L’énergie houlomotrice : transformer l’énergie des vagues en électricité
- Article mis à jour le 30 juillet 2024
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Electricité et gaz renouvelables
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L’énergie houlomotrice provient de la force des vagues. Elle permet d’exploiter leur mouvement pour produire de l’électricité. Sachant que 70% de la surface de la Terre est recouverte par les mers et les océans, le potentiel énergétique est énorme, notamment dans le cadre de la transition vers des sources d’énergies renouvelables.
Houle et vagues : quelle différence ?
La houle est le mouvement général de la mer. Ce sont des tempêtes, qui surviennent très loin des côtes, qui génèrent cette ondulation, qui s’étend sur des milliers de kilomètres. Ainsi, la houle ne naît pas près de la terre ferme.
Lorsque des vents locaux rencontrent la houle, cela donne naissance à des vagues. Elles sont plus ou moins hautes selon la force de ces vents. Lorsque le souffle s’éteint, les vagues disparaissent.
Au-delà du vent, d’autres facteurs influent sur la taille des vagues, comme la profondeur du fond marin, sa pente et sa nature.
Comment fonctionne l’énergie houlomotrice ? Définition
L’énergie houlomotrice exploite la force cinétique des vagues et la transforme en électricité. Exploiter cette puissance n’est pas une invention récente : en 1799, un brevet avait déjà été déposé par une famille française en ce sens.
L’appareil imaginé par Pierre-Simon Girard était très simple : il consistait en un radeau, installé à la surface de la mer, qui était relié à des poulies et des câbles placés sur la terre ferme. Les vagues faisaient bouger le radeau, et les câbles créaient une énergie cinétique.
Le potentiel houlomoteur
Tous les pays n’ont pas le même potentiel en ce qui concerne l’énergie houlomotrice. Plus les vagues sont grosses, plus l’énergie qui peut être récupérée est importante. La façade Atlantique, et plus particulièrement au Nord, représente un potentiel intéressant. Pour la France, on évalue à 40 TWh la quantité d’électricité qui pourrait être produite chaque année grâce aux vagues.
Le Conseil Mondial de l’Énergie estime que l’énergie houlomotrice pourrait répondre à 10% de la demande mondiale terrestre. Il s’agit d’une véritable promesse, qui ne doit pas faire perdre de vue que si de nombreux systèmes sont à l’étude et que certains sont commercialisés, aucun n’est aujourd’hui rentable. Une problématique évidente pour le développement futur de cette énergie.
Les fermes à vague
Les fermes à vagues, ou fermes houlomotrices, sont les machines qui exploitent le mouvement des vagues. Elles peuvent se situer près du littoral ou en haute mer. Il existe plusieurs types de fermes :
La chaîne flottante articulée.
C’est un gros flotteur, maintenu à la surface de la mer grâce à un câble qui touche le fond. En raison de son aspect esthétique, ce système est également appelé “serpent de mer”. Les flotteurs sont perpendiculaires aux vagues et placés dans le sens du vent. Sous l’effet des vagues, un fluide hydraulique présent dans le flotteur se comprime, ce qui active une turbine, responsable de la production d’électricité.
La colonne d’eau oscillante
Le mouvement de la mer à la surface pousse de l’air présent dans une chambre. Cette pression déclenche mécaniquement les turbines. Ce type d’installation peut être flottante, lorsqu’elle est en mer, ou fixe, quand elle est sur le littoral.
La colonne d’eau
Ce système repose sur une colonne en acier ou en béton, fermée sur le dessus mais ouverte à la base. Sous l’impulsion des vagues, de l’eau entre et sort de la structure, ce qui modifie le niveau de l’eau. Ces mouvements entraînent le mouvement d’une turbine qui, reliée à un alternateur, produit de l’électricité.
La paroi immergée
Il s’agit d’une paroi, posée au fond de l’eau sur une partie fixe. Les mouvements des fonds marins déclenchent le mouvement de cette paroi, qui actionne la turbine.
Les projets en cours
Il existe aujourd’hui dans le monde une cinquantaine de projets visant à exploiter l’énergie houlomotrice. En Europe, c’est l’Angleterre, grâce à une aide significative des pouvoirs publics, qui possède une longueur d’avance sur le plan technologique.
Parmi les projets en cours les plus significatifs, citons :
- Le projet S3, mené en France à l’École Centrale de Nantes pour accompagner la société SBM Offshore. Un site d’essais doit être développé à Monaco, avec un système houlomoteur unique au monde, de 60 mètres de long et 1,2 mètre de diamètre.
- Le projet Limpet repose sur une ferme à colonne d’eau. Depuis le début des années 2000, il est testé sur l’île d’Islay, au large de l’Écosse.
- Le projet Pelamis se base sur une chaîne de caissons flottants qui récupèrent l’énergie des vagues. Ils sont présents le long des côtes portugaises.
