Énergie marémotrice

L'énergie marémotrice est issue des mouvements de l'eau créé par les marées, causées par l'effet conjugué des forces de gravitation de la Lune et du Soleil. Elle est utilisée soit sous forme d'énergie potentielle - l'élévation du niveau de la mer, soit sous forme d'énergie cinétique - les courants de marée.

L'énergie marémotrice n'est pas neuve : les premiers moulins à marée ont été fabriqués au Moyen-Âge en Bretagne.

Principes

Le phénomène de marée est dû au différentiel de temps de rotation entre la Terre (24 heures) et la Lune (28 jours) qui est par conséquent assez fixe comparé à celle-ci. Il s'ensuit que le globe terrestre tourne à l'intérieur d'un globe d'eau de mer allongé dans les deux sens par l'attraction lunaire. On peut utiliser cette énergie de rotation, ce qui a pour effet (dans des proportions infimes, quoique définitives) de ralentir la Terre et d'éloigner la Lune pour des raisons de conservation du moment cinétique de la totalité.

L'énergie dite marémotrice forme par conséquent une récupération de l'énergie cinétique de rotation de la Terre.

L'énergie correspondante peut être captée sous deux formes :

• énergie potentielle (en exploitant les variations du niveau de la mer)  : c'est la technique utilisée dans l'usine marémotrice de la Rance
• énergie cinétique (en exploitant les courants de marée, qui peuvent être captés par des turbines, ou hydroliennes).

Les sites adaptés au captage de l'énergie marémotrice sont peu nombreux ; ils se concentrent dans les régions où, du fait surtout des conditions hydrodynamiques, l'amplitude de l'onde de marée (inférieure au mètre loin des côtes) est augmentée : c'est surtout le cas en France dans la Baie du Mont-Saint-Michel, près de laquelle se trouve l'usine de la Rance et au Canada dans la Baie de Fundy où le marnage dépasse 10 mètres, ce qui génère des courants de marée intenses pouvant dépasser 5 nœuds, soit près de 10 km/h.

L'exploitation optimale de l'énergie potentielle nécessite des aménagements importants, qui modifient notablement les équilibres écologiques dans des zones le plus souvent fragiles ; il est probable que cette voie ne sera plus guère exploitée à l'avenir et que l'usine de la Rance restera une expérience isolée.

Le captage de l'énergie cinétique des courants de marée est aujourd'hui prospecté ; pour être exploitables, les courants doivent dépasser 3 nœuds sur des durées notables.

Potentiel

L'ordre de grandeur de l'énergie naturellement dissipée chaque année par les marées est évalué à 22 000 TWh soit l'équivalent de la combustion de moins de 2 Gtep. Ce chiffre est à comparer à la consommation d'énergie de l'humanité, de l'ordre de 10 Gtep ^[1].

Seule une fraction de cette énergie étant récupérable, l'énergie marémotrice ne pourra contribuer pour l'avenir que pour une faible part à la satisfaction des besoins mondiaux.

Comparé à la majorité des autres énergies naturelles (pas précisément renouvelable, voir plus bas : d'où vient l'énergie... ), l'énergie marémotrice présente l'avantage d'être idéalement prédictible : en un point donné, l'énergie disponible ne dépend que de la position relative des astres et de la Terre ; qui plus est , la propagation de l'onde de marée n'est pas instantanée (il y a par exemple plusieurs heures de décalage entre le passage de cette onde à Brest et dans le Pas de Calais)  : ceci contribue globalement à "étaler" la production, ainsi qu'à effacer les passages à zéro périodiques de la production en un point.

Histoire

La première utilisation de l'énergie marémotrice remonte aux années 1120, avec la construction de moulins à marées, utilisant la barre de l'Adour. En France, dans la période 1920-1930, deux projets d'usines marémotrices, au Paluden[1] sur l'Aber-Wrac'h en Finistère et sur l'Arguenon en Côtes d'Armor, virent le jour mais ne furent pas menés à terme.

Usine marémotrice de la Rance

La première installation de production d'électricité utilisant l'énergie marémotrice est l'usine marémotrice de la Rance en France. Elle a été installée sur un site qui, avec des marées dont l'amplitude peut atteindre 13 mètres, avait déjà connu dans l'histoire de nombreux «moulins à marée». Les travaux du barrage ont démarré en 1961, et le chantier de l'usine fut définitivement achevé en 1966.

Depuis son raccordement au réseau en 1967, l'usine de la Rance dispose de 24 «groupes bulbes» possèdant chacun un alternateur de 10 MW, soit une puissance installée totale de 240 mégawatt. L'usine produit 500 à 600 millions de kWh par an, soit entre 2000 et 2500 heures par an de fonctionnement en équivalent pleine puissance.

Au Canada

Ce pays a mis en place un atlas des ressources (190 sites identifiés, pour une puissance potentielle totale de plus de 42 000 MW/an, soit près des 2/3 de la demande canadienne d'électricité en 2008). Trois nouvelles centrales marémotrices pourraient être construites dans la baie de Fundy, sur la côte ouest de l'Île de Vancouver et dans l'estuaire du Saint-Laurent^[2].

Nouvelles technologies

Actuellement, des dispositifs plus décentralisés sont en développement et semblent particulièrement prometteurs. Ils utilisent soit l'élévation du niveau de la mer (énergie potentielle), soit les courants de marée.

On peut surtout citer des projets tels que «Mighty Whale», «AWS» (projet de démonstration de 2 MW au Portugal), «LIMPET», «DAVIS» (Blue Energy), «Sea Snail», etc.

