Les écoulements naturels constituent une énorme source d’énergie mais celle-ci est en général très diluée sur la surface de la planète. Néanmoins certains phénomènes naturels focalisent et canalisent cette énergie. Les écoulements fluviaux et maritimes peuvent ainsi concentrer une partie de cette énergie dans l’espace et dans le temps. L’objectif de cet enseignement est d’acquérir les connaissances de base sur l’hydrodynamique fluviale, la dynamique des marées et celle des vagues pour estimer le potentiel fluvial ou maritime d’un site ou d’une région donnée. Indépendamment de la technologie ou du rendement des installations quelle puissance est récupérable ? quelle est la disponibilité et la variabilité temporelle de la ressource énergétique ? Quelles contraintes technologiques sont imposées par le milieu naturel sur les systèmes de récupération d’énergie ? Quels sont les principes de fonctionnement de ces systèmes ?
Quelques intervenants extérieurs viendront faire des conférences spécialisées sur des dispositifs de recherche, des expériences pilotes ou des projets industriels sur les énergies marines renouvelables.

1. Introduction, ressource hydraulique
- Demande énergétique, GES, Paquet climat energie
- Unités, énergie primaire, finale, utile
- Puissance des installations, facteur de charge
- Cycle de l’eau, température potentielle, précipitations
- potentiel gravitaire
- hydraulique à accumulation : principe, rendement, capacités, facteur de charge
- charge hydraulique, pertes de charge, débit et puissance maximum
- Impact écologique, bilan carbone

2. Dynamique fluvial
- Régimes d’écoulement, nombre de Froude
- Charge hydraulique d’un écoulement à surface libre
- Transition fluvial-torrentiel
- Ressaut hydraulique, dissipation
- Lois de conservations : énergie et quantité de mouvement

3. Dissipation turbulente, friction de fond, ressource fluvial
- Décomposition de Reynolds, dissipation turbulente
- Couche limite de Prandtl
- Couche limite rugueuse
- Pertes de charges pour un écoulement à surface libre
- Effets de la dissipation en régime fluvial et torrentiel
- Hydraulique au fil de l’eau : principe, rendement, puissance, facteur de charge
- Evolution climatiques et potentiel hydro-électrique

4. Onde de Marée, énergie marée motrice
- Forçage astronomique
- Océan idéalisé, Equation de Saint-Venant en rotation
- Ondes de Kelvin
- Histoire, origine de l’énergie marée motrice
- Résonance d’une baie, d’un estuaire, potentiel énergétique
- Effets de la dissipation
- Centrales marée motrice : principe, rendement, capacités
- Impact écologique et carbone des centrales marées motrices.

5. Courants de marées et hydroliennes
- Amplification côtière des courants de marées
- Courants forcé par le vent et courant de densités
- Rôle de la dissipation
- Hydroliennes : principe, rendement et facteur de charge

6. Energie des vagues
- Ondes de surface monochromatique, eaux profondes / peu profondes
- Energie et flux d’energie
- Forçage par le vent, spectre de vagues, spectre Pierson-Monkowitz, JONSWAP
- Amplification côtières: shoaling et réfraction
- Facteur de charge et régimes saisonniers
- Système de conversion d’énergie : histoire, principe et rendements
- Résonateurs ponctuels, directionnel, systèmes adaptatifs
- Avantages et inconvénients

7. Energie thermique marine
- Spectre solaire et spectre d’absorption de l’eau
- Flux de chaleur air-mer
- Couche de mélange océanique, couche thermocline
- Dispositifs ETM: principes, rendements, facteur de charge
- Mise en œuvre pratique, impact environnemental, biofouling and cycles biogeochimique

Niveau requis : connaissances de base en mécanique des fluides, équations de Navier-Stokes, dynamique des ondes.

Dernière mise à jour : lundi 18 avril 2011