Quand la mer produit de l'nergie

Le Livret de lanimateur

SommaireIntroduction p.4

1 Lnergie p.5Quest-ce que lnergie ? p.5

Lnergie nuclaire p.9

Quand utilisez-vous de lnergie ? p.10

2Un petit dtour par lnergie lectrique p.12Vivre sans lectricit, cest impossible ?... p.12

Quelques dfinitions et ordres de grandeur p.14

Quels sont les diffrents types dnergies p.19et de sources nergtiques en milieu marin ?

mergie Le jeu p.29Matriel p.30

Prsentation p.31

Le but du jeu p.32

Le droulement du jeu p.33

Conseil scientifique et pdagogique p.37

p.3

IntroductionLa mer est un milieu fluide riche en flux nergtiques.

Cette nergie se manifeste par des phnomnes naturels dont la puissance a toujours fascin toujours les hommes. Ds lAntiquit, ils ont su utiliser les vents et les courants pour mouvoir leurs navires, et le flux des mares pour actionner leurs moulins. Au dbut de lre industrielle, ils ont conu des machines utilisant lnergie mcanique des vagues et la chaleur des eaux de locan pour servir leur industrie. Labondance relative et le faible cot, en termes financiers, de lnergie produite par la combustion du charbon, puis du ptrole et du gaz, nen a pas permis le dveloppement. Aujourdhui, avec le constat de linadaptation de nos modes de production dits traditionnels aux exigences du dveloppement durable, ces nergies marines renouvelables suscitent un regain dintrt et un consensus international semble tabli selon lequel elles pourraient contribuer satisfaire nos besoins en nergie primaire...

p.4

Il semble utile avant daborder la thmatique des nergies marines de revenir sur quelques connaissances pralables sur lnergie en gnral.

En fonction de lge du public et du temps disponible, il peut tre intressant (pendant ou aprs une partie du jeu de rle, voire indpendamment...) de sappuyer sur les questions du jeu pour ventuellement aller un peu loin...

1 LnergieCest quoI ?

Il est important de raliser que, dans la physique daujourdhui, nous navons aucune connaissance de ce que lnergie est.

R.P. FEYNMAN, Prix Nobel de Physique, 1965.

Lanimateur peut laisser le public rflchir et changer autour de la question ouverte suivante :

Quest-ce que lnergie ?

Il est possible dnoncer ou pas les 3 propositions.

Pour les plus grands, il peut tre intressant dindiquer qutymologiquement nergie vient du grec energeia qui signifie force en action et essayer daller plus loin en fonction des connaissances de chacun...

Pour le commun des mortels

Lnergie cest la capacit de faire un travail, cest dire dagir.

Pour Mme la Merhgrande, professeur de physique

Mme si on ne peut pas dfinir lnergie dune faon compltement satisfaisante, on peut la qualifier de mesure du changement physique dans un systme (la force tant lagent de ce changement).

Lnergie existe sous de nombreuses formes ( lectrique, chimique, thermique, cintique...) et possde la proprit den changer sans se perdre... (ce principe de conservation de lnergie nest malheureusement pas rellement vrifiable laide dune exprience simple).

p.5

Pour le professeur Mercibokou, conomiste

On appelle nergie une ressource nergtique naturelle ou son produit (lectricit), lorsquils sont consomms par les socits humaines pour divers usages industriels et domestiques (transport, chauffage...).

A savoir

LONU a dclar 2012 comme tant lanne internationale de lnergie durable pour tous, afin de sensibiliser les tats limportance damliorer laccs durable lnergie, lefficience nergtique et lnergie renouvelable au niveau local, rgional et international.

Pour plus dinformations : http://www.un.org/fr/events/sustainableenergyforall/index.shtml

Des Activits DintroDuction ( partir du cycle 3)Quelles formes dnergie connaissez-vous ?

Lobjectif est damener diffrencier les diffrentes sources dnergie (gaz, vent, charbon, ptrole, eau, uranium, soleil, bois...) et les diffrentes formes sous lesquelles elle nous apparat.

Il sagit damener les participants diffrencier les nergies renouvelables, les formes dnergie dont la source se reconstitue la mme vitesse quelle est consomme, de celles qui ne le sont pas.

Lanimateur peut engager la discussion avec le groupe en posant quelques questions du type :

- A quoi sert lnergie ? - Connaissez-vous des sources dnergie ?- Si oui, sous quelles formes ?

p.6

n.B. Il est galement possible dutiliser le jeu Que dnergie de la malle pdagogique un degr de plus : nergie rayonnante/ solaire (lhomme qui oriente sa montre vers le soleil); nergie chimique (lhomme qui salimente dans le caf, les vgtaux...); nergie thermique (le barbecue dans le jardin (combustion de bois et de charbon, la voiture et son pot dchappement montrant la combustion dun carburant dans un moteur explosion); nergie mcanique (les mouvements des tres humains et les dplacement des automobiles); nergie lectrique (les appareils domestiques, lclairage public); olienne (le cerf-volant, le chapeau qui senvole, le bateau sur le plan deau), hydraulique. Sur le dessin, Il manque le nuclaire... (cf. encadr plus loin)

Do a vient ? (= sources dnergie)

A quoi a sert ? (= utilisations)

Propositions dactivits

I Lanimateur peut faciliter la prise de parole en prsentant un dessin de paysage comprenant plusieurs sources dnergie ou en distribuant des photos reprsentant quelques lments simples :http://pedagogie.ac-toulouse.fr/lotec/Sciences/Ressources/RessourcesFormation/DOCStagesC3/Energie/energieAR1.pdf

http://pedagogie.ac-toulouse.fr/lotec/Sciences/Ressources/RessourcesFormation/DOCStagesC3/Energie/EnergieAR2.pdf

http://pedagogie.ac-toulouse.fr/lotec/Sciences/Ressources/RessourcesFormation/DOCStagesC3/Energie/EnergieAR3.pdf

La premire ide simple faire merger est que lnergie, a sert faire quelque chose.