- Le projet Wave Dragon (Dragon des Vagues) se situe au Pays de Galles. Il s’agit d’une plateforme de déferlement de 150 mètres de longueur et 260 mètres de largeur.
Les bouées géantes C4 : une réelle promesse
Le système C4 est une bouée géante, de 9 mètres de diamètre et 19 mètres de hauteur. Il se distingue par une technologie appelée WaveSpring, qui tire la bouée vers le bas. La bouée peut ainsi être synchronisée avec les vagues pour améliorer son rendement, ou au contraire désynchronisée en cas de conditions météorologiques extrêmes.
Durant six mois, la bouée C4 a été installée au large du Portugal. Elle a produit jusqu’à 600 kW, dépassant de très loin les prévisions les plus optimistes. Selon CorPower Ocean, à l’initiative du projet, un parc de bouées pourrait ainsi produire trois fois plus d’énergie au kilomètre carré que les éoliennes offshore.
L’autre point positif est que la C4 a prouvé sa résistance et sa fiabilité. Elle a été confrontée à certaines tempêtes hors normes, avec des vagues qui ont dépassé les 18 mètres, sans subir de dommages.
Avant d’être éventuellement déployée à grande échelle, la bouée C4 doit encore être confrontée à plusieurs séries de tests. Mais elle constitue une grande promesse pour l’exploitation de l’énergie houlomotrice.
Les avantages de l’énergie houlomotrice
Une énergie propre
Le mouvement des vagues est par essence inépuisable, ce qui en fait une source d’énergie renouvelable. De plus, son exploitation ne produit pas d’émission de gaz à effet de serre ni de déchets. Cela lui confère par exemple un avantage sur l’énergie solaire, dont le recyclage des panneaux constitue une problématique écologique.
Une énergie prévisible
La présence du vent ne peut être prédite que quelques heures en avance. La puissance des vagues peut en revanche être anticipée de plus d’une semaine, avec une très bonne fiabilité.
Une énergie adaptée à la demande
Les vagues sont plus grosses en hiver, quand la demande en énergie enregistre une hausse. Elles sont également plus importantes en fin de journée, là aussi quand la demande connaît une forte augmentation.
L’énergie houlomotrice s’adapte donc naturellement aux pics de consommation humains, ce qui lui confère un avantage par rapport au solaire ou l’éolien.
Une immense surface d’exploitation
Si la quantité d’énergie produite par une vague n’est pas très importante, cela est largement compensé par la surface d’exploitation, qui est immense. En France, grâce notamment à la côte Atlantique, plus de 90% de la consommation en électricité des ménages pourrait provenir de l’énergie houlomotrice.
Sur terre, au regard de la hausse constante de la population mondiale, l’espace disponible pour de nouveaux sites de production tend à se réduire. Un phénomène auquel échappe l’exploitation des vagues, dont les sites se situent en mer.
Les inconvénients de l’énergie houlomotrice
Un coût élevé
Les structures qui permettent d’exploiter l’énergie des vagues demandent des investissements de départ très importants. La filière n’étant pas mature, il est aujourd’hui difficile de savoir si elle est rentable.
Il faudra pour cela opposer les différents coûts (fabrication, installation et maintenance des fermes) aux performances de production d’électricité.
Des structures fragiles
Si la bouée C4 constitue une avancée incontestable en la matière, les systèmes d’exploitation de l’énergie houlomotrice sont généralement fragiles. Ils peinent à résister à des conditions météorologiques extrêmes, comme les tempêtes qui surviennent en pleine mer.
Une empreinte géographique défavorable
Les fermes reposent sur des technologies lourdes, qui ne passent pas inaperçues. Cela n’est pas anodin pour les installations côtières. De plus, les travaux nécessaires à leur installation ont un impact sur la flore environnante.
La présence des fermes en mer a des répercussions sur la circulation marine et la pêche.
D’autres utilisations de l’énergie marine
L’énergie hydrolienne
Cette source exploite l’énergie cinétique des courants marins pour la transformer en électricité. Cela est possible grâce aux hydroliennes, qui sont en quelque sorte des éoliennes immergées : elles sont dotées de pales, qui entrent en mouvement grâce aux courants.
L’énergie osmotique
L’idée de l’énergie osmotique est d’exploiter la différence de salinité entre l’eau de mer et l’eau douce, placées dans des réservoirs distincts. Cette différence permet à des molécules d’eau de passer de l’un à l’autre, par l’intermédiaire d’une membrane semi-perméable. Il en résulte un changement de pression et une augmentation du débit de l’eau, ce qui actionne une turbine destinée à produire de l’électricité.
L’énergie marémotrice
Avec l’énergie marémotrice, on exploite dans ce cas la marée présente dans les zones littorales. Deux bassins sont séparés par un barrage, et le mouvement de l’eau propre aux marées permet de produire de l’électricité. L’amplitude de marée, le marnage, doit être d’au moins cinq mètres pour que le système puisse fonctionner convenablement.