Mourad BOUTOUCHENT

Hoy en día, el acceso a la energía es esencial para el desarrollo de las poblaciones. Sin embargo, en algunos casos, la configuración geográfica no permite la instalación de dicha red eléctrica ni su extensión a lugares aislados. En tales casos, las autoridades locales optan por generadores diésel para electrificar los asentamientos aislados, incluso en zonas tropicales, a pesar del precio exorbitante del fuelóleo y de la dificultad de transportarlo hasta los lugares aislados.

Las autoridades locales deberían hacer todo lo posible por fomentar el desarrollo de las energías renovables, sobre todo en los trópicos, donde la energía hidroeléctrica predomina sobre la eólica y la solar. Sin embargo, a pesar de que los trópicos tienen un régimen pluviométrico muy amplio y potentes redes hidrográficas, la hidrología de esta zona y el funcionamiento de estos cursos de agua siguen siendo poco conocidos y poco estudiados. En efecto, la mayoría de los estudios realizados transponen directamente a la zona tropical los resultados y datos de la zona templada, sin un análisis claro de su pertinencia.

Las poblaciones rurales y/o aisladas suelen estar situadas a orillas de grandes ríos en zonas tropicales, por lo que la energía hidroeléctrica debe considerarse una alternativa atractiva a los generadores diésel para suministrar electricidad a estas poblaciones. De hecho, los sistemas fotovoltaicos y eólicos deberían considerarse sólo después de haber tomado medidas de protección y mantenimiento contra la humedad extrema y los rayos. Además, las microcentrales hidroeléctricas requieren una cierta altura de elevación y estructuras de ingeniería civil muy costosas. En consecuencia, las turbinas mareomotrices son la opción natural, dados sus costes básicos y de mantenimiento muy bajos en comparación con otros sistemas de energía renovable, y el hecho de que las turbinas están disponibles para funcionar en ríos con corrientes bajas.

Habitualmente, la instalación de turbinas mareomotrices fluviales requiere la identificación y caracterización previa de emplazamientos en los que la velocidad del flujo se mantenga por encima de 1 ó 1,5 m/s y la profundidad del agua se mantenga por encima de 2m. Esto requiere a su vez la determinación previa de variables hidráulicas como la velocidad del flujo, la profundidad del agua, el caudal, la presión, la energía turbulenta y, en particular, el flujo de energía hidrocinética en las proximidades de poblaciones aisladas.

Los ríos tropicales, en cambio, se abastecen de precipitaciones muy elevadas y discurren por terrenos muy accidentados. Esto les permite desarrollar morfologías complejas, como anabrancos y meandros. Comprender la evolución temporal de las variables mencionadas a lo largo de estos ríos es un reto en sí mismo, ya que sólo puede lograrse mediante modelización numérica.

La modelización numérica de los flujos en un gran río anabranquizado requiere a su vez un Modelo Digital del Terreno (MDT) de alta resolución y el conocimiento de las variables de flujo en los límites del dominio computacional. Aquí es donde comienza el trabajo, con una mezcla de objetivos, preguntas y retos. He aquí algunos de ellos:

• La mayoría de los ríos tropicales carecen de datos hidrológicos, así que ¿cómo se puede obtener un MDT lo bastante preciso para realizar simulaciones hidrodinámicas?
• ¿Qué esperamos de la modelización hidrodinámica en anabranquios fuera de las zonas de interés? ¿Es realmente esencial obtener resultados precisos en estas zonas?
• ¿Qué modelo se adapta mejor a las morfologías de los ríos tropicales (1D, 2D o 3D) y por qué?

Esta tesis se divide en cuatro capítulos. El primero es una introducción general a los temas abordados en la tesis. Comienza esbozando el estado actual de la electrificación de emplazamientos aislados y presenta una visión más o menos exhaustiva de la tecnología de las turbinas mareomotrices. En segundo lugar, se repasan los métodos utilizados para evaluar el recurso energético mareomotriz continental, a partir de estudios específicos realizados en Estados Unidos, Canadá, Europa y Brasil. A continuación, se definen los criterios de preselección de los emplazamientos potencialmente adecuados para el desarrollo de turbinas mareomotrices en el Maroni, así como las grandes líneas del método elegido para la caracterización en profundidad de dichos emplazamientos, a la luz de las características morfológicas e hidráulicas específicas del río.

El segundo capítulo describe el estado del arte de la modelización matemática de los caudales fluviales y presenta algunos estudios comparativos entre modelos 1D, 2D y 3D basados en casos reales y/o en lo acordado por la comunidad científica. Esto ha permitido justificar la elección del modelo 2D de Saint-Venant y del modelo de resolución TELEMEC2D, dado el contexto hidromorfológico del Maroni.

El tercer capítulo se centra en la recopilación de los datos existentes en el Maroni y en la campaña de campo realizada en mayo de 2015. A continuación se exponen, analizan y critican los métodos de interpolación batimétrica en ríos de morfología compleja. Esto nos permitió desarrollar una nueva técnica de interpolación batimétrica adaptada a las complejidades de los ríos anabarcados y a la falta de datos. Este método combina el tratamiento SIG con algoritmos informáticos geométricos e hidrológicos. Permite realizar una interpolación anisótropa en el sentido del flujo y en el sentido transversal. Es un método robusto porque es capaz de estimar los datos que faltan en sus prerrequisitos de funcionamiento. El resultado de este capítulo es el primer MDT del Maroni sobre una longitud total de 105,5 km (desde Maripasoula aguas arriba hasta Grand Santi aguas abajo). En este MDT, los anabranquios sin datos batimétricos, si se encuentran fuera de los perímetros del estudio, se consideran entornos porosos. Los islotes de estas anabranquias se representan mediante un coeficiente de porosidad en el modelo hidrodinámico.

El cuarto capítulo se dedica íntegramente a las simulaciones hidrodinámicas en el Maroni. Se analizan, critican y corrigen los datos hidrométricos disponibles y se elaboran nuevas curvas de aforo que se comparan con sus homólogas DEAL e IRD. Las nuevas curvas se ajustan mejor a los aforos que las antiguas curvas. A continuación se calibraron rigurosamente la fricción y los parámetros numéricos del modelo hidrodinámico. A continuación, se obtuvo un mapa de rozamiento para todo el dominio de cálculo, para tres mallas distintas y dos MDT. En el primer MDT, todos los datos LiDAR a nivel del suelo se asimilaron al modelo geométrico. En el segundo MDT, en cambio, los datos LiDAR de los tramos porosos se excluyen del proceso de asimilación. Los resultados muestran claramente que las simulaciones realizadas con el segundo MDT se ejecutan más rápidamente que las realizadas con el primero, sin pérdida de precisión.

Los resultados se procesaron y analizaron mediante un código JAVA que desarrollamos. Aplica automáticamente los criterios impuestos a la altura del agua y la velocidad del flujo y delimita así los sitios favorables para la instalación de turbinas mareomotrices. En algunos sitios de interés, la velocidad del flujo supera los 2 m/s y la densidad de energía mareomotriz se mantiene por encima de los 4 kW/m².

Palabras clave : Ríos anchos, batimetría, ADCP, anabrancos, meandros, MDT, TELEMAC2D, medios porosos, energía mareomotriz.