Les diffrentes sources dnergie cites par les personnes peuvent tre regroupes dans un tableau deux colonnes :

p.7

II Un petit travail de recherche documentaire peut tre propos en petits groupes, chacun ayant la charge dune source dnergie. Chaque groupe rend ensuite compte de ses recherches (laffiche nest pas le seul moyen de rendre compte) et met disposition les renseignements trouvs.

Pour aller plus loin avec des collgiens :Les diffrentes sources dnergie ne sont en fait que des systmes de transformation qui permettent de rendre utilisable, sous une certaine forme, une certaine quantit dnergie emmagasine dans un lment donn. Les ractions lmentaires mises en jeu dans ces transformations sont de trois types : chimiques, nuclaires et gravitationnelles.

Quelques types dnergie facilement identifiables par les plus jeunes

Lnergie musculaire Les aliments que nous mangeons aident nos muscles pousser, tirer, soulever, lancer... Des engins, comme le vlo, permettent dutiliser lnergie musculaire pour nos dplacements.

Lnergie lectrique Llectricit qui saccumule dans les nuages orageux dclenche la foudre : une dcharge lectrique qui part du bas du nuage et touche les objets pointus au sol (arbres, clochers).

Lnergie solaire et le nuclaire Le Soleil est un immense four qui brle de lhydrogne depuis 5 milliards dannes. Quand les atomes dhydrogne fusionnent, des atomes plus lourds se forment en librant beaucoup dnergie, cest--dire de la chaleur et de la lumire.

Lnergie olienne La diffrence entre air chaud et air froid entrane un dsquilibre : lair chaud, lger, monte et lair froid, plus lourd, descend. Cela cre du vent qui gonfle les voiles des bateaux, fait tourner les ailes des moulins ou des oliennes.

Lnergie thermique Un feu cr par de la foudre sur des matriaux combustibles (par exemple, le bois des arbres) produit beaucoup de chaleur.

p.8

Lnergie nuclaireLa fusion nuclaire est une raction o deux noyaux atomiques sassemblent pour former un noyau plus lourd. Ce phnomne dgage une norme quantit dnergie, et nest possible qu des tempratures trs leves.Les applications de lnergie nuclaire sont dune certaine manire restreintes. Il sagit essentiellement de la production dlectricit (centrales nuclaires), de la propulsion navale, de larmement militaire mais aussi de la production disotopes radioactifs (utiliss dans lindustrie et en mdecine). Notons au passage que les deux plus grands parcs nuclaires sont ceux des tats-Unis et de la France.Plus que nous attarder sur lhistoire rcente de lnergie nuclaire (dcouverte de la fission du noyau atomique en 1939), nous prfrons aborder pourquoi lutilisation de cette nergie est si controverse. On peut notamment citer le spectre dun possible accident ou dun acte terroriste sur un racteur nuclaire, le risque de la prolifration des dchets (La Hague est lun des rares sites de traitement europens) ainsi que le cot de la production de cette nergie. Ces remarques sont l pour vous permettre damorcer un dbat avec votre public. Sachez aussi que les ressources naturelles encore disponibles pour le nuclaire sont approximativement gales celles du ptrole ou du gaz naturel ( savoir, 60 80 ans).

p.9

Quand utilisez-vous de lnergie ?

Propositions dactivits

Sur une priode donne (une journe ou une semaine), chaque fois que vous pensez utiliser de lnergie, inscrivez le dans un tableau (voir modle plus bas).

Prcisez galement sous quelle forme.

Que constatez-vous ?

Lobjectif est de faire prendre conscience que la ralisation des moindres actions quotidiennes ncessite de lnergie, que lnergie est ncessaire toute entreprise humaine.Exemple de tableau :

Lnergie permet aux tres vivants de crotre, de respirer, de se mouvoir et de se reproduire...

Il est possible ensuite de rflchir aux transformations que subit lnergie au cours de diverses utilisations par exemple :

- nergie lectrique >>> lampe >>> lumire et chaleur - nergie chimique >>> moteur dautomobile >>> nergie mcanique et chaleur

Un niveau supplmentaire permet denchaner plusieurs transformations. Il est important de faire noter la dperdition de lnergie utile sous forme de chaleur toutes les tapes de la chaine (par exemple 95% de lnergie lectrique est convertie en chaleur dans une ampoule incandescence classique pour 5% en lumire)

Jour de la semaine

Lundi

(...)

Mon radio rveil sonne

Je me lve

Je fais chauffer du lait pour mon petit-djeuner

Mon pre me conduit lcole en voiture

nergie lectrique

nergie musculaire

nergie thermique

nergie chimique de lessence

Que se passe-t-il ? Forme de lnergie

p.10

Agir pour contribuer conomiser les sources en rduisant les consommations. Cette mise en place de valeurs est un objectif majeur de lEducation au Dveloppement Durable qui dpasse le cadre des sciences. Cependant, la connaissance scientifique sert de dclencheur partir dinformations objectives.

Cest un indicateur dvaluation point dans les grilles de rfrences pour lvaluation et la validation des comptences publies en janvier 2011.

http://www.eduscol.education.fr/cid53126/grilles-references.html

( pages 38 et 40 pour le palier 2)

De lnergie primaire lnergie utile

Pour que chacun dentre nous puisse utiliser lnergie que lon nomme primaire (charbon, le gaz naturel, le rayonnement solaire, le vent ), elle doit tre transforme en chaleur, lumire, lectricit dans nos prises La conversion dun type dnergie en un autre saccompagne toujours de pertes dnergie car une partie de lnergie transforme est dissipe dans la nature.

Par exemple, dans un moteur explosion classique, prs des 2/3 de lnergie est gaspille en chaleur.

Des chercheurs essayent en permanence de trouver des solutions pour limiter ces pertes dnergie et augmenter le rendement de chaque technologie.

Sil sagit de modifications techniques qui permettent de rduire la consommation pour un mme effet utile, on parle defficacit nergtique. Si la rduction de consommation provient de modifications de comportements, on parlera alors defficience nergtique.

p.11

2 Un petit dtour par lnergie lectrique

Vivre sans lectricit, cest impossible ?...

Sur notre plante, lAgence Internationale pour lnergie estimait, fin 2010, quune personne sur cinq navait pas accs llectricit...

