L'eau des océans et des mers.
"Envie d'ailleurs, de frissons ou de rêves, la mer répondra immanquablement à tous vos désirs."

Introduction.
Ces eaux sont constituées de 96,5% d'eau pure H2O et de 3,5% d'autres substances :

Les propriétés physiques sont principalement dues à l'eau pure.
Par ailleurs, les océans sont stratifiés, c'est-à-dire constitués de couches horizontales successives de caractéristiques différentes.

Nota : le rapport D/H (D étant l'hydrogène "lourd" ou deutérium) de l'eau des océans de la Terre est de 1,55 10-4 . La valeur du rapport D/H terrestre étant comprise dans la gamme des rapports D/H des astéroïdes situés entre Mars et Jupiter, l’eau des océans sur Terre pourrait ainsi provenir préférentiellement des astéroïdes et de certaines comètes. Ces résultats importants ont été publiés en 2014 dans la revue Science Express.

Valeurs des rapports deutérium/hydrogène (D/H) dans différents objets du Système solaire, regroupés par couleur avec les planètes et satellites (bleu), les chondrites de la ceinture d’astéroïdes (gris), les comètes originaires du nuage de Oort (violet) et les comètes joviennes (rose). © B. Marty, Esa, Altwegg et al.
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La salinité totale [S] est la caractéristique essentielle de l'eau de mer.
La salinité mesure la concentration en sels dissous ; elle s’exprime le plus souvent en mg/L ou g/L (ou encore en ppm chez les Anglo-Saxons). On notera que cette dernière unité n’est pas strictement équivalente puisqu’elle exprime des mg/kg.
Les océans contiennent, en moyenne, 34,7 grammes de sel dissous par kilogramme d'eau, soit environ 35,7 g/litre (pour 1027,7 kg/m3 de masse volumique).
Si on considère le volume total des océans à environ 320 millions de km3, nous avons environ 47,5 millions de milliards de tonnes de sel (47,5.1015 tonnes).
Pour les mers les écarts peuvent être importants : de 7 à 39 g/kg.
La présence de sel dans l'eau modifie certaines propriétés de l'eau pure (densité, compressibilité, point de congélation et température du maximum de densité).

D'autres, telles que la viscosité ou l'absorption de la lumière, ne sont pas influencées de manière significative.
Enfin certaines sont directement déterminées par la quantité de sel dans l'eau : conductivité et pression osmotique.

Les mécanismes qui modifient la température [T] ou la salinité [S] de l'eau en un lieu sont :

Les deux premiers phénomènes n'agissent qu'a la surface des océans, seuls les mouvements d'eau influent sur les caractéristiques de l'eau en profondeur.
Les variations horizontales (fonction de la latitude donc zonales) des propriétés de l'eau sont beaucoup plus faibles que les variations verticales.
Exemple : à l'équateur, la température de surface est de 25°C, et -1000 m elle est de 5°C.




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La température moyenne des océans est de 3,5°C.

Pour observer une variation horizontale de température équivalente à partir de l'équateur, il faut se déplacer vers le nord ou vers le sud de 5000 km.
Pour 75% du volume des océans : et g/kg,
Pour 50% du volume des océans : et g/kg.
Les valeurs de température et de salinité qui s'écartent le plus des moyennes sont obtenues en surface.
Quelques valeurs de salinité totale moyenne selon les mers, océans ou lacs :

Nom
S (g/kg)
Mer Baltique
7
Océan Antarctique
34.7
Océan Pacifique
35
Océan Indien
36.5
Océan Atlantique
36.5
Mer Méditerranée
38.5
Mer Rouge
39.7

Grand Lac Salé
130
Mer Morte
272
Lac Vanda
270
Lac Kara-Bogaz-Gol
280
Lac Assal
320
Lac Don-Juan
400


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Propriétés physiques.
Masse volumique.
Il en est autrement que pour l'eau douce.
La masse volumique r de l'eau de mer dépend, de la salinité S, de la température t et de la pression p.
La relation r = r (S,T,p) est l'équation d'état de l'eau de mer; cette relation empirique est le résultat de nombreuses études en laboratoire.
La première équation établie en 1902 par Knundsen et Ekman est aujourd'hui remplacée par "l'Équation d'État Internationale (1980)" :



Exemples
(calculs à partir de l'équation d'état):
Variation de la masse volumique de l'eau de mer, en fonction de la profondeur,
(salinité de 36 g/L et température constante de 8°C)



Variation de la masse volumique de l'eau de mer (sous la pression atmosphérique normale)


ou,

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Comparaison Eau de mer <> Eau douce :

Nota : à pression normale (101 325 Pa).
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Calcul de la
masse volumique de l'eau de mer,
en fonction de la salinité,la température et la pression
(calculée à partir de l'équation d'état) :
Salinité
(g/kg)
Température
(°C)
Pression
(bar)
(après intro des valeurs, appuyer sur le bouton)
Masse volumique (kg/m3)

Nota : pour des salinités allant de 0 à 42, des températures allant de –2 à 40 C et des pressions de 0.1 à 10 00 bar.
Ce n'est pas utilisables pour les mers intérieures, telles que la mer
Caspienne ou les lacs salés; en effet ces étendues d’eau ont un contenu salin différent de celui de l’eau de mer..

 

 

< Menus ou
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Densité potentielle "sigma" (density excess).
En océanographie, par commodité on choisit comme notation :

kg/m3

et on appelle s : densité (ou excès de masse volumique).
Exemple : .

La comparaison des densités de deux masses d'eau n'a de sens que si on considère ces deux masses d'eau à la même profondeur (et donc à la même pression). On utilise donc fréquemment la densité à la pression atmosphérique . Cela ne signifie pas que les effets de la pression sur la densité soient négligeables.
La densité augmente avec la profondeur, les eaux les plus denses se trouvant naturellement au fond des océans. L'évolution de la densité avec la profondeur n'est toutefois pas uniforme.
Dans les régions équatoriales et tropicales, il existe une couche d'eau près de la surface de densité presque constante, puis une couche dans laquelle la densité croit très rapidement avec la profondeur.
Cette couche dite pycnocline correspond en général à la thermocline (couche d'eau dont la température baisse sensiblement lorsqu'on descend plus profondément).

Aux profondeurs plus importantes la "densité potentielle" évolue lentement pour atteindre une valeur voisine de 27,9 au fond des océans, quelque soit la latitude.
Aux grandes latitudes la densité de surface dépasse 27, l'évolution verticale est donc faible et la pycnocline est moins facile à distinguer.

La température pour la densité maximum de l’eau décroît régulièrement avec la teneur en sels dissous pour finalement égaler sa température de solidification aux alentours d’une concentration de 24,7 g/litre.
Au delà d'une salinité de 24,7 la température du maximum de densité est inférieure à celle du point de congélation.

