© Marine Current Technology

Comme le savent tous les écoliers, les océans recouvrent la plus grande partie de la surface de la terre. Comme tous les navigateurs et les victimes des tempêtes le savent aussi, la puissance des vagues et des flots déchaînés des océans est gigantesque, souvent terrifiante et échappe au contrôle de l’homme. Kevin Banister en est évidemment bien conscient. Mais Banister, vice-président du développeur de projets d’énergie Finavera Renewables Ltd, en charge de l’énergie marine, est convaincu que si la maîtrise des océans est hors de notre portée, l’exploitation d’une part de sa puissance ne l’est pas. Il fait partie des quelques pionniers d’un nouveau type d’énergie renouvelable, qui capte le mouvement incessant des vagues. Les océans, déclare-t-il, sont « la plus grande batterie du monde », et l’énergie des vagues est « une chance à saisir dont le temps est venu. »

Les vagues que Banister rêve de conquérir roulent à trois kilomètres de la côte de Californie du Nord, près de la petite ville d’Euréka. Dans ces eaux profondes (100 mètres ou davantage), la puissance totale de l’énergie des vagues est estimée à 110 térawatts (milliard de kilowatts). A titre de comparaison, la capacité électrique installée globalement en 2004 se montait à moins de 4 térawatts. Selon l’Association européenne des énergies marines, des technologies abouties pourraient utiliser des ressources économiquement exploitables de 140 à 750 térawatts-heure par an. Théoriquement, il serait possible, avec des améliorations techniques importantes mais envisageables, de faire progresser ce potentiel jusqu’à 2’000 térawatts-heure (la production mondiale d’électricité en 2004, dernière année pour laquelle les statistiques sont disponibles, était de 16’591 térawatts-heure).

L’AquaBuOY de Finavera
A gauche : L’AquaBuOY 2.0 convertissant en électricité l’énergie des vagues, amarré au large de la côte de Newport, en Oregon, ende test A droite : Vue d’artiste du déploiement d’AquaBuOY
Au milieu : Représentation du mécanisme et de l’amarrage de l’AquaBuOY
© Finavera Renewables

Le projet de Finavera est un gros pari, même en tenant compte de son échelle relativement modeste. La société vise l’installation d’unités de production d’une capacité totale de 2 mégawatts de capacité, suffisante pour approvisionner environ un millier de foyers. Le mouvement des vagues, capté par une série de bouées flottantes, génère de l’électricité par ses déplacements de haut en bas, forçant un piston à diriger l’eau dans une chambre pressurisée. La pression fait ensuite tourner une turbine. Banister a déjà signé un accord de distribution avec Pacific Gas & Electric qui devrait entrer en vigueur en 2012. Il a aussi l’ambition de mettre en place des projets au large des côtes de l’Oregon, de l’Etat de Washington, du Portugal, du Canada et des côtes occidentales de l’Afrique. A l’instar de la société écossaise Pelamis, un autre développeur de projets basés sur la technologie des vagues, Finavera a déjà développé un prototype, dans l’Oregon. La première unité testée par Pelamis est située, pour sa part, dans les îles Orkney, au large de l’Ecosse. C’est le Danemark qui a été le terrain d’expérimentation de Wave Dragon, un troisième pionnier de cette technologie.

Aucun d’eux n’a encore fourni de l’électricité sur le réseau sur une base commerciale, ni installé de « ferme à vagues » complètement opérationnelle, mais ils sont les champions en lice pour êtres les premiers à le faire. Les dates prévues pour le démarrage des projets s’échelonnent de 2008 à 2012. C’est néanmoins une course très lente, qui a déjà été marquée par plusieurs faux départs. En septembre 2007, avec 6 mois de retard, Pelamis (le favori à l’heure actuelle) avait prévu de connecter trois unités au large de Povoa de Varzim, au Portugal, afin de fournir une capacité de 2,25 MW à la compagnie portugaise d’électricité Enersis. Au printemps 2008, pas un seul électron n’avait rejoint la rive.

