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Les turbines sous-marines peuvent perturber les grands courants marins

Si les turbines sous-marines peuvent être une source intéressante d'énergie renouvelable, elles peuvent néanmoins modifier les courants marins : c'est ce que révèle une étude publiée en mars dans la revue Nature energy.

Energie  |    |  Hortense Chauvin  |  Actu-Environnement.com
Les turbines sous-marines peuvent perturber les grands courants marins

Exploiter les grands courants océaniques afin de produire de l'électricité renouvelable : l'idée fait peu à peu son chemin au sein des entreprises spécialisées dans l'énergie depuis une dizaine d'années. Plusieurs parcs de turbines hydroliennes existent déjà, entre autres en Norvège, en Floride et en Écosse. En France, le premier projet de ferme hydrolienne de Paimpol-Bréhat a été lancé dès 2011, suivi par un projet de ferme pilote au Raz Blanchard, en Normandie. En 2019, en Europe, l'énergie marine hydrolienne a ainsi produit 49 gigawattheures, soit une progression de 25 % en un an, selon l'association Ocean Energy Europe.

Si l'énergie hydrolienne progresse, l'impact de l'implantation de parcs de turbines sous-marines sur les courants restait jusqu'à aujourd'hui peu connu. Une équipe de chercheurs issue d'une collaboration internationale, s'est donc penché sur ce problème. L'étude qu'ils ont publiée dans la revue Nature energy en mars 2020 montre que l'implantation de parcs hydroliens peut perturber les grands courants océaniques, au point parfois d'en changer le cours, et donc de réduire la puissance potentiellement récupérable.

Des données plus précises obtenues grâce à la simulation des courants océaniques

Afin de parvenir à ces résultats, l'équipe de chercheurs a utilisé des simulations numériques des courants océaniques prenant en compte les effets de parcs de turbines virtuels. Cette approche permet d'obtenir des données plus précises que celles d'ordinaire utilisées, basées sur des estimations des courants de surface issues d'observations spatiales ou de la dérive de flotteurs. Elle leur a également permis de déterminer, avec plus de précision, le profil vertical et les variations à haute fréquence des courants à proximité des côtes, ainsi que les modifications de courant pouvant être générées par l'implantation des turbines.

La simulation à très haute résolution des courants océaniques réalisée par l'équipe de chercheurs, grâce au modèle communautaire de circulation océanique NEMO, couvre une période de cinq ans. Une première simulation a été réalisée afin de calculer la puissance totale disponible dans l'écoulement pour des sections de 10 kilomètres de large dans la tranche de profondeur de 26 à 40 mètres, afin d'identifier les sites les plus favorables à l'implantation de turbines hydrauliques.

 
L'installation de turbines sous-marines peut réduire jusqu'à 80 % la puissance exploitable au sein des sites d'implantation.  
 
Une seconde stimulation, prenant cette fois en compte les effets de parcs de turbines sur seize de ces sites, a ensuite été réalisée. L'impact de ces parcs virtuels a été calculé grâce à une estimation de la poussée que l'écoulement exercerait sur les palles d'un nombre important de turbines de grand diamètre. Ces stimulations ont permis à l'équipe de chercheurs de documenter les modifications de courants induites par les turbines, et d'estimer leur influence sur la puissance théoriquement exploitable.

Les turbines peuvent avoir des conséquences néfastes sur la puissance et la direction des grands courants marins

Résultats : les modifications de courant induites par l'installation de turbines diffèrent fortement selon les zones géographiques. La puissance exploitable ne peut donc être simplement déduite de la puissance disponible. L'étude montre également que certains des courants les plus prometteurs en termes de production d'énergie, tels que le Gulf Stream ou le Kuroshio, peuvent être fortement perturbés par l'installation de turbines sous-marines. Selon les simulations réalisées par l'équipe de chercheurs, l'installation de fermes hydrauliques au sein de certains sites en Floride et aux Philippines peut en effet provoquer un déplacement important du courant vers le large.

Selon leurs estimations, l'installation de turbines sous-marines peut ainsi réduire considérablement la puissance exploitable au sein des sites en question : dans certains cas, elle peut même diminuer de 80 %. Les modifications du courant générées par les fermes hydrauliques peuvent également perturber les conditions environnementales au sein des sites étudiés. Enfin, l'étude montre que l'implantation de parcs de turbines sous-marines peut avoir une incidence sur le fonctionnement et la productivité d'autres parcs, même s'ils sont situés à plusieurs dizaines de kilomètres l'un de l'autre. Les producteurs d'électricité devront donc prendre en compte ces nouvelles données avant de pouvoir développer l'énergie sous-marine à plus grande échelle.

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