagnie Européenne de Traitement des Eaux)
• FLYGT
• FRANCEAUX

• GAMMA-TEC
• GÉNIE RURAL
• GERLAND
• GERPIAM
• GRILTEX
• GUINARD CENTRIFUGATION

• HARMSCO
• HAYWARD
• HEITO
• HEBGRAS
• HOUSEMAN
• HYDROCURE

• INTERGRES
• IRCHA
• ISIFLO
• SMA

• JOBIN YVON

• KROHNE

• LABO-MODERNE
• LEROY-SOMER
• LIND SAY-FRANCE
• SEYONNAISE DES EAUX (SLEE)

• MAGIRUS DEUTZ HUMBOLDT
• MASURE
• MINNESOTA RUBBER FRANCE

• NARDONNET

• OMNIDAS
• OTIC-FISCHER ET PORTER

• PCM - POMPE MOINEAU
• PEC
• PENNEL & FLIPO
• PHILIPS
• POX FRANCE
• PLANCHET
• PLASS
• PAP
• POMPES GRUNDFOS
• POMPES GUINARD
• POMPES SIHI
• POMPES STORK
• PONT-A-MOUSSON
• PRO-GRES
• PROMECOME

• ROHM ET HAAS
• ROUSSELET

• SALON DE LA BLANCHISSERIE
• SAMBRE ET MEUSE
• SANILO
• SEVAX

• TECHMATION
• TECHNICON
• TECHNIME
• TECHNOS
• TECHNOVI
• THANN ET MULHOUSE
• TRAILIGAZ

• UGINE KUHLMANN
• UNITEG

• VALCKE FRERES
• VAN DEN BROEK FRANCE
• VANNES LEFEBVRE
• VEGA TECHNIQUE
• VELEC-SEFAT
• VIC-AGRA
• VOLUMATIC
• VRACO

• WANSON
• WESTFALIA SEPARATOR
• WILD-LEITZ