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Quand la mer turbine

Entre vagues et courants, la mer est un immense gisement énergétique. Comment convertir ces mouvements d'eau massifs en électricité ? Depuis des décennies, chercheurs et ingénieurs ont imaginé toutes sortes de machines. Certaines tentent aujourd'hui l'industrialisation. Focus sur des technologies aussi fourmillantes que prometteuses

Le 31 août 2011, la première hydrolienne d'EDF quitte le port de Brest, direction le site de Paimpol-Bréhat. Lors de son inauguration, en 2012, ce parc deviendra un pionnier mondial de la production d'électricité hydrolienne à grande échelle. À terme, ses quatre immenses turbines, entraînées par la force des courants marins, fourniront une puissance totale de 2 MW. Pendant ce temps, Pelamis, un serpent mécanique long de 150 mètres, se tortille au gré des vagues portugaises. Les vérins hydrauliques de ses articulations pompent un fluide à haute pression qui entraîne une turbine électrique. Alors que l'éolien offshore est déjà une réalité industrielle, les ingénieurs rêvent de dompter l'énergie des vagues et des courants. Les technologies mûrissent depuis trente ans. À l'image des hydroliennes et de Pelamis, certaines se frottent maintenant au développement industriel.

À contre-courant

Première piste : utiliser les masses d'eau déplacées par les courants marins. Une énergie fluctuante mais prédictible. « Les courants sont exploitables si les vitesses d'eau sont suffisantes, de l'ordre de 2 mètres par seconde, comme à Paimpol-Bréhat », souligne Bertrand Alessandrini, chercheur au laboratoire de mécanique des fluides à l'École centrale de Nantes. Selon les estimations d'EDF, le potentiel français serait compris entre 2,5 et 3,5 GW, notamment dans les zones côtières de Normandie et de Bretagne. Historiquement à la traîne par rapport aux capteurs houlomoteurs, les projets de récupération des courants connaissent aujourd'hui une certaine convergence technologique. Le concept de l'hydrolienne, sorte d'éolienne sous-marine, a convaincu les industriels. Les mises en oeuvre sont variables.

L'hydrolienne d'EDF, développée en partenariat avec DCNS et OpenHydro, se pose sur le plancher marin. « Le modèle d'hydrolienne que nous avons choisi évite d'interférer avec la circulation de navires en surface », explique Frédéric Le Lidec, directeur des énergies marines chez DCNS. Ce choix du tout immergé comporte des exigences : la turbine, qui affiche 16 mètres de diamètre, doit s'envelopper d'une tuyère pour canaliser les flots turbulents. Elle réclame surtout un système de manutention dédié. « Sa barge de transport est dimensionnée de manière à écourter au minimum les phases de pose et de remontée », souligne Frédéric Le Lidec. Un développement que s'est épargné Seagen, projet concurrent développé par l'irlandais MCT. Ses pâles remontent le long d'un pylône et s'immobilisent à la surface.

Pour ouvrir le marché, l'écossais Lunar Energy a entouré son hydrolienne d'une tuyère venturi, qui accélère artificiellement le courant. Objectif : poser des hydroliennes dans des zones de courants plus faibles.

Dans le creux de la vague

Autre source inaltérable, l'énergie des vagues fascine les hydrodynamiciens depuis plus de trente ans. Selon un rapport prospectif de l'Institut français de recherche pour l'exploitation de la mer (Ifremer), le potentiel exploitable de la seule France métropolitaine se situe entre 10 et 15 GW. Pourtant, les projets houlomoteurs accusent une certaine disparité. Au contraire des travaux sur l'énergie des courants, aucun consensus technologique n'a émergé de la filière. « On compte 150 projets dans le monde. Et 150 technologies différentes ! » s'amuse Bertrand Alessandrini.

Une première génération de capteurs a d'abord investi les côtes. Ces systèmes utilisent le principe de la colonne d'eau oscillante : la hauteur de l'eau à l'intérieur d'un habitacle varie en fonction du mouvement des vagues. Quand le niveau de l'eau monte, l'air est expulsé et actionne une turbine. Deux centrales de ce type, sont actuellement en production, dont Limpet 500 et ses 0,5 MW en Écosse. Le projet Oyster fait un autre pari. Ce clapet sous-marin, constamment rabattu par le déferlement des vagues, actionne des pistons hydrauliques qui refoulent de l'eau vers une station de turbinage posée sur le rivage.