La société a rejeté la responsabilité sur les conditions climatiques, des lames de sept mètres de haut et la complexité de l’entreprise. Les installations situées sur et autour des structures tubulaires, chacune d’elles de la longueur de cinq wagons de train, doivent être ajustées continuellement avant d’entrer en opération, nécessitant de ce fait une série de « fenêtres » de beau temps pour retirer les équipements de la mer, les ajuster et les replacer. Si des délais sont compréhensibles dans le contexte d’une industrie émergente, ces problèmes ont déjà soulevé des critiques.

Le docteur John Constable, un expert politique à la Renewable Energy Fondation britannique, est sceptique. « Franchement, les vagues ne sont pas à ce jour des prétendants sérieux (pour l’énergie marine) et, à mon avis, elles ne le seront pas à moins d’une percée technologique majeure », affirme-t-il. « Cette technique n’est même jamais parvenue à produire de l’énergie à partir des vagues - sans parler de l’intégrer au réseau électrique - à un coût raisonnable. »

Options et défis

Vu que rien ne fonctionne encore, la remarque est pertinente. La forme que prendra cette technologie, qui demeure au stade pré-commercial, n’est pas évidente. Les sociétés ne sont pas seulement en compétition pour être les premières à commercialiser un parc à vagues, mais aussi à créer une image, reconnaissable par tous dans les décennies à venir, de ce type d’engins. La turbine sur un axe horizontal typique de la plupart des parcs éoliens a pris forme il y a des dizaines d’années, mais dans le cas du secteur des vagues, diverses morphologies sont encore en compétition. Certaines unités, comme celles de Pelamis et de Finavera, sont hydrauliques (elles utilisent la pression de l’eau), tandis que d’autres technologies sont basées sur l’air. Les techniques utilisées incluent des béliers hydrauliques, des pompes à houle avec des propriétés élastiques, des turbines hydroélectriques, des turbines à air, des générateurs électriques linéaires (comprenant des enroulements fixes et des aimants d’induit disposés pour se déplacer axialement plutôt que de tourner comme dans un générateur traditionnel).

Le système de captation de l’énergie des vagues de Pelamis
Vue d’artiste d’une « ferme de vagues » en déploiement

Max Carcas, le directeur commercial de Pelamis pense que l’énergie des vagues va se développer beaucoup plus vite que celle du vent dans les années 1970 et 1980, et qu’elle sera commercialement compétitive d’ici les dix prochaines années. « Les coûts d’entrée sont nettement plus bas que lorsque les éoliennes ont commencé il y a 25 ans, et l’énergie des vagues n’est en retard que de trois ou quatre ans par rapport aux éoliennes en mer », soutient-il.

Le premier convertisseur de l’énergie des vagues effectue ses premiers essais en mer au large des îles Orkney, en Écosse

Bien sûr, chaque société vante son propre dispositif. Carcas estime que la technologie promue par sa société - qui ressemble à un serpent de mer, c’est d’ailleurs son nom - est la solution. Ses concurrents sont évidemment sceptiques. « Il y a vraiment beaucoup de promesses en l’air » commente Iain Russel, le responsable pour la Grande-Bretagne de la compagnie danoise Wave Dragon, à propos de la trentaine de sociétés d’énergie marine. Wave Dragon est pour sa part un pari plus sûr, prétend-il. « C’est une technologie mûre, utilisée ces 80 ou 90 dernières années pour les usines hydroélectriques à basse chute (utilisant l’eau qui tombe d’une hauteur inférieure à cinq mètres). C’est la manière dont nous mettons en œuvre tous les éléments qui est nouvelle », explique-t-il, ajoutant que certains des coffres d’amarrage et autres installations que la société à l’intention d’utiliser ont fait leurs preuves depuis longtemps, ayant été employés depuis des dizaines d’années par l’industrie pétrolière et gazière.

