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Les énergies marines montent en puissance

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Edito : Les énergies marines montent en puissance

Vendredi, 04/07/2025 - 00:00 0 commentaire
Les énergies marines montent en puissance zoom

Je vais évoquer cette semaine les immenses potentialités de trois des principales énergies marines, marémotrice (énergie des marées), hydrolienne (énergie des courants marins) et houlomotrice (énergie des vagues), dont les dernières estimations montrent qu'elles pourraient, en théorie, fournir à toute l'humanité l'électricité dont elle aura besoin en 2050, soit environ 46 000 TWh par an. Après être restées pendant des décennies des curiosités de laboratoires, ces formes d'énergies, au potentiel considérable, mais techniquement complexes à utiliser de manière efficace et rentable, sont enfin en train d'arriver à maturité et pourraient contribuer de manière conséquente et décisive au mix énergétique mondial décarboné que nous devrions atteindre en 2050. L’énergie marémotrice, parfaitement prévisible, représente un potentiel mondial d'environ 400 TWh par (l'équivalent de la consommation électrique de la France) et de 25 TWh pour notre pays (2 fois l'EPR de Flamanville). En France, l’usine marémotrice de La Rance en Bretagne, inaugurée en 1966 par le Général de Gaulle, fonctionne parfaitement depuis près de 60 ans et est restée longtemps la plus puissante au monde. Cette remarquable installation, qui n'a cessé d'être modernisée, fournit environ 5 TWh par an, de quoi alimenter en électricité une ville comme Rennes (240 000 habitants). Les projets d’usines marémotrices restent malheureusement trop rares, principalement pour deux raisons, leur coût et leur impact environnemental. Lors de la construction de l'usine de la Rance, l’estuaire de la mer a dû être coupé pendant trois ans.

Mais les technologies ont beaucoup évolué et il est aujourd’hui possible de construire des lagons artificiels qui permettent d'implanter ces centrales marémotrices loin des côtes. Ces nouvelles installations peuvent également s’inscrire dans des projets plus vastes d’aménagement du territoire et de protection des côtes contre les tempêtes et l'élévation du niveau des mers. Un projet de lagon marémoteur géant a été proposé il y a plus de vingt ans dans la baie de Swansea, au Pays de Galles. Après de nombreuses péripéties, ce projet, qui comporte 25 km de digues, a été relancé récemment par le gouvernement britannique. Un autre projet, bien plus ambitieux est également à l'étude. Il consiste en une usine marémotrice de nouvelle génération pour exploiter la rivière Mersey, qui traverse Liverpool et se jette en Mer d'Irlande. Cette centrale hors-norme se composerait de 28 turbines, exploitant des différences de hauteur d’eau qui peuvent atteindre les 10 mètres. L’usine de 700 mégawatts (MW) serait capable de produire de l’électricité à marée montante et à marée descendante. Elle deviendrait ainsi la plus grande du monde et elle pourrait alimenter plus d’un million de foyers. Dans ce cas de figure, l’option retenue n’est pas celle du lagon artificiel au large, qui aurait un coût jugé trop élevé. Les ingénieurs imaginent plutôt un large barrage sur la rivière, le Mersey Tidal Power. Cette structure géante permettrait de créer un lien cyclable et piétonnier sur la rivière et de relier Liverpool et la péninsule de Wirral. Autre avantage majeur, elle pourrait également protéger cette importante métropole de 500 000 habitants contre les inondations, dont les risques pourraient être multipliés par dix d'ici la fin du siècle, à cause du réchauffement climatique et de l’élévation du niveau des mers. Cette mégastructure permettrait également le maintien du trafic fluvial, grâce à l’intégration de plusieurs écluses. S'agissant de la rentabilité économique, compte tenu de la durée d'exploitation d'une telle installation – plus d'un siècle, avec un entretien adapté – les experts tablent sur un prix moyen de revient de l’électricité produite très compétitif, de l'ordre de 70 €/MWh.

Une centrale marémotrice fonctionne sur le principe des phases de turbinage, au flux et au reflux de la marée, alternées par de courtes périodes d’attente afin de retrouver la hauteur de chute suffisante entre l’intérieur et l’extérieur du bassin. Le rendement et la rentabilité de ces installations peuvent en outre être améliorés, en utilisant les turbines pour pomper de l’eau à la fin de chaque phase de remplissage et de vidange du bassin afin d'augmenter la hauteur de chute et de prolonger ainsi la durée de la production d’électricité. Ce procédé est d'autant plus intéressant que l’énergie requise pour le pompage est plus que compensée par la production supplémentaire, qui est de l'ordre de 10 %. Ce système présente par ailleurs un avantage environnemental important car il permet de mieux protéger les écosystèmes, en rétablissant les niveaux naturels de la marée au sein du bassin. Un lagon marémoteur autorise également la modulation de la production électrique, en fonction de la fluctuation des besoins du réseau en temps réel. Dans ce cas de figure, il devient comparable à une STEP (station de transfert d’énergie par pompage).

