Les marées : une source d’énergie alternative

L’énergie marémotrice est basée sur le mouvement des courants marins, et nous pouvons utiliser les marées comme dispositifs d’énergie alternative pour produire une énergie plus propre. Jusqu’à récemment, la production d’énergie marémotrice concernait la construction de turbines dans un barrage pour la génération d’électricité, mais les temps changent.

Aujourd’hui, l’énergie marémotrice utilise de grandes turbines marines sous-marines pour générer de l’énergie renouvelable à partir des courants de marée. Ces grandes éoliennes sous-marines convertissent les courants océaniques en courant électrique, produisant ainsi une source d’énergie propre et durable.

Les turbines de courant de marée sont des dispositifs fixés au fond marin qui génèrent de l’électricité directement à partir des flux et reflux des courants. De la même manière que les pales d’une éolienne tournent, la turbine marémotrice génère une poussée ou une traînée sur ses pales pour convertir l’énergie cinétique du courant de marée en mouvement circulaire.

La vitesse de rotation des pales et le couple de l’arbre résultant dépendent de la conception. La turbine génère une puissance de sortie d’arbre qui peut incorporer une ou plusieurs boîtes de vitesses connectées à un générateur électrique. Le générateur produira une sortie électrique qui peut être contrôlée en variant la charge électrique et est transformée pour fournir la tension et la fréquence nécessaires au réseau électrique.

Traditionnellement, la production d’énergie marémotrice a été associée à la construction d’un barrage ou d’une écluse sur un site côtier et à la génération d’énergie par des turbines hydrauliques à faible hauteur soit pendant le reflux soit pendant le flot, ou les deux.

L’utilisation de roues, de moulins et de barrages marémotrices existe depuis des centaines d’années, exploitant le pouvoir des marées pour moudre de la farine ou pomper de l’eau, et nous pouvons utiliser les marées comme technologie d’énergie alternative pour créer une nouvelle génération de machines d’énergie marémotrice.

La vitesse maximale de l’eau de marée, disons au centre du Gulf Stream, est d’environ 2 m/s^-1. Cela correspond à une densité d’énergie d’environ ½ρV², soit environ 2 kJ/m^-3, nous donnant une puissance d’environ ½ρV³ = 4 kW/m^-2. Ce niveau de puissance est plus que suffisant pour qu’une turbine marémotrice convertisse cette puissance en mouvement rotatif afin d’entraîner un générateur et de produire de l’électricité.

Il existe deux types de dispositifs d’énergie marémotrice utilisés pour exploiter l’énergie des courants de marée (également connus sous le nom de “courants maritimes”) pour générer de l’électricité renouvelable et sans pollution. Ces dispositifs sont classés comme turbines à axe horizontal et à axe vertical, en fonction de leur orientation par rapport au fond marin, et de l’arbre rotatif qui entraîne une boîte de vitesses liée à une turbine avec l’aide de grandes pales rotatives lentes.

Les turbines marémotrices à axe horizontal de trois ou quatre pales, ressemblant à des éoliennes, convertissent cette énergie cinétique en énergie rotationnelle sur l’arbre de sortie en façonnant les pales de turbine comme des hydrofoils produisant une portance sur les pales rotatives. La vitesse de rotation des pales rotatives (en tours par minute) est simplement le rapport entre la circonférence du rotor et la période de rotation, donnant une valeur appelée “rapport de vitesse de l’extrémité”, ou TSR.

Si le rapport de vitesse de l’extrémité (TSR) est trop grand, lorsque les pales du rotor tournent, la pale avancée entrera dans l’eau turbulente de la pale précédente. En revanche, si le rapport de vitesse de l’extrémité est trop petit, alors trop d’eau passe à travers la turbine sans effectuer un travail utile sur les pales.

Les dispositifs d’énergie marémotrice à axe vertical présentent de nombreux avantages opérationnels par rapport à leurs homologues horizontaux. Le plus grand est le fait que tous les mécanismes de transmission et la machinerie électrique peuvent être élevés au-dessus du niveau de l’eau pour faciliter leur entretien et leur réparation. Il existe trois types principaux de dispositifs d’énergie marémotrice à axe vertical, basés en partie sur des conceptions hydroénergétiques.

Ces trois types sont : le Savonius, uniquement basé sur la traînée, le Kobold à flux croisé, uniquement basé sur la portance, et les rotors Darrieus, ainsi que les rotors à flux croisé Banki basés sur l’impulsion.

Un autre type de conception de générateur de courant de marée qui devient de plus en plus populaire est une turbine à axe horizontal ductée, bidirectionnelle, avec un générateur à courant permanent à vitesse variable attaché.