Dans les océans (en moyenne 35 g de sel par litre), l’eau la plus dense est aussi la plus froide.
A titre indicatif, la composition moyenne d'un litre d'eau de mer à 35 g/l de salinité totale (de masse vol.1028 kg/m3) :

Composants
Teneur (g/l)

Autres composants
mg/l
chlorure de sodium
27.2

fluor
1.40
chlorure de magnésium
3.8

silice
1.0
sulfate de magnésium
1.65

azote
1.0
sulfate de calcium
1.26

phosphore
0.060
sulfate de potassium
0.86

baryum
0.055
carbonate de calcium
0.12

fer
0.050
bromure de magnésium
0.076

iode
0.050




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Autres propriétés.
Propriétés (suite) :
Température d'ébullition, de congélation, de pression de vapeur, etc.
Notons que les propriétés physiques de l'eau de mer, à l'opposé de la plupart des liquides qui varient uniformément avec la température, présentent donc un minimum à une température donnée (sauf la célérité du son qui passe par un maximum à 74°C).
Quelques exemples de températures correspondant au minimum des valeurs :

Propriété
Température
volume spécifique
4°C
compressibilité
44°C
chaleur spécifique
34°C
solubilité de l'oxygène
80°C
solubilité de l'hydrogène
37°C
vitesse de la lumière
-1°C
----------------
Variation des températures de congélation et d'ébullition :

----------------
Variation de la Pression de vapeur :

-----------------
Variation de la tension superficielle :

----------------
Variation de la viscosité dynamique :

----------------
Variation de la conductivité thermique :

----------------
Variation de la pression osmotique :

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Résistivité (en ohm.cm) et Conductivité électrique (en mS.cm-1) de quelques eaux de mers :
(en fonction de la salinité totale [ST] et de la température [°C])


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Acidité/basicité.
Le mélange des sels ( donc des électrolytes ) forme une solution tampon qui explique que le pH de l'eau de mer soit constant et légèrement basique (pH = 8,0). Les gaz dissous comprennent principalement : 64% d'azote, 34% d'oxygène et 1,8% de dioxyde de carbone (soit 60 fois la proportion de ce gaz dans l'atmosphère terrestre).

Certains auteurs pensent pourtant que l'augmentation du taux de dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère (les échanges de CO2 entre l'atmosphère et les océans de surface, sont actuellement de l'ordre de 330 milliards de tonnes de CO2 par an) se traduira par une plus grande dissolution de ce gaz dans l'eau des océans et donc par une baisse de leur pH, avec un risque pour la faune et la flore (lien externe sur ce problème).
Il faut cependant noter que dans ce cas les concentrations en CO2 devraient nécessairement être importantes pour rendre l'eau très acides, étant donné l'effet tampon des sels dissous.

Nota : la quantité d'oxygène dissous est variable, fonction de la température et de la salinité, et une bonne idée des teneurs en O2 dissous est donnée par la formule de Gameson et Robertson (pour eau salée) :

O2 (mg/litre) = (475-[2,65 x S])/[33,5+T]

avec, S=salinité en g/l et T=température en °C.

lien > http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/jctb.5010050909/citedby/

(Son et lumière)








Son & lumière.
Le son et la lumière ont des comportements très différents, bien que tout deux ont une nature ondulatoire.
Son.
Il se propage très bien sous l'eau, l'atténuation due à l'absorption et à la diffusion est beaucoup plus faible que pour les ondes électromagnétiques. Les ondes acoustiques constituent le meilleur moyen de transmission sous l'eau.
La vitesse du son dans l'eau est, en moyenne, approximativement égale à 1460 m.s, et à des fréquences de 30 Hz à 1500 khz (limite audible de l'homme : 20 khz).
La vitesse du son (c) peut être calculée, à titre d'exemple, par la formule suivante (source ISTV) :

c = 1449,2 + 4,6 T - 0,0557T2 + 0,000297T3 +(1,34 - 0,010T)(S-35) + 0,016 z

avec, c vitesse du son en m.s-1, T température en °C, S salinité et z la profondeur en m,
(on considère que la pression est hydrostatique).

Exemple :
Vitesse du son (c) = f(T, z), pour une salinité constante de 35 g/kg (faibles profondeurs):

La diminution de la température et l'augmentation de la pression avec la profondeur ont des effets inverses et conduisent généralement au profil caractéristique de la vitesse du son de la figure suivante avec un minimum au voisinage de 1000 m.




Tableau de variation de la vitesse du son (en m.s) :

Nota : 1 dbar = 0,1 bar = 100 hPa - S en g/litre.
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Exemple de vitesse du son (c) en fonction de la profondeur, dans l'océan atlantique :


(Lumière)




Lumière.
Les longueurs d'onde de la lumière visible vont de 0,4 mm (violet) à 0,7 mm (rouge), la correspondance entre fréquences et couleurs est donnée approximativement dans le tableau suivant :
400 nm
450 nm
500 nm
550 nm
600 nm
700 nm
(fréquences en nanomètre (nm) - 1 mm = 1000 nm)

 Sous l'eau, on constate que l'atténuation de la lumière est considérable, les infrarouges sont absorbés dès le 1er mètre de profondeur et il y a peu de lumière au-delà des 100 mètres.

Au delà de 1000 mètres c'est le noir complet.
Comme dans tous les milieux, deux phénomènes contribuent à l'atténuation de la lumière : l'absorption et la diffusion.
L' absorption de la lumière dans la mer c'est l'absorption de l'énergie des photons. L'eau pure est pour la lumière un milieu très absorbant, en particulier pour les infrarouges (de 780 à 106 nm, ou entre 0,78 µm à 1 000 µm).
Au second rang, du point de vue de l'absorption on trouve les substances organiques en suspension.
Par contre, la plupart des substances composant le sel marin ont peu d'effet sur l'absorption de la lumière dans l'eau.
Il n'y a pratiquement pas de différence entre le spectre d'absorption d'une eau de mer très claire et celui de l'eau distillée.



La diffusion de la lumière est un phénomène physique que l'on rencontre lorsque des inhomogénéités optiques du milieu provoquent des changements aléatoires de la direction des rayons lumineux.
Cela est dû par exemple à la présence de particules en suspension ou de particules constituées de molécules d'eau de densité différente du milieu environnant.
Pour les grosses particules la diffusion est le résultat de la réfraction, réflexion et diffraction par de telles particules. Lorsque les dimensions des particules sont inférieures à la longueur d'onde considérée, comme c'est fréquemment le cas pour l'eau de mer, l'optique géométrique ne suffit plus à expliquer la diffusion et il faut faire appel à la théorie des ondes électromagnétiques.
L'atténuation de la lumière sous l'eau est essentiellement due à l'absorption, la diffusion ayant une moindre importance. Cette atténuation est fonction de la longueur d'onde et des caractéristiques physiques et chimiques de l'eau de mer. Cette propriété optique apparente de l'eau de mer permet de la caractériser et donne des informations sur la densité, les concentrations des matières en suspension et la productivité biologique.
Nota - Rappel : > Page spéciale surl'optique aquatique

Variation de l'indice de réfraction :
(il varie avec la longueur d'onde, la température, la pression et la direction de propagation (la biréfringence).


Nota : longueur d'onde du sodium, raie D.

La couleur de la mer s'étend du bleu au vert. Le bleu indigo caractérise les mers tropicales et équatoriales, lorsqu'il y a peu de production biologique. A des latitudes plus grandes, la mer est bleu-vert voir verte dans les régions polaires. Les eaux côtières sont en général verdâtres.





Il y a deux facteurs contribuant à la couleur bleu de l'océan aux faibles latitudes :

  1. Lorsqu'il y a peu de production biologique.
    En eau profonde, lorsque l'on regarde sous l'eau, la lumière que l'on voit est celle diffusée par les molécules d'eau. La diffusion étant plus importante pour les petites longueurs d'onde (bleu) que pour les grandes longueurs d'onde : l'eau parait bleue.
    (en plus, les composantes rouges et jaunes de la lumière solaire sont absorbées en quelques mètres, la seule composante susceptible d'être diffusée est donc le bleu).
  2. Dans les régions où la productivité biologique est importante, la chlorophylle contenue dans le phytoplancton absorbe la composante bleue : la lumière se décale vers le vert.

La mesure de la lumière émise par l'océan (réflexion et rétrodiffusion) à certaines longueurs d'onde donne des informations quantitatives sur la teneur en éléments organiques et autres matériaux en suspension des couches de surface. L'interprétation de ces mesures apporte des résultats importants pour l'étude de la photosynthèse et donc du cycle du carbone, sur l'interaction du vent et des courants avec la biologie de l'océan ainsi que sur l'influence de l'activité humaine sur l'environnement océanique.


