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Nouvelles énergies 11/10/2021

La mer, un océan d’énergies

La mer et les océans recèlent une importante quantité d’énergie sous différentes formes (marées, vagues, chaleur, salinité…) que l’on sait de mieux en mieux exploiter.

Tour d'horizon des énergies marines avec Fiona Buckley, Senior Expert and Project Manager chez ENGIE Laborelec

La diversité des énergies marines est un signe prometteur et elles auront vraisemblablement une place importante dans le nouveau mix issu de la transition énergétique.

Fiona Buckley - ENGIE Lab Laborelec

«Réfléchissez au mouvement des vagues, au flux et reflux, au va-et-vient des marées. Qu’est-ce que l’océan ? Une énorme force perdue. Comme la terre est bête ! Ne pas employer l’océan ! » Ce que déplorait Victor Hugo dans Quatrevingt-treize (1874) n’est plus de mise aujourd’hui tant la mer est devenue une alliée incontournable pour nous aider à relever le défi de la transition énergétique.

De fait, la Commission européenne voit dans les océans une source de 100 mégawatts (MW) pour 2025 et 1 gigawatt (GW) en 2030 : c’est plus qu’un réacteur nucléaire ! Comment récupérer cette énergie ? Tout dépend de la cible : les marées, les vagues, la chaleur ou la salinité.

L’ÉNERGIE DES MARÉES

Sous l’effet des forces gravitationnelles exercées par la Lune et le Soleil, ainsi que de celles dues à la rotation de la Terre, les mers et océans sont sujets aux marées. Ce phénomène se traduit par des courants, souvent forts, et des variations du niveau marin, ces deux processus étant propices à la conversion en énergie électrique. Les courants de marées varient périodiquement dans un sens, puis dans l’autre selon un rythme spécifique à chaque lieu et connu. Conséquence, la disponibilité de l’énergie est prévisible sur le long terme.

Des technologies de formes et tailles diverses, proches du stade commercial, sont aujourd’hui déployées et offrent des puissances de 0,2 à 2,5 MW.

  • Les turbines hydrauliques (ou hydroliennes) à axe horizontal, celles à axe vertical, les turbines autoporteuses fonctionnant comme des cerfs-volants immergés… Certaines sont installées en mer, d’autres, plus petites, dans des rivières et des estuaires.
    Le potentiel énergétique théorique a été estimé à environ 350 térawattheures par an (TWh/an) pour quatre pays européens (Royaume-Uni, Irlande, Danemark et Norvège) et plus de 9 000 TWh/an pour l’Asie et l’Océanie.  Pour rappel, la consommation électrique de l’Europe des 28, en 2019, était de 3 239 TWh.

  • Le cerf-volant est l’option choisie par la société suédoise Minesto à laquelle était associée à ENGIE Laborelec. Les objectifs principaux du projet  étaient de concevoir l’engin immergé, de minimiser son impact environnemental et de réduire les coûts afin d’augmenter la compétitivité.



  • Les barrages : Outre les courants, les marées se traduisent aussi par la montée et la descente du niveau marin. On peut alors utiliser un barrage, une digue ou toute autre forme de barrière pour extraire la puissance de la différence de hauteur entre la marée haute et la marée basse. L’énergie est convertie par des turbines situées dans le barrage. Plusieurs centrales sont déjà en activité de par le monde, notamment en France (240 MW), au Canada (20 MW), en Chine (5 MW) et en Corée du Sud (254 MW). Le potentiel global est estimé à 80 GW, mais les investissements nécessaires sont importants et les impacts environnementaux sont à étudier avec soin.


VAGUES ET CHALEUR

  • Energies houlomotrices . Lorsque le vent souffle sur l’océan, il transfère une partie de son énergie aux vagues qu’il crée. Les technologies houlomotrices sont dédiées à la captation de cette énergie, variable selon les saisons et disponible sur de courtes périodes de temps. On distingue neuf familles de dispositifs qui convertissent l’énergie mécanique en électricité.

