TRAVAUX PERSONNELS ENCADRES Baccalauréat série S – Lycée Jean Monnet

ANNEE SCOLAIRE : 2017 – 2018

L’île d’El Hierro

Problématique :

Comment l'île d'El Hierro est-elle devenue autosuffisante

énergétiquement et hydrauliquement et quels impacts cela

engendre-t-il ?

Thème :

Environnement

Membres du groupe : CELIE Tom (1S1), CERVELLO Hugo (1S1), GUY Antoine (1S3), HANON Quentin (1S1)

Professeurs tuteurs : Madame CHIRPAZ Dominique, Monsieur MISCHLER Mathieu

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Sommaire Introduction ............................................................................................................................................................................ 2

I. L’autosuffisance hydraulique ............................................................................................................ 3

1. La désalinisation de l’eau de mer ................................................................................................. 4

2. Le « Garoé » et les arbres fontaines ............................................................................................ 7

3. Les filets de brouillard ....................................................................................................................... 9

4. Les puits ................................................................................................................................................... 11

II. La révolution énergétique .................................................................................................................. 12

1. Le parc éolien et son fonctionnement ...................................................................................... 13

2. Le stockage et la restitution de l’énergie grâce à l’hydraulique .................................. 14

3. Les résultats chiffrés de la centrale hydro-éolienne ......................................................... 16

III. Les impacts .................................................................................................................................................... 19

1. Les aspects négatifs ............................................................................................................................ 19

2. Les aspects positifs .............................................................................................................................. 19

IV. La question de la reproductibilité du modèle d’El Hierro ............................................. 20

Conclusion .............................................................................................................................................................................. 21

Remerciements ................................................................................................................................................................... 22

Sources ...................................................................................................................................................................................... 23

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Introduction :

El Hierro est une île espagnole au centre de l’attention de tous les scientifiques ainsi

que des personnes qui luttent pour la préservation de notre environnement dans le monde

entier.

C’est la plus petite des sept îles de l’archipel des Canaries. Elle culmine à 1 501 mètres

d’altitude au pic de Malpaso et a une superficie d’environ 270 km². Avec une population

d’environ 11 000 habitants, elle n’est pas très prisée par les touristes. Valverde est le chef-

lieu de l’île dans la province de Santa Cruz de Tenerife. L’île a été classée réserve de la

biosphère par l'UNESCO en 2000.

El Hierro est une île aride, comme les autres îles de son archipel et date d’environ 1,1

millions d’années. C’est aussi une île volcanique comportant de nombreuses bouches

quasiment toutes à effusion sauf trois à explosion. Le caractère volcanique de l’île est dû à la

présence d’un point chaud au niveau de l’archipel des Canaries. Ainsi, de nouveaux volcans

peuvent apparaitre autour d’El Hierro puisqu’un point chaud est stationnaire et peut

fonctionner pendant des millions d’années. Une importante éruption sous-marine s’est

déroulée au sud d’El Hierro d’octobre 2011 à mars 2012 et a eu de lourdes conséquences

économiques sur l’île du fait des nombreux séismes qu’a subis El Hierro.

L’île est divisée en trois régions : la région de Valverde, la région d’El Pinar et celle de

La Frontera, séparée des autres par une crête montagneuse dont l’origine est la caldeira du

volcan. L’autre partie s’est effondrée dans l’océan, d’où le dénivelé au niveau d’El Golfo (en

français : Le Golf).

Comme évoqué précédemment, l’île d’El Hierro attire l’attention des scientifiques et

des écologistes car cette île, non interconnectée, est indépendante en eau douce et quasi

totalement en énergie puisqu’une large partie est renouvelable. L’île d’El Hierro a ainsi su

mettre en œuvre les moyens nécessaires au fil du temps pour parvenir à cette autonomie

écologique.

Nous verrons d’abord comment la population arrive à une autosuffisance en eau, puis

comment elle assure son autosuffisance énergétique, ensuite nous ferons l’analyse des

différents impacts et envisagerons la question de la reproductibilité du modèle de l’île.

http://journals.openedition.org/vertigo/15595 http://www.canariashappycard.com/fr/el-hierro

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I. L’autosuffisance hydraulique

Les premiers habitants de l’île étaient les Guanches, une population d’origine

berbère. Leur arrivée est estimée aux alentours de l’an zéro. Ils vécurent durant plus de mille

ans avec le minimum : du bétail, des outils en pierre et surtout très peu d’eau. Le peu d’eau

qu’ils avaient provenait des « arbres de pluie » ou « arbres fontaines », c'est-à-dire qu’ils

récupéraient l’eau grâce à des arbres comme le « Garoé » (Ocotea foetens) et les bruyères

arborescentes (Erica arborea). Ces deux espèces sont majoritaires dans l’étage des forêts de

brouillard entre 700 m et 1 500 m d’altitude. Ces arbres peuvent atteindre 30 m de haut et

poussent dans des zones très humides. Les Guanches installaient donc des cuves au pied

des arbres, les secouaient et attendaient que celles-ci se remplissent.