Remarque (bien que ceci ne soit lié à la réfraction {quoique...}) :
Le phénomène des mirages : du fait d'une certaine humidité de l'atmosphère, la lumière se courbe, et un point derrière l'horizon devient visible .

Annexe - Estimation de la distance de la ligne d'horizon sur l'océan :
1 > à hauteur des yeux d'une personne, soit par exemple 1,70 m (P),
2 > depuis un avion situé à 9000 mètres d'altitude (A),
avec, R (rayon référence de l'ellipsoïde terrestre) : 6378,137 km.


( sur ce schéma, les proportions ne sont, évidemment, pas respectées ! )

1/ Pour l'observateur P, le point le plus éloigné (à l'horizon) est celui de la tangente de la droite virtuelle issue de l'oeil (vecteur PH).
En désignant par O le centre de la Terre, le rayon R = OH (soit 6378,14 km de rayon moyen) est alors perpendiculaire à PH, et il suffit d'appliquer le théorème de Pythagore : dans le triangle rectangle OHP nous avons : [OP]² = [PH]² + [OH]² , et donc [PH]² = [OP]² - [OH]², soit, en notant h la hauteur de vue de l'observateur, [PH]² = (R + h)² - R².
Avec h = 1,7 m de hauteur par exemple, on aura [PH]² =(6378,1418² - 6378,14² ), et racine carrée PH (distance de la ligne d'horizon) = 4,66 km [arrondi].

2/ Vue d'avion, dans le triangle rectangle OKA nous avons : [OA]² = [AK]² + [OK]² ,et donc [AK]² = [OA]² - [OK]², soit, en notant h la hauteur de vue des observateurs dans l'avion, [AK]² = (R + h)² - R².
Avec h = 9 km de hauteur, on aura [AK]² = (6387,137² - 6378,137² ) > 114 887,466, et racine carrée > ± 339 km (distance de la ligne d'horizon, arrondie).

Nota : sur la Lune (mer de la Tranquillité, par exemple ou le 20 juillet 1969, Apollo 11 s'est posé), Neil Armstrong (h =1,80 m), [PH]² = (1 737,4018 km² - 1 737,4 km² ) = 6,25464], devait avoir sa distance d'horizon à 2,5 km (au lieu de 4,79 km environ sur Terre).

>>> voir aussi, dans les programmes téléchargeables, le Programme Horizon, permettant d'éffectuer ce calcul (sur Terre et autres astres du système solaire).





Glaces d'eau de mer.
On distingue deux types de glace :

Puisque à partir d'une salinité de 24,7 g/l la température du maximum de densité est inférieure à celle du point de congélation et que la salinité des océans est de l'ordre de 35 g/l, le refroidissement de l'eau de mer s'accompagne donc d'une augmentation de densité jusqu'au changement d'état, contrairement au refroidissement de l'eau douce.
Ceci explique en partie pourquoi la glace se forme plus facilement sur un lac qu'en mer.
Sur un lac, les eaux les plus froides restent en surface et vont donc geler dès que la température devient négative.
En mer les eaux refroidies en surface "plongent" et sont remplacées par de l'eau plus "chaude".

Conclusion : pour créer une banquise il faut un refroidissement brutal.

Le changement d'état s'accompagne d'une dilatation : la glace est moins dense que l'eau.
Par ailleurs la congélation va séparer l'eau pure des sels :
La glace qui se forme au cours des hivers arctique et antarctique reste en surface, alors que la saumure (eau fortement concentré en sels) s'enfonce pour être remplacée par de l'eau plus chaude et moins salée.
Il se crée donc une eau très dense (très salée et très froide) qui va s'enfoncer très profondément. Lorsque la glace atteint une épaisseur de 2 à 3 m, elle forme un écran protecteur qui isole l'océan.

Cette glace est inhomogène, sous l'action des vagues et des oscillations de température, elle va renfermer des poches d'air et des poches de saumure ou de sel. Elle va ensuite vieillir, être lavée par la neige et devenir de plus en plus dense. On obtient des glaces de densités variables (0,86 à 0,92) et de compositions variables (salinité de 0 à 10), riches en sulfates. La fonte de la glace donne donc naissance à des eaux de surfaces peu salées et froides (riches en sulfates).

Point de fusion de la glace d'eau de mer (il s'abaisse avec la salinité) :

..................(exemple : -1,9°C (271,25 K) à S=35 g/l ).......................

Nota : le satellite
Cryosat-2 est dédiée à l'observation spatiale de la couverture des glaces continentales et des glaces de mer ainsi qu'à l'étude des variations d'épaisseur de ces glaces (lien interne).





Énergies marines.
Énergies marines renouvelables (EMR)
Notes préléminaires.
Le bilan d'énergie de surface (somme des flux vers l'atmosphère et vers l'océan, exprimés en Wm-2) a les caractéristiques suivantes :

L'énergie des mers est l’énergie renouvelable extraite du milieu marin.
" Si seulement 0,1% de l'énergie renouvelable disponible dans les océans pouvait être convertie en électricité, cela suffirait à satisfaire plus de cinq fois la demande du monde tel que nous le connaissons aujourd'hui " (remarque faite en 2000 par le Marine Foresight Panel du gouvernement Britannique).

Selon l'IEA
(International Energy Agency), les capacités mondiales en énergie des courants se situeraient aux environs de 100 000TWh (ou 1017Wh ou 100 millions de milliard de Wh), sachant que la consommation mondiale d'électricité s'établit aujourd'hui autour de 16 000TWh. Selon les mêmes sources, l'Europe pourrait produire 100 TWh d'énergie à partir de des hydrauliennes, dont 50TWh pour le Royaume-Uni, 1 à 3 TWh pour la Norvège et 2 TWh pour la côte nord-ouest de la Russie.
Il a été démontré que les énergies marines sont parfaitement capables de devenir compétitives avec l'éolien onshore et le nucléaire d'ici 2025.

A noter que, avec 11 millions de km² marins (en comptant l'outremer) la France est le 2ème pays sur Terre pour ce qui concerne l'espace maritime, le premier étant les États-Unis.
Pour se conformer à ses engagements européens, la France devrait produire 21% de son électricité à partir de sources d'énergie renouvelables et non polluantes. Donc en toute logique, les océans sous juridiction française, qui sont des gisements de kilowattheures en puissance, devraient faire l'objet de productions d'appoints (même s'ils ne peuvent constituer qu'une ressource complémentaire).

La mer (ou les océans) peut être utilisée au travers de cinq filières énergétiques au moins :

  1. Énergie des vagues (houlomotrice),
  2. Énergie des courants et des marées (hydrolienne et marémotrice),
  3. Énergie thermique des mers (ETM),
  4. Énergie osmotique (due au mélange des eaux douces et salées dans les estuaires),
  5. Énergie de la biomasse algale,
  6. Énergie de pression (fond de la mer).

    (Raccourcis : cliquer sur les noms des chapîtres).





1 - Énergie des vagues (houlomotrice).

La houle est le mouvement ondulatoire de l'eau provoqué par les rafales de vent.
La déformation de l'interface (air-mer dans le cas d'une onde de surface) se propage à la vitesse de l'onde, donc de la distance qui sépare, par exemple, les deux crêtes de deux vagues "parfaites" successives. Les particules d'eau mises en mouvement au passage de l'onde se déplacent avec une vitesse qui leur est propre, mais restent en moyenne à la même position.

