Évaluer l’impact des nouveaux systèmes hybrides brise-lames flottants-centrales houlomotrices sur les performances hydrodynamiques et la production d’énergie durable

Transformer les barrières de port en centrales électriques propres

Les villes côtières dépensent des sommes considérables pour ériger des murs qui calment les vagues afin que les navires puissent accoster en sécurité et que les rivages ne s’érodent pas. Cette étude pose une question simple mais puissante : et si ces barrières de protection pouvaient aussi fonctionner comme des centrales silencieuses, produisant de l’électricité propre à partir des mêmes vagues qu’elles maîtrisent ? En remodelant un brise-lames flottant et en y ajoutant une petite turbine à air, les chercheurs montrent comment combiner protection côtière et énergie renouvelable au sein d’une même structure flottante.

Pourquoi les vagues sont un trésor d’énergie inexploité

Les vagues océaniques transportent une énergie dense et prévisible, et pourtant la plupart des côtes dépendent encore des combustibles fossiles. De nombreux dispositifs ont été proposés pour capter l’énergie des vagues, mais ils peuvent être complexes, coûteux ou difficiles à entretenir en mer. L’un des concepts les plus simples est la colonne d’eau oscillante : une caisse creuse partiellement immergée, ouverte dessous de sorte que les vagues font monter et descendre la surface interne de l’eau. Ce mouvement comprime et relâche une poche d’air piégée, la faisant circuler à travers une turbine reliée à un générateur. L’intérêt est que seule la turbine à air comporte des pièces en mouvement, tandis que le reste constitue une coque robuste pouvant faire office de brise-lames.

Construire et tester un bouclier flottant contre les vagues

Pour explorer cette idée, l’équipe a construit des maquettes d’un brise-lames flottant suspendu avec une colonne d’eau oscillante intégrée et les a testées dans une fosse à vagues de 13 mètres. Des vagues régulières de différentes hauteurs et périodes ont été générées vers quatre versions de la structure, chacune présentant une forme différente de la paroi arrière de la chambre. Des parois transparentes ont permis aux chercheurs d’observer la montée et la descente de la surface d’eau, tandis que des jauges de vagues ont mesuré quelle part de chaque vague entrante était réfléchie, transmise ou dissipée en turbulence. Un capteur de pression a suivi l’intensité de la compression de l’air piégé, et une petite turbine Wells — dont les pales sont conçues pour tourner dans le même sens quelles que soient les variations de flux d’air — a converti le mouvement d’air en énergie électrique, contrôlée par des voltmètres et ampèremètres.

Comment la forme contrôle l’atténuation des vagues et la production d’énergie

La question centrale de conception était de savoir comment la géométrie de la paroi arrière et la profondeur de l’ouverture avant influent sur les performances. L’équipe a comparé un ponton simple en forme de boîte avec trois versions plus avancées, dont l’une possédait une longue paroi arrière inclinée (Modèle-D). Ils ont constaté que le rapport entre la largeur de l’appareil et la longueur d’onde, ainsi que le tirant d’eau, c’est‑à‑dire la profondeur immergée de la paroi avant, affectaient fortement le comportement. À mesure que la largeur relative augmentait, la réflexion des vagues diminuait d’abord — ce qui signifie que moins d’énergie était renvoyée en mer — puis augmentait de nouveau. Dans certaines configurations, en particulier pour le Modèle-D, la réflexion devenait très faible tandis que la dissipation d’énergie à l’intérieur de la structure montait en flèche, montrant que les vagues n’étaient pas apaisées par rebond mais converties en mouvements d’air et en turbulence dans la chambre.

Le design remarquable : une pente douce avec des effets puissants

Parmi les quatre formes, le Modèle-D — avec sa longue paroi arrière inclinée et une ouverture avant d’un tirant d’eau modéré — s’est avéré le plus efficace. À un niveau d’eau représentatif plus profond, il combinait une faible réflexion avec une forte dissipation de l’énergie des vagues et d’importantes oscillations de pression de l’air dans la chambre. En termes pratiques, cela signifie que des vagues plus petites et plus calmes passent derrière la structure tandis qu’une part significative de l’énergie entrante est convertie en puissance pneumatique puis en électricité. Les chercheurs estiment qu’une version grandeur réelle opérant en mers de type méditerranéen pourrait fournir plusieurs kilowatts en continu, suffisant pour alimenter des feux de navigation, des capteurs environnementaux ou de petites unités de dessalement le long d’un port tout en réduisant l’impact des vagues sur les navires et les quais.

Ce que cela signifie pour les côtes de demain

Pour les non-spécialistes, la conclusion est simple : en façonnant soigneusement un brise-lames flottant et en ajoutant une turbine à air élémentaire, il est possible de construire des structures qui protègent les rivages et produisent discrètement de l’énergie renouvelable. Le design optimisé à paroi inclinée testé ici fonctionne bien dans une gamme d’états de mer, ce qui suggère qu’il pourrait être adapté à de nombreux côtes semi-abritées et entrées de port. Bien que des essais complémentaires dans des bassins plus grands et en vagues irrégulières ou de tempête soient encore nécessaires, ce travail ouvre la voie à un avenir où les défenses côtières remplissent une double fonction — protéger les communautés et contribuer à les alimenter grâce au mouvement infini de la mer.

Citation: Hamed, B., Elkiki, M., Abdellah, S. et al. Assessing the impact of novel hybrid floating breakwater-WEC systems on hydrodynamic performance and sustainable energy outputs. Sci Rep 16, 7189 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37290-8

Mots-clés: énergie des vagues, brise-lames flottant, colonne d’eau oscillante, protection côtière, énergie renouvelable