Mourad BOUTOUCHENT

Vandaag de dag is toegang tot energie essentieel voor de ontwikkeling van bevolkingen. In sommige gevallen echter laat de geografische configuratie de installatie van een dergelijk elektriciteitsnetwerk of de uitbreiding ervan naar geïsoleerde locaties niet toe. In dergelijke gevallen kiezen lokale autoriteiten voor dieselgeneratoren om geïsoleerde nederzettingen van elektriciteit te voorzien, zelfs in tropische gebieden, ondanks de exorbitante prijs van stookolie en de moeilijkheid om deze naar geïsoleerde plaatsen te transporteren.

Lokale overheden zouden genoeg moeten doen om de ontwikkeling van hernieuwbare energie te bevorderen, vooral in de tropen waar waterkracht de overhand heeft op wind- en zonne-energie. Maar ondanks het feit dat de tropen een zeer groot neerslagregime en krachtige hydrografische netwerken hebben, worden de hydrologie van dit gebied en de manier waarop deze waterlopen functioneren nog steeds slecht begrepen en weinig bestudeerd. De meeste uitgevoerde studies transponeren namelijk bevindingen en gegevens uit de gematigde zone rechtstreeks naar de tropische zone zonder een duidelijke analyse van hun relevantie.

Plattelands- en/of geïsoleerde bevolkingsgroepen bevinden zich meestal aan de oevers van grote rivieren in tropische gebieden, dus waterkracht moet worden beschouwd als een aantrekkelijk alternatief voor dieselgeneratoren om deze bevolkingsgroepen van elektriciteit te voorzien. In feite moeten fotovoltaïsche en windenergiesystemen pas worden overwogen nadat er beschermings- en onderhoudsmaatregelen zijn genomen tegen extreme vochtigheid en blikseminslag. Bovendien vereisen micro-waterkrachtcentrales een bepaalde opvoerhoogte en zeer dure civieltechnische constructies. Getijdenturbines zijn daarom de natuurlijke keuze, gezien hun zeer lage basis- en onderhoudskosten in vergelijking met andere hernieuwbare energiesystemen, en het feit dat turbines beschikbaar zijn om te werken in rivieren met lage stromingen.

Gewoonlijk vereist de installatie van getijdenturbines in rivieren de voorafgaande identificatie en karakterisering van locaties waar de stroomsnelheid boven 1 of 1,5 m/s en de waterdiepte boven 2 m blijft. Dit vereist op zijn beurt de voorafgaande bepaling van hydraulische variabelen zoals stroomsnelheid, waterdiepte, stroomsnelheid, druk, turbulente energie en vooral de stroming van hydrokinetische energie in de buurt van geïsoleerde populaties.

Tropische rivieren daarentegen worden gevoed door zeer veel neerslag en stromen over zeer ruig terrein. Hierdoor kunnen ze complexe morfologieën zoals anabranchen en meanders ontwikkelen. Het begrijpen van de temporele evolutie van bovengenoemde variabelen langs deze rivieren is een uitdaging op zich, aangezien dit alleen kan worden bereikt door numerieke modellering.

Numerieke modellering van stromingen in een grote rivier met anabranche vereist op zijn beurt een digitaal terreinmodel (DTM) met hoge resolutie en kennis van de stromingsvariabelen aan de grenzen van het berekeningsdomein. Hier begint het werk, met een mix van doelstellingen, vragen en uitdagingen. Hier volgen er een paar:

• De meeste tropische rivieren hebben een gebrek aan hydrologische gegevens, dus hoe maak je een DTM die nauwkeurig genoeg is voor hydrodynamische simulaties?
• Wat verwachten we van hydrodynamische modellering in anabranchs buiten de interessegebieden? Is het echt essentieel om in deze gebieden nauwkeurige resultaten te verkrijgen?
• Welk model is het meest geschikt voor tropische riviermorfologieën - 1D, 2D of 3D - en waarom?