Manipulation : llectrolyte

il te faut : 1 voltmtre1 pot dhuile 1 pot de vinaigre 1 pot deau 1 citron 1 pomme de terre (ou une pomme verte) 1 lame en cuivre 1 lame en zinc

Question :

Si tu tiens la lame de cuivre dans une main et la lame de zinc dans lautre, arrives-tu mesurer une tension aux bornes des deux lames, avec le voltmtre ?Et si tu poses les deux lames sur la table, arrives-tu dtecter de llectricit ?Mesure de la tension des lames.Tu lis une valeur quand tu tiens les lames dans tes mains ! La combinaison lame de cuivre, corps humain et lame de zinc constitue donc une pile qui fabrique de llectricit !Avec le matriel ta disposition, peux-tu fabriquer dautres piles que la pile humaine ?Attention ce que les deux lames ne se touchent pas !Mesure la tension sur le voltmtre et compare tes rsultats.

Tension affichepar le voltmtre

Corps humain Huile Vinaigre Eau Pomme de tere Citron

explications :

Quand tu plantes les lames en mtal dans les diffrentes substances, tu arrives parfois lire une valeur, diffrente dune substance une autre. Le citron ou le vinaigre sont acides et sont ce quon appelle de bons lectrolytes : ils permettent des changes ioniques entre les deux mtaux, cest dire des ractions chimiques qui produisent de llectricit.

La pomme de terre ou leau sale, qui sont des composs base de sels, sont galement des lectrolytes.

Manipulation : les lectrodes, couple de mtaux

il te faut : 1 citron2 lames de zinc 2 lames de fer 2 lames de cuivre 2 lames daluminium 1 voltmtre

Question :

La nature des mtaux que tu trempes dans llectrolyte est-elle importante ?

Pour rpondre cette question, essaye, grce au matriel que tu as ta disposition, de trouver toutes les combinaisons possibles de mtaux pour fabriquer une pile. Mesure la tension sur le voltmtre et compare tes rsultats.Quelle est la meilleure combinaison ?

La tension est trs faible voire nulle quand on essaye de fabriquer une pile au citron avec deux lames de cuivre.On remarque le mme rsultat avec une pomme de terre.

Fer

Fer

Cuivre

Cuivre

Zinc

Zinc

Aluminium

Aluminium

p.13

explication :

La meilleure combinaison est celle o tu utilises la lame de cuivre et la lame de zinc. Pour pouvoir fabriquer une pile, il est ncessaire dutiliser deux mtaux diffrents. En effet, ils possdent des potentiels doxydorduction diffrents, ce qui permet ainsi des changes ioniques, chimiques entre les deux, travers llectrolyte.

Les expriences autour du thme de llectricit :

- Le cot du matriel : un voltmtre ou multimtre et surtout des lames mtalliques... Il peut tre envisageable de remplacer les lames par des objets du quotidien. Pices de 5 centimes deuro (acier cuivr), vis, canette (aluminium)

- Lanimateur peut trs rapidement glisser du thme de lnergie vers celui de llectricit...

Quelques dfinitions et ordres de grandeur

Pour mmoire, la puissance lectrique dun appareil est exprime en Watt (W).

La puissance reprsente la quantit maximale dlectricit que peut produire ou consommer instantanment une installation.

Lunit la plus souvent utilise lorsque lon parle de production dnergie est le MW, cest--dire 1000 kW, ou 1 million de W.

Les ordres de grandeur des installations de production dnergie sont les suivants :

- un prototype dhydrolienne : 0,5 1 MW- une olienne offshore rcente : 5 MW- lusine marmotrice de la Rance : 240 MW- un racteur nuclaire de Flamanville : 1 300 MW

Lnergie lectrique reprsente la quantit dlectricit que produit ou consomme une installation pendant une dure prcise, exprime en heures.

Lnergie est ainsi exprime en Wattheure (Wh et non W/h). Ainsi, une olienne de 5 MW fonctionnant pleine puissance pendant 3000 heures produit une nergie de 5x3000 = 15 000 MWh = 15 GWh.

Llectricit ou le jeu de chaises musicales

Beaucoup dinterrogations des jeunes risquent de porter sur llectricit. Cest effectivement une forme dnergie assez mystrieuse : on appuie sur un interrupteur, et, instantanment, la lampe sclaire ! Il nest cependant pas trs facile, pour des lves dcole primaire, dexpliquer les processus microscopiques lorigine de llectricit. Il est possible par contre de leur faire comprendre, par une analogie ludique, le principe de fonctionnement : cest le jeu de chaises musicales !

Avant darriver ce jeu, il peut tre utile de rappeler quelques notions sur la structure lmentaire de la matire.

Quelques mots sur la matire

La donne brute de la taille dun atome, 10-10m soit un dix milliardime de mtre, nest pas trs significative pour beaucoup de monde. Une manire simple de visualiser la brique lmentaire de la matire, latome, est de demander aux lves ce qui arrive lorsque lon coupe une feuille de papier en deux, puis un des deux morceaux en deux, ... et ainsi de suite.

Cela implique tout de suite quil faudra rapidement prendre un autre outil que la paire de ciseaux pour couper le morceau de papier, et une loupe pour y voir

Les ordres de grandeur des installations de production dnergies sont les suivants :

- un prototype dhydrolienne de 1 MW : 3 Gwh- une olienne offshore de 5 MW : 16 Gwh- lusine marmotrice de la Rance de 240 MW : 550 Gwh- un racteur nuclaire de Flamanville : 9 600 GWh

A titre de comparaison, la consommation lectrique annuelle de la Bretagne tait de 19,6 TWh en 2007, et celle de la France 450 TWh, soit respectivement 19 600 et 450 000 GWh.

1 TWh = 1 000 GWh = 1 000 000 MWh = 1 000 000 000 kWh = 1 000 000 000 000 Wh

Source : Schma rgional olien, Rgion Bretagne, 2006

p.15

quelque chose, puis un microscope de plus en plus puissant, et des outils de plus en plus minutieux. Au bout de 26 coupures de ciseaux , nous arriverons, partir dun bout de papier de 1 cm de long, la taille de latome !

