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Si le terme « énergie renouvelable » vous fait penser à une mer de panneaux solaires ou à des éoliennes imposantes, vous n’êtes pas seul. Il est de plus en plus courant de capter l’énergie du soleil et du vent. En effet, ces sources d’énergie « propres » produisent de l’électricité sans polluer l’air. Il est tout aussi important de noter qu’elles ne libèrent pas de dioxyde de carbone dans l’atmosphère. Ce gaz à effet de serre piège la chaleur du soleil et contribue à l’évolution de notre climat.

Mais les énergies solaire et éolienne ont un gros inconvénient : Elles ne sont pas toujours disponibles. Le soleil ne brille que pendant la journée. Le vent va et vient. Il y a très peu d’endroits où le vent est suffisamment constant pour générer de l’électricité en permanence. Et aussi facile que cela puisse paraître, le stockage de l’énergie pour une utilisation ultérieure s’est avéré un défi majeur.

Mais les vagues de l’océan ? Comme toute personne ayant séjourné près d’une plage peut vous le dire, les vagues s’écrasent sur le rivage matin, midi et soir. Et cela les rend idéales pour générer de l’énergie 24 heures sur 24. Aujourd’hui, les scientifiques cherchent à savoir quelle quantité d’énergie les vagues pourraient offrir.

Lorsque le vent souffle à la surface de l’eau, il crée des vagues. Si vous avez déjà vu des chapeaux blancs sur un océan ou un lac un jour de grand vent, vous avez vu cela en action. Le vent fait monter et descendre l’eau à la surface. Même si l’on a l’impression que l’eau se déplace d’un endroit à l’autre, elle ne va en fait pas très loin. Elle se déplace plutôt en cercle – vers le haut, vers le haut, vers le haut jusqu’au sommet de la vague, puis vers le bas, vers le bas, vers l’autre côté.

C’est vrai, du moins, lorsque l’eau est très profonde, comme dans l’océan. Ces vagues qui se balancent doucement sont appelées « houles ». Mais les vagues changent quand elles se rapprochent du rivage.

Lorsque l’eau devient moins profonde, elle ne peut plus se déplacer en cercle. Le sol se met en travers du chemin. L’eau se heurte au fond de l’océan, écrasant le cercle en un ovale. Tout comme une personne qui trébuche sur quelque chose, l’eau « trébuche » sur le sol. La partie supérieure passe devant la partie inférieure. La vague se « brise », s’écrasant plus près de la plage.

Les systèmes d’énergie ondulatoire utilisent le mouvement de l’eau pour produire de l’électricité. Certains types de ces dispositifs exploitent la puissance des vagues déferlantes. D’autres se servent de la houle. D’autres encore utilisent la pression des vagues près du fond de l’océan. Mais tous ont le même objectif : convertir l’énergie des vagues en énergie électrique. Cette électricité peut être utilisée pour alimenter le réseau électrique. C’est le réseau de câbles qui transmet l’électricité aux maisons et aux bâtiments pour que nous puissions l’utiliser.

L’énergie des vagues est limitée aux zones proches de l’océan. Après tout, la longueur des câbles qui transportent l’électricité est limitée. Mais 40 % de la population mondiale vit à moins de 100 km de l’océan. Cela signifie qu’un grand nombre de lumières, de téléviseurs et de tablettes pourraient être alimentés par les vagues.

Avec toutes ces promesses pour l’énergie des vagues, les chercheurs testent l’efficacité de différents types de générateurs pour convertir l’énergie des océans en électricité. En cours de route, ils essaient de s’assurer que la vie marine ne sera pas endommagée dans le processus.

De l’énergie là où elle est nécessaire

La première étape pour créer l’énergie des vagues ? Déterminer le meilleur endroit pour placer ces convertisseurs d’énergie.

Toutes les zones côtières ne fonctionnent pas pour générer de l’énergie houlomotrice. La forme de la terre sous la mer modifie la taille et la forme des vagues. Les convertisseurs d’énergie des vagues sont également coûteux. Les meilleurs endroits devraient avoir beaucoup d’action des vagues, mais pas trop pour que les convertisseurs puissent être endommagés en cas de tempête.

Pour déterminer les meilleurs sites, les scientifiques se tournent vers les modèles informatiques. Joao Morim Nascimento et Nick Cartwright sont des ingénieurs environnementaux en Australie. Tous deux travaillent à l’université Griffith de Southport, dans le Queensland. Un ingénieur en environnement travaille à la réduction de la pollution et des déchets. Le couple voulait trouver des endroits propices à l’installation de convertisseurs d’énergie houlomotrice le long de la côte sud-est de leur pays. C’est là que se trouvent plusieurs grandes villes australiennes. Comme beaucoup de gens vivent près de la côte, cette zone pourrait être idéale pour l’énergie des vagues.