Deze scriptie is verdeeld in vier hoofdstukken. Het eerste is een algemene inleiding op de onderwerpen die in het proefschrift worden behandeld. Het begint met het schetsen van de stand van de techniek op het gebied van de elektrificatie van geïsoleerde locaties en geeft een min of meer uitputtend overzicht van de getijdenturbinetechnologie. Ten tweede bespreken we de methoden die gebruikt worden om de getijdenenergiebron op het vasteland te evalueren, gebaseerd op specifieke studies die zijn uitgevoerd in de Verenigde Staten, Canada, Europa en Brazilië. De criteria voor de voorselectie van locaties die mogelijk geschikt zijn voor de ontwikkeling van getijdenturbines in de Maroni, evenals de grote lijnen van de methode die gekozen is voor een grondige karakterisering van deze locaties, worden vervolgens gedefinieerd in het licht van de specifieke morfologische en hydraulische kenmerken van de rivier.

Het tweede hoofdstuk beschrijft de stand van de techniek in de wiskundige modellering van rivierstromingen en presenteert enkele vergelijkende studies tussen 1D-, 2D- en 3D-modellen op basis van echte gevallen en/of op basis van wat de wetenschappelijke gemeenschap overeengekomen is. Dit heeft het mogelijk gemaakt om de keuze van het 2D-model Saint-Venant en het resolutiemodel TELEMEC2D te rechtvaardigen, gezien de hydromorfologische context van de Maroni.

Het derde hoofdstuk richt zich op het verzamelen van bestaande gegevens in de Maroni en de veldcampagne die in mei 2015 werd uitgevoerd. Vervolgens worden bathymetrische interpolatiemethoden in rivieren met een complexe morfologie gerapporteerd, geanalyseerd en bekritiseerd. Dit stelde ons in staat om een nieuwe bathymetrie-interpolatietechniek te ontwikkelen die aangepast is aan de complexiteit van anabranche rivieren en het gebrek aan gegevens. Deze methode combineert GIS-verwerking met geometrische en hydrologische computeralgoritmen. Het maakt anisotrope interpolatie in de stroomrichting en de dwarsrichting mogelijk. Het is een robuuste methode omdat het in staat is om de ontbrekende gegevens in te schatten. Het resultaat van dit hoofdstuk is de eerste DTM van de Maroni over een totale lengte van 105,5 km (van Maripasoula stroomopwaarts tot Grand Santi stroomafwaarts). In deze DTM worden anabranchs zonder bathymetrische gegevens, als ze zich buiten de onderzoeksperimeters bevinden, beschouwd als poreuze omgevingen. De eilandjes van deze anabranchen worden weergegeven door een porositeitscoëfficiënt in het hydrodynamische model.

Het vierde hoofdstuk is volledig gewijd aan hydrodynamische simulaties in de Maroni. De beschikbare hydrometrische gegevens worden geanalyseerd, bekritiseerd en gecorrigeerd, en er worden nieuwe peilcurves opgesteld en vergeleken met hun DEAL- en IRD-tegenhangers. De nieuwe krommen passen beter bij de peilen dan de oude krommen. Vervolgens werden de wrijving en numerieke parameters van het hydrodynamische model nauwkeurig gekalibreerd. Vervolgens werd een wrijvingskaart verkregen voor het gehele berekeningsdomein, voor drie afzonderlijke rasters en twee DTM's. In de eerste DTM werden alle LiDAR-gegevens op grondniveau geassimileerd in het geometrische model. In de tweede DTM daarentegen zijn de LiDAR-gegevens van de poreuze gebieden uitgesloten van het assimilatieproces. De resultaten laten duidelijk zien dat de simulaties die uitgevoerd worden op het tweede DTM sneller verlopen dan de simulaties die uitgevoerd worden op het eerste DTM, zonder enig verlies aan nauwkeurigheid.

De resultaten werden verwerkt en geanalyseerd met behulp van een door ons ontwikkelde JAVA-code. Deze past automatisch de opgelegde criteria voor waterhoogte en stroomsnelheid toe en bakent zo de locaties af die gunstig zijn voor de installatie van getijdenturbines. Op sommige interessante locaties zijn de stroomsnelheden hoger dan 2 m/s en blijft de getijdenenergiedichtheid boven de 4 kW/m².

Trefwoorden : Brede rivieren, bathymetrie, ADCP, anabranches, meanders, DTM, TELEMAC2D, poreuze media, getijdenenergie.