Puis, les Espagnols colonisèrent les Canaries de 1402 à 1405. Peu d’hommes y

restèrent. Face aux problèmes d’eau, des impluviums furent mis en place, leur fonction étant

de récupérer l’eau de pluie par le toit. C’est l’équivalent du système de gouttières actuel, mais

l’eau de pluie se déverse dans un patio central et non dans des égouts. Afin de stocker le

surplus d'eau car les pluies étaient plutôt rares, des citernes souterraines étaient construites.

A la fin du XIXème siècle, l’utilisation des arbres de pluie et des impluviums est devenue

inadaptée face à l’accroissement de la population, de fait une nouvelle technique va être

utilisée : le Qanat. Inventé par les Iraniens au VIIIème siècle avant Jésus Christ, puis par les

Incas au XIIIème siècle (pure coïncidence), le Qanat est une technique visant à récupérer l'eau

de pluie infiltrée dans les cheminées volcaniques. L’eau pénétrant rapidement dans le volcan,

une grosse citerne se crée dans son sous-sol, l’eau de pluie (eau douce) reste en surface de

l’eau de mer, plus dense, qui s’infiltre aussi dans le sous-sol. Un système de siphon est alors

pensé : un tunnel est creusé jusqu'à la citerne en question, puis un piston créant une forte

pression en avançant dans le tunnel fait remonter l'eau demeurant dans la cavité. Cependant,

deux problèmes subsistent : premièrement la qualité de l'eau est trop mauvaise à cause de la

trop forte concentration en sels minéraux car elle provient d'un volcan. Deuxièmement,

certaines îles de l'archipel n’ont pas une altitude assez élevée, le Qanat ne peut donc pas être

mis en place, mais ce n'est pas le cas d'El Hierro.

Au XXème siècle, des cultures de bananes, papayes et ananas sont mises en place car

la quantité d'eau récoltée le permet, créant ainsi de nouvelles perspectives économiques pour

l'île.

De nos jours, plusieurs manières pour récolter de l'eau sont mises en place sur l’île

d’El Hierro : la désalinisation de l’eau de mer, les arbres fontaines, le filet de brouillard et les

puits.

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1) La désalinisation de l’eau de mer

Il existe plusieurs méthodes pour dessaler l’eau :

L’électrodialyse

Cette méthode consiste à créer un champ électrique grâce à deux électrodes

permettant le transfert des ions composant le sel (Na+ et Cl-). Des membranes perméables

soit aux anions soit aux cations sont disposées en alternance. A l’issue de l’électrodialyse,

certaines zones contiennent du sel en forte concentration tandis que d’autres sont nettoyées

de toute molécule de sel. Ces parties non salées sont ensuite évacuées et récupérées.

http://eduterre.ens-lyon.fr/ressources/scenario1/planetebleue/techniques_desalinisation

Cependant, cette méthode n’est efficace que pour des solutions de faible quantité et

dont la salinité est inférieure à celle de la mer (~35 g/L en moyenne dans le monde et ~37 g/L

aux Canaries).

La désalinisation par évaporation / distillation

Cette méthode repose sur le principe de changement de phase eau liquide – vapeur

d’eau. Elle consiste à chauffer l'eau salée jusqu'à évaporation, puis à la condenser en la

refroidissant et à la récupérer ensuite sans le sel.

C’est une méthode efficace mais très chère et donc pas adaptée à l’île d’El Hierro qui

a une énergie dont le coût est élevé à cause de son isolement.

(Schéma du principe de la distillation à la page suivante)

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http://dessaler.free.fr/distillation.htm

La désalinisation par osmose inverse

C’est la méthode utilisée sur l’île d’El Hierro.

L'osmose est un phénomène naturel. Il intervient lorsqu’il y a une même quantité d'un

liquide des deux côtés d'une membrane semi perméable mais que dans ces liquides il n'y a

pas la même quantité d'un soluté. Le liquide va alors passer de la partie la moins concentrée

pour aller dans la plus concentrée pour équilibrer les concentrations.

L'osmose inverse est un phénomène forcé par l’Homme, c'est lorsqu'on est dans la

même situation que l’osmose, mais que la pression exercée est supérieure à la pression

osmotique (pression maximum pour que l'osmose se produise). Le liquide va alors passer du

liquide le plus concentré au moins concentré, jusqu’à ce qu'il ne reste qu'un liquide très

concentré, que l'on va évacuer (saumure). Le liquide le moins concentré ne contiendra alors

plus de sel ou seulement quelques infimes traces (perméat = eau douce).

http://tpebdmw.e-monsite.com/pages/ii-les-atouts-et-les-limites/c-l-osmose-inverse.html

(𝜋 = pression

osmotique)

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Pour la désalinisation, la pression exercée sera de 50 bars à 80 bars alors que la

pression osmotique de l'eau est en moyenne de 30 bars. 50% de l'eau peut être extraite et le

sel sera concentré dans les 50% restants.