Les chercheurs ont commencé par un modèle informatique existant appelé SWAN. (Ce nom signifie Simulating WAves Nearshore.) SWAN a été développé par des chercheurs de l’université de Delft aux Pays-Bas. Il prédit la force et la localisation de l’énergie des vagues océaniques. Pour ce faire, il tient compte de facteurs tels que le vent, les caractéristiques du fond de l’océan et les interactions entre plusieurs vagues.

Morim Nascimento et Cartwright ont adapté SWAN pour l’appliquer au sud-est de l’Australie. Ils ont ajouté des détails sur la profondeur de l’eau jusqu’à 50 kilomètres (31 miles) de la côte. Ils ont également ajouté des données sur les vents et les vagues de la région. Puis ils ont testé le modèle à l’aide de données provenant de bouées dans l’océan. Les ingénieurs ont peaufiné le modèle jusqu’à ce qu’il prédise étroitement la quantité d’énergie des vagues enregistrée par les bouées.

Le modèle a aidé l’équipe à trouver des « points chauds » – des endroits avec ce que Cartwright décrit comme une « abondance d’énergie des vagues ». Chaque site se trouve à moins de 5 kilomètres (3 miles) du rivage, dans des eaux dont la profondeur ne dépasse pas 22 mètres (72 pieds). Ces sites sont idéaux, explique-t-il, car il est plus facile et moins coûteux d’acheminer l’énergie jusqu’au rivage à partir de ces sites qu’à partir d’endroits plus éloignés.

« Il y a plus qu’assez d’énergie naturelle dans l’océan », dit-il. « Le défi est d’en exploiter et d’en convertir suffisamment en énergie » que les gens peuvent utiliser. Une partie de ce défi est l’océan lui-même. Les vagues frappent constamment les équipements. Le matériel peut également subir des conditions météorologiques extrêmes. De très grosses vagues de tempête peuvent endommager les convertisseurs, explique M. Cartwright. Et, ajoute-t-il, l’eau de mer salée corrode, ou décompose, toutes les pièces métalliques.

Moquette de mer

Les scientifiques et les ingénieurs essaient de nombreuses façons différentes de surmonter ces défis. Leurs idées ont donné lieu à de nombreux types de conceptions. Certains convertisseurs flottent à la surface, attachés à des générateurs de vagues au fond de l’océan. D’autres ont une extrémité ancrée au fond de la mer et l’autre est libre de basculer d’un côté à l’autre au gré des vagues. D’autres encore utilisent la pression de l’air ou de l’eau pour produire de l’électricité.

L’un des systèmes les plus récents ressemble un peu à un tapis plat. Mohammad-Reza Alam et son équipe de l’université de Californie à Berkeley ont conçu le convertisseur pour imiter un plancher océanique boueux. Les endroits où il y a beaucoup de boue absorbent bien les vagues, explique Alam. Les pêcheurs qui évoluent dans des mers peu profondes se dirigent souvent vers des zones boueuses lorsque le temps est agité. Les bateaux qui y traînent sont protégés des grosses vagues lorsqu’ils traversent une tempête.

Si la boue peut absorber autant d’énergie, a raisonné Alam, alors un convertisseur d’énergie qui agit comme la boue devrait faire de même. Cela le rendrait extrêmement efficace pour récolter l’énergie des vagues.

La partie « tapis » de son convertisseur est faite d’une feuille lisse de caoutchouc. Elle repose près du fond de la mer, où elle peut se plier et fléchir en même temps que les vagues. En montant et descendant, il pousse les poteaux dans et hors d’une pompe à piston. La pompe convertit le mouvement du piston en électricité, qui circule ensuite le long d’un câble jusqu’au réseau électrique.

Le tapis est capable d’extraire presque toute l’énergie des vagues, affirme Alam. Et il serait en mesure d’alimenter de nombreux foyers. Chaque heure, dit-il, « chaque mètre carré du tapis peut extraire environ 2,5 kilowatts de l’eau près de la côte californienne. » C’est deux fois la quantité d’électricité utilisée chaque heure par un foyer américain typique

« Si nous voulons obtenir la même puissance à partir de l’énergie solaire, dit Alam, nous avons besoin de 14 mètres carrés de panneaux solaires. » C’est 14 fois plus ! Selon lui, un tapis à vagues grandeur nature ferait probablement environ 10 mètres (33 pieds) de large sur 20 mètres (66 pieds) de long. Il devrait donc être capable de générer 500 kilowatts d’électricité par heure – assez pour alimenter plus de 400 foyers – 24 heures sur 24.

D’autres endroits, comme le nord de l’Europe, ont des vagues plus énergétiques. Un tapis à vagues pourrait donc y générer plus d’électricité, note Alam. A l’inverse, des vagues plus faibles dans des endroits comme le Golfe du Mexique ne pourraient pas pomper autant d’électricité dans le réseau électrique.