Cet atome est compos de deux parties:

un noyau central form dun assemblage de billes lmentaires, les protons et neutrons.

Autour de ce noyau, un certain nombre de particules identiques, appeles lectrons (avec autant dlectrons quil y a de protons dans le noyau), et qui, en premire approximation, tournent, la vitesse de la lumire (300.000 km/s) autour du noyau, comme la lune tourne autour de la terre.

Classification des lments

Mendlev, un scientifique russe du XIXme sicle a tabli une classification des lments. Elle fait linventaire de tous les lments qui existent dans la nature, ou de faon artificielle. Tous ces lments sont forms partir des mmes briques lmentaires: les protons, neutrons et lectrons, mais en nombre diffrent. La classification de Mendlev permet de connatre le nombre de protons (et donc dlectrons) et de neutrons de chaque lment.

Llment le plus simple est lhydrogne (symbole H): il est form dun noyau constitu dun seul proton, avec un lectron en orbite autour de lui. Loxygne, (symbole O), comprend 8 protons, 8 neutrons et 8 lectrons. Latome dUranium quant lui comporte 92 protons, 146 neutrons et donc aussi 92 lectrons.

Certains lments portent le nom du pays dans lequel ils ont t dcouverts (Francium, Amricium), ou de la personne qui la dcouvert (Curium, Einsteinium)

Le cuivre, qui forme les fils lectriques, est un atome compos de 29 protons, 34 neutrons et donc de 29 lectrons.

Le jeu de chaises musicales : une tentative dexplication par analogie de l lectricit dans un circuit

Tout le monde connat le jeu de chaises musicales. Il ncessite :

un certain nombre de chaises, ranges les unes la suite des autres de faon former une boucle. des participants en nombre juste gal, moins un, au nombre de chaises une musique plus ou moins entranante.

p.16

Lorsque la musique dmarre, les participants courent le long des chaises. Ils sassoient lorsque la musique sarrte. Un participant reste alors debout.

Mais quel est donc le rapport avec llectricit dans un circuit ?

Prenons une pile et branchons un fil lectrique continu, qui passe dune extrmit de la pile lautre. Le courant passe, comme peut en tmoigner une ampoule (qui sallume) si on la branche en srie sur le circuit.

Le fil lectrique est compos en gnral datomes de cuivre, rangs dans un assemblage rgulier. Compte tenu de la proximit de chaque atome lun de lautre, et de lorganisation particulire de ces atomes les uns par rapport aux autres, certains lectrons de chaque atome ne vont plus tourner autour de leurs atomes dorigine, mais se balader datomes en atomes. On dit alors quils sont dlocaliss.

Que se passe-t-il donc lorsque lon branche la pile ? Les ractions chimiques qui se produisent dans la pile vont alors rcuprer les lectrons dlocaliss du fil de cuivre, les uns aprs les autres, la borne + de la pile, et en renvoyer dautres dans lautre extrmit du fil, la borne -. Dans le fil, les lectrons se comportent alors comme les participants du jeu de chaises musicales: ils vont datomes en atomes, comme les participants vont de chaises en chaises. Et le top de dpart est donn par la pile, qui joue ici le rle de la musique pour entraner tout le monde !

Nous pouvons en fait pousser cette analogie bien plus loin :

Si les chaises sont trop confortables (de vrais fauteuils ! ), les participants vont rester avachis dans leur chaise : le courant ne passe plus ! Cest en particulier le cas lorsque les lectrons sont trop lis au noyau de leur atome dorigine. Ils ne peuvent plus circuler : on dit alors que le matriau est isolant.

De mme si la musique nest pas assez entranante, les participants vont prfrer rester assis dans leur chaise, et ce dautant plus facilement que la chaise est confortable: selon le matriau, si la tension de la pile nest pas assez forte, le matriau peut rester isolant. Par contre, un matriau isolant pour une tension faible, peut devenir conducteur si lon augmente fortement la tension. Lorsque la musique devient de plus en plus entranante, les participants vont se mettre circuler, mme si les chaises sont confortables.

Il est clair que le jeu de chaises musicales ne peut fonctionner que si les chaises sont places rgulirement les unes par rapport aux autres, en distance et en orientation. Avec des chaises places nimporte comment, les participants auront vite fait de se casser la figure, et le jeu sarrtera. De mme, si lassemblage des

p.17

atomes dans le matriau ne suit pas des rgles prcises, alors le matriau sera isolant. Cest en particulier le cas pour les matires plastiques.

Le mouvement des lectrons dans le mtal cre de la chaleur, car il y a dissipation dnergie par chocs. Quand il y a trop de frottements, le mtal fond car les empilements de cuivre sont dstabiliss. De la mme manire, les participants perdent de lnergie chaque fois quils se cognent dans les chaises (ou tout autre obstacle prsent comme des tables,...).

Que se passe-t-il dans une ampoule lectrique ? Le filament des ampoules est en tungstne. Celui-ci, parcouru par un courant, schauffe. A haute temprature, cet chauffement produit un rayonnement visible : lampoule brille. Simultanment, la chaleur jecte peu peu les atomes de tungstne du filament (agitation thermique: le fil svapore!) si bien quau bout dun moment, il cassera. De la mme manire, force de se casser la figure sur des chaises, la continuit de la chane va tre brise, et le jeu sarrtera.

p.18

Fonctionnement technique ou scientifiqueQuels sont les diffrents types dnergies et de sources nergtiques en milieu marin ?

Plusieurs technologies permettant dutiliser la mer comme une source dnergie existent mais nen sont pas au mme stade de dveloppement.

Lnergie olienne issue des vents.

Les oliennes offshore, implantes au large des ctes, permettent dexploiter des vents marins plus soutenus et plus rguliers qu terre. Ce sont aujourdhui des oliennes drives des oliennes terrestres et adaptes au milieu marin. Il est probable que des ruptures technologiques conduiront dvelopper des oliennes spcifiques au milieu marin.

