Avec plus de 4800 km de côtes, il fallait s'en douter ! Les chercheurs espagnols doivent venir puiser l'inspiration sur la plage le week end, en regardant les vagues. Ou s'agit-il d'une coïncidence ? Ce mois-ci en tout cas, deux publications ont comme objet les rouleaux marins. Des mathématiciens se sont penchés sur les conditions de brisure des vagues pendant que leurs collègues énergéticiens réflichissaient au meilleur moyen d'en tirer de l'énergie.
La brisure des vague : un défi aux équations mathématiques
Les équations permettant de décrire les évolutions d'un fluide sont nées de l'esprit du mathématicien Euler il y a plus de 300 ans. Complétées dans les siècles suivants par Navier et Stokes, elles forment aujourd'hui encore un système dont tous les mystères n'ont pas été percés. La difficulté - voire l'impossibilité - à les résoudre de manière analytique lorsque tous les paramètres du système doivent être pris en compte (composition du fluide, viscosité...) implique l'utilisation d'ordinateur puissants. Or, les fluides sont au coeur de nombreuse sciences : climat (eau et air), énergétique (gaz et pétrole)...
En s'intéressant au problème de la brisure des vagues, les chercheurs de l'Instituto de Ciencias Matemáticas (ICMAT-CSIC) se sont ainsi attelés à une tâche ardue. Il s'agit de déterminer si les équations de la mécanique des fluides révèlent des situations pour lesquelles leurs solutions "explosent", c'est à dire tendent vers l'infini. De telles situations s'appellent des singularités. Dans le monde réel, ces singularités traduisent des situations pour lesquelles le fluide change brusquement d'état. C'est précisément ce qui se passe lorsqu'une vague se brise. Une partie de la vague entre en contact avec elle-même, impliquant une modification brutale de l'état du fluide. La singularité découverte par les chercheurs expliquant ce phénomène de rupture a été appelée "singularité Splash" [1].
En réalisant ce travail, les chercheurs ont du créer de nouveaux outils mathématiques dont l'utilisation permettra d'avancer sur la voie de la résolution d'un des sept problèmes du millénaire. Le sixième de ces grands problèmes mathématiques, posés en mai 2000 par le Clay Mathematics Institute, concerne la compréhension détaillée des solutions de l'équation de Navier-Stokes [2]. Au-delà du plaisir de contempler les vagues, la solution de ce problème sera récompensée d'un prix d'un million de dollars. Une bonne raison de ne pas oublier un papier et un crayon en allant à la plage !
Capturer au maximum l'énergie des vagues - ou presque
Autre travail, autre thématique. La génération d'électricité est bien souvent liée à la rotation de turbines. Différentes sources peuvent être utilisées : indirectes comme le nucléaire où de l'eau chaude vient faire tourner ces turbines ou directe comme dans le cas de l'éolien. Les chercheurs réfléchissent depuis longtemps à la possibilité d'utiliser le mouvement de la mer provoqué par les marées afin de faire tourner des turbines.
Une équipe de chercheurs espagnols de l'Université de Valladolid, en collaboration avec des chercheurs de l'Université Mohammed V de Rabat, travaille sur une centrale un peu différente. Il s'agit d'une installation placée en bord de mer qui utilise le déplacement de l'air du à la montée et descente de l'eau de mer pour faire tourner une turbine [3]. Cependant, alors que dans d'autres systèmes le mouvement des fluides faisant tourner les turbines est unidirectionnel, le mouvement de l'air lié à celui des vagues implique un flux et un reflux.
L'important est donc de réaliser un système qui permet de profiter des mouvements de l'air dans les deux directions, ce qui n'est pas chose aisée sachant que la turbine doit, elle toujours tourner dans le même sens. Tout se joue ainsi dans le design des pales de la turbine afin que celle-ci puisse fonctionner pendant l'ensemble du cycle, là où une turbine classique ne fonctionnerait que la moitié du temps. Le succès est donc au rendez vous si l'énergie produite sur l'ensemble d'un cycle avec la nouvelle turbine devient supérieur à celle produite pendant un demi cycle de fonctionnement pour une turbine classique.
Pour le moment, les travaux de l'équipe se résument à la simulation numérique d'une turbine permettant de produire de l'énergie sur l'ensemble du cycle avec un bon rendement. La seconde phase consistera à réaliser un premier prototype de cette turbine de haute efficacité.
- [1] Splash singularity for water waves, A. Castro et al., PNAS, 04/01/2012, doi: 10.1073/pnas.1115948108- [2] Site internet du Clay Mathematics Institute : - [3] Explications et vidéos complémentaires à propos de l'OWC : Une nouvelle vague d'énergies renouvelables, BE Espagne 106, 13/07/2011 - http://www.pnas.org/content/early/2012/01/04/1115948108.a...
http://www.claymath.org/
http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/67281.htm
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