Donc vous avez certainement entendu parler des ressources
en énergies marines renouvelables, mais en fait quelles sont-elles?
La première, c’est la ressource éolienne qui est associée au vent.
La seconde, la ressource hydrolienne, provient du courant de marée.
La troisième, qu'on abordera dans cette présentation, c'est
la ressource houlomotrice qui provient des vagues.
La quatrième, l’énergie thermique des mers est associée à
la différence de température entre eaux de surfaces et eaux de fond.
Et enfin la cinquième, l'énergie osmotique, est due à la
différence de salinité entre des eaux continentales et des eaux océaniques.
La ressource éolienne est caractérisée par son caractère intermittent.
Le vent varie dans le temps, avec l'altitude et dans l'espace.
Donc la variation avec l'altitude est illustrée par la
figure de gauche où l'on peut voir que le vent diminue
lorsqu'on se rapproche de la surface de l'océan et cette
diminution est associée au frottement de l'écoulement sur l'eau.
La variation dans l'espace est illustrée par la figure de
droite où l'on peut voir le vent moyenné sur 10 ans à 50
mètres d'altitude et l'on retrouve bien les grands types
de climats classiques, c'est-à-dire les systèmes
dépressionnaires en haute et moyenne altitude (en rouge)
et les systèmes de type alizés aux latitudes
tropicales (en rose).
Alors le vent varie également dans l'espace à des échelles plus fines.
Typiquement lorsqu'un orage a lieu, la variation du vent
se fait sur des échelles plutôt de l'ordre de quelques kilomètres.
La variation dans le temps également peut prendre différentes formes.
Elle peut varier sur des périodes de l'ordre de 24
heures, comme lors d'un passage d'une dépression, puis
varier sur des périodes de l'ordre d'une heure comme lors
d'un orage ou alors sur des périodes beaucoup plus
courtes du type une seconde: c'est ce qu'on appelle
communément les rafales.
Donc ces rafales sont associées au processus turbulents
qui ont lieu lorsque justement le vent frotte à la surface de l'océan.
Pour illustrer les variations spatiales, je vous propose
de consulter les deux images qui sont sur cette
diapositive: à gauche, c'est une image qui provient d'un
radar à synthèse ouverture déployé depuis un satellite et
qui présente la variation du vent à la surface de l'océan.
Et on observe en fait ici la génération d’ondes de
gravité associée au passage du vent au-dessus de la topographie.
Donc ces ondes de gravité, on peut les voir grâce aux
variations de couleur, de bleu à vert sur la figure de gauche.
On peut également utiliser des modèles numériques pour
caractériser l'évolution spatiale du champ de vent.
Alors, sur la figure de droite, on voit l'évolution du
champ de vent à travers une ferme éolienne.
Donc chaque petit trait noir correspond à une éolienne et
les couleurs de la figure correspondent à l'intensité du vent.
Donc on voit très bien l'effet du sillage associé aux
éoliennes et donc les variations très complexes du vent à
l'échelle même d'une ferme.
La ressource hydrolienne est, de son côté, plus
prédictible mais elle est cependant encore intermittente.
Alors, cette prédictibilité, elle est associée au fait
que le courant de marée dépend uniquement des forces
astronomiques, donc de l'attraction de la Lune et du
Soleil qu'on maîtrise très bien et qu'on est capables de
prévoir dans le temps avec une très grande précision.
L'amplitude de la marée, quant à elle, est contrainte par
la configuration de la côte.
Ce que l'on appelle les phénomènes de résonance, donc d'amplification
de l’onde comme par exemple dans la baie du
Mont-Saint-Michel ou dans la baie de Fundy au Canada.
La vitesse du courant est, elle, favorisée par des formes
de bathymétrie plus particulières.
Donc la bathymétrie, c'est la forme du fond.
On va par exemple plutôt chercher des formes d'entonnoir
qui par conservation du débit auront tendance à accélérer le fluide.
Alors, pour illustrer donc ces variations temporelles et spatiales
du courant de marée, je vous présente ici quelques illustrations.
La première, c'est une mesure du courant acquise par
un profileur de courant et qui montre l'évolution du
courant sur plusieurs dizaines de jours.
Donc on observe deux grandes fréquences quand on regarde
de près cette figure: la première c'est une période de
l’ordre de 12 heures (donc qui est associée au cycle
marée montante - marée descendante), et la seconde c'est
une oscillation de l'ordre de 14 jours.
