Des drones cartographient les courants pour booster l’énergie marémotrice

L’énergie marémotrice représente une source d’énergie propre fiable et prévisible. Les turbines marémotrices, fonctionnant comme des éoliennes sous-marines, convertissent l’énergie cinétique de l’eau en électricité. Leur potentiel est considérable : des études antérieures suggèrent que l’énergie marémotrice pourrait couvrir jusqu’à 11% des besoins annuels en électricité du Royaume-Uni.

Cependant, le déploiement de ces dispositifs dans des environnements marins turbulents pose plusieurs défis :

• L’interaction avec l’environnement marin
• Le coût élevé du développement technologique
• La capacité de connexion au réseau électrique
• La résistance des turbines aux courants extrêmes

Une étude novatrice sur la turbine O2 en Écosse

Pour répondre à ces enjeux, des scientifiques de la Marine Biological Association, de l’Université de Plymouth et de l’Université des Highlands and Islands ont mené une étude approfondie autour de la turbine O2 d’Orbital Marine Power.

Une équipe de chercheurs a mené une étude approfondie sur la turbine marémotrice O2, la plus puissante au monde, située au cœur des îles Orcades en Écosse. Les scientifiques ont employé une combinaison de technologies de pointe, incluant des drones aériens et des relevés effectués depuis des bateaux, pour cartographier les flux de marée complexes rencontrés par l’installation.

L’O2 se distingue des turbines marémotrices conventionnelles par sa structure flottante. La plateforme est ancrée au fond marin par des lignes d’amarrage et s’étend sur plus de 70 mètres de long. Connectée au réseau électrique du Centre européen d’énergie marine (EMEC), son potentiel de production pourrait alimenter 2 000 foyers britanniques par an.

Dr Lilian Lieber, auteure principale de l’étude, souligne l’importance de ces travaux : «Conduire des études océanographiques dans l’un des courants de marée les plus puissants au monde, où les courants peuvent dépasser 8 nœuds, est à la fois exaltant et stimulant. Pourtant, la collecte de données dans ces environnements turbulents est essentielle pour résoudre certaines des complexités auxquelles l’industrie de l’énergie marémotrice est confrontée aujourd’hui.»

Analyse des flux de marée et de leur impact

L’influence des courants de marée changeants, dépassant parfois 8 nœuds, sur le fonctionnement et les performances de l’appareil a été mise en lumière par l’étude. Les répercussions du sillage de l’O2 en aval, tant sur le positionnement d’autres turbines que sur les habitats marins environnants, ont également été examinées par les chercheurs.

De nouvelles perspectives sur le placement optimal des turbines marémotrices ont été fournies par ces travaux. L’importance d’évaluations spécifiques à chaque site potentiel a été soulignée par les scientifiques, afin de combler l’écart entre les mesures réelles et les simulations informatiques.

Interactions avec la faune marine

Une précédente étude menée par les auteurs principaux a révélé qu’un point chaud de recherche de nourriture prévisible pour les oiseaux marins nicheurs à proximité était généré par le sillage d’une turbine. Cependant, les chercheurs ont averti que les déplacements de certaines espèces marines pourraient être restreints par une disposition trop serrée des turbines.

Le passage d’orques à proximité de la turbine a été observé par les scientifiques au cours de leurs relevés par drone, soulignant l’importance de prendre en compte les interactions avec la faune marine

Le professeur Alex Nimmo-Smith de l’Université de Plymouth souligne l’importance de ces évaluations en conditions réelles : «Que ce soit des parcs éoliens flottants en mer Celtique ou des turbines marémotrices au large des côtes écossaises, nous allons voir davantage de plateformes d’énergie renouvelable offshore installées tout autour du littoral britannique au cours des prochaines décennies. Cependant, les conditions naturelles dans les eaux autour du Royaume-Uni sont incroyablement variées et complexes, ce qu’il est impossible de reproduire pleinement dans des expériences de laboratoire contrôlées ou des simulations informatiques.»

Un potentiel énergétique considérable

L’énergie marémotrice est considérée comme l’une des sources d’énergie propre les plus fiables. Les marées présentent l’avantage d’être à la fois régulières et prévisibles, contrairement au vent et aux vagues.