    Par exemple, à Porto de Pecém, au nord-est du Brésil, Engie Laborelec a participé à l’installation de deux flotteurs, reliés à la côte par des bras métalliques, qui en montant et en descendant actionnent des pompes hydrauliques. Au large de Bilbao, dans le cadre du projet Opera, financé par l’Union européenne, et soutenu par ENGIE, un piston vertical oscillant au gré de la houle a été testé récemment.
    Aujourd’hui, plus de 100 projets pilotes et démonstrateurs sont en cours, avec des puissances comprises entre 0,125 et 1 MW. Le potentiel théorique a été estimé à 2 628 TWh/ an pour plusieurs pays du nord et du sud de l’Europe au littoral étendu et à 12 000 TWh/an pour l’Asie et l’Océanie.

  • Energie Thermique. Avec ou sans vagues, la mer a toujours une énergie thermique exploitable. Selon quel principe ? D’abord, la chaleur de l’eau, en surface, est utilisée pour produire une vapeur qui agit comme un fluide de travail. Ensuite, de l’eau froide, captée plus en profondeur, condense la vapeur en aval d’une turbine, celle-ci étant alors mise en mouvement par la différence de pression.

    Cette technologie, dite « OTEC », n’a de sens qu’en zones subtropicales, là où les différences de températures entre la surface et les profondeurs sont supérieures à 20 °C. Quelques défis restent à relever avant de penser déployer ces systèmes : la taille du réseau de conduites hydrauliques (une centrale de 100 MW requiert des tuyaux d’eau froide de 10 mètres de diamètre et 1 000 de long !) et l’amélioration de l’efficacité des échangeurs thermiques. L’énergie des mers peut aussi servir à la climatisation (on parle de SWAC) et fournir de l’air conditionné à des immeubles en exploitant la différence de température entre les eaux profondes et celles de surface. Les avantages sont économiques, mais aussi environnementaux, car le remplacement des systèmes conventionnels d’air conditionné s’accompagne d’une réduction de la consommation électrique (jusqu’à - 80 %).

Le projet Thassalia développé à Marseille par ENGIE en est une bonne illustration (voir la photo ci-dessus). Là, un réseau de distribution de chaud et de froid à partir de l’eau de mer offre aux bâtiments raccordés un taux d’énergie renouvelable supérieur à 75 % avec des coûts compétitifs et stables dans la durée. L’eau puisée dans le port à 7 mètres de profondeur alimente directement des thermofrigopompes (une sorte de pompe à chaleur) et des groupes réfrigérants à haute efficacité. Ces machines desservent 600 000 mètres carrés de bâtiments dans le quartier d’affaires Euro méditerranée.


À Marseille, le projet Thassalia alimente en chaud et en froid600 000 mètres carrés de bâtiments grâce à de l’eau de mer.


EN OSMOSE AVEC LA MER

  • Energie osmotique :  Dernière source d’énergie marine, celle dite « osmotique » résulte de la différence en concentration de sels entre deux fluides. Deux types de technologies sont à l’étude. L’une, la PRO (Pressure retarded osmosis), est fondée sur le passage d’une eau douce vers une eau salée (c’est l’osmose) à travers une membrane, ce mouvement créant une pression convertie en électricité par une turbine. L’autre, la RED (Reversed electrodialysis) utilise le transport d’ions à travers des membranes pour générer un potentiel électrique converti en électricité.

Si les méthodes sont encore loin d’être matures tant les défis à relever sont importants, le potentiel de l’énergie osmotique est tout de même estimé à 647 GW. Engie, via Tractebel Energia, avec le centre de recherche Coppe de l’université fédérale de Rio de Janeiro, a participé à un projet pilote de développement d’une membrane à échelle réduite.

La diversité des énergies marines esquissée précédemment est un signe prometteur. Plus prévisibles que celle du vent ou du soleil et avec un fort potentiel européen et mondial, elles auront vraisemblablement une place importante dans le nouveau mix issu de la transition énergétique. Pour ce faire, il leur faut atteindre leur maturité commerciale et être plus compétitives tout en étudiant leurs impacts sur l’environnement afin d’en faire des énergies définitivement durables. L’océan ne sera alors plus « une énorme force perdue ».

Cet article a été rédigé par :

Fiona Buckley - Senior Expert and Project Manager - ENGIE Lab Laborelec

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