Ancrée au fond de la mer, toute la structure se trouve juste au-dessus du fond marin. Elle est donc complètement hors de vue. C’est important pour de nombreuses personnes qui passent du temps à la plage. Ils n’aiment pas voir de grandes structures génératrices d’énergie (comme les éoliennes) lorsqu’ils se baignent ou font de la voile. En fait, de nombreux parcs éoliens sont situés loin du rivage, de sorte que les personnes qui profitent de la plage ne les voient pas. En revanche, le tapis de vagues peut être proche du rivage. Cela signifie que les câbles qui transportent l’électricité vers le réseau peuvent être beaucoup plus courts. Et l’électricité produite par le tapis devrait donc coûter moins cher.

Bon pour l’environnement ?

Il ne fait aucun doute que trouver de nouvelles sources d’énergie renouvelable est bon pour l’environnement. Moins de pollution et moins de gaz à effet de serre sont bons pour les gens, les plantes et les animaux. Mais les sources d’énergie propres peuvent encore poser des problèmes.

Les éoliennes peuvent gêner les oiseaux et les chauves-souris en migration, par exemple. (Selon certaines estimations, des centaines de milliers de ces animaux peuvent mourir chaque année à la suite de collisions avec les pales massives qui tournent). La hauteur plus faible des convertisseurs d’énergie houlomotrice signifie qu’ils ne gêneraient probablement pas les animaux migrateurs. Mais « nous devons examiner attentivement leur interaction avec l’environnement marin », déclare Deborah Greaves. Elle est ingénieur océanique à l’université de Plymouth en Angleterre.

L’une des préoccupations concerne les éventuels impacts écologiques de l’absorption de toute cette énergie des vagues entrantes. (Après tout, c’est ainsi qu’ils produisent de l’électricité – en convertissant l’énergie des vagues en énergie électrique). L’énergie captée des vagues réduira la quantité d’énergie restante lorsque les vagues continueront à avancer vers le rivage. Elles seront plus petites, du moins sur une certaine distance. Des vagues plus petites pourraient entraîner un moindre mélange des nutriments dans la colonne d’eau (c’est-à-dire l’eau située entre une partie particulière du fond de l’océan et la surface au-dessus). Et cela pourrait avoir un impact sur les espèces qui y vivent, explique Greaves. « Mais cela peut aussi être un avantage », ajoute-t-elle. Après tout, « les convertisseurs d’énergie des vagues peuvent aider à fournir une certaine protection côtière » en réduisant l’érosion.

Les générateurs électriques pourraient également affecter la façon dont la faune interagit. De nombreux oiseaux et mammifères marins chassent le poisson dans des zones qui pourraient être des sites idéaux pour les convertisseurs de vagues. Il est possible que les convertisseurs puissent même attirer les poissons vers eux si les petites créatures qu’ils mangent y trouvent refuge. Cela pourrait, à son tour, attirer des prédateurs affamés. Cela pourrait contribuer à stimuler la vie marine dans la région. Mais les poissons, les phoques et d’autres animaux pourraient aussi s’emmêler dans les longs câbles qui ancrent les convertisseurs d’énergie flottant en surface. Les chercheurs doivent donc étudier où ils veulent installer ces convertisseurs pour s’assurer qu’ils ne nuiront pas aux écosystèmes locaux.

Autre préoccupation : Les convertisseurs feront du bruit. Cela peut être un problème pour les poissons, les dauphins et d’autres animaux qui dépendent du son pour trouver de la nourriture ou pour communiquer. Le grondement profond d’un bateau et le ping fort d’un sonar causent toutes sortes de problèmes aux animaux des océans. Ces créatures peuvent avoir du mal à trouver de la nourriture ou être désorientées. Toutefois, selon M. Greaves, il est peu probable que les convertisseurs d’ondes créent des niveaux de bruit élevés. La partie la plus bruyante se produirait lors de l’installation initiale des convertisseurs sur un site donné. Une fois qu’ils commencent à fonctionner, ils devraient être assez silencieux.

Du côté positif, les convertisseurs pourraient devenir la base d’un récif artificiel si des algues, des moules, des bernacles ou des coraux s’installent sur la structure et commencent à se développer. De tels récifs offrent une protection aux poissons et aux autres formes de vie marine. Cela pourrait augmenter la diversité de la vie marine dans la zone. Ils pourraient être utiles, tant que ces bestioles n’interfèrent pas avec le mouvement du convertisseur de vagues.

« À partir des vastes ressources de l’océan, l’énergie houlomotrice a le potentiel d’apporter une énorme contribution à nos besoins en énergie propre de l’avenir », déclare Mme Greaves. Mais, prévient-elle, « cela doit être fait de manière durable, en harmonie avec l’environnement marin. »