Les différentes formes d’énergie marine

A quelques dizaines de mètres sous la surface de l’océan sont créés des déplacements importants de masses d’eau dus aux interactions gravitationnelles terrelune-soleil. De plus, l’énergie solaire captée par la surface des océans est aussi à l’origine de la houle. Ces phénomènes sont alors à l’origine des énergies marines, ces dernières représentent une source d’énergies renouvelables intéressante à exploiter. L’exploitation de ces énergies existe sous de plusieurs formes, on distingue les formes d’énergie suivantes [1]:

Energie thermique marine
La surface des océans capte une quantité importante de rayonnement solaire, ce qui entraîne une différence de température entre la surface et le fond marin. Cette énergie est captée par des machines thermodynamiques, et est appelée énergie thermique marine.

Energie osmotique
Le phénomène de diffusion ou osmose est créé à travers la différence de salinité entre l’eau douce et l’eau de mer. Ce phénomène combiné avec une membrane spécifique permet d’entrainer des turbines grâce à sa pression osmotique. Mais malgré son faible taux de rentabilité et son énorme coût, cette forme d’énergie ne serait que du gaspillage.

Biomasse marine
Les algues surtout les micros algues sont riches en lipides et permettent de produire du carburant ou du biogaz avec de rendements supérieurs. Cependant, elles nécessitent encore de nombreuses études pour avoir une idée de sa rentabilité.

Energie éolienne offshore
Les éoliennes en mer ou éoliennes offshore sont plus performantes par rapport aux éoliennes terrestres grâce aux vents marins réguliers. Néanmoins, elles présentent de difficultés technico-économiques au niveau du transport d’électricité à terre. Ainsi, elles sont limitées à une distance de 40km des côtes.

Energie houlomotrice
C’est une énergie provenant de la houle, la houle étant des vagues dont le mouvement ondulatoire est créé par le contact du vent avec la surface de la mer. Certains l’exploitent sur les côtes et d’autres en pleine mer. Mais il est à noter qu’elle est aléatoire tout comme le vent et son rendement est faible.

Energie marémotrice
Cette forme d’énergie nécessite l’utilisation des barrages ou des bassins de retenues d’eau, c’est l’exploitation de l’énergie potentielle de la marée (différence de niveau entre deux masses d’eau). Elle représente de considérables inconvénients sur la faune et la flore, la navigation mais aussi avec un coût d’investissement énorme. C’est pour cette raison qu’il n’existe que trois usines marémotrices dans le monde.

Energie hydrolienne
Suivant le même principe de base que les éoliennes, c’est l’exploitation de l’énergie cinétique des courants de marée. Leur potentiel énergétique est très important par rapport à celui des systèmes à barrage. De plus, les hydroliennes sont installées près des côtes (environ 20km) et à quelques dizaines de profondeur, ce qui facilite le transport de l’énergie électrique. Vu son potentiel énergétique, le faible impact écologique et la prédictibilité des marées, il s’avère que l’énergie hydrolienne est très intéressante et fait l’objet des recherches et des industries ces dernières années dans le monde énergétique. C’est cette forme d’énergie qui fera l’objet de notre étude.

Constitution d’une hydrolienne

Une hydrolienne est une turbine sous-marine qui utilise l’énergie cinétique des courants marins ou de cours d’eau, comme une éolienne utilise l’énergie cinétique de l’air. Certaines sont totalement immergées et d’autres à la surface de l’eau. Cette énergie est transformée en énergie mécanique, et par la suite en énergie électrique à l’aide d’une génératrice. Une hydrolienne est généralement constituée par [1]:
– Un mât ou ancre permettant de fixer l’hydrolienne au sol marin
– Une turbine formée par des pales et un arbre principal où les pales sont fixées, les pales captent l’énergie des courants marins et font tourner l’arbre
– Et d’une nacelle, comportant :

• Un rotor : axe sur lequel les pales sont fixées
• Un alternateur : générateur électrique convertissant l’énergie mécanique fournie par la turbine au rotor en énergie électrique
• Un flotteur : élément réglable permettant de faire sortir certaines parties de l’hydrolienne dans l’eau
• Un stabilisateur : système permettant à l’hydrolienne d’extraire l’énergie dans les deux sens.

Principe de fonctionnement d’une hydrolienne

Le courant des marées fait tourner les hélices ou les turbines de l’hydrolienne auxquelles est relié le rotor d’une génératrice (partie tournante), cette dernière permet de convertir l’énergie mécanique en énergie électrique. Il en fournit un courant de source alternative à qui peut être, soit couplé au réseau soit stocké, mais dans ce cas, on aura besoin d’un convertisseur ou redresseur pour convertir le courant en source continue.

Types d’hydroliennes 

On distingue généralement deux types d’hydrolienne selon l’axe de la turbine [1]:
– L’hydrolienne à axe vertical (Fig I.2)/(1): Elle est constituée d’une plate-forme flottante contenant un générateur entrainé par une turbine. L’avantage de ce système est son indépendance vis-à-vis du sens du courant et son inconvénient réside dans le phénomène de cavitation qui agit sur toute la pale.
– L’hydrolienne à axe horizontal (Fig I.2)/ (2): Elle est fixée sur le fond marin à l’aide d’un pieu et sa profondeur d’implantation est estimée à quelques dizaines de mètres (inférieure à 100m). L’atout majeur de ce système est son meilleur rendement de conversion par rapport aux autres. Mais on peut aussi distinguer certains types d’hydrolienne suivant sa technologie tels que :
– L’hydrolienne à ailes battantes (Fig I.2)/ (3): Cette technologie est généralement un trépied fixé sur le fond marin dont les pales font face aux courants marins. Les oscillations du bras entrainent le pompage du fluide pour générer de l’énergie électrique. Son principal avantage est l’absence quasi-totale du risque de cavitation dû à la forme des pales. Le pompage du fluide alimente un moteur hydraulique qui est couplé au générateur électrique, par conséquent, son inconvénient est qu’en plus du générateur il faut obligatoirement un moteur hydraulique.
– Les hydroliennes utilisant une roue à aubes flottantes (Fig I.2)/ (4): Elles sont très proches de la forme des moulins à eaux. Mi- émergées, elles sont équipées d’un cylindre étanche qui tourne sous l’effet des courants. Ce mouvement entraine un générateur électrique qui peut être placé soit sur le côté soit à l’intérieur du cylindre. Son atout principal est sa simplicité, son faible coût et sa facilité de maintenance par rapport aux hydroliennes totalement immergées. Cependant, le mouvement des eaux de surface est lié en partie au vent, ce qui fait que cette forme d’énergie est aléatoire. De plus, elle gène la navigation et la pêche et présente des risques en cas de coupure des amarres.