Marées et courants de marée
   

Phénomène des marées

Avant de décrire les courants de marée, il peut être intéressant d’étudier au préalable le phénomène des marées.

A l'origine de ce phénomène se situe l’attraction gravitationnelle. La Lune, proche de la Terre, exerce sur les masses d'eau une force attractive suffisamment forte pour les "déplacer". Lorsque la Lune se situe à la verticale d’un point de la surface océanique, les masses d’eau se gonflent : c’est ce qu'on appelle la pleine mer. Le même phénomène se produit au même instant aux antipodes. A l'inverse, c'est la basse mer pour tous les lieux où l'on voit la Lune à l'horizon.

L'action du Soleil se limite, à cause de sa position éloignée de la Terre, à renforcer ou s’opposer aux effets de la Lune:

Lorsque ces astres sont en quadrature, perpendiculaires par rapport à la Terre, leurs influences se contrarient.

Au contraire lorsque les trois axes sont alignés, phénomène de syzygie, le Soleil accentue l’effet de la Lune : c’est l’époque des grandes marées ou vives eaux. Cette situation est illustrée ci-dessous.

Les distances séparant les trois astres varient au cours du temps. L’amplitude des marées de deux eaux vives successives n’est donc pas toujours la même. ( les forces attractives de la Lune et du Soleil sont proportionnelles à la distance qui les sépare de la terre et varient au cours du temps ) :

Les amplitudes les plus fortes sont donc obtenues au moment des équinoxes ( quand le Soleil et la Lune sont sur l’équateur ) et les plus faibles au moment des solstices .

La rotation de la Lune autour de la Terre , de la Terre sur elle-même … ayant un caractère périodique , on comprend que le rythme des marées ait lui-même ce caractère . Le jour lunaire ayant une période de 24H50 , un lieu devrait donc connaître 2 pleines mers et 2 basses mers durant cette période . C’est ce qui se produit sur nos côtes , la marée est alors dite semi-diurne . Néanmoins comme l’illustre la figure ci-dessous , ce cycle diffère dans l’espace . On observe une marée haute et une marée basse par jour à Fort de France , la marée est diurne .

Ces "anomalies" du cycle de la marée sont dues à la déformation de l'onde-marée par la configuration du littoral et par la force de Coriolis .

Ainsi distingue-t-on généralement 4 types de marées : les marées semi-diurnes , diurnes , mixtes ( tantôt semi-diurnes , tantôt diurnes ) et à inégalité diurnes .

Ces marées dissipent une quantité considérable d'énergie sur le plateau continental . Depuis longtemps l'homme a donc de rêver de la domestiquer . Ces 'rêves' effectués à différentes périodes ont ainsi donné naissance , à de nombreux ouvrages auxquels nous allons consacrer le prochain paragraphe .
   
   

L'énergie marémotrice

Les premiers ouvrages , utilisant l'énergie marée-motrice , remontent à l'an mille , sous l'aspect de moulin à marée , utilisés par les arabes pour moudre le blé . Ils sont ensuite apparus en France au douzième siècle sur les côtes bretonnes et normandes .
Leur principe était le suivant :

- une digue fermant une anse créait un bassin

- des vannes permattaient le remplissage du bassin au flot ( marée montante )

- celles-ci , une fois fermées , retenaient l'eau au jusant ( marée descendante ) , créant une différence de niveau de part et d'autre de la digue , puis la libéraient lorsque cette différence était suffisante

- l'eau s'écoulant entrainait alors une roue à aubes créant la force motrice .

Au 19ème siècle , certains chercheurs ont ensuite proposé des systèmes de turbine fondés sur la compression de l'air par l'eau de mer .

Mais , en France , les premiers projets de grande envergure ont vu le jour entre les deux guerres mondiales :

En 1921 , G.Boisnier publie une étude remarquable sur l'utilisation des marées et y préconise déja l'aménagement de l'estuaire de la Rance a priori tout indiqué pour accueillir la 1ère grande usine marée motrice : Les marées ont en effet à cet endroit de la côte , une amplitude moyenne de 11.40 m pour un coefficient de marée de 100 ... On espère à cette époque une production de 150 millions de kwh pour une usine implantée sur ce site .

C'est à la fin des années 60 que les travaux vont alors commencé , le barrage étant mis en eau en 1966 .Nous allons nous pencher plus précisément sur cette usine marémotrice qui est l'exemple le plus 'connu' de l'utilisation de l'énergie marémotrice .