En eau profonde, c'est-à-dire lorsque la longueur d'onde de l'onde est faible par rapport à la profondeur de l'océan (au moins 2 fois plus faible), les particules d'eau se déplacent sur un cercle. Les ondes sont alors appelées ondes courtes.

En eau peu profonde, c'est-à-dire lorsque la longueur d'onde de l'onde est très grande par rapport à la profondeur de l'océan (au moins 20 fois plus grande), les particules d'eau se déplacent sur une ellipse. Les ondes sont alors appelées ondes longues.
C'est en fait, un transport de matière dans la direction de propagation des vagues, et des particules qui décrivent des orbites circulaires (ondes courtes) ou des orbites elliptiques (ondes longues), et qui se déplacent dans le sens de propagation des vagues. Ce déplacement est aussi appelé "courant de Stokes".
Ainsi donc, deux grandes classes de courants sont induits par la houle :

  1. les courants de dérive caractérisés par les "courant de Stokes",
  2. les courants dus à la "non uniformité" de la houle (naturelle ou "bathimétrique") caractérisés par excès de flux de la quantité de mouvement (tenseur de radiation).

Les courants de dérive se remarquent généralement en haute mer (eau profonde), alors que les courants dus à la non uniformité se rencontrent essentiellement aux abords des côtes (eau peu profonde).


Vitesse de propagation :
La vitesse de propagation c (célérité) dépend du type d'onde que l'on considère. Dans le cas des ondes courtes et des ondes longues , la formule permetant de calculer est assez simple :

- pour les ondes courtes (eau profonde) :
c = Ö[gl / 2p]
- pour les ondes longues (eau peu profonde) :
c = Ö[g / H]

avec,
c : vitesse (m/s)
g : intensité du champ de pesanteur (m.s²)
l (lambda) : longueur d'onde (m)
H : amplitude de l'onde (m).

Cela signifie que parmi les ondes courtes (la houle par exemple), celles qui ont la longueur d'onde la plus grande se propageront le plus vite. La longueur d'onde de la houle est de l'ordre d'une centaine de mètre.
Et si l'on considère une onde longue (faite par un tsunami par exemple), en se rapporchant des côtes sa vitesse diminuera en même temps que la profondeur du fond . La longueur d'onde des tsunamis est généralement supérieure à 100 km.
Plus la longueur d'onde d'une vague est grande, plus sa vitesse est importante : la vitesse d'un tsunami peut atteindre par exemple, 725 km/h, avec une longueur d'onde de 240 km, et filant inaperçue sous un bateau !
Nota : T (l/c) désignera la période de l'onde (en secondes).
Exemples :
Longueur d'onde (m)
Vitesse de propagation (m/s)
Période des vagues (s)
1,6
1,6
1
6
3
2
40
8
5
150
15
10
600
30
20

L'énergie (E) de la houle naturelle à fréquence unique (monochromatique) est, pour la quantité de mouvement, intégré sur la verticale et moyenné sur une période de houle :

E = [ r g H² ] / 8

avec,


Cette énergie représenterait 417 térawattheures par an (417 milliards de kWh/an) d'énergie potentielle simplement sur les côtes de la métropole, et elle est pour le moment, presque inexploitée. Pourtant c'est une énergie inépuisable et qui n'est pas émettrice de gaz à effet de serre... (Cf. ce sujet, voir pages).
Notons que le terme énergie de la houle est préférable à celui des vagues, car celles-ci se brisent sur le littoral, alors que la houle désigne le mouvement vertical de l'onde marine. L'énergie transportée est plus élevée en surface qu'au fond, et donc pour transcrire le potentiel houlomoteur en terme de production électrique, on prend en compte la totalité de la profondeur d'une tranche d'eau : les calculs donnent des kilowatts par mètre (kW/m).
Évidemment, les régions les plus agitées (ventées) sont les plus intéressantes : c'est le cas du sud-ouest de la France ou l'eau s'enfonce très rapidement et donne une houle atteignant parfois les 4 mètres.
A noter que sur la seule façade atlantique on pourrait produire 10 à 30 kW/m. Sur un km² de mer, on pourrait produire 20 MW !
Plusieurs types de dispositifs ont été proposés pour convertir l'énergie mécanique donnée par le mouvement des vagues, et dans presque tous les cas des mécanismes sont actionnés par les mouvements : pales, roues lestées, vérins hydraulique, etc.
et plusieurs mécanismes peuvent être utilisés (exemples) :

De nombreux appareils convertisseur d'énergie et de niveau industriel existent déjà (qqs exemples) :

Ces systèmes, quelquefois utilisent des approches différentes, mais on l'espère toutes aussi efficaces !
Par ailleurs, des prototypes de systèmes offshore ont été déployés en mai 2004 sur les côtes du Portugal et d'autres vont aussi être testés en mer Baltique et au Royaume-Uni (R.U).
Notes :
> Searev, comme Pelamis, souffre cependant d'un défaut. Pour que des houles fortes et régulières se forment, il faut des profondeurs d'eau importantes, d'au moins 50 mètres. Les parcs ne peuvent donc être installés qu'assez loin des côtes. Problème : l'acheminement de l'électricité à terre sans trop de perte en ligne. Toutefois l'énergie houlomotrice va bénéficier des avancées technologiques des plates-formes pétrolières offshore de grandes profondeurs, car l'on sait désormais construire de longs tuyaux flexibles, les "risers", capables de résister aux mouvements de la houle. La compagnie Pelamis Wave Power (PWP) a cependant annoncé en avril 2010 une deuxième génération concernant son convertisseur d'énergie des vagues en électricité : Pelamis P2.
> La société INRI a annoncé qu'elle a franchi une étape décisive dans la construction de sa pompe récupératrice d'énergie des vagues offshore, SEADOG®, immergée au large au large des côtes de Californie, dans la région de Table Bluff (Comté de Humboldt) : dans ce cas précis, la construction de SEADOG® conçue par Renew Blue, filiale a 100% d'INRI, a été imaginée pour alimenter en énergie "propre" et faire tourner une usine de dessalement.

Wavegen de Voith Hydro Wavegen (Ecossais), convertisseur d'énergie des vagues onshore -appelé aussi " riverain"- qui utilise le principe d'une colonne d'eau oscillante (OWC) couplée aux fortes modulations du ressac au moment où il touche la rive (lien vers explications et schémas, pdf 639 ko).

Une installation fonctionne déjà dans la centrale de Limpet (Ecosse, R.U.), sur l'île d'Islay.
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Oyster de Aquamarine Power (Ecossais), récupération d'énergie des vagues par aileron flottable et articulé , attaché au fond de la mer (lien). Actuellement (2011) : nouvelle génération Oyster 800 (lien).

> Dossier de presse SEM-REV à télécharger (Ecole Centrale de Nantes, doc, 794 ko).

Lien (pour en savoir plus sur la houle).





2 - Énergie des courants et des marées (hydrolienne et marémotrice)
Elle représente la puissance des courants marins (énergie hydrocinétique) liés aux marées.
Selon les différents avis d’experts, le littoral breton et normand présenterait un potentiel exploitable de plusieurs GW (gigawatts) de puissance, correspondant à plusieurs milliers d’hydroliennes par exemple.
Liés aux coefficients de marées, les courants sont parfaitement prédictibles. Problème : seuls certains endroits très précis sont exploitables, comme les pertuis ou les estuaires qui présentent des vitesses d'écoulement d'eau élevées.
En Europe, la France possèdent un des meilleur potentiel d'énergie maritime (le Royaume-Uni. également) : le raz de Sein (Ouessant), le Fromveur et le raz Blanchard (pointe du Cotentin), le site de Barfleur (dans le Cotentin, Manche, région Basse-Normandie), en raison de ses qualités, est susceptible d'accueillir lui aussi un parc d'hydroliennes.
L'estuaire de l'Odet, présentent des vitesses de marée de 2 à 4 m/s, et pouvant même dépasser cette dernière valeur (La Hague, 7 m/s). Les sites de Ouessant et du Cotentin représenteraient 3 000 MW de puissance continue.
Par ailleurs, il y a d'excellents pertuis à Ré et Oléron !
Avec les seuls courants, la France pourraient obtenir 5 GW, soit l'équivalent de cinq tranches de centrales nucléaires...