Propositions dactvits :

Fabrication dune mini-olienne (voir affiche)

ralisation dune hlice :http://www.bergerie-nationale.educagri.fr/site_FP/telechargement/Extraitjournaux/atelier/ATJ9.PDF

Lnergie des mares.

Les moulins mare autrefois, les trs rares usines marmotrices aujourdhui, exploitent lnergie potentielle de la mare, cest--dire lnergie lie la diffrence de niveau entre deux masses deau et aux courants induits. Les impacts de telles installations la cte conduisent imaginer des lagons artificiels offshore fonctionnant sur le mme principe.

exemple :

lusine marmotrice de la Rance a une production de 500 GWh/an pour une puissance installe de 240 MW1 soit, selon EDF, 4 % de llectricit consomme en Bretagne ou lquivalent de la consommation dune ville comme Rennes2.

Lnergie hydrolienne issue des courants.

A limage des oliennes pour le vent, les hydroliennes exploitent lnergie des courants de mare. La densit de leau est un facteur important prendre en compte pour apprhender le dimensionnement des machines. Ainsi, pour une puissance installe quivalente, une hydrolienne est beaucoup plus petite quune olienne.

1 : http://www-fusion-magnetique.cea.fr/energies/energie02.htm2 : http://jeunes.edf.com/article/Les-energies-marines-en-France,197 p.19

Exemples :

Marnergie Sabella : projet franais dhydrolienne turbine axe horizontal de 10 mtres de diamtre devant terme produire environ 200kW par unit et 1 MW pour 5 units assembles1. Ce projet se trouve aujourdhui en phase dessai pr-industriel ;

Clean Current Mark 3 : projet canadien de turbine effet Venturi cest--dire utilisant lacclration dun fluide dans une conduite dont le diamtre se rtrcit. Chaque dispositif, dont les lames mesurent 17 mtres de diamtre, peut produire 950 kW dans un courant de 3 m/s et 2,2 MW dans un courant de 4,1 m/s2. Ce projet a aujourdhui atteint le stade de dveloppement industriel;

Le futur parc olien de Paimpol-BrhatUne animation (Open Hydro) : http://www.youtube.com/watch?v=LyamCR6Alv8Un court reportage : http://www.bretagne.fr/internet/jcms/vgr_112317/Un+parc+hydrolien+au

+large+de+Paimpol?vid=1364093098001

Lnergie issue des vagues et de la houle (ou houlomotrice).

Les vagues cres par le vent la surface des mers et des ocans transportent de lnergie cintique. Lorsquelles arrivent sur un obstacle flottant ou ctier elles cdent une partie de cette nergie qui peut tre transforme en courant lectrique. Il existe galement une trs grande diversit de concepts pour exploiter lnergie des vagues : la plupart exploitent londulation des vagues en pleine mer et dautres, la cte, le dferlement des vagues.

Exemples:

Pelamis : projet cossais dun flotteur de type attnuateur produisant 750 kW par unit. Il consiste en un ensemble de segments cylindriques linaires articuls (longueur totale de 150 m pour une largeur de 4,7 m), demi immergs et lis par des joints. Le mouvement des joints gnr par les vagues en mouvement utilise un fluide hydraulique qui fait fonctionner un moteur. Ce projet se trouve aujourdhui au stade industriel et un premier

1 : http://www.sabella.fr/fiche.php?id=114&lg=fr2 : http://energiesdelamer.blogspot.com/2010/06/alstom-hydro-clean-current-la-saga-dune.html

p.20

parc de trois machines a t install au large du Portugal1;

Ceto : projet australien de boues immerges produisant de llectricit et de leau douce par transfert deau de mer sous pression.2

Lnergie thermique issue de la chaleur des ocans.

Ce procd vise exploiter la diffrence de temprature entre le fond et la surface de locan afin de produire de llectricit. Par exemple, dans les zones tropicales, la temprature peut passer denviron 20 C. en surface environ 5 C. au dessous de 1 000 mtres de profondeur. Sont utiliss pour cela des gnrateurs thermolectriques, convertisseurs dnergie transformant directement lnergie thermique en nergie lectrique par effet Seebeck (utilisation de la diffrence de potentiel). Ce procd permet galement de produire de leau douce ou du froid pour la climatisation par grande profondeur. Les ocans sont la fois un vaste capteur et un immense rservoir dnergie solaire. Par ailleurs,le gisement deau temprature stable des ctes mtropolitaines peut permettre denvisager des installations de type pompe chaleur .

Exemple:

projet dusine OTEC ( Ocean thermal energy conversion ) par Lockheed Martin Hawaii. Le projet est valu 8 millions de dollars et la phase dvaluation de faisabilit de linstallation a dj commenc.

Lnergie de la biomasse.

Les macroalgues peuvent tre utilises pour produire du biothanol ou du mthane. Les recherches portent aujourdhui plus particulirement sur les microalgues, dont la richesse en lipides permet de produire des algocarburants avec des rendements trs suprieurs ceux des plantes terrestres.

1 : http://www.pelamiswave.com/2 : http://www.carnegiewave.com/

Le saviez-vous ?

Selon EDF, la filire houlomotrice serait en mesure de produire 10 15 GW elle seule en France ( soit lquivalent de 10 racteurs nuclaires).

p.21

Lnergie osmotique issue de la salinit.

La diffrence de salinit entre leau de mer et leau douce gnre une diffrence de pression que lon peut exploiter et transformer en lectricit. Si un compartiment deau de mer et un compartiment deau douce sont mis en contact travers une membrane semi-permable, leau va naturellement franchir cette membrane vers le compartiment deau sale, y crant une surpression. Le dbit deau alimente alors une gnratrice lectrique.

Exemple :

la socit norvgienne Statkraft a ouvert en 2009 la premire centrale nergtique osmotique. Elle contient 5 millions de mtre de membranes disposes en spirales(7).

A noter quil est galement possible de produire de lnergie grce au gradient de salinit en utilisant des procds dlectrodialyse inverse, une mthode encore au stade de la recherche aux Pays-Bas.

exprience page 34 du livret

2 MW cest la capacit installe du parc hydrolien de Paimpol-Brhat.

10 000 TWh cest le potentiel de lnergie thermique des mers par an au niveau mondial.

