Par Lenny Le Crom
L'énergie houlomotrice (énergie de la houle) est une source d'énergie d'origine cinétique et potentielle liée au déplacement de la surface de la mer sous l'action de la houle.
Les vagues à la surface des mers sont créées par le vent. La quantité d’énergie générée est faible (1 W/m²/an, soit 200 fois moins que d’énergie solaire directe). Mais comme les vagues se déplacent de manière très économe, on peut espérer récupérer presque toute l’énergie créée sur de vastes surfaces marines. L’énergie des vagues n’est pas la même partout, et elle varie suivant les saisons. Elle est importante en Europe du Nord-Ouest, en particulier le long des côtes britanniques.
Si les vagues de la façade atlantique de la France pouvaient être entièrement converties en électricité, elles fourniraient 420 térawattheures par an, soit 90 % de notre consommation électrique annuelle.
Les courants marins le 20 Octobre 2008 à 6:00 GMT (source OceanWeather)
Pour consulter l'états des courants marins actuels, cliquer sur l'image.
Il existe 4 principaux types de dispositifs pour récupérer l’énergie des vagues :
Nous allons nous intéresser plus particulièrement à deux réalisations visant à exploiter l’énergie houlomotrice :
Searev est un acronyme signifiant Système Electrique Autonome de Récupération de l'Energie des Vagues
Légèrement en retard par rapport aux anglo-saxons, du moins dans l'étape d'expérimentation, les Français veulent mettre les bouchées doubles. En 2006, l'Ecole Centrale de Nantes avait présenté sa vision d'une ferme « houlomotrice », avec le Système électrique autonome de récupération de l'énergie des vagues (Searev). Cet engin de 26 mètres de long, 10 mètres de large et présentant une masse de 1000 tonnes, a été imaginé pour pouvoir être amarré à une quinzaine de kilomètres des côtes, par des profondeurs d'eau de 30 à 50 mètres. Ce gros flotteur en acier soudé serait alors ballotté par les vagues. « Une roue de 9 mètres de diamètre, placée à l'intérieur, fonctionne comme un pendule. Dans son balancement, elle entraine des pistons qui, en bout de chaîne, font tourner un générateur », explique Alain Clément, chercheur responsable du projet à Centrale Nantes. Le système permet de contrôler les mouvements de la roue. « Il faut imaginer une balançoire. Une commande bloque la roue et ne la relâche que lorsqu'elle est au plus haut, ce qui amplifie le mouvement ». Lancées en 2002, les études sur le Searev ont mobilisé une dizaine d'ingénieurs et trois laboratoires de Centrale Nantes, du CNRS et de Normale Sup à Cachan. Très différent extérieurement du Pelamis, le Searev ne doit pas son design au hasard. « Avant d'aboutir au design actuel, nous avons testé plus de 30.000 combinaisons, avec des logiciels d'optimisation des formes analogues à ceux de l'industrie automobile ou aéronautique ». Pour le chercheur français, l'avantage du Searev par rapport à d'autres projets immergés est sa simplicité : « Nous avons cherché la robustesse et l'intelligence dans des composants basiques. La machine s'accommode des marées, s'oriente seule face aux vagues et peut supporter des tempêtes, la roue n'ayant pas de butée. Elle peut donc travailler n'importe où, sauf dans une zone où les courants transversaux sont trop forts ».
Le pendule et la cornemuse ! C'est en s'inspirant de ces deux instruments qu'Alain Clément a conçu une machine à transformer en électricité l'énergie des vagues. Un "gisement" potentiel de 2500 watts par mètre carré, contre 400 pour l'éolien et 150 pour le solaire.
Le Pendule: il s'agit, en l'occurrence, d'un volant excentré fait d'un cylindre de béton à axe horizontal, de grand diamètre, dont la moitié supérieure est évidée. L'essentiel de la masse est donc concentrée dans la moitié basse. D'où l'effet pendule.
La cornemuse: des accumulateurs hydrauliques à haute pression, comme le sac d'air de l'instrument de musique, se remplissant par à-coups, mais se vidant en continu.
Enfermé dans une coque totalement étanche – capable de faire sans dommage par mer extrême un tour complet – le pendule reste vertical tandis que les vagues font tanguer le flotteur. Les mouvements relatifs du pendule et du flotteur entraînent des pompes hydrauliques, qui chargent les accumulateurs à haute pression. Ces derniers livrent leur énergie à des moteurs hydrauliques, qui entraînent des générateurs d'électricité. Le tout est contrôlé, en temps réel, par "un système intelligent qui devrait multiplier, au moins par trois, l'énergie récupérée", estime Alain Clément.
Si le principe n’est pas nouveau, le système sera très moderne car entièrement informatisé. Un logiciel analyse chaque vague et pilote la machine en temps réel. Il retient le pendule un bref instant pour lui donner le plus d’amplitude possible et augmenter la puissance.
