La majeure partie de l'électricité qui alimente le monde industriel provient de générateurs à induction. Le premier a été mis en ligne en 1896 et était alimenté par la cascade d'eau tombante des chutes du Niagara. Cependant, la plupart des générateurs à induction modernes fonctionnent à la vapeur, et les combustibles de choix pour chauffer l'eau ont longtemps été les bobines, le pétrole et le gaz naturel, appelés combustibles fossiles.
En 2011, les combustibles fossiles fournissaient 82 % de l'électricité mondiale, mais les preuves continuent de s'accumuler sur les effets dévastateurs des sous-produits de la combustion sur l'environnement. En octobre 2018, les scientifiques avertissaient que le réchauffement climatique, auquel la combustion de combustibles fossiles est un contributeur principal, approchait rapidement d'un point de basculement irréversible. Le résultat de tels avertissements est un glissement des combustibles fossiles vers les sources d'énergie renouvelables, telles que les panneaux photovoltaïques, l'énergie géothermique et les éoliennes.
L'énergie des vagues est l'une des options sur la table. Les océans représentent un vaste réservoir d'énergie inexploité. Selon l'Electric Power Research Institute, l'énergie potentielle des vagues autour de la côte des États-Unis, y compris l'Alaska, est d'environ 2 640 térawattheures/an. C'est assez d'énergie pour alimenter 2,5 millions de foyers pendant une année entière. Une autre façon de voir les choses est qu'une seule vague a assez d'énergie pour alimenter une voiture électrique sur des centaines de kilomètres.
Quatre technologies principales existent pour exploiter l'énergie des vagues. Certains travaillent près du rivage, d'autres au large et d'autres en haute mer. Les convertisseurs d'énergie houlomotrice (WEC) sont conçus pour rester à la surface de l'eau, mais ils diffèrent par la orientations des collecteurs au mouvement des vagues et dans les méthodes utilisées pour générer électricité. Les quatre types de générateurs d'électricité houlomotrice sont les absorbeurs ponctuels, les terminateurs, les dispositifs de débordement et les atténuateurs.
D'où vient l'énergie des vagues ?
Croyez-le ou non, l'énergie des vagues est une autre forme d'énergie solaire. Le soleil chauffe différentes parties du globe à des degrés divers, et les différences de température qui en résultent créent les vents qui interagissent avec l'eau de l'océan pour créer des vagues. Le rayonnement solaire crée également des différences de température dans l'eau elle-même, ce qui entraîne des courants sous-marins. Il sera peut-être possible d'exploiter l'énergie de ces courants à l'avenir, mais pour l'instant, l'essentiel de l'attention de l'industrie énergétique s'est concentré sur les ondes de surface.
Stratégies de conversion de l'énergie des vagues
Dans un barrage hydroélectrique, l'énergie de la chute d'eau fait directement tourner les turbines qui produisent de l'électricité en courant alternatif. Ce principe est utilisé presque inchangé dans certaines formes de génération de vagues, mais dans d'autres, l'énergie de la l'eau montante et descendante doit passer par un autre milieu avant de pouvoir faire le travail de faire tourner le turbine. Ce milieu est souvent l'air. L'air est enfermé dans une chambre et le mouvement des vagues le comprime. L'air comprimé est ensuite forcé à travers une petite ouverture, créant un jet d'air qui peut faire le travail nécessaire. Dans certaines technologies, l'énergie des vagues est transférée en énergie mécanique par des pistons hydrauliques. Les pistons entraînent à leur tour les turbines qui produisent de l'électricité.
L'énergie des vagues est encore largement en phase expérimentale et des centaines de conceptions différentes ont été brevetées, bien que seule une fraction d'entre elles aient été développées. Celui qui a fourni de l'électricité commerciale a fonctionné au large des côtes du Portugal en 2008 et 2009, et le gouvernement écossais envisage le développement d'un grand projet dans les eaux agitées de la mer du Nord. Un projet similaire est prévu au large des côtes australiennes. Il existe actuellement quatre principaux types de générateurs de vagues :
1 - Les absorbeurs de points ressemblent à des bouées
Un absorbeur ponctuel est avant tout un appareil en eaux profondes. Il reste ancré en place et monte et descend sur les vagues qui passent. Il se compose d'un cylindre central qui flotte librement à l'intérieur d'un boîtier, et lorsque la vague passe, le cylindre et le boîtier se déplacent l'un par rapport à l'autre. Le mouvement entraîne un dispositif d'induction électromagnétique ou un piston hydraulique, qui crée l'énergie nécessaire pour entraîner une turbine. Parce que ces appareils absorbent de l'énergie, ils peuvent affecter les caractéristiques des vagues qui atteignent le rivage. C'est l'une des raisons pour lesquelles ils sont utilisés dans des endroits éloignés au large.