400 800 TWh cest le potentiel de lnergie hydrolienne par an au niveau mondial.

2 000 8 000 TWh cest le potentiel de lnergie houlomotrice par an au niveau mondial.

1 700 TWh cest le potentiel de lnergie osmotique par an au niveau mondial.

400 TWh cest le potentiel de lnergie marmotrice par an au niveau mondial.

5 14 TWh cest le potentiel de lnergie hydrolienne par an en France mtropolitaine.

40 TWh cest le potentiel de lnergie houlomotrice par an en France mtropolitaine.

p.22

enjeux par rapport lnergie

Enjeux conomiques et technologiques

incertitude sur les enjeux conomiques et industriels

Le march des nergies marines se trouve encore un stade prcoce. Il est trop tt pour dfinir les technologies et les rendements industriels de rfrence. De plus, les cots exprimentaux sont importants. Enfin, les rseaux lectriques ne sont pas toujours adapts lacheminement dnergie marine, et leur amnagement peut prendre une dizaine dannes.

incertitude sur les dveloppements technologiques

Le milieu marin est particulirement exigeant et agressif (corrosion due au sel, forces des courants et des temptes, organismes encrotants ). Il est donc ncessaire dinvestir dans la recherche et dveloppement afin damliorer les technologies existantes et dvaluer la faisabilit de certains projets sur le moyen-long terme.

Enjeux socitaux

incertitude sur la gestion des contraintes maritimes et ctires

Exploiter des nergies marines dans une zone ctire dj densment utilise soulve des conflits dutilisation. Les pcheurs protestent par exemple contre les installations hydroliennes ou houlomotrices qui peuvent empcher la pche au chalut.

incertitude sur le cadre lgal dans la plupart des pays

La clarification de la rglementation au niveau national est indispensable. Il faut tablir des normes claires dutilisation des espaces maritimes ainsi que de tarification de llectricit produite par ces installations. Ces barrires lgales constituent aujourdhui un frein au dveloppement de nouveaux projets.

Enjeux environnementaux

incertitude sur limpact cologique des installations

Ce sont notamment les consquences environnementales sur la faune et la flore sous-marines qui doivent tre tudies. Il faut galement considrer la pollution auditive ou visuelle que peuvent engendrer ces procds.

p.23

Acteurs majeurs

Nombre de projets en dveloppement en 2006 par type et par pays (daprs source AIE)

Une tude mene pour le compte de lAgence internationale de lnergie (IEA) la fin de lanne 2006 faisait tat de 81 concepts en dveloppement (hors olien) : 53 concepts pour la rcupration de lnergie des vagues, 25 pour les courants, deux pour la salinit et un pour lnergie thermique des mers.

p.24

Les acteurs du secteur des nergies marines sont principalement des entreprises de taille moyenne paules par des collectivits locales et/ou des subventions et appels doffre publics nationaux. Certains grands groupes du secteur nergtique qui cherchent tendre leurs activits passent galement des partenariats avec des entreprises du secteur des nergies marines. A titre dexemple, on peut mentionner le partenariat entre EDF et la socit irlandaise OpenHydro visant construire un parc hydrolien pilote.

Les Etats et les collectivits territoriales supportent de plus en plus activement les projets dnergies marines dans le monde. La Grande-Bretagne a plusieurs longueurs davance dans ce domaine. Plus de 200 M ont t engags par lEtat britannique dans le secteur entre 1999 et 2008(9). Le Portugal et les pays scandinaves sont galement trs actifs tout comme les tats-Unis et la Chine qui cherchent des moyens de rpondre leurs besoins nergtiques considrables.

units de mesure et chiffres cls

Cot au kilowatt des nergies hydrolienne et houlomotrice

En France, une tude de la DGEC estime que le cot de production en 2015 dune centrale exploitant lnergie des vagues ou des courants serait de lordre de 7,8 c/kWh pour 3 000 h de fonctionnement en quivalent pleine puissance, et de 5,9 c/kWh pour 4 000 h(10).

A titre de comparaison, selon le Global Wind Energy Council, la fourchette des cots de production pour lnergie olienne pourrait atteindre 3 6 c/kWh en 2020.

Zone de prsence ou dapplication

Les sites potentiels sont particulirement restreints pour les nergies marmotrices et hydroliennes. Cest pourquoi les technologies houlomotrices, thermiques et osmotiques semblent plus adaptes une utilisation dans des pays ne disposant pas de courants forts ou de grandes zones de marnage. Lnergie marine permettra notamment dalimenter en nergie des les ou territoires isols disposant dun potentiel intressant, comme la Runion.

p.25

une question bonus pour les animateurs :

Quelle fraction de nos besoins en nergie lexploitation des nergies marines pourrait-elle satisfaire de faon durable ?...

Ces rsultats montrent que lexploitation des nergies marines pourrait assurer une production annuelle de 120.000 TWh. Ceci est de lordre de grandeur de la consommation mondiale dnergie primaire.

Pour les hypothses et les dtails des calculs qui ont permis daboutir ces rsultats, vous pouvez consulter : http://www.clubdesargonautes.org/energie/potentiels.php

Les mergies : cest nouveau ?

Lide dexploiter lnergie de la mer nest pas nouvelle.

Ds le XIIe sicle, des moulins mare dont lexistence est avre sont construits sur les ctes europennes.

Au Moyen-ge, plus dune centaine de moulins mare parsemaient le littoral franais, et tout particulirement la Bretagne. Les moulins mare de la Vicomt sur Rance, de Brhat, dArz, de Trgastel, de Ploumanach ou du Golfe du Morbihan sont les tmoins de cet intrt pour lnergie de la mer, ensuite oubli, remis au got du jour avec la construction de la centrale marmotrice de la Rance, puis aujourdhui replac au cur du dbat sur les nergies renouvelables.

p.26

Certains moulins peuvent encore tre observs de nos jours en Bretagne: dans lestuaire de la Rance pour actionner des moulins grain (comme le moulin du Prat, dont le mcanisme a rcemment t restaur, situ sur le territoire de la commune de La Vicomt-sur-Rance), dans le golfe du Morbihan, notamment sur lle dArz et sur la commune dArzon (moulin mare de Pen Castel), sur lle de Brhat (moulin mare du Birlot), dans le Trgor (deux moulins sur la route qui relie Trgastel Ploumanach).

