Les énergies marines sont encore peu exploitées mais bénéficient d’un fort potentiel de développement.
Les océans sont riches en flux énergétiques, qui proviennent à la fois de l’énergie du soleil (à l’origine des vents, de la houle, des grands courants marins, des différences de température de la mer) et de la variation de la gravitation due aux positions de la Terre, de la Lune et du Soleil.
Ces flux peuvent être exploités sous diverses formes pour produire de l’électricité : énergie des marées, énergie des vagues, énergie des courants, énergie thermique des mers, énergie osmotique, biomasse marine.
Après la Grande-Bretagne, c’est la France qui détient le plus important potentiel d’Europe pour le développement de l’énergie des courants de marée. Elle est également la pionnière de l’énergie marémotrice et dispose d’un potentiel intéressant pour le développement de l’énergie houlomotrice, en particulier sur la côte ouest de la France. Enfin, elle dispose d’une très grande ressource en énergie thermique des mers avec son territoire d’outre-mer.
Les énergies marines pourraient produire une petite partie de l’électricité en Europe.
10 %
de la consommation d’électricité européenne en 2050
Comment récupérer l’énergie des marées ?
Le saviez-vous ?
Les marées sont les variations du niveau de la mer dues à la gravitation de la Terre, de la lune et du soleil. La lune tourne autour de la Terre, qui tourne sur elle-même. Et ces deux astres tournent eux-mêmes autour du soleil. L’ensemble de ces forces gravitationnelles ajouté à la rotation des astres créent ainsi une déformation de la surface par des ondes de marée qui font varier le niveau de la mer.
Les usines marémotrices exploitent l’énergie potentielle de la marée liée à la différence de niveau entre deux masses d’eau grâce à des systèmes à barrage, au travers desquels le passage de l’eau entraîne des turbines, qui déclenchent un alternateur. Ces dernières sont réversibles pour pouvoir produire de l’énergie à marée montante ainsi qu’à marée descendante.
Cette énergie est qu’elle est permanente et prévisible. C’est l’énergie marine la plus développée à ce jour.
L’usine marémotrice de la Rance, en Bretagne, est la première usine marémotrice au monde et l’une des plus grandes. Mis en œuvre en 1967, le barrage s’étend sur 750 mètres à l’embouchure du fleuve côtier de la Rance où l’amplitude de ses marées peut aller jusqu’à 13,50 m. L’électricité est produite par 24 turbines utilisant alternativement, dans les deux sens, la force des marées et celle du courant de la rivière.
Chaque année, l’usine produit 550 GWh d’électricité, ce qui équivaut à 3 % de la consommation électrique de la Bretagne, soit l’équivalent des besoins résidentiels d’une ville comme Rennes (210 000 habitants). La France n’est pas la seule à avoir une usine marémotrice. En effet, la Corée du Sud aussi en possède une. Il s’agit de la centrale marémotrice de Sihwa.
Ces usines restent relativement peu développées en raison de problèmes d’acceptation environnementale et de coût. Aujourd’hui, la tendance n’est plus au développement de gros ouvrages centralisés mais de plus petits ouvrages plus nombreux et décentralisés.
Comment récupérer l’énergie des vagues ?
Le saviez-vous ?
C’est le vent qui est à l’origine de la formation des vagues. En frappant la surface de l’océan, le vent propage une onde mécanique, plus ou moins marquée en fonction de sa force : la vague est créée.
Il existe 4 technologies pour récupérer l’énergie des vagues, appelée aussi énergie houlomotrice :
- Les corps flottants : perpendiculaires aux vagues, ils sont formés de tuyaux en aciers ou de pontons reliés par des joints contenant des pompes hydrauliques. Le mouvement des vagues force le liquide hydraulique qui actionne une turbine.
- Les colonnes d’eau oscillante : la surface de l’eau de mer agit comme un piston pour pousser l’air dans un tuyau (« trou du souffleur ») qui actionne à son tour une turbine qui peut travailler dans les deux sens. Ce type de dispositif peut être installé en mer ou sur le littoral.
- Les systèmes à déferlement : la vague déferlant sur un plan incliné est recueillie sur un bassin en hauteur dans lequel l’eau actionne une turbine, puis retourne à la mer.
- Les parois oscillantes immergées : elles peuvent osciller (sorte de volet oscillant dans les deux sens avec le passage des vagues) ou actionner une sorte de pompe à piston à vérin hydraulique.
Selon le Conseil mondial de l’Énergie, environ 10 % de la demande annuelle mondiale en électricité pourrait être couverte par la production houlomotrice mais, à ce jour, aucun projet pour produire et vendre de l’électricité n’a encore été finalisé car les technologies sont difficiles à maîtriser et les systèmes doivent être très résistants pour supporter des tempêtes en mer.
L’École centrale de Nantes a développé une plate-forme de démonstration et d’expérimentation au large du Croisic.
Comment récupérer l’énergie des courants ?
Le saviez-vous ?
