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Les énergies marines renouvelables

Les énergies marines renouvelables, également appelées « thalasso-énergies », désignent l’ensemble des ressources du milieu marin qui, grâce à différentes technologies, permettent de produire de l’électricité. Les mers et océans, recouvrant près de 71 % de la surface de la planète, sont la source de multiples flux d’énergie naturels exploitables pour produire de l’électricité :

  • la houle, appelée aussi énergie des vagues (houlogénérateurs - systèmes à colonne d’eau oscillante, systèmes à déferlement) ;
  • les courants de marée (usine marémotrice) ;
  • les courants océaniques (hydroliennes - hélices sous-marines ou éoliennes sous-marines, ailes planes battantes ou oscillantes, roues à aubes flottantes) ;
  • le gradient thermique (utilisation de la différence de température entre les couches d’eau de surface et celle des profondeurs) ;
  • la pression osmotique (utilisation du différentiel de salinité de l’eau) :
  • l’éolien offshore.

En matière d’énergies marines renouvelables, la France dispose d’un vaste potentiel, tant en métropole qu’en outre-mer, pour contribuer à la demande énergétique sur les rivages continentaux et insulaires.

L’énergie houlomotrice

Le vent soufflant sur de grandes surfaces marines crée des vagues et concentre ainsi l’énergie éolienne. Les convertisseurs des vagues en électricité, aussi appelés houlogénérateurs, sont nombreux. Parmi les prototypes testés le long des côtes et en pleine mer, on distingue trois technologies différentes.

  • Les systèmes à corps mus par la houle sont composés de flotteurs en surface ou immergés. Une société anglaise a développé un « serpent de mer », système de 150 m de longueur, composé de 4 tronçons articulés flottants entre lesquels des vérins hydrauliques captent l’énergie provoquée par la propagation de la houle. Des prototypes de 750 kW chacun ont été mis en service à l’été 2007 au large de l’Écosse et du Portugal. En France, le projet Searev consiste en un flotteur complètement fermé, à l’intérieur duquel le mouvement d’un balancier interne, sollicité par les mouvements de la houle, entraîne un générateur électrique.
  • Dans les systèmes à déferlement, les vagues franchissent un plan incliné pour remplir un réservoir qui, en se vidant, actionne une turbine. C’est le cas du Wave Dragon danois. Un prototype flottant testé en 2002 délivrait 20 kW pour un poids total de 237 tonnes mais il ne s’agissait que d’une maquette au 1/4,5. À taille réelle, le Wave Dragon pourrait mesurer 190 à 220 m d’envergure pour 22 000 à 33 000 tonnes, pour une puissance de 4 à 7 MW.
  • Le principe des systèmes à colonne d’eau oscillante consiste à utiliser le mouvement des vagues comme un piston pour comprimer l’air dans une cavité et faire tourner une turbine. Ce type de projet semble aujourd’hui être peu prometteur car les installations lourdes pourraient défigurer la côte.

Le potentiel houlomoteur se situe majoritairement en pleine mer avec des installations mobiles flottantes.

L’énergie marémotrice

Les marées provoquent de puissants courants qui sont concentrés en certains endroits près des côtes. Le flux et le reflux de la marée est utilisé pour alternativement remplir ou vider un bassin de retenue en actionnant des turbines incorporées dans le barrage créant cette retenue.

Le système d’usine marémotrice a été essentiellement mis en œuvre sur l’installation de la Rance, inaugurée en 1966 entre Saint-Malo et Dinard. Il s’agit de créer une différence de hauteur d’eau en bloquant complètement l’estuaire, le différentiel de pression permet d’entraîner des turbines.

Aujourd’hui, cette installation d’une puissance de 240 MW représente 90 % de la production des thalasso-énergies dans le monde. Cette réalisation est restée unique dans le monde et n’a été reproduite qu’autour de puissances bien moindres au Canada (20 MW), en Chine (5 MW) ou en Russie (0,4 MW). Ce type de projet a été abandonné pendant de nombreuses années, du fait de l’importance de l’investissement initial et de leur fort impact environnemental.

L’énergie hydrolienne

L’énergie hydrolienne est produite par les courants océaniques qui sont concentrés dans certains endroits près des côtes. La côte Nord-Ouest de la France, où les courants sont particulièrement puissants, est propice au développement de cette énergie.

Principe de fonctionnement

L’énergie des courants océaniques peut être récupérée en plaçant une hélice, une aile plane oscillante ou d’autres systèmes dans le flux de déplacement d’eau. Différentes technologies pour récupérer les courants océaniques existent :

  • les hydroliennes à axe horizontal qui sont des générateurs électriques associés à une hélice sous-marine – des sortes d’éoliennes sous-marines ;
  • les hydroliennes à axe vertical ;
  • les ailes planes battantes ou oscillantes ;
  • les roues à aubes flottantes.