Notes (détroit de Gibraltar) > L’étroit passage qu’est le détroit de Gibraltar est la seule ouverture maritime entre la Méditerranée (salinité :38 g/L) et l’Atlantique (36 g/L). Les marées forcent l’eau à aller et venir au-dessus du seuil de Camarinal, plus élevé côté Atlantique (courant entrant dominant : vitesse de 1,5 m/s).
C’est là que se forment des ondes internes, si colossales qu’elles sont visibles depuis l’espace :

(photographiées par satellite).

Quelques projets et réalisations en France :
> Hydrolienne Marenergie, de HydroHelix Énergies (Français), d'Hervé Majastre et Jean-François Daviau, qui en sont les deux associés (à Quimper) :

(document HydroHelix)
et >Sabella de SABELLA SAS (Français) turbines pré-orientées avec pales bidirectionnelles, projet démonstratif de 200 kW, comprenant une turbine posée sur le fond marin, [D03] qui a été immergée à l’embouchure maritime de l’estuaire de l’Odet de mars 2008 à avril 2009, donc une campagne d’essais de plusieurs mois.
Sabella SAS a décidé de poursuivre le développement industriel de sa technologie avec la conception d’une machine préindustrielle : la Sabella D10, d'une taille beaucoup plus conséquente que la D03 (Ouessant).

> Hydrolienne marine HydroQuest Ocean de HydroQuest (française) > hydrolienne à axe de rotation vertical stabilisé (flux transverse à axe vertical).

•En 2017, installation d’un démonstrateur d’une puissance de 1MW sur le site d’essais EDF de Paimpol-Bréhat

Hydrolienne (française) BluStream®, au Pôle Mer Bretagne-Atlantique : de 2e génération, à haut rendement.
Partenaires >
Entreprises :
- Le Gaz Intégral (LGI), Nanterre [Porteur de projet],
- Bernard et Bonnefond, Saint-Étienne,
- Guinard Énergies, Ville d'Avray et Brest.
Centres de recherche :
- ENSTA Bretagne, Brest,
- Ifremer, Brest.

> Hydrolienne (française) Hydro-Gen , hydrolienne flottante pour fleuve, mer ou estuaire.
Principe : hydro-générateur à grosse roue à aubes, insérée dans un catamaran-tuyère flottant et amarré par des lignes de mouillage sur le fond.
L'entreprise commercialise 2 hydroliennes de puissance 20 kw et 70 kw.

PARTENAIRES :

> Hydrolienne EEL de Eel Energy (française) : sans hélice, mécanique à membrane ondulante au gré des courants.
Un prototype testé, et un déploiement industriel prévu à l’horizon 2020.
Partenaires : IFREMER, HUTCHINSON.

Etranger :
> WaveRoller de AW Energy (Finlandais), récupérateur d'énergie des courants posée sur un fond marin.


Partenaires.

> Turbine hydrolienne flottante, semi-immergée, Evopod de Oceanflow (Ecosse - Royaume-Uni).


L'Evopod d'Oceanflow a également une application dans les courants de rivières où l'appareil flottant est attaché au lit de la rivière. Une solution de turbine jumelée a été développée avec des sorties nominales allant de 5kW à 10kW selon la vitesse d'écoulement dans les profondeurs d'eau aussi peu que 3 mètres.
Par ailleurs, Oceanflow a complété son système innovant d'appareil flottant à turbine éolienne offshore Starfloat. Starfloat intègre la connaissance d'Oceanflow des plates-formes semi-submergées à faible mouvement et des systèmes d'amarrage, dans une conception très compacte et peu coûteuse offrant des améliorations réelles dans LCOE pour le courant offshore (en eau profonde).

Turbine Open-Centre de OpenHydro (Ireland).
Société du groupe DCNS, qui se spécialise dans la conception, la fabrication, l'installation et la maintenance de turbines marines générant des énergies renouvelables à partir des courants de marée.
Cette société possède un portefeuille de projets couvrant le Canada, la France, le Japon, l'Irlande du Nord, l'Ecosse, le Pays de Galles et les îles Anglo-Normandes, avec des partenaires d'utilité, tels que Emera, EDF, Brookfield Renewable Energy Group, SSE Renewables et Alderney Renewable Energy. La société a remporté un certain nombre de prix pour ses innovations dans le domaine de la technologie des énergies renouvelables.


Hydroliennes Delta Stream [doc.pdf (en)] de Tidal Energy Ltd (Pays de Galles / Royaume-Uni).
Projets : Ramsey Sound (MW), cotes de Pembrokeshire, au sud-ouest du Pays de Galles; St Davids Head,(10 MW), Pembrokeshire.
Partenaires : Eco2 Ltd, Fonds européen de développement régional (ERDF) - Gouvernement gallois, Carbon Connections UK Ltd, Cranfield University, Pembroke Port,

Hydrolienne, horizontale de Ocean Renewable Power Company (ORPC, USA).
Turbine Generator Unit, RivGen® Power System, TidGen® Power System, OCGen® Power System ;
Projets : Alaska, Maine.


Hydrolienne à vis, FlumillTM de Flumill (Norvège), turbine à hélice (vis de forage) placées côte à côte.
Le système est en auto régulation de fonctionnement sur une large plage de vitesses des flux de marée. Le système a un impact limité sur l'environnement avec des turbines lentes.
Flumill a réalisé des essais effectués avec succès pendant plus de deux semaines en 2011 (prototype de 1,5 MW), et également des essais avec succés pour l'EMEC (European Marine Energy Centre), Orkney Island (Les Orcades au Royaume-Uni) en janvier 2012.
A l'automne 2012, Enova (Business Meetings) a décidé d'attribuer à Flumill 57,5 millions NOK (Couronne norvégienne) ou env. 6,35 M€, pour le financement partiel d'une installation à grande échelle (selon les plans, l'installation mesure 18 par 45 mètres),dans Rystraumen près de Tromsø (Norvège). L'objectif est de tester le système Flumill et c'est la suite d'un projet commencé avec un prototype d'un moulin à marée, où les grandes vis (avec des générateurs attachés) ont produit l'électricité en respectant l'environnement.

Energie marémotrice (proprement dite) :
Principe : capturer l'énergie accumulée dans un réservoir qui se remplit et se vide de manière déphasée par rapport aux variations de hauteur d'eau de la marée.
Seule réalisation industrielle marémotrice (en France) : l'usine de la Rance, Côtes-d'Armor (lien, lien 2) : 250 MW, 600 millions de KWH/an.
Nota : les coûts d'installation et d'exploitation seraient trop élevés (?).

>>> lien intéressant > http://www.shom.fr/ - Service hydrographique officiel, il est un établissement public administratif (EPA) sous tutelle du ministère de la Défense. Opérateur public pour l'information géographique maritime et littorale de référence.





3 - Énergie thermique des mers (ETM).
Les mers et les océans sont à la fois un vaste capteur et un immense réservoir d'énergie solaire.
Cette énergie est stockée sous forme de chaleur dans les couches d'eau de surface des mers et des océans tropicaux. Les courants marins entraînent cette eau vers les hautes latitudes où elle se refroidit et coule vers le fond des grands bassins océaniques. Après un long voyage plusieurs fois séculaire dans les profondeurs, elle remonte lentement vers la surface dans les régions dites d' "upwelling".
Ce phénomène de circulation explique pourquoi la température de l'eau décroît avec la profondeur même en zone tropicale où la température de l'eau peut dépasser 28° en surface alors qu'à 1000 mètres de profondeur elle reste uniformément voisine de 4°C.

