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Transformer la marée en énergie : un nouveau concept pour exploiter la puissance des océans

6151 lectures / 2 commentaires13 mai 2009, 15 h 38

Le flux d'eau naturel fait tourner les turbines. La vitesse de rotation des rotors est augmentée via une boîte de vitesse qui entraîne une pompe de fluide à haute pression. Ce fluide est ensuite transporté à travers des tubes flexibles vers une centrale hydroélectrique terrestre.
Crédit : NASA

Des chercheurs de la NASA qui ont développé une nouvelle manière de faire marcher des véhicules sous-marins, pensent qu’une technologie dérivée de cette dernière pourrait faciliter la conversion de l’énergie de l’océan en énergie électrique sur une plus grande échelle. Les chercheurs espèrent que cette énergie renouvelable propre produite à partir du mouvement de l’océan et des rivières pourrait répondre à une part importante de la demande mondiale en électricité.

De nombreuses méthodes utilisant le mouvement de l’eau pour créer de l’énergie existent déjà. Les centrales hydroélectriques, par exemple, sont parmi les sources d’électricité les plus courantes et les moins chères. Elles profitent de la grande différence de pression hydrostatique entre la surface de l’eau derrière le barrage et les turbines, qui peut être utilisée pour produire de l’énergie. Mais l’énergie qui peut être produite de cette manière est limitée, car la plupart des rivières adaptées possèdent déjà des barrages hydroélectriques.

D’autres technologies ont été élaborées – et sont en cours d’élaboration – pour transformer l’énergie des courants marins, des marées et du flux des rivières en un autre type d’énergie, appelée énergie hydrocinétique. La plupart de ces systèmes d’énergie hydrocinétique utilisent des turbines sous-marines, qui produisent de l’électricité que l’on peut transférer par cable jusqu’au rivage.

Jack Jones, un ingénieur du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA et Yi Chao, un scientifique du JPL ont mis au point un nouveau système d’énergie hydrocinétique sous-marine. Il utilise le mouvement de l’eau pour générer un liquide à haute-pression plutôt que de l’électricité. Ce liquide est ensuite transporté jusqu’au rivage et utilisé pour produire de l’électricité sur la terre ferme . Caltech qui gère le JPL pour la NASA, détient le brevet de cette technologie énergétique innovante.

Le système d’énergie hydrocinétique du JPL/Caltech est un sous produit issu d’un projet de recherche visant à trouver une nouvelle voie pour les véhicules robotisés sous-marins. La plupart de ces engins fonctionnent avec des batteries et doivent être accompagnés de bateaux pour recharger ou remplacer leurs batteries.

Dans ce projet, à l’initiative de Pat Beauchamp du centre du JPL pour les Explorations In Situ et le Retour des Echantillons, on a demandé à Jones de trouver une manière d’utiliser les différences de températures de l’océan pour faire fonctionner les sous-marins. Il avait précédemment mis au point des ballons à contrôle thermique pour Vénus, Mars et Titan. Jones était associé à Chao, qui utilise des planeurs dans ses recherches océanographiques. « J’ai vu que nous pouvions rallonger de manière significative la durée de vie de ces véhicules en exploitant l’énergie fournie par l’océan », a déclaré Chao.

Jones et Chao ont mis au point un système qui utilise les changements de températures de l’océan pour créer un fluide à haute pression qui peut générer de l’énergie. « L’astuce a été de trouver une substance spéciale connue pour son étape de changement de matière de l’état solide à l’état liquide quand la température de l’environnement passe du frais au doux », a déclaré Chao. « Quand le matériau fond, il se dilate, en compressant un tube central contenant un autre liquide. Ce liquide, maintenant sous haute pression, est utilisé pour générer l’électricité et charger les batteries sous l’eau. »

Pendant qu’ils travaillaient sur ce projet, les chercheurs ont réalisé qu’ils pouvaient utiliser le même concept – utiliser une pompe environnementale pour générer un liquide à haute pression – pour produire de l’électricité à partir des océans.

Utiliser le flux

Avec le système de transfert d’énergie hydrocinétique à grande échelle de JPL / Caletech, Jones et Chao proposent que la marée des océans, les courants, les vagues aussi bien que le flux des rivières puissent fournir la source d’énergie pour créer le liquide à haute-pression. Comme l’eau fait tourner les aubes de turbines sous-marines, la vitesse de rotation du rotor pourrait être augmentée grâce à une boîte de vitesses, qui entraîne une pompe à fluide haute-pression. Le fluide à haute-pression pourrait être transporté grâce à des tuyaux flexibles jusqu’à un tuyau plus gros et ensuite jusqu’à une usine hydroélectrique efficace sur le rivage.

« Si nous utilisons de l’eau fraîche dans un cycle fermé et que nous la recylons, il n’y aura pas d’impact sur l’écosystème des rivières ou de l’océan », a ajouté Chao.

« Le principal avantage du système, selon Jones, est qu’il élimine tous les composants électriques submergés, qui sont sujets à la corrosion ». De plus, d’autres systèmes de turbines produisant de l’énergie grâce à la marée, comme le nouveau qui fonctionne sur la rivière Est de Manatthan, transfère l’énergie générée par les turbines jusqu’à la surface à travers des cables électriques enterrés. Ces derniers sont chers, difficiles à entretenir, et peuvent être dangereux, d’après Jones. Des problèmes similaires existent avec deux autres types de systèmes hydrocinétiques en service au Royaume Uni et en projet en Corée du Sud.

« Le système de transfert d’énergie hydrocinétique du JPL/Caltech associe un agencement de sous-surfaces résistant à la corrosion simple et le système de production d’énergie électrique sur le rivage le moins coûteux » a déclaré Jones.

« Le système que nous envisageons a un autre avantage, a-t-il dit, l’énergie hydraulique pressurisée peut être stockée dans un réservoir surélevé sur le rivage et peut être utilisée pour produire de l’électricité quand on en a besoin pour répondre à la demande en énergie. La plupart des systèmes produisant de l’énergie sans nuire à l’environnement produisent une puissance de manière intermitente. »

« Ce genre de système de transfert d’énergie hydraulique est potentiellement applicable à de nombreux types d’énergies hydrocinétiques provenant des rivières, des vagues de l’océan, des marées et des courants » a déclaré Chao. Les scientifiques peuvent utiliser des modèles informatiques ultramodernes du vent, du flux des rivières, des courants océaniques et des marées pour déterminer chaque endroit potentiel pour la production d’énergie, ajoute-t-il. Ils peuvent également prédire la quantité d’énergie qu’on pourra produire dans le futur pour aider à plannifier l’utilisation et le stockage d’énergie.

« Comme avec toutes ces technologies, l’arbitre ultime est le résultat final des études d’ingénierie, l’efficacité d’ensemble et les coûts en terme de dollars par capacité de production de watt produit », a déclaré Paul Dimotakis, ingénieur en chef du JPL. « De telles études et des efforts de développement préliminaires nécessitent aussi d’être accomplis pour le système d’énergie hydrocinétiques du JPL/Caltech, et s’ils sont prometteurs, alors la phase suivante de développement pourra être mise en œuvre. »

Jones et Chao effectueront une présentation du système d’énergie hydrocinétiques du JPL/Caltech lors de la conférence sur l’Océan, l’ingénierie en mer et en Antarctic de la Société Américaine d’Ingénieurs Mécaniques cet été à Honolulu, Hawaï.

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Références

Turning the Tide to Energy: New Concept Could Harness the Power of Ocean Waves - NASA

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