Les vagues : un mouvement à exploiter

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Les vagues, un mouvement perpétuel à exploiter

Le 30/11/2010

En mer, la force des vagues est considérable et omniprésente. Leur rendement théorique dépasse de loin ce que peut offrir l'éolien. Tous les pays ne sont pourtant pas dotés du même potentiel. Chez les mieux exposés, de nombreuses techniques de récupération de l'énergie des vagues ont été imaginées.

Les vagues.
© Idé

Une énergie renouvelable, dense et accessible dans le monde entier

Sous l'action du vent, la mer crée des vagues. La quantité d'énergie que celles-ci génèrent est faible (1 W/m²/an, soit 200 fois moins que d'énergie solaire directe).

Cependant, cette énergie peut potentiellement se récupérer sur de très vastes surfaces marines. En installant des capteurs, il est théoriquement possible de tirer une puissance de 50 kW à chaque mètre, à 20 kilomètres d'une côte. Mais plus on se rapproche de la côte, plus cette puissance diminue. À un kilomètre, elle n'est plus que de 20 kW/m.

La ressource moyenne globale en énergie des vagues se situerait entre 1,3 et 2 TW,
soit l'ordre de grandeur de la puissance électrique mondiale installée.

L'énergie des vagues (ou force houlomotrice) offre une importante ressource brute en énergie. C'est l'une des plus denses parmi les énergies renouvelables. La ressource moyenne globale en énergie des vagues se situerait entre 1,3 et 2 TW d'après le World Energy Council¹,
soit l'ordre de grandeur de la puissance électrique mondiale installée (~2 TW).
Présente sur toutes les côtes de tous les océans du monde, elle est toutefois plus importante dans certaines régions, comme l'Atlantique Nord, avec une puissance de 45 kW/m, et particulièrement au large des îles britanniques. En France, son potentiel serait de 40 TWh/an².

Les rendements attendus de l'énergie houlomotrice sont bien supérieurs à ce que produit l'éolien, par exemple. Cependant, les inconvénients du recours à l'énergie des vagues sont :

• la corrosion des matériels immergés ;

• les problèmes de fragilité liés à l'amarrage des éléments en mer et au besoin de systèmes mécaniques mobiles dans un milieu très agité ;

• les enjeux environnementaux. Les installations côtières peuvent défigurer le paysage ; quant à l'offshore (installations loin des côtes), il peut interférer sur la circulation maritime et la faune.

Une diversité de techniques...

Il existe plusieurs types de dispositifs pour récupérer l'énergie des vagues³ :

  • des colonnes d'eau oscillantes côtières qui recueillent les vagues en fin de course.
L'eau entre dans un caisson où elle comprime de l'air aspiré quand la mer se retire.
Cet air comprimé fait alors tourner une turbine qui entraîne un générateur électrique ;

  • des colonnes d'eau oscillantes immergées, des bouées sous-marines en mouvement qui montent, descendent et tanguent au gré des vagues. Ancrées dans les fonds marins, leur mouvement actionne un piston, aspire de l'eau de mer dans une turbine ou comprime de l'air ou de l'huile qui va faire tourner un moteur et entraîner un générateur d'électricité ;

  • des débordements de chenal : les vagues s'engouffrent dans un chenal qui se rétrécit de plus en plus. Elles enflent et débordent par-dessus la digue d'un réservoir qui se remplit peu à peu. L'eau du réservoir revient à la mer en passant par une turbine qu'elle fait tourner.
Le réservoir peut se trouver sur la côte ou plus loin, sur une plateforme à déferlement flottante ;

  • des caissons flottants reliés entre eux par des charnières articulées. Les vagues déplacent les caissons selon leurs mouvements. L'énergie est récupérée au niveau des articulations mobiles entre chaque caisson grâce à des pistons actionnant des pompes à huile sous pression.

... Pour de nombreux projets

Le développement technologique de l'énergie houlomotrice se poursuit depuis plus de 20 ans. Encore peu présente en France, elle se développe dans plusieurs pays européens qui utilisent déjà une deuxième génération d'outils – l'offshore –, par exemple en Écosse et au Portugal. Grâce à des rendements en hausse constante, le seuil de rentabilité est presque atteint.

Grâce à des rendements en hausse constante,
le seuil de rentabilité est presque atteint.

• en 1999, l'Écosse a lancé Pélamis^4-5-6, un "serpent des mers" composé de quatre cylindres flottants de 3,5 mètres de diamètre reliés par des charnières articulées sur une longueur totale de 150 mètres. Chaque articulation dispose d'une pompe hydraulique. Le mouvement des vagues permet de pomper de l'huile pressurisée et de la diriger vers un moteur qui entraîne un générateur. Le projet initial prévoyait l'installation de 30 à 40 Pélamis répartis sur un kilomètre carré d'océan et doit alimenter 20 000 foyers en électricité ;

• en Écosse toujours, le projet Limpet⁷ est testé depuis 2000 sur l'île d'Islay. Il recourt à la technologie des colonnes d'eau oscillantes côtières pour une puissance de 500 kW ;

• au pays de Galles, un prototype Wave Dragon⁸ est lancé en 2007. Il utilise la technologie de plateforme à déferlement pour une capacité de 7 MW. Les vagues franchissent un plan incliné montant et remplissent un réservoir qui se vide ensuite en actionnant une turbine. Un dispositif d'amarrage permet à l'appareil de s'orienter perpendiculairement à la direction des vagues. Ce dragon des mers atteint plus de 200 mètres d'envergure pour un poids d'environ 30 000 tonnes. Des tests de longue durée sont nécessaires pour assurer l'amarrage du dispositif ;

• d'autres projets à colonnes d'eau oscillantes ou bouées oscillantes sont développés au Portugal, en Espagne, en Bretagne et en Angleterre.

La France propose une technologie de récupération d'énergie des vagues

Vrai. En France, le projet Searev^9-10-11-12 a été lancé en 2003 à l'École centrale de Nantes. Il s'agit d'un système offshore de deuxième génération composé d'un flotteur clos et étanche dans lequel est suspendue une roue jouant le rôle d'un pendule. Cette roue, de 9 mètres de diamètre, est lestée de béton dans sa moitié inférieure. Sous l'action des vagues, le flotteur se met à osciller et entraîne le va-et-vient de la roue. Le mouvement relatif entre le flotteur et la roue actionne un système hydroélectrique de conversion de l'énergie mécanique en électricité : des pompes hydrauliques liées à la roue pendulaire chargent des accumulateurs à haute pression. En se déchargeant, ces derniers livrent leur énergie à des moteurs hydrauliques qui entraînent des générateurs d'électricité. L'électricité est ramenée à terre par un câble sous-marin. D'une longueur de 24 mètres et d'un poids de 1 000 tonnes, une unité Searev aura une puissance de 500 kW. À terme, une ferme houlomotrice serait constituée de plusieurs dizaines de modules ancrés par 30 à 50 mètres de fond, à 5 ou 10 km des côtes.