L’idée d’utiliser la différence de températures entre les eaux tièdes de surface et les eaux froides profondes pour produire de l’électricité sera reprise en 1881 par J. Arsène d’Arsonval qui proposera un principe différent: vaporiser un fluide pour actionner un turboalternateur. C’est un ingénieur français G. Claude (co- fondateur de l’Air Liquide) et inventeur de la lampe à néon, qui réalisera dans les décennies 1920 et 1930 les premières usines de production d’électricité à partir de l’ETM, qui est connu en anglais sous le nom d’ "Océan Thermal Energy Conversion ou OTEC ".
C’est aux États Unis et au Japon que les travaux de R&D pour le développement des usages de l’eau océanique profonde à des fins Industrielles et commerciales sont les plus avancés. La France - nation pionnière de l’ETM au début du 20ème siècle - a abandonné ce domaine de recherche depuis le milieu des années 1980...
Plusieurs procédés ont été expérimentés. Ils sont fondés sur le principe de thermodynamique selon lequel il est possible d'obtenir du travail mécanique à partir d'un transfert de chaleur entre deux sources à températures différentes.

Exemple de La Seyne-sur-Mer (système de chauffage et de climatisation) :
La Seyne (principal faubourg de Toulon) est une commune du département du Var (83), en région Provence-Alpes-Côte d'Azur.
Le système utilise l'échange thermodynamique en exploitant les différences de températures, partant de l'idée que l'eau de mer est plus chaude que l'air l'hiver, et plus froide en été.
Les calories et frigories sont donc "capturées" dans l’eau de mer grâce à trois échangeurs thermodynamiques, et un système de pompes à chaleur, afin de restituer chaleur ou froid selon la saison, dans un circuit où l’eau douce circule en boucle dans 60 000 m² de bâtiments (550 logements, 1 théâtre et 1 centre de conférence).
Principe :

Nota : la consommation d’énergie sera divisée par trois, la facture des utilisateurs allégée de 40%, tandis que 1 300 tonnes annuelles de gaz à effet de serre en moins seront rejetées dans l’atmosphère.
Le caractère corrosif de l’eau de mer qui oblige à utiliser du titane (métal très cher mais très résistant), dans l’échangeur thermodynamique explique la lourdeur de l’investissement de 2 millions d’euros (dont la moitié à la charge de la commune). Les coûts d’entretien sont aussi élevés, car des organismes vivants viennent se déposer sur les tuyaux et filtres en plastique.

Exemple d'une centrale de production électrique ETM:
Elle peut être constituée :

  1. De l'infrastructure, qui supporte et abrite tous les composants nécessaires au fonctionnement de l'usine.
  2. D'un sous-système d'alimentation en eau, froide et chaude, pompée en surface et en profondeur dans l'océan.
  3. D'un sous-système de production d'énergie, avec comme composants principaux :

Nota :
- avec l'eau comme fluide de travail, c'est l'eau chaude de surface qui se vaporise partiellement pendant son passage dans un évaporateur maintenu sous très faible pression (voisine de 3 kPa). Chaque kilogramme d'eau chaude produit environ 5 grammes de vapeur. Le condensat - ici de l'eau - n'a pas à être recyclé. On parle alors d'ETM en cycle ouvert. L'avantage de ce cycle est la simplicité de ses échangeurs "à contact" et son inconvénient la grande taille de la turbine qui fonctionne avec des écarts de pression très faibles, inférieurs à 2 kPa.
- avec le gaz ammoniac (NH3) comme fluide de travail, l'évaporateur et le condenseur sont des échangeurs ammoniac / eau de mer, à plaques ou à tubes métalliques, en titane ou en alliages d'aluminium.
L'ammoniac liquide à la sortie du condenseur est pompé et réintroduit dans l'évaporateur. Il est ainsi recyclé sous pression (de l'ordre 900 kPa, soit 9 atmosphères) en permanence et l'on parle alors d'ETM en cycle fermé.

- le faible différentiel de température disponible (à peine supérieur à 20°C) limite le rendement de la conversion à des valeurs très faibles
(le rendement théorique, dit de Carnot, est égal à [T°chaud - T°froid] / T°Kchaud).
Pour assurer une puissance ETM de 1 MW net il faut alimenter l'usine avec des débits de l'ordre de 2 à 3 m3/s tant en eau chaude qu'en eau froide.
Le paramètre le plus "lourd" est le diamètre de la conduite. Il s'avère en effet que la réduction des pertes de charge passe par l'obligation d'opter pour des conduites de grands diamètres. Les réalisations récentes, toutes de petites tailles, utilisent des tuyaux en PEHD (polyéthylène haute densité) qui sont disponibles sur le marché jusqu'à 1,5 m de diamètre. Pour la réalisation d'usines ETM de 100 MW et plus, les promoteurs étudient l'utilisation de plastiques armés ou de bétons allégés pour la construction de conduites de 15 à plus de 30 m de diamètre !

Impact sur l'environnement ?
L'ETM ne génère par principe ni chaleur ni polluants mais perturbe des flux naturels d'énergie et de matière. Il convient donc de définir la nature et l'ampleur de ces perturbations sur le milieu naturel avant de pouvoir évaluer leurs effets aux niveaux local, régional et global.
Pour assurer une production ETM d'1 MW il faut alimenter l'usine avec des débits de l'ordre de 2 à 3 m3/s, tant en eau chaude qu'en eau froide. Ce sont donc des volumes d'eau considérables qui seront pompés puis rejetés dans le milieu naturel. Les organismes vivants entraînés au travers des crépines d'aspiration seront affectés et probablement tués par les effets physiques et les traitements biocides (anti-fouling) qu'ils subiront durant leur transit dans l'usine.
Quant aux effluents liquides, leur redistribution dans le temps et dans l'espace, dépendra des caractéristiques hydrographiques du site, de la puissance de l'usine et de sa conception. Ils seront réintroduits dans le milieu naturel à des températures de quelques degrés différentes (2 à 3° C) de celles des eaux à leur entrée dans l'usine, et selon les choix: eaux du condenseur et de l'évaporateur séparées ou mélangées, profondeurs et formes des évacuations... les effets sur l'environnement pourront être différents et plus ou moins sensibles.
Pour les petites centrales littorales, les résultats d'études et d'essais indiquent que les risques associés à leur exploitation ne devraient pas altérer gravement la faune et la flore marines vivant à proximité et que les effets des rejets dans l'océan resteraient minimes.
Pour de grosses centrales de 100 MW et plus, les résultats des travaux de simulation réalisés aux USA donnent des informations sur les limites et les procédures à respecter pour leur exploitation : elle serait "durable" à condition de rester en deçà de 0,07% de la chaleur solaire absorbée par l'océan. Dans les régions propices, là où un écart de températures supérieur à 22 °C existe en permanence entre les eaux en surface et à 1 000 m de profondeur, la puissance ETM exploitée devrait rester inférieure à 0,5 MW net par km² d'océan.
La superficie totale de ces zones étant évaluée à 60 millions de km2, le potentiel de la ressource permettrait l'installation d'usines - soigneusement espacées les unes des autres - d'une puissance globale de 10 000 GW !





