Les
énergies marines et hydroliennes
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énergie
L’océan est un
gigantesque réservoir d’énergie. Dès l’Antiquité, les hommes les ont utilisées :
les vents et les courants pour mouvoir leurs navires, et le flux des marées
pour actionner leurs moulins. Au début de l’ère industrielle, ils ont conçu des
machines utilisant l’énergie mécanique des vagues et la chaleur des eaux de
l’océan pour servir leur industrie. Hélas l’abondance relative et le
faible coût de l’énergie produite par la combustion du charbon, puis du pétrole
et du gaz et enfin du nucléaire, n’a pas permis son développement.
Les phénomènes marins
susceptibles d’être utilisés pour produire de l’énergie sont nombreux, on ne retiendra
que ceux dont l’expérimentation a atteint le stade de démonstrateur technique à
des échelles extrapolables jusqu’à plusieurs méga watts (MW) et pour lesquels
on dispose d’estimations de coûts de production estimés acceptables
économiquement à plus ou moins long terme, aux règles en vigueur à ce
jour.
Les phénomènes et les
procédés de conversion retenus sont :
ü
la marée avec les
procédés du type «la Rance» et du type «hydroliennes»,
ü
le vent avec les
éoliennes «en mer»,
ü
la houle avec les
« houlomotrices »,
ü
la circulation
générale des masses d’eaux avec le procédé « ETM - Energie Thermique des Mers
».
À l’exception des marées
qui résultent de l’action de forces gravitationnelles tous ces phénomènes sont
les conséquences des interactions des échanges d’énergie (cycle de l’eau :
liquide, vapeur et glace) entre les masses d’eau océanique, l’atmosphère et les
terres émergées. L’ETM puise dans la chaleur stockée dans l’eau de surface de l’océan
tropical. Les éoliennes et les houlomotrices puisent dans le flux commun de
l’énergie mécanique exprimée par le vent dont la source primaire est la même
que celle de l’ETM.
La récupération de cette
énergie est réputée non polluante dans la mesure où elle n’introduit dans la
biosphère ni énergie, ni composants chimiques nouveau ; toutefois elle
implique des perturbations des flux naturels d’énergie et de matière, des
emprises sur le domaine maritime, des contraintes pour la navigation et
d’autres nuisances, visuelles, voire auditives, comme toute activité humaine.
On ne pourra donc tenir compte que de façon très incomplète de son impact
environnemental.
Des études montrent que
le « potentiel exploitable » est voisin de 120.000 TW/h par an qui
est l’ordre de grandeur de la consommation mondiale, en ce début de millénaire,
d’énergie primaire.
La ressource renouvelable en énergie marine est abondante mais toutefois pas
démesurée par rapport aux besoins à venir de l’humanité, elle est limitée,
comme toutes les ressources, elle est en outre localisée dans des sites
particulièrement propices.
Pour
plus d’informations : site de l'IFREMER, http://www.ifremer.fr/
(Compte-rendu de la journée d'études du Club
ECRIN « Énergies alternatives » du 20 octobre
2004).
Un
site américain sur les énergies marines, en anglais http://www.poemsinc.org/FAQ.html et
http://www.iea-oceans.org/oes/events/index.htm
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Sur d’immenses régions de
l’océan tropical la différence des températures entre l’eau de surface et l’eau
profonde (à quelques centaines de mètres de profondeur) est supérieure à
La ressource naturelle exploitable par ETM est estimée à 456.106
TWh/an. Il y a de la marge.
Une étude japonaise évalue le potentiel
ETM exploitable dans la ZEE (Zone Économique Exclusive) japonaise à 30.103 TWh ou 16 fois la
consommation annuelle du Japon en énergie primaire en 1980 ; c’est aussi
l’équivalent de la consommation mondiale d’énergie primaire en 1990. Une autre
source donne pour la ZEE indienne un potentiel de 184 GW électrique. Ce n’est
donc pas une énergie potentielle anecdotique.
Une unité pilote est
installée à Hawaï , profitant des eaux à
Le Japon travaille aussi
activement sur le sujet. Des projets d’usines flottantes en pleine mer sont
étudiés avec transformation de l’énergie en hydrogène. Hors investissement, c’est
une énergie libre, la matière première est gratuite, pas comme les énergie
fossiles.
Le phénomène de
marée est scientifiquement bien connu ; il est prévisible avec une grande
précision dans le temps et l’espace. Les zones privilégiées pour son
exploitation sont les régions côtières là où la marée est à la fois de grande
amplitude et aussi, selon les sites, propices à l’installation soit d’usines du
type « la Rance», soit de parc d’hydroliennes là où les « courants de marée »
sont intenses.
L’usine
française marémotrice de 240 MW construite sur la Rance et exploitée depuis 1968
est le meilleur exemple mondial d’exploitation techniquement réussie. Elle
produit annuellement de l’ordre de 0,5 TWh/a.
Sa
production correspond à la consommation annuelle d’une métropole de
Retombée
économique adjacente : elle a permis le désenclavement des deux rives de
la Rance en évitant un détour de
Une
évaluation du potentiel de production des sites mondiaux susceptibles
d’aménagements de ce type est de 400 Twh/a soit un parc de 150 GW
installés pour une disponibilité moyenne de 2.300 heures par an.
Quant au
potentiel du captage des courants de marée par hydroliennes, certains estiment
le potentiel des mers européennes à 12 GW pour la puissance installée et
48 TWh/a de production annuelle. La Bretagne est évidemment un site
privilégié pour le développement de ce type d’énergie, les courants de marée y
étant très important à plusieurs endroits proches des côtes.