Une seconde génération de capteurs s'attaque maintenant à la haute mer. Si la préservation des côtes souvent touristiques est une des motivations, la houle du large est aussi plus intense. Le projet danois Wavedragon forme un bassin flottant sur lequel viennent s'écraser les vagues qui le remplissent. L'eau accumulée s'écoule par une turbine située à la base du bassin, transformant ce débit en électricité. Restent les nombreux concepts de bouées où, généralement, une partie mobile mue par la houle pilonne une partie fixe, à l'image de celle de l'américain Powerbuoy. Commercialement, le serpent mécanique Pelamis semble plus abouti. Sa société mère Pelamis Wave Power (PWP) a signé en 2010 un accord avec le géant suédois de l'énergie Vattenfall en vue d'un parc en Écosse. Situé en face des Îles Shetland, il sera doté de 25 générateurs et fournira une puissance cumulée de 20 MW. « Mais Pelamis, qui en est à sa cinquième version, rencontre encore des avaries mécaniques qu'il faudra corriger », tempère Michel Paillard, responsable des énergies à l'Ifremer.

L'industrialisation en vue

Malgré cette hétérogénéité technologique, trente ans de projets plus ou moins aboutis se heurtent aux mêmes écueils. Turbulences des fonds, tempêtes en surface... Pour affronter l'impitoyable milieu marin, les capteurs mécaniques doivent se montrer exceptionnellement robustes et fiables. « Les projets ne se jaugent plus à l'aune de la quantité d'énergie. Ils se mesurent au coût du kWh, qui prend en compte l'exploitation et la maintenance de la machine, explique Michel Paillard. C'est là qu'entrent en jeu les compétences des industriels ».

En France, DCNS et Technip se sont ainsi impliqués dans plusieurs projets d'énergies marines. Que viennent faire un constructeur naval militaire et un équipementier offshore dans les énergies marines ? « Nous apportons nos connaissances sur les matériaux et sur la résistance des structures. Contraintes mécaniques, corrosion... toutes sont liées au secteur naval », s'enthousiasme Frédéric Le Lidec, de DCNS.

Côté R&D, on parle surtout matériaux. « Un problème essentiel des machines immergées en permanence est lié à l'encrassement des systèmes, par accumulation de salissures organiques. Nos labos travaillent par exemple sur des composites intégrant des particules de cuivre, qui ont des propriétés biocides », détaille Michel Paillard. Les filières énergétiques des vagues et des courants ne sont pas encore prêtes à intégrer le mix énergétique global. Mais leurs progrès pourraient donner envie aux industriels de se mouiller un peu plus.

3 GW

C'est le potentiel énergétique exploitable des courants en France

L'océanothermie

DCNS veut exploiter le principe de la géothermie transposé en mer. Le différentiel de température entre les fonds à 5 °C et les surfaces à 25 °C des eaux tropicales permet d'animer un fluide calorifique qui entraîne une turbine. Le système reste contraignant : les tuyaux plongent à 1 000 mètres de profondeur et les débits d'eau à pomper sont énormes. Mais pour les îles équatoriales, où l'approvisionnement énergétique est un challenge, la solution paraît séduisante. C'est d'ailleurs la seule énergie marine dotée d'une production stable et continue. Rendez-vous en 2012 pour la première centrale de 10 MW en Martinique.

15 GW

C'est le potentiel énergétique exploitable des vagues en France métropolitaine

150

C'est le nombre de projets visant à récupérer l'énergie des vagues dans le monde.

L'énergie osmotique ajoute son grain de sel

Une différence de salinité entre deux masses d'eau suffit à produire de l'électricité. Placées à l'embouchure des fleuves, les centrales osmotiques tirent parti de l'attraction chimique d'une eau douce vers une eau salée (le mouvement osmotique) via une membrane semi-perméable. La surpression résultante du côté salé entraîne une turbine génératrice. La Norvège, qui regorge de cours d'eaux douces autant que de zones côtières, est pionnière de cette technologie. La centrale pilote de la société Statkraft, située à Tofte, affiche 4 kW de puissance. Cependant, les conflits d'usages (impact visuel sur les embouchures et rendement perfectible des membranes) semblent cantonner l'énergie osmotique à un développement marginal.

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