4 - Énergie osmotique.
Rappel : l'osmose est un phénomène de diffusion de la matière mis en évidence que lorsque des molécules d'eau (de solvant de façon générale) traversent une membrane semi-perméable qui sépare deux liquides dont les concentrations en produits dissous sont différentes. La différence de concentration provoque une différence de pression dite osmotique, qui engendre un déplacement du solvant à travers la membrane.
On met donc en évidence l'osmose par le passage de molécules ou d’ions à travers une membrane qui sépare deux solutions de composition différente. Il faut que la membrane soit hemi-perméable, c’est-à-dire perméable uniquement à l'eau (ou au solvant de façon plus générale) et imperméable aux solutés. Tant que les deux solutions ne contiennent pas le même nombre de particules dissoutes par unité de volume, on observe un déplacement de l'eau (ou du solvant) du compartiment le plus dilué vers le compartiment le plus concentré, qui tend à équilibrer les concentrations.
L’osmose est à l’origine de la plasmolyse et de la turgescence de la cellule végétale.

On peut inverser le processus en appliquant une pression supérieure à la pression osmotique.
La différence de pression hydrostatique entre les deux liquides provoque un mouvement du solvant en sens inverse, jusqu'à ce que la pression osmotique soit aussi élevée que la pression hydrostatique : c'est le phénomène d´osmose inverse.

Principe.
Il est théoriquement possible d'extraire de l'énergie au voisinage des estuaires (où l'eau douce des cours d'eau se mélange avec l'eau salée de la mer), en exploitant ce phénomène d'osmose : si de l’eau douce et de l’eau salée sont séparées par une membrane semi-perméable, l’eau douce migre à travers la membrane.
Si doc un réservoir contenant de l’eau salée est à une pression supérieure à celle de l’eau douce, l’eau douce migre vers l’eau salée tant que la différence de pression n’excède pas une valeur limite : limite théorique avec l'eau de mer : 2,7 MPa, soit 27 bars.
La surpression ainsi créée peut être utilisée pour actionner une turbine.
Dans la pratique, on envisage d'opérer avec une surpression de 1 MPa (10 bars) ; un débit d’eau douce de 1 m3·s-1 générerait alors 1 MW.

Une autre possibilité consiste à utiliser des membranes qui ne laissent passer qu'un type d'ions (positifs ou négatifs) : on peut alors produire directement de l'électricité.
L'impact sur l'environnement est en principe nul, puisque le mélange se serait fait naturellement.

Limites.
Dans l’état actuel de la technologie, la surface de membrane nécessaire est de 200 000 à 250 000 m² par mégawatt. La réalisation de ces membranes est une des difficultés pour le développement de cette technique.
Cette technologie n'est donc pas rentable aujourd'hui. Les coûts élevés de production et les faibles capacités des membranes (environ 3 W1·m-2) constituent un frein à son développement.
Des ruptures technologiques, issues des nanobiotechnologies ou de l'électro-osmose, sont attendues pour faire baisser les coûts.

Prototype existant :
La première centrale pilote a été construite en 2009, à Tofte (Hurum) près d'Oslo, en Norvège. Fabriqué par la société Statkraft. La puissance installée est de 4 k, mais la société estime qu'à terme, l'énergie osmotique fournira 1370 MW (la Princesse de Norvège l'a inauguré le 24 novembre 2009).

Sources et références >
-Statkraft Osmotic Power Plant, Tofte, Norway > power-technology.com.
-Wikipedia.





5 - Énergie de la biomasse algale.
Une nouvelle source d'énergie : les microalgues, qui pourraient servir à la production de carburants.
Qu'elles soient marines ou d'eau douce, les microalgues utilisent Ie carbone du CO2 atmospherique pour fabriquer les molécules organiques indispensables à leur metabolisme, et, lorsqu'un évenement, une carence en azote par exemple, bloque le processus, ces algues stockent Ie carbone sous forme d'acides gras, la matière première des biocarburants !
Soumises a un tel stress, certaines espèces sont capables de concentrer jusqu'a 70 % de leur poids en lipides (corps gras à haute valeur calorique).
Certains de ces micro-organismes, comme l'algue d' eau douce "Botryococcus braunii" par exemple, synthétisent directement des hydrocarbures par simple photosynthèse.
En Bretagne, les microalgues "Ornithocercus quadratus" par exemple :

sont déjà cultivées a des fin pharmaceutiques, cosmetiques ou diététiques, aurait une carte à jouer dans la production de cette nouvelle génération de carburants, même si celle-ci n'est pas attendue, au mieux, avant une dizaine d'années.

Selon un spécialiste des modèles de croissance des micro-organismes, et coordinateur du projet COMORE ( lien ), et en particulier Shamash, l'unique projet français consacré au sujet, et qui a pour objectif de produire un biocarburant à partir de microalgues autotrophes, "les microalgues ont un rendement potentiel trente fois supérieur à celui des cultures terrestres; seul le coût d'exploitation reste un frein à leur utilisation".
Les rendements de croissance et par conséquent des productions à l'hectare, sont donc bien supérieurs aux espèces oléagineuses terrestres (de 20 à 75 m3 d'huile par hectare et par an selon les sources).
Nota : Shamash regroupe 8 équipes et entreprises françaises pour un budget total de 2,8 Millions d'euros. Le Programme National de Recherche sur les Bioénergies (PNRB) de l'ANR finance 0,8 Millions d'euros; et également soutenus par deux pôles de compétitivité de la région PACA : Pôle CAPENERGIE ( lien ) et Pôle MER ( lien ).
Le projet est coordonné par Olivier Bernard (porteur : Institut national de recherche en informatique et en automatique, INRIA Sophia-Antipolis-Méditerranée, Alpes-Maritimes).

Alors que le prix du pétrole s'envole vers des sommets, et que la fabrication de biocarburants végétaux entre en concurrence avec les cultures alimentaires, cette nouvelle source de production de carburants pourrait être promise a un bel avenir !
( lien sup > algues )


Buzz > Le magazine on-line Designboom (voir ici) a créé le buzz en publiant un article concernant une lampe éclairant grâce à l'énergie des algues. La LATRO LAMP conçue par le designer hollandais Mike Thompson est un modèle de lampe portable qui a la particularité de contenir à la fois un système de récupération de l'énergie des algues et les fonctionnalités habituelles d'une lampe !
De récentes recherches menées par diverses équipes universitaires à travers le monde, et à Stanford
(Palo Alto, Californie, USA) notamment, ont déjà démontré qu'il serait possible, dans un futur proche, de générer un courant électrique à partir de nano électrodes en or implantées directement dans le chloroplaste présent dans les cellules des algues. Dans le cas précis, la LATRO LAMP n'utilise pas les nanotechnologies mais s'inspire de ces recherches. Mike Thompson commente ainsi sa découverte : " Les progrès des nanotechnologies conduisent à mettre au point des produits énergétiques de plus en plus efficaces et des végétaux tels que les algues vont devenir des sources d'énergie de plus en plus attractives". Il ne reste plus maintenant qu'à mettre en pratique, car pour l'instant la LATRO LAMP n'est qu'un prototype artisanal, qui n'aura pas trop de quelques années avant de se retrouver dans les jardins !
Pour l'instant elle fait le buzz sur le web ! Ce n'est déjà pas mal pour une technologie algale !





