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Cas 41 : Electricité produite par les courants marins

Mar 3, 2013 | 100 Innovations, Energie

Le marché

On estime que 190 milliards de dollars d’investissements dans de nouvelles sources d’énergie au cours des deux prochaines décennies seront consacrés aux technologies liées aux marées, aux courants marins ou basées sur les vagues. L’Agence internationale de l’énergie estime que l’énergie marémotrice pourrait produire 200 TW par an, tandis que l’énergie des vagues pourrait produire 8 000 TW. La production pourrait atteindre, selon certaines estimations, 80.000 TW. En l’espace d’une décennie, les États-Unis pourraient produire 10 GW d’énergie houlomotrice et 3 GW d’énergie marémotrice. Une fois capté, le potentiel aux États-Unis serait suffisant pour produire 6 % de la demande d’électricité aux États-Unis. Toutefois, l’essentiel du développement technologique dans le domaine de l’énergie des océans trouve son origine en Europe, soutenu par les politiques de plafonnement et d’échange qui font de toutes les énergies renouvelables un secteur naissant. Les régions les plus prometteuses pour l’énergie des vagues sont l’Alaska, la mer du Nord, le nord-est du Canada, le Cap oriental de l’Afrique du Sud, le sud du Brésil et l’Argentine, le Japon, l’Indonésie et l’Australie du Sud. Les régions à fort potentiel d’exploitation de l’énergie marémotrice comprennent le détroit de Béring, le nord-est du Brésil, les Grands Lacs d’Amérique du Nord, le Cap Nord de la Norvège à la Russie, de la péninsule coréenne à la mer de Chine, l’Australie du Nord-Ouest et la Nouvelle-Zélande. Le seul pays à avoir mis en place avec succès un système d’énergie marémotrice est la France. La centrale de La Rance en Bretagne produit chaque année 240 MW d’électricité depuis sa construction en 1966. Le Royaume-Uni fait œuvre de pionnier en matière d’énergie des vagues au sein du Centre européen de l’énergie marine (EMEC). Les États-Unis ont été les pionniers à Hawaï d’une autre forme d’énergie basée sur les océans : l’exploitation des différences de température, connue sous le nom de conversion de l’énergie thermique des océans (OTEC). Un vaste portefeuille d’entreprises s’est lancé dans la conception et la construction d’équipements qui permettent de relever les défis environnementaux et climatologiques considérables que ces installations de production d’énergie doivent relever. Ocean Power Delivery (Ecosse) a rejoint Vattenfall (Suède), Enersis (Portugal), E.On (Allemagne). Théoriquement, les différents appareils pourraient extraire 40 MW de puissance par kilomètre de côte lorsque les vagues sont faibles (1 mètre) et 1 000 MW par kilomètre de côte lorsque les vagues atteignent 5 mètres.

L’innovation

L’eau est un liquide et donc l’énergie des vagues et des courants contient environ 1 000 fois plus d’énergie cinétique que le vent. Cela permet aux plus petits appareils de produire plus d’énergie. De plus, des vagues de mer sont produites 24 heures sur 24. Les innovations en matière de conception mécanique et de maintenance d’une part, et la réduction de l’impact environnemental d’autre part, représentent un défi pour les ingénieurs car les vagues et les courants ont une force très élevée à faible vitesse. La production d’électricité nécessite une grande vitesse. Un deuxième facteur limitatif pour les ingénieurs est les conditions météorologiques difficiles. Tout dispositif flottant ou submergé attaché au fond de la mer par des câbles et des chaînes doit résister aux tempêtes et même aux tsunamis. Tim Finnigan, professeur auxiliaire à l’Université de Sydney, diplômé en dynamique des fluides environnementaux, a observé comment le varech géant se déplace au rythme des courants et des vagues. Il s’est rendu compte que le varech géant (Laminaria spp) a une croissance d’un demi-mètre par jour, atteignant parfois jusqu’à 80 mètres. Mieux encore, le varech se déplace avec les courants qui apportent une richesse en nutriments. Lorsqu’une tempête ou un tsunami frappe, ces immenses forêts sous-marines s’effondrent sur le fond de l’océan. M. Finnigan étudie la dynamique des fluides des mouvements de varech et les convertit en modèles mathématiques qui servent de paramètres de conception pour un générateur électrique. Son approche permet de relever à la fois les défis de la vitesse et de l’amarrage. Sa conception est basée sur une géométrie empruntée à des systèmes éprouvés dans la nature. C’est l’un des principes fondamentaux de l’Economie Bleue. De plus, ses générateurs brevetés de bioWave se déplacent dans l’écosystème océanique comme s’il s’agissait de varech. Ses appareils n’ont pas de mouvements de rotation qui ressemblent à des ventilateurs ou des moulins, ni ne créent de barrages qui arrêtent le flux de nutriments qui causent l’envasement, ne posant ainsi aucun danger connu pour la vie aquatique. La caractéristique la plus importante est peut-être que bioWave se déplace avec le flux des courants et des vagues. Au lieu de renforcer la mécanique contre les forces excessives créées par les tempêtes inévitables, le professeur Finnigan a réussi à adopter le système de sécurité ultime : lorsqu’un tsunami frappe la région, la bioWave reste à plat sur le fond comme le varech le fait. Alors que l’énergie des vagues et des courants marins a longtemps été considérée comme non rentable, car elle ne peut pas résister à l’environnement marin hostile, le professeur Finnigan a appris ses leçons sur le terrain et a emprunté l’intelligence des plus grandes espèces d’algues de l’océan

Le premier flux de trésorerie

M. Finnigan a ensuite créé la société BioPower, basée à Sydney, et a complété ses connaissances sur la façon dont le varech se déplace par des observations et des modèles géométriques de la façon dont les requins, le thon et le maquereau se propulsent. Il en est résulté un portefeuille de brevets déposés sous les marques BioWave et BioStream. Des projets sont en cours d’élaboration en Australie, en Espagne et aux États-Unis pour transformer cette approche de captage des vagues et des courants en une percée technologique des plus pertinentes sur le plan commercial. Le système étant modulaire, il permet d’installer des unités de 250, 500 et 1 000 MW en ferme, à proximité du rivage, sans impact visuel, sans stress sous-marin sur l’écosystème et sans fixation excessive au fond marin.

L’opportunité

Le développement du marché ne fait que commencer. La propension à investir dans des installations offshore est grande et par rapport à la complexité des parcs éoliens, BioPower a la simplicité et la sécurité. L’application commerciale la plus évidente est de rendre les petites communautés insulaires autosuffisantes en plaçant des installations bioWave devant le site qui nécessite une demande en électricité. Comme l’approvisionnement est garanti et qu’il est aussi fiable que l’orbite de la lune et la loi de la gravité, cette source d’énergie pourrait également fournir de l’énergie de base. L’approvisionnement énergétique de Biowave et de bioStream est tellement certain qu’une installation d’une douzaine d’unités retire une population de 10 000 personnes du réseau et que personne n’aura même à installer des interrupteurs de lumière. L’approvisionnement en énergie aura évolué d’une rareté assurée par des générateurs diesel polluants à un flux invisible, inodore et permanent.

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