Tout d’abord, l’eau est filtrée afin d’éliminer toutes les particules de taille supérieure à

10 µm. Ensuite une pompe haute pression envoie l’eau dans l’unité d’osmose inverse. Afin

que l’osmose inverse puisse se faire, il faut exercer une pression supérieure à la pression

osmotique. Cette pression se définit par la pression à laquelle un équilibre se produit, et que

ni le soluté ni le solvant ne peuvent traverser la membrane. Cette pression se calcule grâce à

la formule 𝑷 𝑜𝑢 𝝅 = 𝒊 × 𝑪 × 𝑹 × 𝑻 où :

𝑖 est le nombre d'espèces d’ions constituant le soluté

𝐶 est la concentration molaire du soluté (𝑚𝑜𝑙. 𝑚−3)

𝑅 est la constante des gaz parfaits (8,31 𝐽. 𝑚𝑜𝑙−1. 𝐾−1)

𝑇 est la température (K)

L’eau de mer est donc poussée à forte pression à travers une membrane, seules les

molécules d’eau peuvent la traverser et les impuretés sont donc bloquées. La taille des pores

de la membrane est de l’ordre du millième de micromètre.

http://culturesciences.chimie.ens.fr/le-dessalement-de-leau-de-mer-et-des-eaux-saum%C3%A2tres

El Hierro possède trois usines de dessalement à La Frontera, à La Restinga et à El

Cangrejo (cf schéma ci-dessous). Ces usines, fonctionnant toutes à l’osmose inverse ont

fourni 44% d’eau douce à l’île soit 1 630 938 m3 d’eau en 2016.

https://blogs.futura-

sciences.com/gioda/2017/11/09/

canaries-el-hierro-changement-

climatique-poids-chiffres/

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Les usines de l‘île utilisent des colonnes de dessalement de type DOW Chemical

modèle membrane Filmtec de type RO (reverse osmosis) pour eau de mer.

© Madame CHIRPAZ © Madame CHIRPAZ

2) Le « Gaoré » et les arbres fontaines

El Hierro dispose de conditions climatiques spéciales. En effet, de par sa proximité

avec le tropique du cancer et avec l’océan Atlantique, El Hierro bénéficie d’un climat

subtropical humide. Ainsi, les pluies se font rares mais un brouillard est très souvent présent,

surtout dans l’étage des forêts de brouillard (entre 700 m et 1 500 m d’altitude). Le vent

présent sur l’île, l’ « alizé » est caractérisé par une vitesse modérée d’environ 20 km/h, une

présence quasi quotidienne et une relative stabilité. Chaque jour, les nuages arrivent de

l’océan et remontent les pentes des reliefs d’El Hierro. Le brouillard est un nuage touchant le

sol également appelé un stratus.

© Madame CHIRPAZ

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Dès 1400, les conquérants d’El Hierro ont découvert la méthode des Guanches pour

récupérer l’eau du brouillard et subvenir aux besoins de la population. Ces derniers

récupéraient l’eau d’un « arbre fontaine » vulgairement appelé le « Garoé ». Cet arbre, de la

famille des Lauracées est une variété du laurier et est appelé « Ocotea foetens ». Il peut

atteindre 30 m de haut et a la particularité de capter l’eau du brouillard avec ses feuilles et de

la restituer sous forme liquide. Cependant, un ouragan arracha le Garoé en 1610 et un nouvel

arbre de même espèce fut replanté au même endroit que l’ancien en 1945. C’est désormais

un symbole de l’île que l’on retrouve sur le logo d’El Hierro (cf page de garde).

http://horizon.documentation.ird.fr/exl-

doc/pleins_textes/pleins_textes_6/b_fdi_33-

34/39474.pdf

De nos jours, la population d’El Hierro récolte toujours de l’eau grâce à des arbres

fontaines. Cette eau n’est pas destinée à la consommation si elle n’est pas traitée mais peut

servir à l’agriculture ou à l’élevage.

Ces arbres peuvent être d’espèces différentes : on retrouve notamment des lauriers

comme le Garoé (Ocotea foetens) pouvant atteindre 30 m de haut, des bruyères

arborescentes (Erica arborea) atteignant parfois les 10 m de haut et des conifères (Juniperus

canariensis) à hauteur variable. Ces arbres sont implantés dans l’étage des forêts de

brouillard (entre 700 m et 1 500 m d’altitude) et transforment eux aussi les milliards de

gouttelettes d’eau contenues dans le brouillard en eau liquide. Les feuilles de tous ces arbres

sont généralement regroupées de manière dense et elles peuvent être larges (le cas des

lauriers) ou bien fines (comme pour les conifères). L’eau ruisselant sur le tronc ou tombant

sous l’effet de la gravité rejoint ensuite des citernes enfouies grâce à des tranchées ou des

pentes coulées en béton.