Les courants marins sont principalement créés par l’énergie solaire. En fonction de la région dans laquelle on se trouve, on reçoit plus ou moins d’énergie solaire (les zones tropicales en reçoivent beaucoup plus que les zones polaires). Pour rééquilibrer l’ensemble, les océans et l’atmosphère vont se mettre en mouvement, créant ainsi les courants, également influencés par la rotation de la Terre sur elle-même. Ces courants sont appelés « courants océaniques ». Il existe également des « courants de marée », provoqués par les variations du niveau de la mer dues à la gravitation de la Terre, de la Lune et du Soleil.
On place dans la mer des hydroliennes (des éoliennes à l’envers) qui convertissent l’énergie cinétique des courants marins en électricité, comme le feraient des éoliennes avec le vent.
Les courants sont prévisibles, forts et permanents, ce qui rend l’énergie hydrolienne très intéressante.
En Europe, le Royaume-Uni et la France détiennent l’essentiel du potentiel de l’hydrolien. En Ecosse, une ferme de 4 hydroliennes est installée et en fonctionnement depuis 2018.
Les sites français les plus favorables sont répartis entre la Bretagne et le Cotentin. Plusieurs projets de développement y sont en cours pour tester les technologies et la rentabilité, par exemple :
- Sabella, entreprise quimpéroise, a développé plusieurs hydroliennes, dont la D10, c’est son petit nom (un rotor de 10 mètres à 6 pales !). Installée dans des profondeurs de 25 à 50 mètres, elle est invisible depuis la surface et n’entrave pas la navigation ni les activités de pêche.
- Oceanquest : cette machine de plusieurs centaines de tonnes a été installée en 2019 en Bretagne, entre Paimpol et l’île de Bréhat.
Comment récupérer l’énergie thermique des mers ?
Le saviez-vous ?
Les eaux de surface et les eaux profondes n’ont pas la même température. Dans les régions tropicales, la température de l’eau en surface peut aller à plus de 25 °C alors qu’en profondeur, elle est froide (environ 5 °C). Cela s’explique par la différence de densité de l’eau.
Une eau froide et très salée est plus dense (et donc plus lourde et plus profonde) qu’une eau chaude et moins salée. Les eaux mondiales circulent sans cesse dans le but de réguler la température moyenne de la planète. C’est ce que l’on appelle la « circulation thermohaline ».
Ainsi, les eaux froides des pôles circulent vers les zones tropicales, alors que les eaux chaudes remontent vers les pôles, où la chaleur est ensuite évacuée dans l’atmosphère.
Des canalisations de plusieurs mètres de diamètre acheminent à la surface l’eau pompée à environ 1 000 m de profondeur. La différence de température entre les profondeurs et la surface va permettre, via le cycle thermodynamique de Rankine, de faire fonctionner cette technologie, comparable à une pompe à chaleur. Un fluide thermodynamique en circuit fermé se vaporise dans un échangeur de chaleur (évaporateur) grâce à l’eau de mer chaude de surface, la vapeur sous pression actionne une turbine, qui, couplée à une génératrice, produit de l’électricité. Grâce à l’eau de mer froide, la vapeur se condense ensuite dans un autre échangeur (condenseur) et peut ainsi recommencer un nouveau cycle.
Cette technologie permet de produire une électricité renouvelable non intermittente. Elle a encore besoin d’une phase d’expérimentation avant d’être appliquée pour une production industrielle. Plusieurs projets sont en cours de développement, notamment à La Réunion.
Comment récupérer l’eau de mer pour refroidir ou chauffer des bâtiments ?
Le principe est celui d’une pompe à chaleur alimentée avec de l’eau de mer. La température de l’eau étant relativement stable, cette solution est envisagée à la fois en France métropolitaine et en outre-mer.
Actuellement, plusieurs projets de construction de bâtiments en zone littorale, intégrant des pompes à chaleur basées sur l’utilisation d’eau de mer, voient le jour en France métropolitaine.
Comment récupérer l’énergie osmotique ?
On appelle « énergie osmotique » l’énergie des différences de salinité.
Le saviez-vous ?
Lorsqu’un fleuve se jette dans la mer, une grande quantité d’énergie est potentiellement libérée en raison de la différence de concentration en sel.
Deux méthodes de récupération de cette énergie sont testées pour la production d’électricité : la première est basée sur l’osmose (en Norvège), la seconde sur l’électrodialyse inversée (aux Pays-Bas). En Norvège, le potentiel de cette technologie est estimé à 10 % des besoins annuels en énergie.
Comment récupérer l’énergie de la biomasse marine ?
Le saviez-vous ?
On estime entre 200 000 et 1 million le nombre d’espèces d’algues existant dans le monde. Cette diversité biologique, répondant à une exceptionnelle adaptabilité, laisse préjuger d’une richesse proportionnelle en molécules originales et en lipides (algo-carburants ou carburants de 3e génération).
La biomasse marine a un rendement environ 10 fois supérieur par rapport à la biomasse terrestre et permet de préserver les terres agricoles et la disponibilité en eau douce.
La production pourrait représenter 20 000 à 60 000 litres d’huile par hectare par an contre 6 000 litres pour l’huile de palme (un des meilleurs rendements de biomasse terrestre). Il reste à identifier les surfaces mobilisables et travailler sur une diminution des coûts.
Pour aller plus loin
Infographie – Les énergies marines renouvelables
Tout savoir sur les énergies marines renouvelables, ces sources d’énergie encore trop mal connues.