Énergie marémotrice

L’énergie marémotrice, également connue sous le nom d’énergie des marées, est une technologie basée sur l’océan qui a un fort potentiel pour exploiter la puissance des marées océaniques afin de fournir une énergie propre et gratuite pour l’avenir. En général, l’énergie marémotrice implique l’exploitation de l’énergie cinétique stockée dans le mouvement des marées montantes et descendantes, ainsi que les différences quotidiennes entre la marée haute et la marée basse à un endroit donné.

L’exploitation de l’énergie marémotrice, l’une des méthodes les plus anciennes, consiste à construire une barre marémotrice ou un barrage à travers une baie ou un estuaire approprié où les différences d’altitude entre les marées hautes et basses sont importantes. Aujourd’hui, de nombreuses centrales marémotrices existent dans le monde, utilisant des barrages marémotrices, des turbines oscillantes, des turbines marémotrices, et des cerfs-volants marins pour la production d’électricité à petite échelle dans les eaux peu profondes et plus profondes autour des différentes zones côtières.

Il existe de nombreux types et variétés de systèmes d’énergie renouvelable, mais l’énergie marémotrice, étant une technologie basée sur l’océan, est l’une des rares sources durables qui peuvent être prédites avec précision sur de nombreuses années. L’alternance des marées, ou énergie marémotrice, dépend des forces marémotrices exercées par le mouvement gravitationnel du soleil et de la lune.

Comme le mouvement des marées, la principale source d’énergie marémotrice, le long d’une côte ne se produit pas en même temps, mais est échelonné autour de la côte, la pleine production d’énergie marémotrice sera disponible à un endroit de marée alors qu’il n’y aura pas d’énergie marémotrice disponible à un autre endroit le long de la côte, permettant ainsi la production d’énergie à partir de plusieurs lieux sur une période de temps.

En tant que technologie marine renouvelable, les centrales marémotrices ou les machines génératrices peuvent être situées sous l’eau et sous les vagues dans des emplacements peu utilisés. Cela offre un avantage significatif par rapport à d’autres systèmes marins, car les turbines marémotrices ne sont pas visibles, contrairement aux parcs éoliens offshore ou aux dispositifs d’énergie marémotrice.

Différents types de technologies et designs de machines d’énergie marémotrice sont utilisés dans le monde entier, mais il existe fondamentalement deux méthodes de production d’électricité à partir du mouvement des marées, constituant le cœur des systèmes d’énergie marémotrice :

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  Dispositifs à plage marémotrice : ceux-ci tirent parti de l’énergie potentielle stockée entre les niveaux des marées hautes et basses, un principe fondamental de l’énergie marémotrice.
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  Dispositifs de courant de marée : ceux-ci exploitent l’énergie cinétique du flux de marée dans les courants maritimes pour produire de l’électricité.

Un dispositif à plage marémotrice, un élément clé des systèmes d’énergie marémotrice, utilise la différence verticale du niveau de l’eau entre une marée haute et une marée basse. Cela est réalisé en piégeant l’eau de mer dans une lagune marémotrice ou un bassin inondé derrière un grand barrage marémotrice. L’eau est ensuite relâchée de nouveau vers la mer via des turbines. En manipulant les vannes, l’eau de mer est autorisée à entrer dans le bassin ou l’estuaire avant d’être piégée d’un côté, créant une pression statique d’eau à travers le bassin en raison du mouvement cyclique des marées.

Lorsque la pression de l’eau de mer est suffisamment grande, les vannes sont rouvertes, permettant à l’eau retenue de s’écouler vers la mer. Ce processus, un élément clé d’une centrale marémotrice, utilise la force de gravité à travers les pales des turbines à axe horizontal pour produire de l’électricité. En concevant stratégiquement l’enceinte de la turbine, l’eau de mer peut être concentrée et accélérée au-dessus des pales des turbines, augmentant ainsi l’efficacité de la génération.

Nous pouvons déployer des dispositifs de plage marémotrice dans divers schémas de centrales marémotrices pour la production électrique tels que : la génération lors de la montée, la génération lors de la descente et la génération d’énergie électrique à deux voies. Le choix de schéma dépend de la force de la marée et des exigences en matière d’eau.

Les dispositifs de courant de marée, une forme de générateur marémotrice, sont généralement conçus pour fonctionner en eaux profondes où il est trop profond pour installer les turbines marémotrices directement au fond marin. Ces technologies marémotrices utilisent de grandes turbines pour extraire l’énergie marémotrice de la mer, fonctionnant de manière similaire aux éoliennes. Comme leurs homologues éoliennes, les turbines marémotrices utilisent des pales de turbine en forme axiale qui fonctionnent selon les principes de la portance aérodynamique.

À mesure que l’eau de mer dense s’écoule au-dessus des pales de turbine, elle génère une force de rotation qui fait tourner les pales, produisant de l’électricité. Ce processus, un aspect clé de l’exploitation de l’énergie marémotrice, compense la vitesse plus lente des courants de marée par rapport au vent, permettant aux dispositifs de courant de marée de produire des niveaux similaires d’énergie électrique à ceux des éoliennes conventionnelles à trois pales.