La production attendue est d’environ 500 kW avec un "gisement" potentiel de 2500 watts par mètre carré, contre 400 pour l'éolien et 150 pour le solaire. Pour diminuer les coûts de production il sera nécessaire d’implanter ces machines à une distance pas trop éloignée des côtes.
Pour constituer une ferme houlomotrice, on ancrera, en formation serrée, par 30 à 50 m de fond, à 5 ou 10 km des côtes, une flotte de plusieurs dizaines de modules Searev soigneusement balisée pour ne pas gêner la navigation. En cas d'avarie à bord d'un des modules, les autres continueront à produire de l'électricité. Facile à décrocher et à remorquer, l'unité en avarie pourra être réparée dans un chantier naval portuaire, puis remise en place.L’objectif est de parvenir à un coût de vente d’environ 6 € du kilowatt en 2020 avec un coût de production inférieur à 0.15 € par kilowatt. A l’échelle mondiale le marché paraît considérable.
C'est une première en France. Le 25 Septembre 2008 a été annoncée l'ouverture à l'été 2010, au Croisic, d'un site expérimental destiné à accueillir des unités offshores produisant de l'énergie électrique à partir des vagues. Soutenu par l'Etat et la région des Pays-de-la-Loire dans le cadre du contrat de projet 2007-2013, le Système d'Expérimentation en Mer pour la Récupération de l'Energie des Vagues (SEM-REV) nécessitera un investissement de 5.5 millions d'euros. Ce site, éloigné d'une quinzaine de kilomètres de la côte, est destiné à accueillir différents concepts d'engins développés pour produire de l'électricité à partir du mouvement des vagues, dont les SEAREV.
Le Pelamis est un projet de la société écossaise Ocean Power Delivery. C’est en quelques sortes le projet le plus avancé. Un parc de Pelamis est installé au large de la côte portugaise.
Pelamis vient du grec Pelagos, la mer et de Mionas, le muscle
Pelamis signifie donc Le Muscle de la Mer.
De loin, le Pelamis ressemble à un énorme serpent de mer. En effet, il tire son nom d’un serpent de mer de la mythologie grecque. Ce serpent métallique est positionné dans la direction de propagation de la vague, on distingue 4 tronçons principaux, énormes flotteurs reliés les uns aux autres par d’autres modules de petites tailles. Les liaisons placées entre ces différentes parties sont souples. C’est pourquoi, sous l’action des vagues et de la houle, le Pelamis ondule sur la surface de l’eau. Cette ondulation actionne des pompes à huile, qui envoient le fluide sous pression au niveau d’un moteur hydraulique, qui entraîne un alternateur. Ainsi, de l’électricité est produite.
L’énergie produite est envoyée au continent par l’intermédiaire d’un câble en fibre optique sous-marin qui transmet le courant à la station de contrôle située sur la plage. La station commande la machine. «Nous pouvons la faire remuer davantage dans les petites vagues pour maximiser l'énergie et, à l'inverse, limiter ses mouvements dans les grosses pour limiter les risques de casse», explique Martin Shaw, responsable de ce projet chez OPD.
Pas de fondation donc peu de frais d’installation, le Pelamis est remorqué et amarré en mer. Sa mobilité permet une maintenance aisée (remorquage à terre)
Un convertisseur Pelamis génère 750 kW, ce qui représente la consommation de 500 foyers et un parc machine d’une surface de 1 km2 devrait délivrer assez d’énergie pour 20.000 foyers.
La première phase de développement au large du Portugal représente un investissement de 9 millions d’€
Au mois de Septembre 2008, le Portugal a inauguré la première application commerciale du Pelamis. Ce ’serpent de mer’ mécanique qui produit de l’électricité à partir des vagues, devrait prochainement voir sa population se multiplier au large des côtes portugaises.
La première phase du projet comprend 3 Pelamis qui offrent une puissance de 2,25 MW au large des côtes d’Aguçadoura, dans le nord du pays. Ils ont été déployés à près de 5 km des côtes.
La deuxième phase du projet prévoit 25 machines supplémentaires, pour une puissance de 18,75 MW.
L'impact environnemental de ces machines sera très faible : aucune émission de gaz ou de déchets quelconques. La faune et la flore pourraient être déstabilisées par les câbles déployés pour le transfert d'électricité, mais ce problème est minime. L'impact sur la navigation et sur la pêche pourrait être plus grand, car les fermes houlomotrices seraient rendues inaccessibles aux bateaux de plaisance ou de pêche. Depuis la côte, la ferme houlomotrice, dont les flotteurs se trouvent au ras de l'eau, sera quasiment invisible, contrairement aux éoliennes en mer, une pollution visuelle qui déclenche des réactions de rejet de plus en plus nombreuses. Et bien sûr, pas de gaz à effet de serre...
Jason Bak, président de Finavera Renewables, à Vancouver souligne le faible impact de ces systèmes sur l’environnement et précise que, grâce à celui-ci, des bouées devraient produire de l’électricité au large de la Californie à partir de 2012.