Erica arborea avec zoom sur ses feuilles © Madame CHIRPAZ

https://www.hellocanaryislands.com/museums-

and-places-interest/el-hierro/garoe-tree/

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Juniperus canariensis avec zoom sur ses feuilles © Madame CHIRPAZ et

http://www.biologie.uni-regensburg.de/Botanik/Schoenfelder/kanaren/flora_canaria_I.html

Un arbre fournit environ 60 litres d’eau de pluie lorsque les conditions sont optimales

(présence de vent et d’un brouillard dense) selon Alain GIODA, hydrologue et historien du

climat dans l’UMR HydroSciences de l’IRD à Montpellier et acteur important pour El Hierro.

3) Les filets de brouillard

Un autre moyen de récupération d’eau sur El Hierro est le filet de brouillard. Son

principe est semblable à celui de l’arbre fontaine mais est pour le coup artisanal. Les filets de

brouillard ou capteurs de brouillard existaient déjà auparavant au Pérou, au Chili ou encore

au Maroc et ont été implantés dans l’île d’El Hierro afin que l’île devienne encore plus

autonome en eau.

Cette invention consiste à récupérer l’eau du brouillard grâce à des matériaux

basiques tels qu’un filet, des piquets et une gouttière. Les gouttelettes d’eau présentes dans

le brouillard viennent se condenser sur les mailles du filet, descendent puis tombent dans une

gouttière et vont jusqu’à un réservoir. Pour que ces filets soient efficaces il est nécessaire

d’avoir un brouillard fréquent et épais ainsi que du vent. El Hierro réunit alors toutes ces

conditions puisqu’il y a très fréquemment du brouillard dense sur l’île du fait de la présence

de l’océan et des montagnes ainsi que de l’alizé, le vent présent sur l'île d’El Hierro présenté

auparavant. Il est récolté en moyenne 30L par jour par mètre carré de filet selon Alain GIODA.

© A. GIODA https://blogs.futura-sciences.com/gioda/tag/attrape-brouillard/

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Nous avons voulu reproduire le modèle du filet de brouillard pour tester son efficacité

et mieux comprendre son fonctionnement. Ainsi, le lundi 18 décembre 2017 le technicien

responsable des serres de l’IRD (Institut de recherche pour le développement) nous a

gentiment prêté une serre durant deux heures pour réaliser l’expérience du filet de brouillard

dans des conditions réelles. Alain GIODA nous a également rejoints durant cette expérience

pour une seconde rencontre et a supervisé notre expérience.

Nous avons ainsi placé au centre de la serre d’environ 120 m3 deux piquets, soutenus

par huit parpaings, auxquels nous avons attaché un filet de type maille Raschel d’environ

3 m² commandé auparavant à une entreprise spécialisée (Société Bouillon Innovations).

Une gouttière était également attachée aux piquets et au filet avec un léger dénivelé afin de

récupérer l’eau dans un arrosoir. Nous avons brumisé la pièce d’eau pendant une heure à

l’aide de deux buses avec un débit de 62 litres par heure. Nous avons alors récupéré 0,95 L

avec notre dispositif expérimental dont la zone d'activité était de 2 m². Selon les valeurs de

l’île d’El Hierro nous aurions dû obtenir 2,5 L en 1h. Cette différence d’environ 1,5 L peut

s’expliquer par différents facteurs :

● La densité du brouillard sur El Hierro n'est sûrement pas identique à celle du

brouillard artificiel créé en serre (hypothèse la plus sûre).

● Le maillage de notre filet est peut-être différent de celui des filets présents sur l'île

d'El Hierro bien qu’issu du même fournisseur.

● Le dispositif expérimental n'était peut-être pas optimal malgré les précautions

prises.

○ Le filet a été replié dès l'arrêt des buses donc l'eau restante sur le filet ne s'est

pas totalement écoulée.

○ Les différents transferts : filet → gouttière → arrosoir → bidon → récipient

gradué ont occasionné des pertes.

Photos personnelles de notre expérience avec macrophotographie des gouttelettes d’eau sur le filet

Cette expérience nous a permis de

prouver l’efficacité des filets de brouillard

puisque nous avons bel et bien récupéré de

l’eau grâce à notre dispositif. Elle nous a aussi

montré que nous pouvions récupérer de l’eau

à partir du brouillard avec de simples matériaux

et sans montage complexe.