Le Wave Dragon
Représentation schémati- que du flux

Si le défi technique est important, celui que pose l’aspect physique est titanesque. Les développeurs de projets ont à lutter contre l’énorme puissance des vagues qu’ils désirent exploiter dans des conditions extrêmes comme les grandes tempêtes d’hiver et le difficile environnement de l’eau salée, et doivent mettre en équilibre la résistance de leur matériel et leur coût. Ils doivent aussi se débrouiller avec l’imprévisibilité des vagues. Soulevées par le vent, elles ne sont généralement pas détectables plus de 48 heures avant qu’elles ne se fracassent sur les côtes, et, bien sûr, la mer peut rester calme durant des jours entiers. Pourtant, certains emplacements sont meilleurs que d’autres. Iain Russell pense qu’il est possible de travailler avec le rythme des éléments dans le parc à vagues que sa société prévoit d’établir au large de Pembrokeshire dans le Pays de Galle. L’origine et le comportement des vagues sont bien connus, dit-il. Elles prennent naissance à 3’200 kilomètre de distance, dans les Caraïbes, et ont été surveillées avec attention depuis des années grâce à une série de bouées dans le port de Milford Haven. Selon lui, les vagues sont maîtrisables : « Il est possible de prévoir les vagues avec plus de précision que le vent, qui parfois s’arrête de souffler et change de direction. ».

Une vague submerge le réservoir du prototype

D’Hawaï à la Nouvelle Zélande, du Chili à la côte pacifique nord-américaine, et de la Namibie, en Afrique, jusqu’à la côte atlantique de l’Europe, l’énergie des vagues est particulièrement intense, et donc la plus viable économiquement. Parmi les sites européens, ce sont le Portugal, le Pays de Galle, la Cornouaille et l’Écosse qui sont les candidats les plus vraisemblables pour le premier parc à vagues commercial. Les gouvernements portugais et anglais ont tous deux fait le pari de l’énergie marine. Le Portugal veut faire usage de sa longue côte pour réduire sa dépendance actuelle de 85% à l’énergie importée en investissant dans l’énergie des vagues. « Nous n’avons pas de charbon, mais des vagues » dit Rui Barros, responsable d’un projet mené par la société chilienne Enersis, qui va utiliser la technologie de Pelamis. Le gouvernement portugais a établi le plus fort mécanisme de soutien de toute l’Europe pour l’énergie marine, exigeant de la part des compagnies électriques qu’elles paient un tarif fixe de 0,23 euro par kilowattheure aux fournisseurs, bien au dessus du tarif des énergies fossiles et de la plupart des formes d’énergies renouvelables. Il est estimé qu’aujourd’hui, le coût de production de l’énergie des vagues se situe entre 0,15 et 0,25 euro par kilowattheure.

Vue d’artiste

Au Royaume-Uni, le gouvernement s’est engagé à doubler les incitations pour les deux sortes d’énergie marine (celle des vagues et celle des marées) dès 2009, en raison de l’importance des ressources en énergie marine dans les îles et de ses propres objectifs en énergies renouvelables. « Il a été jugé que, comme l’énergie des vagues et des marées étaient les plus éloignées de la mise sur le marché, elles nécessitaient des incitations financières exceptionnelles » affirme un porte-parole du gouvernement. Néanmoins, ce n’est pas suffisant.

Un prototype du Wave Dragon effectuant un test en mer au large du Danemark

Michael Hay, porte-parole de l’énergie marine pour l’Association britannique de l’énergie éolienne (qui représente aussi les intérêts de l’énergie marine), considère que l’industrie aurait encore besoin de £ 500 millions à 1 milliard provenant des secteurs public et privé pour atteindre l’objectif du gouvernement d’une capacité de trois gigawatts à l’horizon 2020. Cette somme représente la différence entre le prix de vente de l’énergie perçu par les compagnies électriques et les dépenses en capital nécessaires pour développer cette technologie émergente.

