Technos émergentes 03/07/2024

L’énergie solaire a de l’avenir en mer

Les systèmes photovoltaïques marins sont des structures flottantes qui portent des installations photovoltaïques produisant de l'électricité grâce au rayonnement solaire. Leur déploiement en milieu marin permet d'augmenter la production d'énergie renouvelable, seuls ou en synergie avec d'autres technologies marines.

Les systèmes photovoltaïques marins flottants sont encore en phase de développement. L'agencement de l'amarrage et de l'ancrage reste un risqué important à gérer.

Les systèmes solaires flottants marins peuvent être situés près du rivage (NFPV - Nearshore Floating Photovoltaics) ou en pleine mer (OFPV - Offshore Floating Photovoltaics).

Les systèmes NFPV sont installés près du rivage ou dans des estuaires dont la ligne côtière forme une protection naturelle contre les vagues. Cette technologie peut alimenter des installations proches d'un littoral. Les environnements côtiers étant nettement moins exigeants que les environnements de pleine mer, les conceptions des NFPV sont généralement plus proches de ce qui se fait dans les installations photovoltaïques flottantes en eaux intérieures (lacs, etc...). Les modules PV y sont placés près du niveau de l'eau, sur des structures qui peuvent s'articuler pour suivre le mouvement des vagues (pontons ou membranes flexibles), contrairement aux flotteurs PV offshore flottants qui sont généralement rigides.

Les systèmes OFPV sont installés loin des côtes. Cette technologie est utilisée pour créer des installations photovoltaïques indépendantes ou pour créer des centrales hybrides en la combinant, par exemple, avec des parcs éoliens offshore. En pleine mer, la plupart des conceptions disposent les modules photovoltaïques à plusieurs mètres au-dessus de l'eau (soit sur poutrelles surélevées, soit sur plate-formes accessibles). Certaines conceptions disposent parfois les modules sur des pontons (ou autres structures) plus proches du niveau de l'eau. L'unité solaire flottante (FSU - Floating Solar Unit) est le plus petit système OFPV pouvant être installé pour une conception spécifique. Les centrales photovoltaïques flottantes offshore se composent généralement de plusieurs FSU qui peuvent être reliées entre elles afin de réduire le nombre total de points d'ancrage.

Une centrale photovoltaïque flottante se compose des mêmes éléments principaux qu'une centrale photovoltaïque classique terrestre : des modules photovoltaïques, des onduleurs et des transformateurs, qui peuvent être placés sur des structures flottantes. La configuration électrique dépend de la distance jusqu'au rivage, de la taille de la centrale et de son intégration éventuelle avec d'autres technologies marines renouvelables. L'électricité produite peut être utilisée à la fois en mer ou à terre.

Principales conceptions de systèmes photovoltaïques flottants en environnement marin

Plateforme Offshore : Les plates-formes surélevées maintiennent les modules photovoltaïques à un certain niveau au-dessus de l'eau, afin d'éviter tout contact des panneaux solaires avec l'eau de mer. Plusieurs flotteurs assurent la flottabilité et peuvent supporter soit une plate-forme piétonne, soit une poutrelle avec des garde-corps mais sans passerelle pour l'installation des modules photovoltaïques. La plupart des FSU conçues pour les environnements à grandes hauteurs de vagues utilisent des plates-formes surélevées. Ce système fonctionne avec un « flotteur transparent », c'est-à-dire interférant peu avec les vagues : il ne « s'oppose pas aux vagues », mais leur permet de passer à travers le système. Les points d'amarrage peuvent être situés au-dessus ou en-dessous du niveau de l'eau.
Unité solaire flottante en réseau de cordages : Les modules photovoltaïques se déplacent librement et indépendamment à l'intérieur d'un réseau de cordages pré-tendus. Chaque module est ancré individuellement au réseau de cordage, qui est pré-tendu à des fins de stabilité et pour éviter que les éléments flottants ne s'entrechoquent. Des tuyaux en PE assurent les interfaces entre le système d'amarrage et le réseau de cordages. Ils assurent ainsi la flottabilité, la rigidité et la flexibilité du système et agissent comme un tampon entre la structure et les vagues. Les lignes de brides répartissent les forces entre le PE et les amarres. L'ancrage dépend des conditions du fond marin.
Flotteur de type ponton (nearshore / offshore) : Les flotteurs de type ponton consistent en une plate-forme flottante, structure de base stable sur laquelle sont installés les modules photovoltaïques. Cette plate-forme peut prendre la forme d'une île flottante à corps unique, être construite comme un radeau avec plusieurs éléments flottants soutenant la structure, ou se composer d'un réseau de flotteurs individuels interconnectés pour chaque module photovoltaïque. Ces pontons sont généralement fabriqués à partir de matériaux plastiques, comme le polyéthylène haute densité. Dans cette conception, les modules sont proches du niveau de l'eau tout en restant au-dessus de celui-ci. La conception tient compte autant des vents violents que du gel éventuel de l'eau. Elle peut également contribuer à l'aération de l'eau (ajout d'oxygène).
Flotteur membranaire (nearshore/offshore) : Les modules photovoltaïques sont disposés sur une fine membrane flexible qui assure leur flottaison. Ce système permet un refroidissement direct des modules par l'eau et leur rendement énergétique est ainsi de 10 % supérieur à celui des systèmes photovoltaïques flottants sur ponton ou de systèmes photovoltaïques terrestres.

Carte des principaux projets en construction, en développement et opérationnels

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