Moins connue et moins mature que l'énergie des marées, l'énergie hydrolienne, qui consiste à exploiter les courants marins, a également un potentiel immense, de l'ordre de 17 500 TWh par an, soit plus de la moitié de la consommation mondiale d’électricité. Dans le Nord-Cotentin, deux projets conséquents dans le Raz Blanchard, connu pour ses forts courants marins, viennent de recevoir l’appui de l’Europe. Dans un premier temps, ils prévoient d’immerger une dizaine de turbines à plus de 30 m de profondeur d’ici à 2028, puis une centaine à terme. Le premier projet, porté par Normandie Hydroliennes, s'appelle NH1 et compte quatre turbines de 3 MW. Celles-ci devraient produire, à partir de 2028, 34 GWh par an d'énergie propre, durable et prévisible au réseau national français, de quoi approvisionner 15 000 habitants. La technologie déployée sera la turbine à axe horizontal série AR développée par Proteus.

L'autre projet est Flowatt, qui compte six turbines de 2,5 MW. Ce projet, avec ses six hydroliennes pour une capacité totale de 17 mégawatts (MW), pourra alimenter 20 000 personnes en électricité. Le projet, porté par HydroQuest et Qair, a reçu une aide significative de 65 millions d’euros dans le cadre du plan France 2030. Selon le Syndicat des énergies renouvelables (SER), les coûts de production de cette énergie hydrolienne pourraient chuter sous les 100 euros/MWh pour le premier gigawatt installé, puis atteindre moins de 80 euros/MWh, se rapprochant des coûts de production de l'énergie par l'éolien marin. Le turbiner britannique Proteus Marine Renewables, déjà impliqué dans le projet de ferme NH1 au Raz Blanchard, vient également d’immerger avec succès, après un an d’essais concluants, son prototype d’hydrolienne gravitaire AR1100, d’une puissance de 1,1 MW, dans le détroit de Naru, au Japon. L’hydrolienne AR1100 est équipée d’un dispositif qui transmet l’énergie mécanique du rotor vers un générateur à aimant permanent. L’électricité ainsi produite est acheminée vers la côte, via un câble sous-marin qui devrait permettre d’alimenter l’archipel de Goto.

En 2024, le Forum économique mondial (WFO) a pris acte du potentiel de la troisième forme d'énergie des mers que je voulais évoquer, l’énergie des vagues, encore appelée énergie houlomotrice. L'Irena, l’Agence internationale pour les énergies renouvelables, souligne que de toutes les énergies marines, l'énergie des vagues est, de loin, celle qui offre le potentiel le plus prometteur. Il serait en effet de l'ordre de 29 500 TWh (térawattheures) par an, soit l'équivalent de la consommation mondiale d'électricité en 2022. Rappelons que l’Europe vise à atteindre une capacité de production d’énergie houlomotrice d'un GW à l’horizon 2030.

Les ingénieurs ont imaginé et testé de nombreux dispositifs pour capter et convertir la puissante énergie cinétique des vagues en électricité. Mais la plupart des technologies développées n'atteignent pas la fiabilité de fonctionnent et la longévité suffisante, car elles doivent affronter des contraintes physiques, chimiques et mécaniques redoutables. De ce fait, l’énergie houlomotrice reste marginale, par rapport aux autres sources d’énergie renouvelable. Pour essayer de surmonter ce défi, des chercheurs gallois ont travaillé pour exploiter l’interaction entre deux types de vagues : celles qui se trouvent à la surface de l’océan et celles qui évoluent sous l’eau. Le Professeur Kardi, de l'université de Cardiff, a montré, dans un article remarqué, comment les ondes sonores sous-marines peuvent être utilisées pour rendre les ondes de surface plus puissantes, ce qui pourrait en faire une source d’énergie plus viable. Les vagues à la surface de l’océan sont souvent créées par la combinaison du vent qui soulève l’eau et de la gravité qui la ramène vers le bas – c’est pourquoi on les appelle aussi « vagues de gravité de surface ». En revanche, les ondes sous-marines sont des ondes sonores produites par des phénomènes tels que les tremblements de terre ou les éruptions volcaniques, qui trouvent leurs origines à de grandes profondeurs. Ces ondes acoustiques se déplacent en comprimant et en dilatant l’eau, de la même manière que le son se déplace dans l’air. Elles peuvent traverser mers et océans à la vitesse du son dans l’eau (environ 1 500 mètres par seconde) avant de se dissiper. Les ondes de surface, en revanche, se déplacent à des vitesses beaucoup plus faibles, de l’ordre de quelques dizaines de mètres par seconde. Ces chercheurs gallois ont montré qu'en fait ces deux types de vagues interagissaient dans un phénomène connu sous le nom de "résonance triadique". Selon ces scientifiques, il est possible d'utiliser un générateur d’ondes acoustiques pour produire des ondes sonores accordées à une taille et à une fréquence particulière qui renforcerait, ou annulerait, les ondes de surface. L’amélioration des vagues permettrait aux turbines houlomotrices de produire davantage d’électricité (Voir Research Gate).