Mais les technologies ont bien volu depuis le Moyen-ge, et particulirement dans les dix dernires annes qui ont vu se multiplier les concepts.

Le potentiel nergtique marin est ensuite voqu par Jules Vernes en 1869 dans Vingt mille lieues sous les mers. Il parle alors de lEnergie Thermique des Mers (ETM). A partir de la fin du XIXe sicle des exprimentations dutilisation des vagues sont effectues San Francisco et Santa Cruz en Californie.

1966 : lvnement marquant en matire dnergie marine est louverture de lusine marmotrice de la Rance, en France, qui est la premire usine de ce genre au monde et ce jour la plus puissante.

Depuis la fin des annes 90 : avec le regain dintrt pour les nergies renouvelables, un grand nombre de projets de recherche sur lhydrolien et le houlomoteur sont lancs.

2008 : la premire hydrolienne commerciale est implante en Irlande du Nord (1,2 MW) et la premire ferme industrielle vagues, application du projet Pelamis, est ouverte prs des ctes portugaises.

p.27

2009 : une centrale osmotique pilote est ouverte en Norvge par lentreprise Statkraft. Lentreprise Canadienne Clean Current prsente, elle, ses trois modles dhydrolienne Mark 1, 2 et 3 capables de travailler aussi bien en eau profonde que dans les cours deau.

2011 : installation, lautomne, de la premire des quatre turbines du futur parc hydrolien qui devrait tre implant au large de Paimpol-Brhat fin 2012.

Futur : Les technologies marines les plus prometteuses - hydroliennes et houlomotrices - ne sont aujourdhui pas encore suffisamment avances pour tre installes grande chelle. Certains projets en phase pr-industrielle ou en cours de dmonstration sont toutefois trs prometteurs. Ces technologies devraient atteindre le seuil de maturit industrielle conomique vers 2015 ou 2020.

Dautres technologies (thermique et osmotique) sont trop coteuses et trop complexes technologiquement pour offrir une alternative viable aux nergies fossiles dans un futur proche.

Certains moulins peuvent encore tre observs de nos jours en Bretagne: dans lestuaire de la Rance pour actionner des moulins grain (comme le moulin du Prat, dont le mcanisme a t restaur rcemment).

sources principales :Des nergies marines en Bretagne: nous de jouer !, Conseil conomique et social de la rgion Bretagne, mars 2009.http://www.bretagne.fr/internet/jcms/preprod_35266/des-energies-marines-en-bretagne-a-nous-de-jouer-2009

Feuille de route sur les nergies renouvelables marines, ADEME, juin 2010. http://www2.ademe.fr/servlet/getDoc?sort=-1&cid=96&m=3&id=74563&ref=14228&nocache=yes&p1=111

p.28

mergie Le jeu

p.29

Matriel :

- Une carte/plateau de jeu avec des zones numrots - Des jetons de couleur

- Des oliennes et des hydroliennes placer - Des badges acteurs

- Des cartes questions, vnements, construction tirer

1

23

4

7

6

13 14 1512

8

5

0

910

11

09

Quand la mer produit de l'nergie

? = ! +Lnergi

e, cest... ?

1. Un tat

2. Une force

3. Une station de

radio

Rponse :

2. Une force

Si la rponse est bonne

Mon quipe gagne 1 point

p.30

Prsentation :

Lnergie nuclaire est potentiellement dangereuse et polluante, mais reste actuellement trs bon march pour le consommateur

Pour trouver des alternatives, il faut certes dvelopper de nouvelles technologies pour produire de lnergie dite propre , mais aussi et surtout prendre lhabitude de diminuer nos consommations dnergie.

Nous sommes ici en Bretagne, o il a t dcid dimplanter des oliennes flottantes et des hydroliennes, tant donn les caractristiques optimales de la rgion pour dvelopper des projets dnergies marines denvergure nationaux, voire internationaux !

Mais o les installer en mer ?

Notre plateau de jeu reprsente un territoire imaginaire mais aux caractristiques inspires du rel. Nous allons devoir y choisir une zone, selon diffrents critres :

- scientifiques (vitesse du vent, profondeur de la mer, force des courants),- culturels (patrimoine culturel et symbolique du lieu prendre en compte),- conomiques (les zones de pche, le tourisme), - cologiques (ne pas dgrader les habitats ni perturber le mode de vie de la

faune et de la flore locale), - sociales (les habitants de la ville) du lieu choisi.

p.31

But du jeu :

Il se joue de prfrence en quipes. Chaque quipe doit se surpasser pour faire mieux que les autres en gagnant le plus de points possibles, ce qui lui permettra datteindre un niveau dmergie, et lui fera gagner le livret pdagogique mergie.

Lobjectif est donc dobtenir le maximum de points afin datteindre le niveau 3.

Pour cela, il faut russir trouver les meilleures zones pour installer des oliennes flottantes et des hydroliennes, laide des cartes daide, puis, dans un deuxime temps, jouer au jeu Emergie pour affiner cette recherche en endossant le rle dun citoyen actif, dun spcialiste des nergies, de la vie marine, ou mme de lconomie...!

nB : les rgles du jeu sont volontairement trs simples afin de pouvoir tre facilement adaptes en fonction du public et du temps, souvent trs court, quil est susceptible de nous accorder.

p.32

Droulement du jeu :

Premire partie :

La premire partie consiste dterminer sur la carte quelles sont les zones qui correspondent le mieux aux critres scientifiques de construction dune olienne (beaucoup de vent et de profondeur et peu de courants) et dune hydrolienne (beaucoup de courants).

1. Placer la carte numro 1 devant les joueurs.

Poser les cartes aides ct, ainsi que les 2 fiches techniques, et distribuer un jeton de chaque couleur chacun des joueurs. Chaque couleur de jeton correspond un type de donne.