De plus, contrairement à l’énergie éolienne, les systèmes d’énergie marémotrice ne subissent pas de changements soudains ou extrêmes de la vitesse des courants de marée sous-marins qui pourraient éventuellement endommager les dispositifs de courant de marée. De plus, les tempêtes ou les intempéries en surface ne peuvent pas endommager les dispositifs de courant de marée ou les forcer à s’arrêter.

Bien que les dispositifs d’énergie marémotrice comme les turbines de courant de marée ne présentent pas d’impacts significatifs sur les niveaux d’eau, contrairement aux dispositifs de clôture de marée avec leurs barrages et barrages marémotrices, ils peuvent avoir un impact sur la qualité de l’eau environnante. Cela est dû à la réduction des vitesses des courants de marée en amont et en aval causée par l’extraction d’énergie, permettant l’accumulation de sédiments.

Cela pourrait affecter à la fois l’érosion et le dépôt du fond marin à une distance considérable du lieu d’installation de l’array d’énergie marémotrice. En outre, de grands dispositifs marins d’énergie comme les turbines marémotrices peuvent avoir de nombreux autres impacts invisibles sur l’environnement environnant. Ceux-ci incluent la pollution sonore sous-marine, la génération de champs électromagnétiques autour des générateurs et des câbles électriques, ainsi que les collisions de poissons et d’animaux marins avec les pales des turbines ou d’autres pièces mobiles.

Les dispositifs d’hydrofoil oscillants, un type de technologie d’énergie marémotrice, extraient de l’énergie du courant de marée de manière similaire à une turbine marémotrice rotative, mais oscillent en mouvement de haut en bas. Un hydrofoil oscillant développé par l’Université de Strathclyde se compose d’une grande aile d’hydrofoil attachée à un long bras de levier qui est autorisé à se déplacer de haut en bas.

En raison de sa forme semblable à une aile, lorsque le courant d’énergie marémotrice s’écoule sur l’aile d’hydrofoil, il génère une portance verticale qui pousse le levier attaché vers le haut. Au sommet du mouvement, l’angle d’attaque de l’hydrofoil par rapport aux courants de marée entrants change, de sorte que maintenant la portance est générée sur le dessous de l’aile d’hydrofoil.

Cela inverse la direction du mouvement, forçant l’aile vers le bas jusqu’à ce que le mouvement de l’eau sur l’aile provoque un changement de direction, et le mouvement de haut en bas continue à nouveau. Ainsi, la zone totale balayée pour un dispositif d’énergie marémotrice comme une aile d’hydrofoil oscillante sera sa distance verticale de haut en bas multipliée par son envergure.

Les oscillations de haut en bas de l’aile d’hydrofoil sont utilisées pour entraîner une pompe hydraulique à haute pression qui, à son tour, entraîne un générateur électrique. Il est clair que l’avantage d’un dispositif d’énergie marémotrice comme l’aile d’hydrofoil oscillante est que la seule pale peut avoir un design beaucoup plus simple que celui des turbines axiales rotatives. Cela est dû au fait que la vitesse du flux de l’eau de mer qui passe au-dessus, et donc l’angle d’attaque des pales de turbine, est le même le long de toute sa longueur et n’est pas tordu comme le design de la pale de turbine axiale.

Les dispositifs de cerf-volant marémotrice, une autre forme de technologie d’énergie marémotrice, fonctionnent de la même manière qu’un cerf-volant conventionnel, mais sous l’eau. Un cerf-volant marémotrice se compose d’une aile d’hydrofoil reliée au fond marin et qui est autorisée à “voler” ou glisser le long des courants de marée océaniques.

Le flux d’énergie marémotrice sous forme de courants à travers l’aile en forme d’hydrofoil génère une force de portance. Cette force propulse le cerf-volant à travers l’eau en mouvement, rappelant la façon dont un cerf-volant conventionnel se déplace dans l’air.

En combinant la tension de la corde du cerf-volant avec l’utilisation d’un gouvernail approprié pour s’aligner avec le courant, la direction du cerf-volant marémotrice peut être contrôlée. Il peut être amené à voler le long d’une trajectoire prédéterminée dans l’eau. L’énergie mécanique d’une petite turbine fixée au cerf-volant est exploitée pour entraîner un générateur, produisant de l’énergie électrique pendant que le cerf-volant navigue dans l’eau de mer.

Une préoccupation notable concernant l’énergie marémotrice est ce qui se passe pour la production d’énergie lorsque les courants de marée cessent lors du changement des marées. Le cerf-volant marémotrice coule-t-il au fond marin ? La réponse est non. Grâce à la flottabilité neutre ou légèrement positive de l’aile d’hydrofoil, elle cherche toujours à flotter et à voler à travers l’eau de mer, même en l’absence de courants de marée à exploiter.

D’autres dispositifs de développement de l’énergie marémotrice qui exploitent l’énergie marémotrice incluent ceux qui ressemblent à des avions sous-marins. Ceux-ci ont deux turbines tournant en sens inverse reliées à des générateurs électriques, symétriquement positionnées de chaque côté d’un corps en forme de fuselage. L’avantage de ces types de technologies marémotrices réside dans leur rentabilité, leur facilité d’entretien, leur impact environnemental relativement faible, et leur polyvalence, car elles peuvent être installées dans presque toutes les mers ou rivières.