Le mot marée désigne, dans son acception la plus courante, le mouvement oscillatoire du niveau de la mer résultant des attractions de la Lune et du Soleil sur les particules liquides ; le phénomène est donc une conséquence de la gravitation universelle. Les divers bassins océaniques, en raison de leur constitution, ne réagissent pas de la même manière à ces actions, et l'on peut dire que la marée est la réponse des océans aux sollicitations des astres.

1. Les causes :

            a/ Les astres voisins : la Lune et le Soleil

      La Terre possède, par rapport aux astres voisins, un mouvement relatif qu'on détermine en assimilant notre globe à un point matériel placé en son centre et affecté de toute la masse terrestre. Mais l'attraction exercée par un astre sur ce point diffère très légèrement, tant en grandeur qu'en direction, de celle qu'éprouve effectivement une particule quelconque de la Terre.

      L'écart infime entre ces deux actions constitue la force génératrice des marées et il tend à déplacer la particule de sa position d'équilibre ; il y a un déplacement effectif lorsque la particule n'a pas de liaison absolument rigide avec les autres particules de la Terre, ce qui est le cas général.

      Les forces d'interactions sont aussi appelées en 1/r² car elles ont lieu dans un champ newtonien. Dans notre système solaire toutes les planètes subissent ces forces et sont attirées par le soleil. Mais ces lois d'interaction démontrées par NEWTON sont aussi présentes entre tous les astres du système solaire. Bien que la Lune ait une masse beaucoup plus faible que le Soleil, elle est beaucoup plus proche de la Terre que le Soleil. Par conséquent la force d'attraction exercée par la lune sur la terre est deux fois plus importante que celle du Soleil.

Sur ce schéma, en isolant la Lune et la Terre (en négligeant le rôle du soleil), on voit que les forces d'attraction exercées par la Lune augmentent la hauteur des eaux qui sont le plus près de la Lune (au zénith) et baissent celles qui sont aux antipodes.

            b/ La rotation de la Terre :

      Les marées sont aussi dues à la force centrifuge : cette force est identique en tout point de la Terre car elle ne dépend pas de la distance. Elle est due au mouvement de la Terre sur son orbite autour du centre de gravité du système Terre astre (soleil, lune).

Sur ce schéma, on voit que la force centrifuge due à la rotation de la Terre augmente la hauteur des eaux qui sont le plus loin de la Lune (au nadir) et baissent celles qui sont aux antipodes (au zénith).

            c/ Bilan de ces 2 forces :

      Voyons maintenant ce que provoquent ces 2 forces quand elles sont appliquées en même temps sur la Terre (ce qui est toujours le cas).

- G : centre de gravité d'un astre (Lune ou Soleil)
- r : distance astre-Terre
- Fr,Fd : force d'attraction de l'astre en 2 points différents de la Terre
- Fi : force centrifuge (qui est la même en tout point de la Terre)
- Fm : la force résultante des 2 autres forces

Au centre de la Terre les deux forces se neutralisent. En un point quelconque de la surface de la Terre, lorsque l'astre est au-dessus de l'horizon, la force d'attraction exercée par l'astre est la plus forte alors que lorsque l'astre est au-dessous de l'horizon, c'est la force centrifuge qui est la plus forte.
Si la Terre la terre ne tournait pas autour de son axe, les marées seraient statiques :

Incidence sur les océans de la rotation de la Terre sur elle-même.
Commentaire : Grâce à la rotation de la Terre on obtient en fait en chaque point de la surface terrestre deux pleines mers et deux basses mers chaque jour. Ce type de marée est nommé semi-diurne. Pourtant, quand ce point est situé à une latitude importante et que la déclinaison (angle que fait l'astre attracteur avec le plan de l'équateur) est également élevée, l'astre n'atteint pas l'horizon. Ceci entraîne la perte d'une marée haute et d'une marée basse par jour et on a alors affaire à une marée de type diurne.

