L'énergie marémotrice est issue du mouvement de l'eau, lui-même originaire des rayonnements solaires ou des marées.
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Voir l'article détaillé : Marée
Le phénomène de marée est dû aux interactions gravitationnelles entre la Terre et les autres astres (principalement la Lune et le Soleil).
Il se traduit en mer par l'apparition d'ondes de gravité qui se manifestent par des variations périodiques du niveau de la mer, associées à des courants (courants de marée).
L'énergie correspondante peut être captée sous deux formes :
Les sites adaptés au captage de l'énergie marémotrice sont peu nombreux ; ils se concentrent dans les régions où, du fait notamment des conditions hydrodynamiques, l'amplitude de l'onde de marée (inférieure au mètre loin des côtes) est amplifiée : c'est notamment le cas en France dans la Baie du Mont Saint Michel (où se trouve l'usine de la Rance), au Canada dans la Baie de Fundy (où le marnage dépasse 10 mètres, ce qui génère des courants de marée intenses pouvant dépasser 5 nœuds, soit 10 km/h environ).
L'exploitation optimale de l'énergie potentielle nécessite des aménagements importants, qui modifient notablement les équilibres écologiques dans des zones généralement fragiles ; il est probable que cette voie ne sera plus guère exploitée à l'avenir, et que l'usine de la Rance restera une expérience isolée.
Le captage de l'énergie cinétique des courants de marée est actuellement prospecté ; pour être exploitables, les courants doivent dépasser 3 nœuds sur des durées notables.
L’ordre de grandeur de l’énergie naturellement dissipée annuellement par les marées est évalué à 22 000 TWh soit l’équivalent de la combustion de moins de 2 Gtep (gigatonnes équivalent pétrole). Ce chiffre est à comparer à la consommation d’énergie de l’humanité, de l'ordre de 10 Gtep.
Seule une fraction de cette énergie étant récupérable, l'énergie marémotrice ne pourra contribuer pour l'avenir que pour une faible part à la satisfaction des besoins mondiaux.
Par rapport à la plupart des autres énergies naturelles (pas exactement renouvelable, voir plus bas : d'où vient l'énergie...), l'énergie marémotrice présente l'avantage d'être parfaitement prédictible : en un point donné, l'énergie disponible ne dépend que de la position relative des astres et de la Terre ; de plus, la propagation de l'onde de marée n'est pas instantanée (il y a par exemple plusieurs heures de décalage entre le passage de cette onde à Brest et dans le Pas de Calais) : ceci contribue globalement à "étaler" la production, et à effacer les passages à zéro périodiques de la production en un point.
La première utilisation de l'énergie marémotrice remonte aux années 1120, avec la construction de moulins à marées, utilisant la barre de l'Adour.
Voir l'article détaillé : Usine marémotrice de la Rance
Une des applications les plus connues est probablement l'usine marémotrice de la Rance en France. Elle a été installée sur un site qui, avec des marées dont l'amplitude peut atteindre 13 mètres, avait déjà connu dans l'histoire de nombreux « moulins à marée ».
Elle consiste en 24 « groupes bulbes » (chacun avec son alternateur de 10 MW) produisant 600 millions de kWh par an. Il s'agit cependant d'une installation lourde.
Actuellement, des systèmes plus décentralisés sont en développement et semblent très prometteurs. Ils utilisent soit l'élévation du niveau de la mer (énergie potentielle), soit les courants de marée.
On peut notamment citer des projets tels que «Mighty Whale», «AWS» (projet de démonstration de 2 MW au Portugal), «LIMPET», «DAVIS» (Blue Energy), «Sea Snail», etc.
Une réalisation intéressante est à Hammerfest (Hammerfest Strøm), une ville au nord de la Norvège. Elle s'est équipée de la première usine marémotrice sous-marine. Cette usine ressemble à un moulin à vent dont les pales tournent grâce au flux et au reflux des marées et délivre 300 kilowatts (en comparaison, l'usine marémotrice de la Rance fournit 240 mégawatts).
Une vingtaine d'usines de ce type seront installées en 2004, et alimenteront environ 1 000 habitations. La principale difficulté que présente ce type d'installation (outre la corrosion) est la maintenance, la température de l'eau ne dépassant guère quelques degrés.
Les systèmes actuellement à l'étude et utilisant l'énergie des marées ont un coût comparable à l'énergie éolienne en mer. Ils pourraient donc connaître un développement rapide .
L'eau des océans, en raison du surcroit d'attraction lunaire du côté de la Lune et de sa valeur plus faible du côté opposé à celle-ci a, en coupe, une allure d'ellipse, dont le grand axe est orienté sur la direction Terre-Lune. La Terre tournant en 24 heures (approximativement) tandis que la Lune ne le fait qu'en 28 jours (approximativement), le mouvement de rotation de la Terre dans cette masse d'eau fixe produit le phénomène des marées.
Lorsqu'on retient cette eau par un barrage, on en freine le mouvement, et donc du même coup - d'une façon infinitésimale - la Terre. Cela a, en raison de la loi de l'action et de la réaction, un effet sur la Lune, qu'il serait possible d'étudier par une méthode d'éléments finis, mais une astuce pour le faire plus rapidement existe : puisqu'il y a conservation du moment d'inertie et que la Terre ralentit, l'effet du freinage est donc que la Lune s'éloigne (de façon infinitésimale elle aussi par rapport à sa distance).
Ce ralentissement existe de toute façon : à la fin du XIXe siècle, l'année faisait 365,242196 jours et aujourd’hui 365,242190 jours (on remarquera que la différence porte déjà sur la 9ème décimale, alors que les astronomes travaillent plus volontiers avec 16. Un effet de huit ordres de grandeurs en dessous est donc remarqué par eux s'il se cumule sur plus d'une dizaine d'années, ce qui est le cas pour la Rance).
Les usines marémotrices ne font qu'augmenter un peu le freinage. Elles utilisent donc in fine l'énergie cinétique de rotation de la Terre, matérialisant d'une façon nouvelle un vieux rêve exprimé par Gaston de Pawlowski (de l'Institut) et d'Alphonse Allais qui était d'installer une roue dentée sur l'équateur pour récupérer le mouvement de rotation terrestre.
Les effets climatiques éventuels d'une baisse - même légère - de la vitesse de rotation de la Terre ne semblent pas à ce jour avoir été étudiés. Qualitativement, on sait toutefois qu'un ralentissement significatif :
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