Le jeu en vaut-il la chandelle ? John Constable, du REF, en doute : « Aucune de ces énergies marines n’est constamment mobilisable » (c’est-à-dire disponible lorsque l’énergie est nécessaire). En Grande-Bretagne, les fermes éoliennes ont été largement critiquées à cause de ce défaut. Si cela est vrai en ce qui concerne le vent, cela l’est aussi pour les vagues, avec la petite différence qu’il est possible de suivre la trace des vagues avec davantage d’anticipation que le vent. Constable considère que les installations exploitant l’énergie des vagues nécessiteront une importante quantité d’énergie de réserve et ne pourront de ce fait remplacer les sources d’énergie fossile. Cela ne représente donc pas un usage souhaitable des finances publiques ou celles des consommateurs. La possibilité de garantir la livraison d’énergie lorsqu’elle est demandée a un impact majeur sur les coûts. Constable argue aussi du fait que le facteur d’utilisation (la part de la capacité totale utilisée en moyenne) sera trop bas.

LE BARRAGE DE SEVERN

Retenir l’eau et la libérer pour générer de l’électricité est le principe même de l’hydroélectricité produite par des barrages situés sur un cours d’eau. Le même concept peut être mis en œuvre sur certains fleuves qui connaissent un puissant flux de marée en retenant non pas le courant normal d’une rivière, mais la marée montante, et en relâchant l’eau lors de la marée descendante, pour faire tourner des générateurs. Un de ces fleuves est la Severn, la plus longue rivière d’Angleterre. L’érection d’un barrage sur son cours pour générer de l’énergie a été envisagée en 1925 déjà.

Le dernier projet en date est de loin le plan le plus ambitieux à ce jour, et il semble en effet que la Severn soit une candidate logique pour l’énergie marémotrice. Elle peut se prévaloir d’une marée de longue portée (de 15 mètres, que seule surpasse celle de la baie de Fundy, dans l’est du Canada), et le flot est volumineux. Le barrage coûterait £ 15 milliards et s’étirerait sur 16 kilomètres, de Cardiff à Weston-super-Mare. Sa mise en œuvre aurait lieu en 2022. Sa capacité de 8,6 gigawatts en ferait le plus grand de son type et fournirait 4,4% de l’électricité de l’Angleterre. Il pourrait remplacer deux centrales nucléaires ou des centrales à gaz à cycle combiné.

Néanmoins, l’estuaire de la Severn est considéré par les mouvements de conservation du patrimoine comme un trésor national. Il a été classé zone protégée, et, selon le groupe écologiste Les Amis de la Terre, ses marais salants et ses îles rocheuses nourriraient 85’000 oiseaux en hiver, parmi lesquels le cygne de Bewick, le canard pilet, le tadorne de Bellon, le courlis et le bécasseau. La construction du barrage affecterait profondément cet écosystème.

Emplacement de l’estuaire de Severn entre l’Angleterre et le Pays de Galles

Exemple : l’usine électrique marémotrice de la Rance sur la rivière Rance en Bretagne, France, fonctionne de manière ininterrompue depuis décembre 1967. Le barrage est long de 750 mètres et intègre 24 turbines, qui génèrent environ 600 millions de kilowatts-heures, soit environ 68 W de puissance. L’écart moyen entre marée haute et marée basse est de huit mètres.

Sable multicolore dans l’estuaire à marée basse, près de Lydney, Gloucestershire, Grande-Bretagne

Le projet de Severn est à présent l’objet d’une étude de faisabilité menée par le gouvernement et suscitée par la nouvelle donne de l’énergie en Grande-Bretagne. « En raison du changement climatique et de la fermeture de nombreuses centrales électriques, nous avons besoin d’ici à 2050 d’un système de génération électrique qui ne produira pratiquement plus d’émissions de carbone. Il nous faut donc avoir à disposition toutes les options à faible émission de carbone » déclare un porte-parole du gouvernement. Une compensation devrait être envisagée pour reloger la faune sauvage. Le financement pourrait inclure l’émission d’une obligation du gouvernement, selon la Commission de Développement durable anglaise, qui soutient le projet en raison de la part importante des émissions de gaz à effet de serre que ce projet permettrait d’éliminer.