2. Les aspects :

Après avoir expliqué les différentes causes des marées à la surface du globe, voyons maintenant les divers aspects de ces marées et en quoi on peut les utiliser.

            a/ Les différents types de marées

      De plus, il existe des marées de vive-eau et de morte-eau (voir les 4 figures) qui ont lieu selon l'alignement de la Terre, de la Lune et du Soleil : elles correspondent à des amplitudes de marée maximum et minimum respectivement. Lorsque les forces exercées par le soleil et la Lune s'additionnent (à gauche), on est en présence d'une marée de vive-eau (phase de syzygie). Lorsque les forces exercées par le soleil et la Lune se contrarient (à droite), on est en présence d'une marée de morte-eau.

      On a vu précédemment qu'il existait des marées diurnes et semi-diurnes. Cependant, la théorie évoquée dans "les causes des marées" n'est pas totalement exacte : en effet, elle repose sur le fait que la mer est en équilibre avec la force génératrice de la marée (ce qui est rendu impossible par l'inertie des masses d'eau). Mais en fait, les marées réelles sont différentes : elles subissent un retard (âge de la marée : intervalle de temps entre la syzygie et la marée la plus forte qui la suit) et un fort écart en amplitude par rapport aux prévisions réalisées avec la théorie statique.

      En effet, l'action des forces d'attractions s'effectue sous forme d'ondes. Ces ondes se propagent de manières diverses selon la profondeur mais aussi lorsqu'elles se réfléchissent sur les talus continentaux. Ces interférences pouvant être destructives ou constructives, cela explique l'existence de bassins à marée diurne ou semi-diurne.

      La marée présente sur le globe des aspects très divers, à cause surtout de l'importance de la marée diurne relativement à la marée semi-diurne dans la marée totale. Sur les côtes bordant l'océan Atlantique, principalement sur celles d'Europe et d'Afrique, la marée diurne est faible et la marée totale a presque uniformément un caractère semi-diurne.

            b/ L'amplitude et l'énergie des marées

      L'amplitude des marées (ou marnage) est extrêmement variable d'un littoral maritime à un autre. Insensible ou très faible dans les mers fermées dont l'étendue est insuffisante pour que la force génératrice puisse y accumuler des effets appréciables, elle est encore faible au milieu des océans. Mais elle s'amplifie sur la plupart des côtes par suite du passage de la marée sur un socle continental peu profond, et en raison aussi d'amplifications locales dues à la configuration découpée des rivages.

      Les plus grandes marées du globe sont semi-diurnes ; leur amplitude peut atteindre 17 m dans la baie de Fundy au Canada et environ 15,5 m dans la baie du Mont-Saint-Michel. La plus grande marée diurne se rencontre au fond de la mer d'Okhotsk, avec une amplitude maximum de 11,5m. Le marnage (différence entre la hauteur de la haute mer et celle de la basse mer) est maximum lorsqu'on est en période de vive-eau et minimum en période de morte-eau.

      Comme la houle, l'onde-marée possède une énergie potentielle nécessaire pour déformer la surface de la mer et une énergie cinétique nécessaire pour imprimer aux particules leur mouvement orbital. L'énergie totale de l'onde est considérable, mais elle se dissipe rapidement par frottement sur le fond lorsque l'onde se propage par relativement faibles profondeurs. On a évalué à 180 millions de kilowatts la puissance transmise de l'océan Atlantique dans la Manche, dans une marée de vive-eau moyenne, mais il n'en parvient que 23 millions en mer du Nord, bien que la dissipation soit de l'ordre du watt par mètre carré.

      C'est cette énergie qu'utilise l'usine marémotrice de la Rance. Il est clair que l'amplitude des marées joue le rôle principal pour l'emplacement d'une usine marémotrice comme celle de la Rance. En effet, plus elle est grande, plus l'énergie produite sera grande.