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4) Les puits

La dernière méthode utilisée pour récolter de l’eau est le pompage dans les puits ou

les cheminées volcaniques. En effet, l’eau du brouillard s’infiltre aussi dans la terre et dans

les cheminées volcaniques. Les ingénieurs hydrauliques ont alors pensé à un système de

pompage afin de pomper l’eau douce de ces cheminées ou de ces nappes phréatiques. L’eau

de mer s’infiltre aussi dans la terre mais c’est seulement l’eau douce présente en surface, car

moins dense, qui est pompée. Le plus grand puit est nommé « El pozo de los padrones ». Il

fournit des quantités d’eau douce très importantes et n’est certainement pas négligeable pour

l’île d’El Hierro. Ainsi, l’eau du brouillard qui n’est pas captée par les filets ou les arbres est

quand même pompée à l’aide de moyens modernes.

Cette méthode est semblable aux Qanats utilisés auparavant puisque le principe des

Qanats était aussi de récupérer l’eau douce dans les cheminées volcaniques.

http://elhierro.travel/lugares-interes/pozo-de-los-padrones/ et © M. TAPIAU

Ainsi, tous ces moyens pour obtenir de l’eau permettent à l’île d’être indépendante et

autosuffisante en eau potable et en eau destinée à l’agriculture, au bétail… Il est important de

noter que la consommation moyenne par jour par habitant est de 100 litres sur El Hierro alors

qu’elle est de 150 litres en moyenne en France.

Si El Hierro est parvenue à une autosuffisance hydraulique, il n’en reste pas moins

que celle-ci nécessite un apport d’énergie conséquent, notamment à cause des usines de

dessalement qui représentent 50% de l’électricité consommée de l’île. C’est pour cela que le

domaine énergétique a aussi connu une révolution.

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II. La révolution énergétique

Avant 2014, une centrale thermique brûlait du fuel utilisé pour produire de l'électricité

sur l'île. L'avantage était son prix très peu élevé mais il polluait énormément, ce qui a donné

une idée à Tomás PADRON : rendre l'île au maximum autonome en terme de production

d'électricité et respecter l’environnement. En 1979, il lance le projet « El Hierro 100%

durable ». Tomás PADRON est un homme politique, chef du parti propre à El Hierro (L’AHI),

mais aussi ingénieur technique industriel de formation chez Endessa, l’équivalent d’EDF mais

aux Canaries. Le projet de Tomás PADRON mettra environ quarante ans à se concrétiser

pour voir le jour en juin 2014.

El Hierro possède alors une centrale hydro-éolienne nommée « Gorona del viento »

unique au monde au niveau de la production d’électricité qui alimente trois usines de

dessalement, des retenues hydrauliques et la population de l’île. Cette centrale associe alors

un parc éolien et une STEP (Station de transfert d’énergie par pompage) pour stocker l’eau

qui fournira plus tard de l’électricité. La centrale thermique fonctionnant au fuel reste

cependant fonctionnelle sur l’île afin de pallier des manques d’électricité...

https://www.futura-sciences.com/planete/actualites/energie-renouvelable-100-energies-renouvelables-2050-ce-

serait-possible-139-pays-selon-etude-59333/

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1) Le parc éolien et son fonctionnement

L’alizé est le vent présent sur El Hierro. Pour rappel, ce vent est caractérisé par une

vitesse modérée de 20km/h, il est quasi omniprésent et sa vitesse est régulière. El Hierro

profite alors de ces conditions climatiques pour créer de l’énergie verte et renouvelable. En

effet, l’île dispose d’un parc éolien de 5 éoliennes ENERCON E-70 de 64m de hauteur et

ayant toutes une puissance de 2,3MW ce qui fait au total une puissance de 11,5MW.

© Madame CHIRPAZ

Une éolienne crée de l’énergie électrique grâce au vent. Sa force entraine un rotor et

elle détermine la quantité d’électricité produite.

Les éoliennes sont composées d’un mat contenant un transformateur qui élève la

tension du courant pour mieux le transporter. La nacelle se situe au sommet du mat. Elle

contient un axe qui est relié à un multiplicateur puis à un générateur pour créer de l’électricité.

Le générateur transforme l’énergie mécanique du vent en un courant alternatif. Au bout de

cette nacelle se trouve le rotor sur lequel est fixée l’hélice composée de 3 pales sur les

éoliennes d’El Hierro. Ces pales s’orientent pour un meilleur rendement et la nacelle bouge

elle aussi pour se positionner face au vent. Les éoliennes démarrent avec une vitesse de vent

minimale d’environ 15km/h et s’arrêtent de façon automatique lorsque le vent dépasse une

vitesse de plus de 90km/h pour des questions de sécurité.

http://www.parc-eolien-mont-des-quatre-faux.fr/lenergie-eolienne/comment-ca-marche/

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L’électricité produite est ensuite redistribuée dans le réseau électrique d’El Hierro. En

cas de surplus, l’électricité est stockée grâce à la STEP.