Donc on voit bien une enveloppe qui va moduler les
modulations hautes fréquences et qui est associée aux
variations de cycle mortes eaux et vives eaux.
Sur la figure en bas à gauche, on peut voir l'évolution
du courant en fonction de l'altitude par rapport aux
fonds et on retrouve la même forme d'évolution que pour le vent.
Donc c'est logique puisque le courant frotte également
sur la bathymétrie donc sur le fond de la mer.
Donc sur la figure de droite, on peut voir une sortie d'un
modèle numérique qui prévoit l'évolution du courant de
marée sur le littoral français et en fait, ce que je vous
ai dit toute à l'heure, lors de la diapositive
précédente, c'est que le courant est favorisé donc par
une configuration de la côte particulière et par une
configuration de la bathymétrie particulière.
Donc ces critères sont réunis en particulier pour deux
sites en France: le Raz Blanchard, au nord du Cotentin
où la ressource atteint 7 GW et le Front Veur, au large
de la Bretagne, entre les îles d'Ouessant et de Bannec,
où la ressource atteint 500 MW.
La ressource houlomotrice est elle-même aussi
intermittente car les vagues sont générées par le vent
qui est à la base intermittent.
Mais cette ressource est également modulée par la
profondeur pour deux raisons :
La première c'est que les vagues, lorsqu'elles atteignent
le plateau continental ou des profondeurs de l'ordre de
100 à 200 mètres, commencent à sentir le fond et donc frottent sur le fond.
Ce frottement engendre une dissipation de l'énergie et
donc ce phénomène est très bien visible sur la carte de
la ressource houlomotrice que l'on peut voir à droite où
l'on voit que les couleurs passent de l'orange au jaune
et au vert et enfin au bleu lorsqu'on se rapproche de la côte.
Enfin, lorsque l'on arrive à une distance très proche de
la côte, le processus de déferlement va dissiper le reste
d'énergie sur une distance vraiment encore plus courte.
La ressource houlomotrice, elle peut-être quantifiée par
deux types d'outils: soit des modèles, soit des observations.
Pour les modèles, on va distinguer les modèles spectraux
des modèles déterministes.
Les modèles spectraux vont chercher à représenter l'évolution
du spectre des vagues.
Donc le spectre des vagues, c'est la représentation de l'énergie
des vagues en fonction des fréquences et des directions.
Alors que les modèles déterministes vont chercher à
reproduire l'évolution de la surface libre en tous points.
L’illustration de droite montre l'évolution de la surface
prédite par le modèle déterministe appliqué à l'île d'Hawaï.
Sur la figure de gauche, on voit l'évolution de la
hauteur des vagues mesurées par une bouée à houle qui
était déployée au large de la Bretagne l'hiver dernier
donc qui a subi différentes tempêtes et on peut voir que
la hauteur des vagues atteint des hauteurs record, elle
sort même du graphique.
On a pu observer des vagues individuelles qui dépassaient
les 24 mètres lors de l'hiver dernier.
C'est donc un des dilemmes auxquels doivent faire face
les développeurs de projets houlomoteurs et EMR en
général, à l'exception de l'énergie thermique des
mers, qui en général est plutôt
exploitée dans des zones tropicales donc moins affectée
par les éléments climatiques à part peut-être par les cyclones.
Donc cette énergie thermique des mers, elle est
essentiellement associée au gradient de température entre
le fond et la surface.
Comme les eaux de fond, donc par 1000 mètres de fond,
sont environ à 4°C et qu'on se trouve à haute latitude et
sous les tropiques.
Ce qui va déterminer les zones propices à l'exploitation
de cette ressource, ça va être les eaux de surface.
Évidemment, les eaux de surface sont réchauffées par le
soleil et donc elles seront d'autant plus chaudes que l'on
se rapprochera de l'Équateur.
Donc c’est très bien illustré par la figure de gauche où
l’on voit, en rouge, les zones propices au développement
de cette technologie.
À droite, je vous présente un profil de
température de l'île de la Martinique où l'on voit très
bien que la température varie d'environ 28°C à la surface
pour atteindre les 4°C par 1000 mètres de fond environ.
Alors, pour conclure, une des caractéristiques de cette
énergie, c'est son caractère constant.
Elle n'est intermittente.
En effet la température des eaux de surface ne varie que
de quelques degrés en fonction des saisons sous les tropiques.