Mais
c’est en Grande Bretagne que la première hydrolienne «Seagen» commerciale de
1,3 MW verra le jour prochainement, dans le Channel de Bristol.
Il est convenu
de différencier les équipement éoliens «offshore», implantés en mer, de ceux
sis «à terre» qui sont assujettis à des contraintes techniques et juridiques
différentes. On ne considère ici que le captage de l’énergie du vent dit
«offshore».
L’Allemagne prévoit de s’équiper d’installations offshores capables de
25 GW à l’horizon 2030.
Le
Canada prévoit de disposer de 3,4 GW installés d’éoliennes offshore produisant
12 TWh/a, en 2025.
Le
Royaume Unis estime qu’en 2010 sa ressource éolienne pourrait satisfaire 6 % de
sa demande en électricité avec une contribution de la part «offshore» proche de
15 TWh/an.
Le
potentiel global de la ressource pour l’Europe entière serait de 1.845 TWh
annuels.
La ressource mondiale pourrait être dix fois celle de l’Europe seule, soit env.
20.000 TWh/a.
La dissipation par frottement de
l’énergie du vent soufflant sur la mer est à l’origine des vagues et de la
houle; ce phénomène peut se propager très loin des zones où il s’est formé. En
un point donné sa puissance mécanique s’exprime en kW par mètre de largeur de
crête.
Une étude Ifremer (CNEXO)
réalisée en 1970 sur le potentiel de cette ressource en France montrait qu’elle
pourrait atteindre en moyenne 30 kW/m dans les endroits les plus exposés
et plus généralement 10 à 20 kW/m ailleurs, mais surtout que la ressource
serait difficile à exploiter du fait de sa forte variabilité temporelle et
du marnage qui est important sur nos côtes ce qui constitue un handicap pour
les installations fixes. Le rapport d’étude indiquait aussi que c’était plutôt
dans certains départements et territoires d’Outre-mer exposés à des houles
régulières que l’on pourrait envisager le développement des
«houlomotrices» et atteindre un seuil de
rentabilité plus rapidement qu’en métropole, et que ce sont nos voisins
irlandais et écossais qui sont les plus favorisés avec 45 kW/m.
La ressource nationale serait
capable de produire annuellement 417 TWh/a ; ce qui est équivalent à la
production électrique du parc nucléaire national de 420 TWh/a en 2001.
La houle est
caractérisée par sa «hauteur» de vague H exprimée en mètre, c’est la
différence d’altitude entre le creux et la crête, par sa période
T en seconde, c’est le temps qui sépare en un endroit donné les passages de
deux crêtes (ou deux creux) successives, et aussi par sa longueur d’onde L.
La puissance mise en jeu est proportionnelle à H²T. On calcule que sur
La puissance est près de 600 fois plus élevée pour une houle
longue avec H= 7,5 m et
T= 11 s.
Projets et réalisations :
Programme de la Commission
Européenne présenté à
"Eurocean 2004 Conférence de Galway (Ireland), 10 –13 May 2004" site
en anglais l’influence française étant ce qu’elle est !
Pendant la décennie écoulée
La
production annuelle d’énergie primaire que l’on pourrait extraire des énergies
marines serait de l’ordre de 120.000 TWh d’électricité. C’est équivalent à
la totalité de l’énergie primaire consommée par l’humanité en l’an 2000 (et
environ 10 fois la consommation annuelle d’électricité des pays de l’OCDE qui
était de 10.000 TWh en 2000 avec 15 % de production renouvelable, pour
l’essentiel d’origine hydraulique).
[ 800 TWh pour l’énergie des marées, 1.400 TWh pour celle de la houle,
18.450 TWh pour l’énergie éolienne, 100.000 TWh pour la conversion par
ETM.
Ces contributions
entraîneraient des perturbations : pour l’ETM, de 0,02 % du flux de chaleur
solaire absorbé par l’océan, de 4 % de l’énergie mécanique du vent « offshore
», et de 2% de l’énergie mécanique dissipée par la marée. A comparer avec
les perturbations engendrées par l’exploitation de l’énergie fossile du pétrole
et du charbon avec le doublement de la teneur en CO2 atmosphérique en un moins
d’un siècle.
Différents procédé sont
expérimentés.
Un projet d'usine de transformation
de l'énergie mécanique de la houle en électricité est en cours
d'élaboration en Espagne et pourrait aboutir à l'installation de
plusieurs centrales électriques (mai 2004).
En ce qui concerne l'houlomotricité,
des prototypes de systèmes offshore ont été déployés en mai 2004 sur les côtes
du Portugal. D'autres types ont aussi été testés en mer Baltique et au
Royaume Uni.
Une centrale électrique,
destinée à récupérer l'énergie des vagues, dans l'archipel portugais des
Açores. La turbine de cette centrale pilote européenne sera actionnée par air
comprimé par la montée et la redescente de l'eau de mer dans une chambre
étanche, sous l'effet de
En ce qui concerne les hydroliennes,
un prototype a été testé en Italie dans le détroit de Messine, d'autres
procédés ont été installés dans le Channel de Bristol et dans les Iles
Shetland.
Quant à la France : un
vague projet d’hydrolienne en Bretagne et … du nucléaire, du nucléaire et
encore du nucléaire.
Pour s’informer : http://domsweb.org/ecolo/energie-eau.php
... Une liste de
publications scientifiques de l’Ecole Centrale de Nantes, en français : http://www.ec-nantes.fr/93601393/0/fiche_pagelibre
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Crée le : 15/04/2007 mise à jour le : 24/05/2007