2) Le stockage et la restitution de l’énergie grâce à l’hydraulique

L'énergie non consommée par l’île provenant des éoliennes ou de la centrale

thermique du fait de mauvaises prévisions ou d’excès de vent permet grâce à un système de

pompage d'acheminer l'eau dessalée jusqu'à un réservoir supérieur. Un bassin est situé à

700 m au-dessus du niveau de la mer et l’autre 50 m au-dessus de la mer. En cas d'absence

de vent, l'eau du réservoir supérieur permet d'alimenter quatre turbines hydrauliques (machine

tournante qui produit une énergie mécanique à partir d'eau en mouvement) d'une puissance

totale de 11,3 MW. Deux jours d'autonomie électrique sont possibles seulement avec

l'écoulement du bassin. Le réservoir supérieur se comporte comme une batterie, en stockant

l'énergie hydraulique. Cela s'appelle une station de pompage-turbinage. El Hierro est la

première station marine de pompage-turbinage qui utilise de l'eau dessalée. Cette eau est au

préalable dessalée dans les usines afin d’éviter l’usure prématurée des matériaux à cause du

sel ou encore une catastrophe naturelle s’il y a une fuite dans le système et que le sel se

répand dans la nature.

https://blogs.futura-sciences.com/gioda/2015/06/27/el-hierro-an-apres-linauguration-de-centrale-enr/

Principe du fonctionnement d’une centrale STEP (Station de Transfert d’Energie par

Pompage) :

Deux phases constituent ce principe. Tout d’abord, la phase de stockage d’énergie,

l’eau du bassin inférieur est propulsée dans le bassin supérieur grâce à la force du surplus de

l’électricité produite par les éoliennes ou la centrale thermique. Sur son chemin elle active le

groupe électro-pompe qui amène l’eau dans le bassin supérieur ; cette première phase utilise

une quantité importante d’électricité puisqu’elle pompe une grosse quantité d’eau.

Ensuite, il y a la phase de restitution d’énergie, en cas de manque de vent, l’eau du

bassin supérieur redescend vers le bassin inférieur et actionne le groupe turbo-alternateur qui

restitue l’énergie ; c’est à ce moment que de l’électricité est produite.

(Schéma page suivante)

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https://www.connaissancedesenergies.org/fiche-pedagogique/hydroelectricite-stations-de-transfert-d-energie-par-pompage-step

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3) Les résultats chiffrés de la centrale hydro-éolienne

Les tableaux et graphiques suivants ont été créés grâce à une grande collecte de

données sur le site de visionnage de la production d’électricité d’El Hierro

(https://demanda.ree.es/visionaCan/VisionaHierro.html#).

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Suite à cette collecte d’environ 500 données, nous avons calculé grâce au tableur

Excel les moyennes de chaque colonne et créé des graphiques. Nous observons alors qu’en

général à mi-journée, la part de production d’électricité d’un certain moyen de production

(diesel, éolien, hydraulique) est proportionnelle à la part de production d’électricité du même

moyen à 20h pour le même jour. C’est pour cela que nous nous attarderons sur les valeurs

relevées à 12h pour simplifier nos graphiques et ainsi en tirer de meilleures conclusions.

Grâce au tableau et au graphique ci-dessus concernant le mois de janvier 2017, nous pouvons

dire que durant l’hiver :

● La production d’électricité grâce au diesel représente en moyenne 55% de la

production d’électricité totale.

● La centrale hydro-éolienne fournit en moyenne 45% de la production d’électricité totale

(27% grâce à l’éolien et 18% grâce à l’hydraulique). La production d’électricité grâce

aux éoliennes est donc plus importante que la production d’électricité grâce à la

centrale STEP.

● Le dégagement de CO2 est donc relativement important en hiver puisque 55% de

l’électricité produite est due à la combustion du diesel qui entraîne un dégagement de

dioxyde de carbone.

Grâce au tableau et au graphique concernant le mois de juillet 2017, nous pouvons dire que

durant l’été :

● La production d’électricité grâce au diesel représente en moyenne 14% de la

production d’électricité totale.

● La centrale hydro-éolienne fournit en moyenne 86% de la production d’électricité totale

(65% grâce à l’éolien et 21% grâce à l’hydraulique). La production d’électricité grâce

aux éoliennes est donc plus importante que la production d’électricité grâce à la

centrale STEP.

● Le dégagement de CO2 est donc beaucoup plus faible en été qu’en hiver puisque

seulement 14% de l’électricité produite est due à la combustion du diesel qui entraîne

un dégagement de dioxyde de carbone.