6 - Énergie de pression (fond de la mer).
Des chercheurs norvégiens vont tester la réalisation du concept de stockage de l'électricité au fond de la mer. L'énergie sera stockée à l'aide d'eau à haute pression .
L'idée d'une citerne sous-marine pompée devenant une centrale hydroélectrique peut sembler une fiction à la Jules Verne, mais ce procédé a été imaginé par un ingénieur allemand qui a passé une grande partie de sa vie professionnelle dans la technologie aérospatiale .
" Imaginez ouvrir une trappe dans une citerne sous-marine. L'eau s'écoule alors avec une force énorme . C'est précisément ce potentiel énergétique que nous voulons utiliser ", explique Rainer Schramm , inventeur et fondateur de la société SubHydro AS à Gemini.no .
" Beaucoup de gens ont lancé l'idée de stocker l'énergie en exploitant la pression au fond de la mer , mais nous sommes les premiers au monde à appliquer une technologie en instance de brevet spécifique pour rendre cela possible ", at-il ajouté . Il a uni ses forces avec la société SINTEF afin de réaliser le concept. :celle-ci a des experts dans les domaines de la production d'énergie, la technologie des matériaux et de la technologie en eau profonde.

Dans la pratique, pour utiliser la pression de l'eau au fond de la mer, l'énergie mécanique due à la chute de l'eau de mer est convertie par une turbine à pompe réversible, comme dans une centrale hydroélectrique de pompage-turbinage normal.
"Une centrale électrique à accumulation par pompage est une centrale hydroélectrique qui peut être "rechargée" par pompage de l'eau vers le réservoir supérieur une fois qu'il a passé à travers une turbine. Ce type de centrale est utilisé comme un "batterie", lorsqu'il est connecté au réseau électrique ", explique l'inventeur.
Dans cette accumulation par pompage, la turbine de la centrale électrique sera relié à un réservoir sur le fond marin à une profondeur de 400 à 800 mètres. La turbine est équipée d'une soupape, et quand elle est ouverte, l'eau s'écoule et fait tourner la turbine. La turbine entraîne un alternateur pour produire l'électricité. On peut connecter autant de citernes que l'on souhaite. En d'autres termes, c'est le nombre de réservoirs d'eau qui décide combien de temps l'usine peut produire de l'électricité, avant que la capacité de stockage d'énergie soit épuisée.



Haut degré d'efficacité :
" Lorsque les réservoirs d'eau sont pleins, l'eau doit être retiré des citernes ", explique Schramm. Ce résultat est obtenu en faisant tourner la turbine en sens inverse, de manière à ce qu'elle fonctionne comme une pompe. Le processus consomme de l'énergie à partir du réseau électrique, comme lorsqu'on charge une batterie ordinaire. Bien qu'un peu plus d'énergie soit utilisée pour vider les réservoirs d'eau, que l'on peut en récupérer à partir de leur remplissage, le degré d'efficacité de ce type de centrale est aussi élevé que celui d'une usine "onshore" conventionnelle. Selon Schramm, les calculs indiquent une efficacité de stockage électrique d'environ 80 pour cent.
Un autre avantage du système est que l'équipement peut être adapté selon les besoins des utilisateurs, à la fois en ce qui concerne la taille de la turbine et du nombre de réservoirs d'eau. Une usine de taille normale va produire environ 300 mégawatts pendant une période de 7-8 heures. C'est assez d'énergie pour alimenter un peu plus de 200 000 foyers en électricité pendant le même temps.
"Nous prévoyons que ce type d'installation de stockage fonctionnera bien en conjonction avec, par exemple, les parcs éoliens. Dans des conditions de vent fort, l'électricité excédentaire est envoyé dans les citernes sous-marines pour pomper l'eau des réservoirs de stockage. Dans les périodes avec peu de vent, l'énergie peut être obtenue à partir de cette usine sous-marine. La même chose s'applique à la production d'énergie solaire : la centrale de pompage-turbinage peut contribuer à la production constante d'électricité pendant la nuit quand il n'y a pas de soleil pour faire fonctionner une installation d'énergie solaire », explique Rainer Schramm.

En plus du nombre de réservoirs, la profondeur de la mer détermine également l'efficacité de l'installation : plus profond sera l'équipement, plus grande est la différence de pression entre la surface de la mer et le fond marin, et plus l'énergie stockée dans un réservoir unique sera grande.
" Cela fait partie de la raison pour laquelle nous voulons essayer la technologie en Norvège ", explique l'ingénieur. Dans son pays natal en Allemagne, la mer est trop profonde pour que le système soit rentable, mais il y a beaucoup de parties du monde où de grandes profondeurs d'eau sont situés près des côtes.

Nota : Une des difficultés rencontrées par les chercheurs de SINTEF est de développer un type de béton qui peut être utilisé pour les réservoirs d'eau qui sont placés sur le fond marin. " Le défi est de trouver l'équilibre optimal entre la résistance et le coût. Si nous atteignons l'objectif de créer un béton qui résiste d'au moins 5 fois plus que le chargement béton ordinaire, nous pouvons réduire l'épaisseur de paroi de 75 pour cent. Ceci est un facteur critique. Nous devons parvenir à des coûts de production et d'installation qui font de ce stockage, de l'énergie économique par rapport au prix de l'énergie électrique ", explique Martius-Hammer (un expert sur les les types de béton léger et forts).
Une des solutions de SINTEF est de renforcer le béton de fibres d'acier minces au lieu des barres d'armature en acier normal. Cela se traduira par une importante simplification du processus de production. Le béton qui existe à l'heure actuelle peut être utilisé, mais leur travail est de développer une alternative moins coûteuse.

Sources et références >
ScienceDaily, SubHydro AS, SINTEF.


Conclusions.
Les formes d'énergies marines théoriquement exploitables sont nombreuses et variées. Il a été considéré ici celles dont la faisabilité technique a été pratiquement démontré. Elles sont des composantes du "cocktail" d'énergies renouvelables que les experts recommandent de développer pour apporter des solutions aux problèmes que pose la croissance des besoins mondiaux d'énergie primaire, besoins qui pourraient atteindre selon les scénarios entre 14 à 25 GtOE (Gigatonnes d'équivalent pétrole) en 2050, à comparer à ceux proches de 10 GtOE actuellement.
Leur potentiel en termes économique et écologique est encore mal connu faute d'expériences in situ suffisantes par la taille, le nombre et la durée.

Certaines de ces énergies ont pour origine des phénomènes naturels dus à l'influence du Soleil et de la Lune sur l'océan. Leur exploitation n'implique pas d'apports qui résultent de l'action humaine (anthropiques) dans la biosphère, contrairement à la combustion d'un fuel fossile ou nucléaire, mais seulement des perturbations de flux naturels d'énergie et de matière.
Pour donner des ordres de grandeur réalistes à la ressource exploitable, il conviendrait donc pour chacune d'elles de faire l'inventaire de ces flux et de la fraction qu'il peut-être convenu de perturber.


Choix :  (cliquer sur les menus à gauche)
Sources &/ou Liens :

HydroHélix , Pelamis Wave Power ou Open Hydro Company
Energies de la mer (blog)
SABELLA SAS
LEGOS (Laboratoire d'Études en Géophysique et Océanographie Spatiales)
CTOH (Centre Topographique des Océans et de l'Hydrosphère)
SSS (Service d’observation de la salinité de surface des océans)
ISITV (Institut des Sciences de l'Ingénieur de Toulon et du Var).
ENSEEIHT Hydrodynamique Marine (Institut National Polytechnique de Toulouse)
System
APC-PISYS (PIPO Systems SL - Energie de vagues)
APERE ("Mécanique des Vagues et phénomènes liés") - Science et Avenir.

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Lien > Bilan de masse, de sel et de chaleur des océans :
Liens web sur ces sujets >>>Bilan masse, sel et chaleur .
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Sources de ces pages (en partie):
Cours de l'Institut des Sciences de l'Ingénieur de Toulon et du Var,
Caractéristiques physiques de l'eau de mer,
[Olivier Le Calvé],
Propriétés physiques de l'eau de mer,
[Gérard Copin-Montégut].

Fin du chapitre Eau des océans et des mers