      Voyons maintenant comment on peut s'approprier cette énergie des marées : on s'intéressera d'abord aux moulin à marée, qui sont en quelque sorte les ancêtres des usines marémotrices, puis on verra de quelle manière on peut utiliser l'énergie des marées.

3. Comment utiliser l'énergie des marées ?

Après avoir expliqué les différentes causes des marées à la surface du globe, voyons maintenant les divers aspects de ces marées et en quoi on peut les utiliser.

            a/ Une approche simple : le moulin à marée

      A la frontière entre terre et mer, les tous premiers moulins à marée (Milin-mor ou Meil-mor, voir figure 7 à coté) sont bâtis le long des côtes bretonnes dès le XIIe siècle, mais leur construction se développe principalement aux XVIe et XVIIe siècles. Leur apparition concorde avec l'essor des activités artisanales et le développement de la culture du sarrasin. Puis, les minoteries industrielles bâties sur quatre à cinq étages, ne leur succéderont qu'au XIXe siècle.

      Edifiés à même l'estran (portion du littoral comprise entre les plus hautes et les plus basses mers) au fin fond des estuaires et des baies les plus reculées, ces moulins commandés par le rythme des marées témoignent de l'utilisation très ancienne de l'énergie engendrée par le flux et le reflux. La forte amplitude des marées explique que la Bretagne a été a principale région française à utiliser cette source d'énergie, avec, à son actif, une centaine d'ouvrages inégalement répartis sur le littoral.

Les roues et les meules fonctionnaient au jusant, à marée descendante, grâce à l'eau accumulée derrière une digue à marée montante. Le principe de fonctionnement des anciens moulins à marée dont a quelques vestiges subsistent encore dans l'estuaire était le suivant : une digue fermant une anse (petite baie peu profonde) créait un bassin, des vannes permettaient le remplissage du bassin au flot (marée montante), une roue à aubes assurait le vidage du bassin au jusant (marée descendante) en produisant la force motrice. Voir figure 8 à côté.

Ces moulins qui ne produisaient de l'énergie qu'une fois par marée réalisaient un cycle à simple effet.L'usine marémotrice de la Rance fonctionne selon les mêmes principes que ces anciens moulins à marée.

            b/ Une approche plus mathématique :

      L’utilisation de l’énergie des marées est très simple : un barrage est construit dans une baie ou un estuaire, isolant de la mer un bassin ; des groupes électrogènes convenables fonctionnant dans les deux sens permettent alors d’utiliser l’eau pour la production d’énergie électrique lors de sa montée et de sa descente. Soit A l’amplitude de la marée, différence de niveau entre les marées haute et basse, et V le volume que le bassin peut emmagasiner entre ces deux niveaux. Afin de simplifier, on supprimera l’influence de la qualité ou de la quantité des turbomachines, et on admettra que les ingénieurs ont atteint la perfection, le rendement des machines étant égal à l’unité, et qu’il n’y a pas de limitation dans les débits utilisables.

      Chaque mètre cube d’eau entrant dans le bassin est ainsi utilisé sous la hauteur A. Si toutes les marées étaient d’amplitude A, à la fin de l’année les 705 marées auraient donné pour chaque mètre cube d’eau de la retenue une hauteur de chute cumulée de 705 A. En fait, A varie tout au long de l’année ainsi que V, qui en dépend directement, le bassin, sauf pour les marées de vive-eau extrêmes, ne se remplissant pas complètement et ne se vidant pas jusqu’au fond. Pour la Bretagne (cas de la Rance), chaque mètre cube d’eau retenu au moment des plus grandes vives-eaux serait ainsi, en théorie, utilisé sur trois ou quatre kilomètres de hauteur de chute par an. Ces hypothèses sont évidemment trop optimistes, mais chaque mètre cube de la retenue maximale permet d’obtenir en pratique près de 2 kWh, ce qui correspond à près de 1 000 m de chute utilisée dans l’année, utilisation comparable aux meilleurs barrages alpins.