Les turbines marémotrices, conçues pour exploiter l’énergie des marées près de la surface de la mer, fonctionnent de manière similaire aux éoliennes sous-marines. L’énergie cinétique de l’eau en mouvement est convertie en électricité par ces dispositifs. L’eau étant plus de 800 fois plus dense que l’air, ces turbines génèrent davantage d’énergie que des éoliennes de taille équivalente.

Des recherches antérieures menées par certains des scientifiques impliqués dans cette étude ont suggéré que jusqu’à 11% de la demande annuelle d’électricité du Royaume-Uni pourrait être couverte par l’énergie marémotrice.

Perspectives d’avenir

Cette étude ouvre la voie à un développement plus durable de l’énergie marémotrice au Royaume-Uni. En fournissant des données précises sur les conditions réelles, elle contribue à relever les défis techniques et environnementaux auxquels le secteur est confronté.

Malgré son potentiel prometteur, le secteur de l’énergie marémotrice fait face à des défis substantiels. Parmi ceux-ci figurent les coûts liés à l’augmentation d’échelle de la technologie, la capacité de connexion au réseau électrique, et la nécessité d’assurer le fonctionnement continu des turbines dans des courants extrêmement turbulents.

La Dr Lilian Lieber, chercheuse à la Marine Biological Association et à l’Université de Plymouth, et auteure principale de l’étude, a ajouté : «La collecte de données dans ces environnements turbulents est essentielle pour répondre à certaines des complexités auxquelles l’industrie de l’énergie marémotrice est confrontée aujourd’hui. Le placement optimal de ces turbines dans des chenaux étroits bordés d’îles est une entreprise complexe, mais nos méthodes novatrices ont fourni des informations solides sur ces flux turbulents et les signatures de sillage.»

«Si nous voulons tirer le meilleur parti de l’énergie propre, des évaluations prenant en compte les conditions environnementales réelles seront d’une importance capitale.» a précisé le professeur Alex Nimmo-Smith.

Shaun Fraser, scientifique senior à UHI Shetland, de conclure : «Cette étude démontre les avantages de combiner l’expertise scientifique et le déploiement de nouvelles technologies afin que des progrès significatifs puissent être réalisés dans la compréhension des environnements de marée dynamiques. Avec le développement probable des infrastructures d’énergie marine renouvelable dans la région des Highlands et des îles dans un avenir proche, ce travail est plus pertinent que jamais pour les industries et les communautés locales.»

Alors que le Royaume-Uni s’efforce d’atteindre ses objectifs en matière d’énergies renouvelables, l’énergie marémotrice pourrait jouer un rôle croissant dans le mix énergétique du pays. Les avancées réalisées grâce à cette étude contribueront à façonner l’avenir de cette technologie prometteuse, en permettant une meilleure compréhension des défis et des opportunités liés à l’exploitation de l’énergie des marées.

Méthodologie innovante

Les chercheurs ont combiné deux approches pour cartographier les flux de marée complexes :

1. Utilisation de drones aériens

2. Réalisation de relevés par bateau

Cette méthode a permis d’obtenir des données précises sur les courants marins, qui peuvent atteindre des vitesses supérieures à 8 nœuds dans la zone étudiée.

Résultats clés

L’étude a mis en lumière plusieurs aspects importants :

1. L’impact des variations de courants sur les performances de la turbine

2. L’effet du sillage de la turbine sur le placement d’autres dispositifs

3. Les conséquences potentielles sur les habitats marins

Implications pour l’avenir de l’énergie marémotrice

Les résultats de cette recherche ont des implications significatives pour le développement futur de l’énergie marémotrice :

1. Optimisation du placement des turbines : Les données recueillies permettront de mieux positionner les turbines dans les chenaux étroits entre les îles.

2. Évaluation de l’impact environnemental : L’étude fournit des informations précieuses sur les interactions potentielles avec la faune marine, notamment les oiseaux de mer et les orques.

3. Amélioration des modèles de simulation : Les mesures réelles aideront à affiner les modèles informatiques utilisés pour prédire les performances des turbines.

Légende illustration : L’hydrolienne flottante O2, exploitée par Orbital Marine Power, située au cœur des îles Orcades, avec le bateau de recherche Green Quest à l’arrière-plan. Crédit : Université de Plymouth

Article : ‘Sheared turbulent flows and wake dynamics of an idled floating tidal turbine’ / ( 10.1038/s41467-024-52578-x ) – University of Plymouth – Publication dans la revue Nature Communications