« Onde » est un terme courant pour un certain nombre de façons différentes de transférer de l’énergie:

• Dans les ondes électromagnétiques, l’énergie est transférée par des vibrations de champs électriques et magnétiques.
• Dans les ondes sonores, l’énergie est transférée par vibration de particules d’air ou de particules d’un solide à travers lesquelles le son se déplace.
• Dans les vagues d’eau, l’énergie est transférée par la vibration des particules d’eau.

Les vagues transfèrent de l’énergie mais pas de la masse

Lorsque nous regardons les vagues de surf arriver sur le rivage, il est facile de penser que des particules d’eau individuelles se déplacent vers nous, mais ce n’est pas réellement le cas. Les particules impliquées dans les ondes se déplacent d’avant en arrière perpendiculairement à la direction de l’onde, mais ne se déplacent pas de manière significative dans la direction de l’onde. Les particules « participent » à l’onde en se heurtant les unes aux autres et en transférant de l’énergie. C’est pourquoi l’énergie peut être transférée, même si la position moyenne des particules ne change pas.

Comment cela fonctionne-t-il ? Cela peut aider à penser à une bouée qui se balance dans l’océan. La bouée est déplacée de haut en bas par les vagues qui la traversent, mais ne se déplace pas de manière directionnelle sur l’eau.

Vous pouvez également penser à une vague mexicaine lors d’un match de sport. La vague se déplace dans l’arène, mais les spectateurs ne se déplacent pas avec elle – ils se lèvent et s’assoient seulement (un mouvement perpendiculaire à la direction de la vague).

Les particules d’une onde d’eau échangent de l’énergie cinétique contre de l’énergie potentielle

Lorsque les particules dans l’eau font partie d’une onde, elles commencent à monter ou à descendre. Cela signifie que l’énergie cinétique (énergie de mouvement) leur a été transférée. Au fur et à mesure que les particules s’éloignent de leur position normale (vers le haut vers la crête des vagues ou vers le bas vers le creux), elles ralentissent. Cela signifie qu’une partie de leur énergie cinétique a été convertie en énergie potentielle – l’énergie des particules dans une onde oscille entre l’énergie cinétique et l’énergie potentielle.

Penser à l’énergie potentielle peut nous aider à comprendre pourquoi les tsunamis peuvent être si dommageables. Lorsqu’un tsunami s’approche du rivage, il s’élève (devient beaucoup plus élevé), de sorte que les particules d’eau sont déplacées plus loin de l’équilibre. Ils acquièrent beaucoup d’énergie potentielle, et celle-ci est libérée lorsque la vague interagit avec la terre.

Mesurer l’énergie d’une onde

Pourquoi certaines ondes ont-elles plus d’énergie que d’autres ? La fréquence et la longueur d’onde d’une onde sont toutes deux des indicateurs de son énergie, mais cela diffère selon les types d’ondes.

Pour les vagues d’eau, celles à grande vitesse et à grande longueur d’onde (comme un tsunami) ont le plus d’énergie. Pour les ondes électromagnétiques, la vitesse est constante, de sorte que les ondes à haute fréquence et à courte longueur d’onde (comme les rayons X) sont les plus énergétiques.

Pour toutes les ondes, une plus grande amplitude signifie plus d’énergie.

Dans le spectre électromagnétique interactif, vous pouvez cliquer sur différentes longueurs d’onde pour en savoir plus sur les ondes qui composent le spectre.

Exploiter l’énergie des vagues

Des scientifiques en Nouvelle-Zélande et ailleurs cherchent à transformer l’énergie des vagues en électricité. Les océans autour de la Nouvelle-Zélande sont des endroits prometteurs pour générer de l’énergie houlomotrice car nous avons de grandes vagues et de forts courants. La production d’énergie ondulatoire impliquerait un dispositif sous-marin (comme une palette, par exemple) qui se déplacerait en réponse aux vagues et entraînerait une turbine qui produirait de l’électricité.

L’idée de puissance des vagues est attrayante car les vagues sont une ressource durable – elles ne peuvent pas être utilisées (contrairement à d’autres ressources, comme le charbon, qui sont utilisées pour produire de l’électricité en Nouvelle-Zélande). Cependant, ils sont assez inefficaces – ils ont besoin de beaucoup d’espace côtier pour générer des quantités utiles d’énergie. En utilisant la modélisation mathématique et la construction de modèles physiques, les scientifiques de Kiwi étudient comment exploiter la puissance des vagues, mais il faudra un certain temps avant que nous utilisions l’électricité de l’énergie des vagues dans nos maisons.

Entre 2007 et 2011, l’Energy Efficiency and Conservation Authority (EECA) a administré le Fonds de déploiement des énergies marines qui a financé des projets d’énergie marine. Après un examen, aucun des projets n’a été sélectionné pour progresser davantage et, à partir de 2016, l’EECA estime que l’abondance de ressources énergétiques renouvelables moins chères en Nouvelle-Zélande rend peu probable que l’énergie marine contribue au réseau national dans un avenir prévisible. Les recherches sur l’exploitation de l’énergie des vagues océaniques se poursuivent dans d’autres pays.

De 2017 à 2019, dans le cadre d’un projet du Fonds d’innovation pour les mers durables, le NIWA a étudié si la production d’électricité à partir des forts courants de marée dans le détroit de Cook serait viable pour Aotearoa. Pour en savoir plus, consultez le site Web de NIWA consacré à l’énergie des courants de marée, qui lance une nouvelle industrie maritime au potentiel énorme.