Rien ne semble encore acquis. « Si ce projet a besoin d’une telle mise de fonds du gouvernement pour fonctionner, pourquoi ce projet plutôt que, disons, les éoliennes en mer ? » se demande Doug Parr, le directeur scientifique de Greenpeace UK. Il suggère que le développement des énergies marines renouvelables existantes serait préférable. Morgan Parry, du WWF gallois, se demande si un projet unique de ce type ne constitue pas un trop gros risque. « Le courant des marées a un plus grand potentiel et est plus durable ; son empreinte est plus légère, et cette technologie, grâce à sa structure modulaire, est ajustable aussi bien à la hausse qu’à la baisse, car elle peut être facilement enlevée », argumente-t-il.

LA PRÉVISIBILITÉ DES MARÉES

Pourtant, si l’océan est parfois calme, il n’est jamais inerte. Ses pulsations - les marées - sont très prévisibles. C’est la raison pour laquelle beaucoup d’argent est investi dans le secteur du courant des marées, une forme relativement récente d’énergie marine. En avril 2008, avec huit mois de retard, la société anglaise Marine Current Turbines (MCT) a pu se prévaloir d’être la première société active dans l’énergie marémotrice à être reliée au réseau électrique dans le cadre d’un projet commercial lorsqu’elle a immergé SeaGen, son générateur, dans les puissants courants du détroit de Strangford, en Irlande du Nord.

Les turbines marémotrices SeaGen
Vue d’artiste d’un générateur SeaGen en activité

SeaGen a été comparé à une éolienne sous-marine. Elle est constituée de deux pales de 16 mètres de diamètre, chacune d’entre elle actionnant un générateur muni d’une boîte à vitesses. Les pales de l’hélice peuvent se mouvoir dans les deux sens, permettant donc d’utiliser la marée montante aussi bien que la marée descendante. On espère que le bruit des pales et les conditions spéciales qui règnent dans les zones de courant puissant n’affectent pas la vie marine. Des études d’impact environnemental sont en cours.

Peter Fraenkel, le directeur technique de MCT et l’inventeur de SeaGen, concède que l’énergie générée par SeaGen n’est pas constante - même les marées peuvent être parfois faibles - bien qu’il soit censé fonctionner entre 18 et 20 heures par jour, selon la phase du cycle de deux semaines des marées. Comme Pelamis, SeaGen n’est pas constamment mobilisable. Cependant, Fraenkel rejette l’argument qui suggère que l’intermittence des vagues, du courant des marées et du vent soit un problème majeur, qualifiant cette accusation de mythe. « Si vous déployez ces technologies à une échelle suffisamment large, elles ont un aspect assez stable. Vous n’aurez jamais 100% de conditions météorologiques calmes dans un pays » déclare-t-il, insistant sur le fait que si les compagnies électriques ont l’habitude de s’adapter aux variations de la consommation, elles peuvent aussi s’adapter à celles de la production. « Si vous déployez une installation qui fonctionne d’une manière intermittente mais aléatoirement, vous obtenez un modèle probabiliste avec lequel vous pouvez travailler. La probabilité de n’avoir pas du tout d’énergie est faible. Avec l’énergie marémotrice, les déficits de production sont prévisibles. »

La première unité SeaGen déposée par une grue dans l’océan dans le détroit de Strangford, en Irlande du Nord