Les courants de marée sont dirigés à travers de grands conduits ronds presque comme un entonnoir, augmentant la zone de capture de l’eau de mer tout en accélérant son passage sur les pales des turbines. Le résultat est une conception plus efficace et des sorties de puissance plus élevées par rapport à une turbine marémotrice conventionnelle.

L’énergie marémotrice et même l’énergie des vagues représentent deux technologies d’énergie alternative basées sur les marées et les océans avec un fort potentiel pour fournir une énergie propre et gratuite à l’avenir. Les systèmes de génération d’énergie marémotrice devraient être très compétitifs par rapport à d’autres sources d’énergie renouvelable et conventionnelle une fois établis.

Ils présentent d’excellents avantages économiques en raison de l’absence de pollution ou de frais environnementaux. Les technologies de courant de marée sont capables d’exploiter et de générer de l’énergie renouvelable dans de nombreux environnements marins du monde entier.

Oui, aujourd’hui, des systèmes d’énergie marémotrice sont déjà utilisés pour générer de l’électricité, avec plusieurs centrales marémotrices en fonctionnement dans le monde, produisant une énergie électrique constante et fiable. Les installations d’ énergie de clôture marémotrice utilisent des turbines à axe vertical montées sur le fond marin dans une clôture rigide, avec l’eau de mer qui s’écoule à travers les turbines pour générer de l’électricité.

L’énergie océanique a un potentiel significatif en tant que ressource d’énergie alternative, mais toute structure située dans les océans peut être difficile à entretenir, car c’est un environnement difficile. Néanmoins, l’utilisation des marées des océans comme source d’énergie alternative présente de nombreux avantages.

Les avantages de l’énergie marémotrice pour générer de l’électricité incluent :

• L’électricité produite est entièrement renouvelable puisqu’elle dépend des courants de marée générés par l’effet gravitationnel du soleil et de la lune sur les océans du monde.
• Alors que d’autres formes d’énergie renouvelable dépendent des conditions météorologiques du jour (par exemple, la quantité de vent ou un ciel dégagé), l’énergie marémotrice est totalement prévisible, conférant à l’électricité produite une valeur premium.
• Étant donné que les turbines sont situées sous la surface, elles sont protégées des dommages causés par les tempêtes et ne peuvent être vues ou entendues. La conception est considérée comme n’ayant aucun impact sur les mammifères marins, car elle ne contient pas d’huiles pouvant fuir, n’a pas de bouts de pales exposés et présente une ouverture importante au centre.
• En raison de la densité de l’eau, une turbine relativement petite peut produire la même puissance qu’une turbine éolienne beaucoup plus grande.

L’énergie marémotrice et l’utilisation des marées comme technologie d’énergie alternative sont l’une des meilleures ressources d’énergie renouvelable au monde. L’énergie marémotrice n’a pas été largement utilisée, mais à mesure qu’elle se développe, elle pourrait devenir quelque chose de très important.

Il existe des sites maritimes à fort potentiel avec des marées très puissantes dans le monde entier. Les océans du monde offrent une énorme possibilité pour des projets de génération d’électricité, et la plupart de ce potentiel est jusqu’à présent inexploité et attend d’être exploré.

Cependant, il y a aussi les impacts environnementaux à considérer, tels que les produits chimiques, huiles ou graisses de la machinerie mécanique utilisée qui pourraient fuir dans l’eau des océans. Les câbles, ancrages, bouées flottantes et les pièces mobiles des dispositifs énergétiques peuvent également menacer les poissons, la vie marine ainsi que les oiseaux et la faune qui passent.

Les champs électromagnétiques générés autour des câbles sous-marins, ainsi que la pollution lumineuse due aux lumières à bord pour alerter les navires et bateaux de leur présence, peuvent impacter le comportement normal des créatures terrestres et marines. De plus, les écosystèmes peuvent être affectés par des changements dans l’environnement physique, tels que les modifications du flux d’eau, de la qualité de l’eau, de la hauteur des vagues et la distribution de nutriments, qui pourraient modifier la stabilité de l’écosystème local.

Exploiter le potentiel énorme des vagues et des courants de marée dans le monde, provoqués par les forces gravitationnelles du soleil et de la lune, pour produire une source d’énergie propre 100 % prévisible ne peut être qu’une bonne chose. Utiliser les vastes océans de la planète et les cours d’eau étroits peut contribuer de manière significative à la décarbonisation de nos systèmes énergétiques. Étant donné qu’il est possible de prédire la production d’énergie marémotrice des centaines d’années à l’avance, cela fait des marées une source d’énergie alternative l’une des ressources d’énergie renouvelable les plus fiables disponibles.

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