Cette usine comporte des turbines spéciales : des groupes bulbes qui peuvent fonctionner dans les deux sens de l'écoulement de l'eau , à marée descendante et à marée montante , et permettent une utilisation optimale de l'énergie alors mis en jeu . L'usine en comporte 24 , d'une puissance unitaire de 10000 kW , ce qui représente une puissance globale de 240000 kW .

Contrairement aux moulins à marée qui ne produisaient de l'énergie une fois par marée , l'usine de la Rance produit de l'énergie à marée montante et à marée descendante : le cycle est dit double effet .Le principe reste identique mais grâce aux bulbes qui permettent de turbiner dans les deux sens d'écoulement de l'eau , l'énergie peut être produite aussi bien au remplissge qu'au vidage du bassin . Le groupe bulbe permet aussi de pomper et de surélever ainsi le niveau du bassin en fin de remplissage par rapport au niveau de la mer . La production s'en trouve ainsi accrue puisque l'eau pompée sous une faible hauteur travaillera quelques heures plus tard sous une chute plus élevée .

Ce principe est illustré ci-dessous :

L'onde marée

Elle est la 'résultante' des ondes qui apparaissent suite au soulèvement et au rabaissement des eaux durant les marées . Chaque bassin , selon ses caractéristiques ( sa taille , sa configuration ) , a une période d'oscillation propre et filtre ainsi les ondes qui se présentent et retient celles avec lesquelles il se trouve le plus en harmonie . Certaines marées suivent ainsi le rythme lunaire , d'autres le rythme solaire ...

Lorsque la période de l'onde-marée se rapproche sensiblement de la période d'oscillation propre du bassin , il se produit le phénomène de résonnance . L'onde est alors considérablement amplifiée .

L'onde-marée semble se propager autour de points amphidromiques (cf figure) . Elle se déplace à grande vitesse au large ( 600 km/h ) et sa longueur d'onde peut atteindre plusieurs centaines de kilomètres .

Lorsqu'elle se rapproche des côtes , elle ralentit et son amplitude augmente . Elle se diversifie alors selon le relief sous-marin et la configuration des côtes .

Pour suivre son déplacement , on peut tracer des lignes cotidales obtenues en reliant les points où la pleine mer se produit au même moment .

Courant de marée

Généré par le phénomène des marées , il est à distinguer nettement de l'onde marée de part sa nature : contrairement à l'onde-marée , les courants de marée déplacent les eaux .

Ils sont périodiques et se manifestent différemment au large et près des côtes . Au large ils sont giratoires et font le tour de l'horizon pendant une marée complète . Ils tournent , sous l'influence de la force de Coriolis , vers la droite dand l'hémisphère Nord et vers la gauche dans l'hémisphère Sud .

La proximité des côtes transforme le courant giratoire en courant alternatif : il se propage dans une direction pendant la premiére moitié de la marée et dans la direction opposée pendant la seconde moitié . Le courant qui suit la marée montante est alors appelé courant de flot et celui qui accompagne la marée descendante le courant de jusant .

Cependant, le courant de marée est déphasé par rapport à la marée; ce déphasage est quasi nul près des côtes et augmente lorsque l'on s'éloigne vers le large. Ainsi, les "renverses" de courant de marée ne correspondent pas nécessairement aux étales de marée : en Manche , les renverses de courant se produisent à la mi-marée .

D'autre part , la vitesse d'un courant de marée est proportionnelle à l'amplitude de la marée et varie selon la morphologie côtière : elle augmente par exemple dans les passages ressérés ( chenal ) et au niveau de 'pointes' : les courants sont ainsi fréquemment accélérés en Manche , dans le raz de Portland , au cap Lizard ...

D'ailleurs certains chercheurs, dès le début du siècle, pensaient exploiter l'énergie de ces courants naissants au flot et au jusant, dans ces zones particulières où ils peuvent atteindre dix noeuds. Citons Monsieur Laporte qui a émis cette idée en 1920 dans une communication à l'académie des Sciences : Il envisageait de disposer un navire équipé de roues , amarré dans un courant de marée . Celui-ci aurait vu ses roues entrainées par le courant , et ce toujours dans le même sens , car il se serait orienté selon le courant . Néanmoins les conditions économiques et les connaissances techniques de l'époque ne permirent pas de développer cette idée , elle fut donc abandonnée ...