Plus récemment, soit du 25 janvier 2018 au 12 février 2018, la centrale hydro-éolienne

a battu un record puisqu’elle a fonctionné sans arrêt et a ainsi permis à l’île de vivre avec

100% d’énergie renouvelable pendant 18 jours.

Nous pouvons donc conclure que la centrale hydro-éolienne est plus efficace et plus

écologique l’été comparé à l’hiver où l’utilisation du diesel reste conséquente. Par conséquent,

l’île d’El Hierro a une empreinte carbone plus importante l’hiver que l’été. Cependant, les

derniers relevés (18 jours 100% ER) montrent que la centrale est sur la bonne voie pour

atteindre son objectif de fournir tous les jours 100% d’énergie renouvelable. Cette

performance serait due à des conditions climatiques très favorables mais aussi à un progrès

technique soutenu par les nombreux ingénieurs et techniciens travaillant dans la centrale.

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III. Les impacts

1) Les aspects négatifs

● La désalinisation de l’eau pose inévitablement un problème : sur 100 m3 d’eau de mer

traitée, on obtient 50% d’eau douce et 50% de saumure.

Cette saumure n’est pas recyclée : cependant, elle permet de maintenir la pression élevée

dans le circuit avant d’être évacuée à 400 m de profondeur dans l’océan. Du fait de sa

densité, des parois volcaniques sous-marines abruptes et du brassage océanique intense,

l’impact environnemental est minimisé (le sel étant rapidement dissous et dispersé) mais

reste néanmoins un problème pour l’écosystème sous-marin.

● Le projet à l’origine devait coûter environ 25 millions d’euros mais la crise sismique de

2011-2012, paralysant la majeure partie du trafic maritime autour des îles de l’archipel, a

rendu les levées de fonds de plus en plus difficiles. Finalement, 80 millions d’euros ont été

nécessaires à la concrétisation du projet. L’Etat, pourtant en crise économique, a financé

ce projet à la hauteur de 35 millions d’euros.

● Les éoliennes ont en moyenne une durée de vie de 20 ans et les membranes utilisées

pour l’usine de dessalement ont une durée de vie moyenne de 2 à 3 ans.

2) Les aspects positifs

● Ce projet hydro-éolien évitera la consommation annuelle de 6 000 tonnes de diesel,

équivalent à 40 000 barils de pétrole importés par bateau vers l'île et permettra

d'économiser plus de 1,8 million d'euros par an. Il permettra également d'éviter l'émission

de 18 700 tonnes de CO2 par an dans l'atmosphère. Cette quantité de CO2 est équivalente

à celle fixée par une forêt de 10 000 – 12 000 hectares, une surface équivalente à 17 000

terrains de football.

● Ce projet permet une prise de conscience du monde entier qu’une société autonome,

indépendante en eau et avec 100% d’énergie renouvelable est possible. Le

fonctionnement de la centrale peut donner des idées aux autres régions du monde.

Ce projet a un coût important mais qui est en grande partie contrebalancé par un bilan

écologique très positif.

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IV. La question de la reproductibilité du modèle de

El Hierro

La population d’El Hierro a toujours su maitriser sa consommation d’électricité par

rapport aux autres pays. En effet, en 2010, la consommation par habitant était de 5 100 kWh

sur El Hierro selon Endesa alors qu’elle était de 7 800 kWh en France selon la Banque

Mondiale. Cette différence de consommation peut s’expliquer par l’absence de grosses

infrastructures à El Hierro comme des aéroports, des grands hôtels ou centres commerciaux ;

El Hierro ne comporte que très peu d’infrastructures touristiques. Il faudrait alors que dans les

zones où l’on souhaite créer un projet comme celui d’El Hierro la consommation d’électricité

soit plus faible ou que des pratiques s’inscrivant dans la notion de développement durable

soient plus répandues. Par ailleurs, El Hierro bénéficie de conditions climatiques très

favorables à l’éolien ce qui n’est pas le cas de toutes les régions du monde. Cependant, des

régions peuvent utiliser des panneaux photovoltaïques ou la géothermie, deux méthodes de

création d’énergie renouvelable non exploitées sur El Hierro.

Il existe des projets qui peuvent ressembler à El Hierro, mais presque aucun n’a égalé

ce dernier dans son degré d’autonomie et de propreté énergétique.

Le projet le plus similaire à celui d’El Hierro se trouve sur Samsø (114 km², 4 000

habitants), une île du Danemark, un pays très engagé dans les énergies renouvelables. Cette

île, contrairement à El Hierro, est interconnectée au réseau du Danemark ce qui signifie qu’en

cas de surplus, l’électricité est redistribué dans le pays et en cas de manque, l’île peut recevoir

de l’électricité. Sur cette île, presque 100% de l'électricité provient de l'énergie éolienne et

l’eau chaude et le chauffage sont à 75% assurés par l’énergie solaire et la biomasse

(combustion de matières naturelles).

