Contraintes

II.4.2.1. Contraintes liées d’essais du prototype final

Le principal problème était de trouver un site adéquat pour réaliser les essaies. Il était prévu à l’origine que le prototype complet soit placé dans une rivière ou un canal à débit constant pour les tests en fonctionnement. Plusieurs sites ont retenu l’attention à proximité de Québec pour des raisons de coût et de logistique. Le choix de l’emplacement est délicat car il faut prendre en compte les caractéristiques topographique et hydrographique (profondeur, largeur, vitesse d’écoulement, etc.) du site.

II.4.2.1.1. Sélection d’un site

La solution la plus simple et la plus pratique consiste à disposer d’un canal à eau de laboratoire. Mais celui-ci n’étant pas disponible dans la proche région de Québec, des sites naturels sont envisagés.

Pour des raisons de coût et de logistique, il est important que l’hydrogénérateur soit situé le plus près possible de Québec. Le site retenu doit également faire preuve d’une grande facilité d’accès surtout lors de l’installation de la machine afin d’éviter l’utilisation de matériel coûteux pour le transport et l’implantation du prototype.

Le canal doit être suffisamment large pour recevoir le prototype. Les ailes de l’hydrogénérateur sont les plus encombrantes et le canal doit être assez large pour éviter les effets néfastes du bord du canal sur les ailes. Aussi il doit être suffisamment profond pour que le débattement des ailes oscillantes se fasse intégralement sous l’eau et assez éloigné de la surface pour diminuer les effets de surface libre. La profondeur doit être la plus uniforme possible pour éviter d’être amené à fabriquer une plate-forme de mise à niveau sur le fond du canal.

Le paramètre le plus important dictant le choix du site est le niveau de l’eau qui doit être d’au moins 3m pour que les ailes puissent battre librement sans ressentir les effets des couches limites (surface et fond). Quant à la vitesse d’écoulement de l’eau, celle-ci doit être idéalement de 2m/s pour le prototype envisagé. Une telle vitesse est obtenue en mer ou en rivière. Différents lieux ont été investigués.

II.4.2.1.2. Inspection des différents sites  Site en bordure du Saint-Laurent

Deux sites visités en bordure du Saint-Laurent, l’un à Cap Rouge, l’autre à Saint-Michel de Bellechasse, n’ont pas donné satisfaction. D’une part, sur les 2 emplacements en bordure du fleuve, aucun n’offre la vitesse d’écoulement attendue. Son estimation est très en- dessous du m/s. La vitesse d’écoulement doit être plus élevée au centre du fleuve mais nos moyens ne nous permettent pas de nous y rendre. D’autre part la profondeur n’est pas satisfaisante. On n’atteint pas 2m pour le site de Cap rouge alors qu’une hauteur de 3m est

Bellechasse était la possibilité d’installer l’hydrogénérateur à sec et d’attendre la marée montante pour réaliser les tests sur le prototype.

 Site dans la rivière Jacques Cartier, Donnacona

Un site intéressant sur la rivière Jacques Cartier est la centrale hydroélectrique de 4,8MW exploitée par Algonquin Power. La profondeur relevée à la sortie de la centrale à 1m du bord ne semble pas adéquate même si la vitesse mesurée est de 1,2m/s en surface et la largeur disponible ne pose pas de problème.

 Site dans le canal d’évacuation hydroélectrique du Parc des Chaudières Le site le plus intéressant se trouve au Parc des chutes de la Chaudière dont la centrale est exploitée par Innergex. Lors de la 1ère visite, la vitesse de surface semblait être supérieure à 1m/s et un 1er relevé à une distance de 2,5m du bord a fourni des profondeurs d’environ 3m. Des mesures plus précises ont été menées sur ce site pour relever la profondeur et mesurer la vitesse d’écoulement lorsque la centrale débite à son maximum (81m³/s; 24MW).

Pour effectuer les mesures sur le canal, une chaloupe et des équipements de sauvetage ont été loués. Le matériel de mesures (sonar, courantomètre) a été fourni par le LMFN.

