Agrégation externe SII - 2020 - Épreuve de sciences industrielles de l'ingénieur

Agrégation concours externe

Section : Sciences Industrielles de l’Ingénieur
Épreuve d'admissibilité
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Support : Hydrolienne Sabella D10

Contexte

L’accord de Paris sur le climat a été conclu le 12 décembre 2015 à l’issue de la 21ème conférence des parties (COP 21) de la convention cadre des Nations Unies sur les changements climatiques (CCNUCC). Cette conférence s'est achevée sur l'affirmation de la nécessité de renforcer la réponse globale à la menace du changement climatique, dans un contexte de développement durable. L’objectif est de répondre aux besoins du présent sans compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs, tout en luttant contre la pauvreté. Cet objectif implique notamment de contenir l’élévation de la température moyenne de la planète en dessous de 2°C par rapport au niveau de l’ère préindustrielle. La réduction des gaz à effet de serre apparait alors comme une nécessité incontournable pour atteindre cet objectif.

Le projet PHARES

Étant donné les enjeux précédents, les territoires insulaires non raccordés au réseau national de distribution électrique cherchent à réduire leur impact environnemental, notamment en réduisant leur émission de gaz à effet de serre. Le projet PHARES (programme d’hybridation avancée pour renouveler l’énergie dans les systèmes insulaires), décline un modèle énergétique insulaire hydride, couplant différents moyens de production d’électricité d’origine renouvelable (hydroliennes, éoliennes et panneaux photovoltaïques) afin de les substituer le plus possible à la production d’électricité par groupes électrogènes. L'île d'Ouessant au large du Finistère est partie prenante du projet PHARES car elle n'est pas raccordée au réseau électrique du continent.

Consommation de l’île d’Ouessant en 2017

RTE (réseau de transport d’électricité) élabore et publie chaque année un bilan électrique, qui dresse une vision globale du système électrique sur l’année écoulée par zone géographique. La figure 2 représente la consommation électrique annuelle de la Bretagne par rapport à celle de la métropole française. En 2017, la Bretagne comptait 3 201 000 habitants, dont 1 000 sur l’île d’Ouessant.
 

L'hydrolienne Sabella D10

PME quimpéroise fondée en 2008, Sabella est une société innovante d’ingénierie et de maîtrise d’oeuvre, actrice majeure dans la filière hydrolienne. Sabella cible les zones insulaires ou littorales non interconnectées comme lieux privilégiés et prioritaires pour l’établissement d’un nouveau modèle énergétique fondé principalement sur l’énergie hydrolienne, propre et fiable.

Après l’expérimentation réussie en 2008 de son prototype D03 (figure 3), Sabella signe une première nationale avec l’immersion et le raccordement à l’île d’Ouessant de Sabella D10 (figure 4), première hydrolienne connectée au réseau électrique français. Sabella offre une gamme de produits modulaires et compétitifs, sécurisée par un large portefeuille de brevets.

La technologie des hydroliennes Sabella utilise des turbines à flux axial ; c'est la plus répandue actuellement, car elle est la transposition directe des éoliennes dans un environnement aquatique. Il s’agit de pales, dont l’axe de rotation est parallèle au flux incident, et qui sont entraînées par les forces de portance. Ces turbines sont dites aussi horizontales, comme leur axe de rotation. La turbine doit être positionnée face à l’écoulement pour atteindre un rendement optimal. Elle convient donc particulièrement dans une zone de fort courant de direction presque constante comme le passage du Fromveur au large de Brest (figure 5). De ce fait, aucun système d’orientation n’est nécessaire.
 

L’objectif de l'étude menée ici est de valider les solutions scientifiques et technologiques choisies par les concepteurs vis-à-vis des performances attendues listées par le cahier des charges représenté sur la figure 6 sous la forme d’un diagramme d'exigences.

Dans cette optique, l’étude propose de mener la démarche suivante :

• Analyse de l’architecture de l’hydrolienne Sabella D10 ;
• Validation de l’exigence fonctionnelle « extraire une puissance mécanique de 1 MW pour des courants marins de 4,2 m∙s-1» ;
• Validation de l’exigence fonctionnelle « optimiser la production » ;
• Validation de l’exigence fonctionnelle « fonctionner en toute sécurité » ;
• Perspectives pour le projet PHARES.