Une colonne d'eau oscillante (OWC) est un type particulier d'absorbeur ponctuel. Il ressemble également à une bouée, mais au lieu d'un cylindre interne flottant librement, il a une colonne d'eau qui monte et descend avec les vagues. Le mouvement de l'eau pousse l'air comprimé à travers une ouverture pour entraîner un piston.
2 - Les terminateurs génèrent de l'électricité ondulatoire à partir d'air comprimé
Les terminateurs peuvent être situés sur le rivage ou près du rivage. Ce sont essentiellement de longs tubes et, lorsqu'ils sont déployés au large, ils captent l'eau à travers les ouvertures des ports souterrains. Les tubes sont ancrés pour s'étendre dans la direction du mouvement des vagues, et la montée et la descente de la surface de l'océan poussent une colonne d'air capturé à travers une petite ouverture pour entraîner une turbine. Lorsqu'elles sont situées à terre, les vagues qui se brisent sur la plage entraînent le processus, de sorte que les ouvertures sont situées aux extrémités des tubes. Chaque terminateur peut générer de l'énergie dans une plage de 500 kilowatts à 2 mégawatts, selon les conditions des vagues. C'est assez de puissance pour tout un quartier.
3 - Les atténuateurs sont des convertisseurs d'énergie houlomotrice multi-segments
Comme les terminateurs, les atténuateurs sont de longs tubes qui se déploient perpendiculairement au mouvement des vagues. Ils sont ancrés à une extrémité et construits en segments qui se déplacent les uns par rapport aux autres au fur et à mesure que la vague passe. Le mouvement entraîne un piston hydraulique ou un autre dispositif mécanique situé à chaque segment, et l'énergie entraîne une turbine, qui à son tour produit de l'électricité.
4 - Les dispositifs de débordement sont comme des mini barrages hydroélectriques
Les dispositifs de franchissement sont longs et s'étendent perpendiculairement à la direction du mouvement des vagues. Ils forment une barrière, un peu comme une digue ou un barrage, qui recueille l'eau. Le niveau de l'eau monte à chaque passage de vague et, lorsqu'il redescend, il entraîne des turbines qui produisent de l'électricité. L'action globale est à peu près la même que celle employée dans les barrages hydroélectriques. Les turbines et les équipements de transmission sont souvent logés dans des plates-formes offshore. Des dispositifs de franchissement peuvent également être construits à terre pour capter l'énergie des vagues qui s'écrasent sur la plage.
Problèmes avec la production d'énergie houlomotrice
Malgré les promesses évidentes de l'énergie houlomotrice, le développement est loin derrière celui de l'énergie solaire et éolienne. Les installations commerciales à grande échelle sont encore une chose du futur. Certains experts en énergie comparent l'état de l'électricité houlomotrice à celui de l'électricité solaire et éolienne il y a 30 ans. Une partie de la raison en est inhérente à la nature des vagues océaniques. Ils sont irréguliers et imprévisibles. La hauteur des vagues et leur période, qui est l'espace entre elles, peuvent varier d'un jour à l'autre voire d'heure en heure.
Un autre problème est la transmission de puissance. L'énergie des vagues ne peut servir à rien tant qu'elle n'est pas transmise à la rive. La plupart des WEC intègrent des transformateurs pour augmenter la tension pour une transmission plus efficace le long des lignes électriques sous-marines. Ces lignes électriques reposent généralement sur le fond marin et leur installation augmente considérablement le coût d'une centrale houlomotrice, en particulier lorsque la station est située loin du rivage. De plus, il y a une certaine perte de puissance associée à tout transfert d'énergie électrique.