Les mesures de vitesses ont été effectuées à l’aide d’un courantomètre relié par câble coaxial à un Pc d’acquisition portable resté sur la berge. Compte tenu de la force du courant, dont le débit était maximal, il n’a pas été possible de relever la vitesse à plus de 1m de profondeur. Le dépouillement des données a montré que même si la vitesse d’écoulement de l’eau semble correspondre aux valeurs recherchées, le profil s’avère en fait trop perturbé pour le prototype.

Toutefois aucun des sites inspecté n’a donné satisfaction soit parce que la vitesse de l’eau n’est pas suffisamment importante soit la profondeur est trop faible pour accueillir la turbine. L’accessibilité des différents emplacements pouvait également poser problème. Une autre solution a par la suite été envisagée et validée.

II.4.2.1.3. Décision sur le lieu d’implantation

Au final, le lac Beauport a été retenu pour accueillir le prototype. Étant donné qu’il n’y a pas de débit d’eau, une plateforme motorisée illustrée à la figure II-7 a été spécialement

construite pour le projet afin de déplacer l’hydrolienne et l’ensemble de la conversion électromécanique sur le plan d’eau. Le système de conversion électromécanique n’est pas représenté sur la figure. Il est déporté sur une plateforme en porte à faux au-delà du ponton et se trouve ainsi au-dessus de l’eau. La génératrice, le multiplicateur, la roue d’inertie et le couplomètre se trouvent déportés sur cette plateforme.

Figure II-7 : Embarcation accueillant l’hydrolienne

L’avantage de l’embarcation est qu’il est facile d’en contrôler la vitesse et qu’il y aura peu de risque d’avoir un emballement de la turbine. Il sera possible de propulser la plate-forme à 2m/s comme prévu avec la turbine. Un relevé de la bathymétrie du lac montre que la

pratique du projet. En plus l’accès au lac est beaucoup plus aisé que pour les autres sites inspectés.

II.4.2.2. Contraintes sur la chaine de conversion électromécanique

II.4.2.2.1. Mécanique

Les contraintes mécaniques sont importantes sur la chaine de transmission de l’hydrolienne notamment en raison de la forte variation du couple hydrodynamique. Le diamètre des arbres de transmission doit être suffisamment élevé pour assurer une bonne rigidité aussi bien du côté basse vitesse que du côté haute vitesse.

II.4.2.2.2. Encombrement

La génératrice doit pouvoir être incorporée dans un bâti de 60cm et d’environ 20cm de long. Son inertie devra être suffisante pour limiter l’ondulation de vitesse ainsi que pour atténuer les pointes de courant dans la machine.

II.4.2.2.3. Rendement

La génératrice devra avoir le meilleur rendement possible pour les contraintes d’encombrement mentionnées ci-dessus.

II.4.2.2.4. Ondulation de vitesse

Le contrôle de l’ondulation de vitesse est un facteur déterminant pour valider le concept. En effet, les simulations effectuées sur les ailes oscillantes ont supposé une fréquence de pilonnement constante donc une vitesse constante sur l’arbre de la machine électrique. En pratique, il faudra s’assurer que la vitesse de l’arbre au point d’opération nominal est constante. Une régulation de vitesse de la génératrice est alors indispensable. Une ondulation de vitesse de ±10% est tolérée.

De plus, l’embarcation qui supporte l’ensemble de la structure devra être suffisamment rigide et massive pour assurer une bonne stabilité de l’ensemble puisqu’on veut limiter les ondulations de vitesse. La vitesse de propulsion de 2m/s au point nominal doit rester très stable.

Les boitiers renfermant les systèmes de contrôle et d’alimentation de la génératrice doivent être suffisamment hermétiques étant donné qu’il risque d’y avoir des projections d’eau sur l’embarcation. Les connections électriques entre les différents boitiers sont réalisées par l’intermédiaire de connecteurs étanches.