D’autres projets de STEP existent dans le monde. Par exemple, la STEP d’Okinawa,

une île de l’archipel de Riou Kiou au sud du Japon qui comporte près de 1 200 000 habitants,

est très ressemblante à celle d’El Hierro malgré le fait qu’elle fonctionne à l’eau salée et que

son bassin inférieur soit par conséquent l’océan. D’autres projets de STEP existent en France

notamment sur les côtes de la Manche et de l’Atlantique. Ces STEP sont une solution au

problème de stockage de l’électricité et bien d’autres STEP sont en construction dans le

monde.

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Conclusion :

Ainsi, l’île d’El Hierro est parvenue à son autosuffisance en eau grâce à des procédés

tant ancestraux que modernes. Elle est aussi devenue partiellement indépendante en

électricité grâce aux énergies renouvelables. Ce projet, malgré un coût élevé, a énormément

de points positifs et est peut être le premier pas vers un monde durable et constitue pour des

cas particuliers un modèle qui peut être reproductible. Espérons maintenant que dans les

années qui suivent, la centrale fournisse 100% d’énergie renouvelable.

Notre groupe de TPE participe au projet Planète en Commun, projet auquel est affilié

le lycée Jean Monnet et nous partirons normalement sur l’île aux vacances de la Toussaint

2018 afin de découvrir de plus près toutes les caractéristiques de cette île.

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Remerciements :

Nous adressons nos plus sincères remerciements à :

Madame Dominique CHIRPAZ, professeure de S.V.T au lycée Jean Monnet, pour

nous avoir suivis et guidés au travers de ce TPE et nous avoir accompagnés aux

serres de l’IRD.

Monsieur Mathieu MISCHLER, professeur de S.P.C au lycée Jean Monnet, pour nous

avoir suivis et guidés au travers de ce TPE.

Monsieur Alain GIODA, hydrologue et historien du climat dans l’UMR HydroSciences

de l’IRD à Montpellier et acteur important pour El Hierro, pour nous avoir aidés et

rencontrés à plusieurs reprises.

Le technicien responsable des serres à l’IRD de Montpellier.

Monsieur Arnaud BOUILLON, chef d’entreprise de Bouillon Innovations, pour nous

avoir envoyé gratuitement 3 m² de filet de type maille Raschel.

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Sources :

Manuels scolaires :

Manuel d’SVT 1ère S, Edition Belin, programme 2011

Manuel d’SPC 1ère S, Edition Hachette Education, programme 2011

Vidéos YouTube :

https://www.youtube.com/watch?v=976kdPa0r_M

https://www.youtube.com/watch?v=50apC447Z3I

https://www.youtube.com/watch?v=eG4Q4kXal_U

Sites WEB :

http://journals.openedition.org/vertigo/15595

https://fr.wikipedia.org/wiki/Osmose_inverse

https://demanda.ree.es/visionaCan/VisionaHierro.html#

https://www.les-energies-renouvelables.eu/conseils/eolienne/principe-fonctionnement-eolienne/

http://www.canariashappycard.com/fr/el-hierro.html

http://www.parc-eolien-mont-des-quatre-faux.fr/lenergie-eolienne/comment-ca-marche/

http://www.meteofrance.fr/publications/glossaire/149333-alize

http://www.wikiwater.fr/e5-la-recuperation-d-eau-par.html

https://blogs.futura-sciences.com/gioda/tag/attrape-brouillard/

http://horizon.documentation.ird.fr/exl-doc/pleins_textes/pleins_textes_6/b_fdi_33-34/39474.pdf

https://www.futura-sciences.com/planete/actualites/energie-renouvelable-100-energies-

renouvelables-2050-ce-serait-possible-139-pays-selon-etude-59333/

https://blogs.futura-sciences.com/gioda/2017/11/09/canaries-el-hierro-changement-climatique-poids-

chiffres/

https://blogs.mediapart.fr/edition/les-invites-de-mediapart/article/310712/el-hierro-lile-sans-petrole-

mais-dans-le-vent

https://www.notre-planete.info/actualites/3177-volcan_sous-marin_Canaries

https://fr.wikipedia.org/wiki/El_Hierro

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https://blogs.futura-sciences.com/gioda/2014/05/16/el-hierro-leruption-marine-du-volcan-e-villalba-

moreno/

https://www.techniques-ingenieur.fr/actualite/articles/el-hierro-un-phare-de-lenergie-pour-les-iles-

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http://culturesciences.chimie.ens.fr/le-dessalement-de-leau-de-mer-et-des-eaux-

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https://occitanie.ird.fr/toute-l-actualite/l-actualite/club-jeunes-el-hierro-journal-de-bord/mardi-3-mai-

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https://www.slideshare.net/GiodaAlain/arbres-fontaines-del-hierro-el-hierro

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