En Suède, le Docteur Stig Lundbäck, cardiologue, a conçu une étonnante bouée houlomotrice, en s'inspirant du fonctionnement du cœur humain, pour pomper le sang. Ce scientifique a fondé la société CorPower Ocean qui a développé le “CorPack”, une bouée géante de 7 tonnes, mesurant 9 mètres de diamètre pour 19 mètres de haut. Elle est fabriquée à partir de matériaux durables et légers et convertit le mouvement des vagues en électricité. Comme le fait la pression hydraulique utilisée par le cœur pour pomper le sang dans une direction, CorPack fonctionne en appliquant une tension sur lui-même pour tirer la bouée vers le bas, tandis que les vagues la poussent vers le haut. Le mouvement des vagues est transformé en rotation, qui est ensuite convertie en électricité par des générateurs. L'ingénieux mécanisme de ce convertisseur d'énergie houlomotrice permet d'extraire l'énergie des vagues de manière particulièrement efficiente, à l'aide d'un dispositif peu coûteux. En termes de rendement, ce convertisseur serait capable, selon ses concepteurs, de produire de cinq fois plus d'électricité par tonne d'équipement que ses concurrents directs (Voir Offshore Energy).

Au Portugal, la société Eco Wave Power, qui exploite depuis une dizaine d'années l'énergie des vagues, va pour la première fois créer une installation houlomotrice d'un mégawatt de puissance. C'est la ville de Porto qui accueillera cette structure, qui intégrera un équipement de conversion d’énergie sous le brise-lames de Porto, dans une galerie qui sera ouverte au public et abritera un musée consacré à l'énergie des vagues. Cette centrale houlomotrice disposera à terme d'une puissance maximale de 20 MW. Dans ce système, chaque flotteur est monté sur un piston qui se tend et se détend selon le rythme de la houle. Ce mouvement fait circuler un fluide hydraulique à l'intérieur d'un circuit fermé et ce fluide alimente un rotor hydraulique qui produit de l'électricité. En France, un projet similaire de digue houlomotrice est en cours. Ce projet, baptisé Dikwe, est porté par le groupe Legendre, en collaboration avec l'Ifremer et Geps Tehno. Lauréat des Trophées Innovation Océana 2024, Dikwe a atteint une efficacité de 40 % lors des tests, ce qui est remarquable pour une installation de ce type. L'originalité de ce système réside dans le fait qu'il permet d’intégrer un dispositif de récupération de l’énergie des vagues dans les infrastructures portuaires et combine de manière ingénieuse protection côtière et production d’électricité. Le dispositif développé repose sur une structure hybride composée de béton armé, d’acier et de bois, intégrant un mécanisme de volets oscillants. Ces volets, actionnés par les vagues, génèrent de l’électricité en exploitant la force des mouvements marins. Cette approche permet de rentabiliser les infrastructures existantes en s’intégrant à la structure de la digue et en transformant l’énergie mécanique des vagues en électricité. Après des tests concluants en bassin, un prototype à l’échelle 1/4 de cette digue a été immergé pendant plusieurs mois en rade de Brest, à Saint-Anne-de-Portzic (29). La construction d’un démonstrateur à taille réelle est à présent envisagée dans les mois qui viennent (Voir Offshore Energy). En novembre dernier, EcoWave Power a obtenu les autorisations nécessaires pour réaliser dans le port de Los Angeles, en coopération avec All-Ways Metal, Inc, la première centrale à énergie houlomotrice aux États-Unis.