À l’heure actuelle, il existe peu de projets car les courants océaniques sont lents. Le Gulf Stream se déplace à environ 1 mètre par seconde alors que les hydroliennes étudiées pour les courants océaniques nécessitent des vitesses de 2 à 3 mètres par seconde.

L’énergie thermique marine

L’énergie thermique est produite grâce à l’exploitation de la différence de température entre les eaux de surface à environ 25 °C, chauffées par le rayonnement solaire, et les eaux profondes des océans (-1000 m) à environ 5 °C. L’utilisation d’une machine thermodynamique permet de convertir une partie de la chaleur de l’eau chaude en énergie électrique. C’est une technique particulièrement adaptée à la zone intertropicale où l’amplitude des températures est importante.

Les centrales à cycle fermé utilisent de l’ammoniaque comme fluide caloporteur qui, porté à 24 °C, se vaporise et entraîne une turbine électrique. L’eau de mer puisée dans les profondeurs sert à refroidir le fluide qui sera réintroduit dans le circuit. Une partie de l’énergie produite est utilisée pour le pompage. Le bilan environnemental est, semble-t-il, positif, puisque le pompage d’eau froide reproduit le mouvement naturel de « upwelling » qui fait localement remonter les eaux profondes, riches en nutriments, et stimule ainsi l’activité biologique.

L’énergie osmotique

L’osmose est une technique qui permet de transformer en énergie la différence de salinité entre eau douce et eau de mer. Une membrane semi-perméable mise en contact avec de l’eau douce sur une face et de l’eau de mer sur l’autre face est soumise à une pression osmotique. Le phénomène d’osmose va instantanément tenter de rééquilibrer la salinité des masses d’eau et créer un flux à travers la membrane, de l’eau douce vers l’eau salée pour la diluer. Ce flux provoque une surpression hydrostatique (côté eau salée) susceptible d’entraîner une turbine électrique. La membrane est l’élément clé du système et une production de 4 W/m2 est nécessaire pour envisager la construction de centrales permettant une génération électrique significative, de l’ordre de 70 kW pour une membrane de 120 x 150 m. Les estuaires sont les lieux d’implantation de prédilection des centrales osmotiques. Les quelques projets de ce type sont encore peu avancés (centrale pilote de Tofte en Norvège).

L’énergie éolienne offshore

L’énergie éolienne offshore est produite grâce à une éolienne qui transforme l’énergie mécanique du vent en énergie électrique. Une éolienne en mer, posée ou flottante, bénéficie de vents plus fréquents, plus forts et plus réguliers qu’à terre. En effet, le vent est nettement plus fort en mer qu’à terre car il s’établit sur les vastes étendues dépourvues d’obstacles.

En France, la construction des premiers parcs commerciaux d’éoliennes en mer est attendue à partir de 2015, à la suite de l’appel d’offres lancé par le gouvernement français. La Programmation pluriannuelle des investissements prévoit au titre de la production d’électricité d’origine éolienne en mer 6 000 MW à l’horizon 2020, soit environ 1 200 éoliennes produisant 3,5 % de la consommation française d’électricité.

À la suite de la concertation menée depuis le début de l’année 2009 sur chaque façade maritime par les préfets des régions Bretagne, Pays de la Loire, Haute-Normandie, Aquitaine et Provence-Alpes-Côte d’Azur, le Gouvernement a sélectionné cinq zones, d’une surface totale de 533 km2 et représentant une puissance maximale de 3 000 MW :

  • Le Tréport (Seine-Maritime, Somme) - 110 km2, pour une puissance maximale de 750 MW ;
  • Fécamp (Seine-Maritime) - 88 km2, pour une puissance maximale de 500 MW ;
  • Courseulles-sur-Mer (Calvados) - 77 km2, pour une puissance maximale de 500 MW ;
  • Saint-Brieuc (Côtes d’Armor) - 180 km2, pour une puissance maximale de 500 MW ;
  • Saint-Nazaire (Loire-Atlantique) - 78 km2, pour une puissance maximale de 750 MW.

L’objectif de cet appel d’offres est de sélectionner sur chacune des zones un opérateur qui développera et construira un parc éolien en mer à partir de 2015, puis en assurera l’exploitation pendant 20 ans jusqu’à la phase de démantèlement.

Excepté le cas particulier des usines marémotrices, les technologies de production d’énergie marine sont peu matures et ont des rendements relativement faibles par rapport aux coûts engendrés. Aujourd’hui, les technologies pour exploiter les courants de marées et la houle concentrent la majorité des efforts en matière de recherche et développement et d’expérimentations. D’importants progrès devront être effectués pour exploiter au mieux les énergies offertes par les océans et les mers. La densité de l’eau, 800 fois supérieure à celle de l’air, rend difficile l’installation des sites constamment soumis à des forces extrêmes. La corrosion saline et les dégradations causées par les micro-organismes nécessitent une maintenance difficile à réaliser sous l’eau ou en mer.

Pour en savoir plus :

Rapport de la mission d'étude sur les énergies marines renouvelables, Mai 2013

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