L’énergie marémotrice est apparue suffisamment prometteuse pour encourager l’émergence de gros projets comme celui du barrage de Severn (voir ci-dessous). Bien que, en Grande-Bretagne en tous cas, il est probable que les critiques concernant l’intermittence de la production électrique continuent à se faire entendre, depuis cinq ans, des fermes éoliennes commencent à couvrir le pays et de plus en plus de gens s’intéressent aux énergies renouvelables et - dans le cas de l’énergie marine - se rendent compte qu’il s’agit d’une opportunité attrayante. Beaucoup font le pari que l’énergie marémotrice pourrait être la première à s’imposer à l’échelle commerciale. Selon John Constable, « les systèmes basés sur la marée sont intéressants dans la mesure où leur variabilité est totalement prévisible et donc où l’intégration des coûts peut être faite avec un degré raisonnable de certitude, contrairement au vent par exemple ». Un porte-parole d’Électricité de France (EDF), qui a investi dans MCT, explique la rationalité de la décision de la société électrique française : « A l’époque où EDF a effectué son investissement dans Marine Current Turbines, elle a estimé qu’il s’agissait de la technologie d’énergie marine la plus prometteuse à exploiter dans les eaux anglaises. EDF a continué à soutenir le développement de cette technologie. Néanmoins, EDF reste ouverte à d’autres formes d’énergie marine si elles se révèlent commercialement viable. »

L’unité SeaGen avant son installation, montrant ses deux rotors

Statoil Hydro, la compagnie électrique norvégienne a aussi misé sur le courant des marées à travers son propre système, produit par sa filiale Hammerfest Strom. Après des années d’essais en Norvège, elle envisage de commencer en 2009 des opérations en Ecosse en partenariat avec Scottish Power. « Nous entreprenons ce projet dans le but de faire de notre société une compagnie d’énergie, et pas seulement de pétrole et de gaz. A long terme, ceci complétera notre portefeuille énergétique » explique Anne Strommen Lycke, vice-présidente de la division nouvelles énergies.

Nigel Taunt, de la société d’investissement Impax Environmental Markets, a misé sur Pelamis. « Chaque mois, la valeur de notre investissement s’accroît », se réjouit-il. « Nous sommes très confiants dans la capacité de cette technologie de produire de l’électricité en utilisant l’énergie des vagues. La seule question est la suivante : combien de temps faudra-t-il pour la perfectionner ? Il s’agit d’un processus continuel d’amélioration. »

Il reste en effet énormément d’efforts à réaliser dans le domaine de l’énergie marine, y compris la tâche d’augmenter l’efficacité des appareils de manière à retirer davantage d’énergie des petites vagues, d’améliorer la réglementation aussi bien en Europe qu’en Amérique du Nord, et de diminuer les coûts d’amarrage et de connexion. Des modifications des politiques énergétiques ont aussi leur importance, mais, aux États-Unis, Kevin Banister, de Finavera, considère que des aides à l’investissement revêtent une plus grande importance que les aides tarifaires, dans la mesure où les coûts d’installation et les frais généraux pèsent très lourd sur ces petits projets.

Selon John Constable, l’énergie des vagues est encore au stade de la recherche et du développement : « Il est encore nécessaire de réaliser une percée technologique dans le processus de conversion d’énergie des vagues en électricité - il s’agit surtout de découvrir le bon mécanisme de conversion, mais aussi de construire des unités de production à un coût raisonnable qui puissent survivre à la violence des éléments. » Il y a des chemins à explorer, comme de stocker le surplus d’énergie, ce qui serait très utile aussi bien pour les vagues que pour les marées. « Le stockage de l’électricité est encore très primitif, et trop peu d’efforts ont été faits pour trouver des solutions », commente Peter Fraenkel. Des sociétés comme VRB Power aux États-Unis ou NGK au Japon travaillent sur ces problèmes. Comme l’industrie est réellement toute nouvelle, il est beaucoup trop tôt pour porter un jugement définitif, aussi bien pour l’énergie des vagues que pour celle des marées. Comme l’ont démontré les récentes expériences des biocarburants et des piles à combustible, la bataille pour prouver le bien-fondé de l’énergie marine risque de se gagner sur la durée.

Elisabeth Jeffries écrit sur les questions liées à l’environnement. Elle est établie à Londres.