En Grande Bretagne, la firme Spiralis Energy a développé l’Axial Skelter, une étonnante turbine en forme de spirale, qui permet une exploitation durable et efficace des courants marins et fluviaux et a donné des résultats prometteurs pendant les essais. La forme hélicoïdale de cette turbine s'inspire des coquillages marins et permet une résistance et une durabilité accrues. Conçu à partir de plastiques recyclés par impression 3D, ce dispositif se distingue par son faible coût de production et d'exploitation. Chaque unité, prévue pour durer 25 ans en milieu marin, n'a qu'un faible impact sur la biodiversité, contrairement aux turbines à pales traditionnelles. Lors des essais de 2024, l’Axial Skelter a atteint 2 500 watts avec 21 rotations par minute. La version grandeur nature, de 16 mètres de long et 5 mètres de diamètre, développera une puissance de 250 kilowatts (kW). Ce système simple (une seule pièce mobile sous l'eau), robuste et modulaire, pourrait avoir de nombreuses applications, comme l’alimentation de centres de données ou la production d’hydrogène (Voir International Water Power).

Le CETO est un système innovant de conversion d’énergie des vagues entièrement immergé. Mis au point par la firme irlandaise CETO Wave Energy Ireland, ce générateur a fait ses preuves lors d'essais au large du Pays basque, en Espagne. Le CETO est considéré comme l'un des systèmes les plus avancés au monde. Il a été conçu pour être immergé à quelques mètres sous la surface et peut s’adapter à différents types d’environnements marins. Ce dispositif prend la forme d'une grosse bouée, amarrée au fond de la mer, qui flotte dans l’eau et suit le mouvement des vagues. Il est possible d’installer plusieurs modules sur le même site, pour accroître, si besoin, la production d'énergie. L’énergie électrique générée est transportée par câble vers la terre ferme (Voir TCD).

Je voudrais évoquer enfin le convertisseur houlomoteur mis au point par la société bordelaise Seaturns. Ce dernier vient d'être testé avec succès, en collaboration avec l'Ifremer pendant 18 mois, à Sainte-Anne-du-Portzic, dans la rade de Brest (Finistère). Il utilise une technologie innovante, reposant sur un flotteur rempli d’air et d’eau douce. Sous l’effet de la houle, les masses d’eau douce poussent de l’air à travers une turbine qui produit de l’électricité en tournant. Comme le souligne Vincent Tournerie, dirigeant de Seaturns, « Notre système simple et robuste a été conçu pour résister aux conditions les plus hostiles ». Et, de fait, le prototype testé a bien résisté aux assauts de la tempête Ciaran. Un prototype de taille réelle va être installé au large de Pornic (Loire-Atlantique) à partir de juillet 2025. Une unité peut alimenter en électricité une dizaine de foyers, mais l’entreprise souhaite développer des parcs d’une dizaine de flotteurs minimum, pour une production d’électricité évaluée à 2 MWh.

A ces trois énergies marines, marémotrice, hydrolienne et houlomotrice, il faudrait ajouter l'énergie thermique des mers (ETM), qui dispose également d'un potentiel exploitable mondial considérable (de l'ordre de 10 000 TWh par an). Mais les recherches sur l'ETM sont malheureusement beaucoup moins actives et avancées que celles concernant les trois formes d'énergie marine que j'ai évoquées et l'ETM n'est en outre rentable qu'en exploitation dans certaines zones tropicales (compte tenu des contraintes d'efficacité thermodynamique), ce qui en limite les possibilités de développement à l'échelle de la planète. Néanmoins, un prototype pour convertir l’énergie thermique des océans est à l'essai depuis mars 2024 dans les îles Canaries, dans le cadre du projet énergétique PLOTEC, financé par l’Union européenne.

On le voit, les principales énergies marines, qui arrivent enfin à maturité technique, sont appelées à jouer un rôle important pour accélérer la décarbonatation du mix énergétique mondial, en coproduisant électricité et hydrogène propres. Certes, l'utilisation de ces énergies demande d'importants investissements, mais, contrairement au soleil et au vent, ces énergies ont l'avantage d'être prévisibles, un atout précieux pour atteindre d'ici 2050 le seuil de rentabilité en terme de coût de production de l'électricité propre. Désormais, il n'est plus utopique d'imaginer que ces énergies marines puissent enfin se développer à grande échelle partout dans le monde et permettent, en association avec le solaire, l'éolien, l'énergie hydraulique et le nucléaire, de gagner de précieuses années dans le basculement vers un mix électrique mondial sans énergies fossiles. Il va de soi que la France, avec ses trois façades maritimes et ses compétences humaines et technologiques reconnues dans ce domaine d'avenir, a une place majeure à jouer dans cette compétition technique et industrielle mondiale, où rien n'est encore joué...

René TRÉGOUËT

Sénateur honoraire

Fondateur du Groupe de Prospective du Sénat

e-mail : tregouet@gmail.com

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