Bleus = la profondeur ; Blancs = un faible courant ; Roses = un courant fortJaunes = la houle ; Oranges = le vent

2. Chaque quipe lance le d tour de rle. Celle qui fait un 6 commence puis on tourne dans le sens des aiguilles dune montre.

3. - Au 1er tour, chaque quipe place son jeton noir sur la zone o elle pense que lon trouve le plus de vent en sappuyant sur la carte aide correspondante,

- Au 2me tour, chaque quipe place son jeton bleu sur la zone o elle pense que lon trouve les profondeurs les plus importantes,

- Au 3me tour, chaque quipe place son jeton vert sur la zone o elle pense quil y a le plus de courant,

- Au 4me tour, chaque quipe place son jeton blanc sur la zone o elle pense quil y a le moins de courant,

- Au 5me tour, chaque quipe place son jeton marron o elle pense quil y a le plus de houle.

4. Ensuite, on compare le positionnement des jetons avec les fiches techniques oliennes et hydroliennes.

O pensez-vous quil faille placer des oliennes flottantes et des hydroliennes dun point de vue strictement scientifique ?

Dans ces zones identifies, o est-ce que vous pensez quil serait meilleur march de poser des oliennes flottantes ? (et par rapport la position des consommateurs ?)

Aprs avoir noncer vos propositions et changer, vous pouvez lire les rponses !

p.33

Seconde partie :

La seconde partie du jeu nous amne placer les lments (oliennes, hydroliennes) en fonction de ces critres, mais aussi dautres critres, socio-conomiques. Elle nous amne galement rflchir sur nos consommations nergtiques. Lors de cette partie de jeu, les acteurs doivent chacun leur tour tirer une carte (poser une olienne, poser une hydrolienne ou trouver une solution pour conomiser lnergie +cartes questions + cartes vnements). Ils doivent rflchir tous ensemble la pose des machines + la solution + rpondre aux questions + lire les vnements.Chaque acteur amne une information permettant lquipe de gagner des points.

Les hydroliennes rencontrent comme les oliennes offshore une forte opposition des pcheurs qui craignent de casser leurs filets dans ces installations mtalliques. (En ralit seuls les gros chalutiers se verraient interdire lapproche des hydroliennes, les petits bateaux de pche disposant de ligne et de casier pourront accder ces zones devenues de vritables sanctuaires poisson).

Il faudra aussi tenir compte des militaires qui pourraient causer de gros dommages avec les sous-marins et des routes maritimes habituellement emprunte par la marine marchande.

10 acteurs, 10 lments placer, 10 actions trouver, 5 questions, 5 vnements

5. Placer ensuite la pioche devant les joueurs, puis chaque joueur pioche ou choisit une carte acteur.

6. Chacun lit ensuite sa carte acteur aux autres puis lance le d. Le premier qui fait un 6 commence en tirant une carte dans la pioche, et ainsi de suite dans le sens des aiguilles dune montre.

7. Lorsquil tire une question ou un vnement, il pose la question, la devinette ou le dfi aux autres membres de lquipe qui doivent rpondre correctement pour faire gagner des points leur quipe.

Chaque bonne rponse fait gagner 1 point lquipe.

Les cartes vnements permettent de faire gagner 1 point supplmentaire lquipe si elle rpond correctement une question ou russit un dfi.

A chaque solution trouve pour diminuer sa consommation dnergie, lquipe gagne 2 points,

p.34

Pour la pose des machines, les rponses seront donnes la fin, et rapporteront 1 point par machine correctement pose.

Attention, pour poser les machines, il faut prendre en compte plusieurs facteurs :la profondeur de la mer, le vent, les courants, la houle, et les informations apportes par chacun des acteurs !

8. On additionne ensuite les points, et on lit la feuille Quel est notre niveau dmergie ? puis on note les noms des quipes/participants, la date, le lieu, les points, sur un livre dor Que dmergie ! qui suivra lexpo.

p.35

solutions de la premire partie

Beaucoup de courant = Zone 4 et 12Beaucoup de vent = Zones 1, 5 , 10, 11, 13 et 14Beaucoup de profondeur = Zone 0, 2, 3, 4, 13, 14, 15Beaucoup de houle = Zones 4, 7, 15

solutions de la seconde partie

Solutions pour conomiser lnergie = teindre au maximum les lumires, ne pas laisser les appareils lectroniques en veille, ne pas laisser les moteurs en marche larrt (voiture, scooter), ne pas chauffer trop lhiver (prferer mettre un pull), avoir des appareils basse consommation (lctromnager, ampoules).

Pose des machines

Les hydroliennes doivent tres places en zones 13 et 14 (avec ngociations)Les oliennes doivent tre places en zones 3 + 0 et 4 (avec ngociations)

p.36

1

23

4

7

6

13 14 1512

8

5

0

910

11

09

Quand la mer produit de l'nergie

Les diffrents niveaux du jeu

conseiL scientiFiQue et PDAgogiQue

conception pdagogique : Cyrill Kermarrec (APDB.)

conception graphique : Joan Casanelle (LISAA) & Anthony Bossard (APDB)

remerciements : Didier Grosdemange et Anne-Laure Milhe, cabinet dtude IN VIVO ; Jean Franois DAVIAU, SABELLA SAS ;

Loc Antoine, IFREMER (Institut Franais de Recherche pour lExploration de la MER) de Brest ; Vincent Gunard, lADEME (Agence De lEnvironnement

et de la Maitrise de lEnergie) ; Christian Sacre, CSTB (Centre Scientifique et Technique du Btiment) ;

Directrice de publication : Haud Le Guen (APDB)

Quel est notre niveau dnergie ?

>22 points : vous tes les champions des mergies... maintenant que vous avez tout compris, parlez-en autour de vous !

de 12 22 points : vous tes sur la bonne voie pour devenir des champions des mergies, mais il va falloir encore fournir quelques petits efforts !

Merci nos partenaires

Sige social

13 bis boulevard du Portugal 35200 RENNES - 02 99 50 05 14

Association loi 1901, agre dducation populaire, association ducative complmentaire de lenseignement public, organisme de formation

professionnelle, entreprise solidaire, reconnue dintrt gnral.