Une réalisation intéressante est à Hammerfest, une ville au nord de la Norvège. Hammerfest Strøm est la première usine marémotrice sous-marine. Cette usine est comparable à un moulin à vent dont les pales tournent grâce au flux et au reflux des marées et délivre 300 kilowatts (en comparaison, l'usine marémotrice de la Rance apporte 240 mégawatts).

Une vingtaine d'usines de ce type seront installées en 2004, et alimenteront à peu près 1 000 habitations. La principale difficulté que présente ce type d'installation (outre la corrosion) est la maintenance, la température de l'eau ne dépassant guère quelques degrés.

Les dispositifs aujourd'hui à l'étude et utilisant l'énergie des marées ont un coût comparable à l'énergie éolienne en mer. Ils pourraient par conséquent connaître un développement rapide.

Centrale marémotrice sous-marine

Durant l'été 2002, la première centrale marémotrice qui utilise les courants sous-marins fut testée au Royaume-Uni. Il existe plus de 40 sites dans ce pays riche en côtes où une telle expérience est envisageable. En principe, il y a assez d'énergie en courant de marées pour générer plus d'un quart de l'électricité du pays.

Le Royaume-Uni a choisi de miser sur les courants sous-marins plus réguliers que les courants de marées de surface ou la houle. Tout dépend de la topographie locale. L'océan comporte des chenaux où des masses d'eau ascendantes ou descendantes se resserrent dans un espace réduit. Les Britanniques ont décidé de vérifier si l'utilisation de cette énergie tirée des courants marins est exploitable pour diminuer les gaz à effet de serre. Pour cela, ils ont engagé des frais colossaux pour construire un prototype de centrale marémotrice pouvant produire jusqu'à 1 580 kW d'électricité. La machine est installée dans les Shetland.

Deux «hydroplanes» de 15 mètres montés sur un socle vont osciller avec la marée afin d'activer un moteur hydraulique qui générera de l'électricité. Des pistons hydrauliques contrôlent l'angle par lequel les hydroplanes de la société Stingray doivent faire face au courant de la marée pour obtenir un maximum d'eau. Comme pour une aile d'avion, leur angle d'attaque change pour créer un phénomène «d'ascenseur» qui pousse l'hydroplane vers le haut et vers le bas. En bougeant, les hydroplanes font bouger un bras qui actionne une pompe pour faire monter de l'huile haute pression à travers un moteur hydraulique qui fait tourner un générateur électrique ^[3].

La structure fait 35 tonnes, elle est à 20 mètres au-dessus du fond marin et fonctionnera dans des courants allant de 2 à 3 mètres par seconde. Principalement fabriqué en acier, l'hydroplane est renforcé par un verre plastifié. La société Stingray ne travaille que pour les marées qui bougent dans un seul et même sens. Les autres sociétés vont tenter de fabriquer des hydroplanes capable de travailler sur les 4 marées de sorte qu'ils produiront de l'électricité les trois quarts du temps.

Les experts économiques estiment que techniquement ils ne doutent plus de la faisabilité du projet. Par contre, ils remettent en cause le coût associé à ce genre de production. On estime qu'on produira de l'électricité entre 4, 7 et 12 pence par kWh. C'est par conséquent plus cher que l'énergie nucléaire ou éolienne.

Origine de l'énergie des marées

L'eau des océans, en raison du surcroit d'attraction lunaire du côté de la Lune et de sa valeur plus faible du côté opposé à celle-ci a, en coupe, une allure d'ellipse, dont le grand axe est orienté sur la direction Terre-Lune. La Terre tournant en 24 heures (approximativement) alors que la Lune ne le fait qu'en 28 jours (approximativement), le mouvement de rotation de la Terre dans cette masse d'eau fixe produit le phénomène des marées.

Quand on retient cette eau par un barrage, on en freine le mouvement, et par conséquent du même coup - d'une façon illimitétésimale - la Terre. Cela a, à cause de la loi de l'action et de la réaction, un effet sur la Lune, qu'il serait envisageable d'étudier par une méthode d'éléments finis, mais une astuce pour le faire plus rapidement existe : dans la mesure où il y a conservation du moment d'inertie et que la Terre ralentit, l'effet du freinage est par conséquent que la Lune s'éloigne (de façon illimitétésimale elle aussi comparé à sa distance).

Ce ralentissement existe de toute façon : à la fin du XIXe siècle, l'année faisait 365, 242196 jours et actuellement 365, 242190 jours (on remarquera que la différence porte déjà sur la 9e décimale, tandis que les astronomes travaillent plus volontiers avec 16. Un effet de huit ordres de grandeurs en dessous est par conséquent remarqué par eux s'il se cumule sur plus d'une dizaine d'années, ce qui est le cas pour la Rance).

Les usines marémotrices ne font qu'augmenter légèrement le freinage. Elles utilisent par conséquent in fine l'énergie cinétique de rotation de la Terre, matérialisant d'une façon nouvelle un vieux rêve exprimé par Gaston de Pawlowski (de l'Institut) et d'Alphonse Allais qui était d'installer une roue dentée sur l'équateur pour récupérer le mouvement de rotation terrestre.

Les effets climatiques éventuels d'une baisse - même légère - de la vitesse de rotation de la Terre ne semblent pas à ce jour avoir été étudiés. Qualitativement, on sait qu'un ralentissement significatif :

• diminuerait la vitesse du cycle thermique terrestre (périodes diurnes chaudes et nocturnes froides)
• augmenterait les écarts de température entre les jours et les nuits, avec pour conséquence une augmentation des mouvements atmosphériques (tempêtes... )

On peut cependant observer qu'il s'agit de capter une énergie qui se dissipe aujourd'hui totalement par frottement dans l'océan, principalement au voisinage des côtes.

Référence

Voir aussi

• Énergie renouvelable
• Énergie maréthermique
• Hydrolienne

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