Energies marines. Or bleu et or noir, même combat

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  • 30 septembre 2008

Paru dans Nautilus

Le réchauffement de la planète commande un changement de consommation énergétique. En mer, cela passe par de nouvelles techniques de récupération de l’énergie produite naturellement. Passage en revue.

 

A Londres et à New-York, les spéculations vont bon train sur la hausse tendancielle du prix du baril de pétrole. Pour l’heure aucune pénurie n’est à noter sur les marchés internationaux, mais l’or noir entre dans une phase où les découvertes de nouveaux gisements sont à la fois plus rares que par le passé et plus coûteux à exploiter. Or l’énergie reste le moteur de l’économie mondiale. D’autant plus que de nombreux pays en émergence réclament leur part du gâteau énergétique afin de combler leurs appétits de croissance. L’Inde se met au nucléaire, la Chine relance les centrales à charbon, et le Brésil s’est juré de devenir le premier pays producteur de bio-carburants. Ces alternatives cependant ne semblent pas suffire pour calmer les marchés à terme.

En parallèle, la lutte contre l’effet de serre et le réchauffement climatique pousse à rechercher de nouvelles sources d’énergie si possibles exploitables rapidement, avec des émissions réduites de CO2 et aisément raccordables aux réseaux existants ou permettant des utilisations multiples. Les sources d’hydrocarbures, par natures finies, sur le déclin, les scientifiques se penchent vers de nouvelles solutions d’énergies renouvelables. Ils sont encouragés par les pouvoirs politiques, en agissant par voie réglementaire, sous la haute surveillance de l’opinion publique qui attend avec impatience des résultats tangibles. Sur terre, les regards sont tournés vers les économies d’énergie et l’éolien. Ce dernier fait l’objet de controverses diverses quant à son implantation. C’est ce que l’on appelle le syndrome NIMBY. Pour not in my backyard, pas à côté de chez moi. La mer n’échappe pas à cette problématique. Plusieurs tentatives ont lieu en ce moment à travers le monde, au Japon à travers les recherches de Masato Masuda, en Australie, dans les pays scandinaves mais aussi en France où l’Ifremer travaille la question depuis longtemps, pour trouver des produits énergétiques de substitution. Revue non-exhaustive des sources d’énergie marine.

 

Les algues comme carburant

Sous la houlette d’Olivier Bernard, le projet Shamash constitue une révolution au stade de la promesse. Celle-ci, on le sait, n’engage que ceux qui y croient. N’empêche. Son objectif est de produire des biocarburants lipidiques via des microalgues. Ce biocarburant aurait la forme d’ester de méthyl. C’est la première fois que des équipes françaises se rassemblent autour d’un projet de ce genre. Au niveau mondial, des tentatives avaient déjà eu cours dans les années 80, après les deux chocs pétroliers. Repoussant les horizons de rentabilité aux calendes grecques, le contre-choc pétrolier avait réduit à néant ces essais. Pour l’heure, « des équipes de l’University of West England, et des universités d’Amsterdam, de Wageningen et de Bari travaillent sur la question », précisent les responsables du projet Shamash. Des collaborations sont envisagées au niveau européen avec elles.

Les micro-algues possèdent un certain nombre d’atouts qui se transforment en autant d’atours ; rendements de croissance et par conséquent des productions à l'hectare supérieurs aux espèces oléagineuses terrestres (de 20 à 75 m3 d'huile par hectare et par an selon les sources) ; rendement photosynthétique beaucoup plus élevé ; plasticité métabolique bien plus importante permettant plus facilement d'orienter la bioproduction vers certains acides gras ; maîtrise du cycle de l'azote et du phosphore en contrôlant le recyclage des éléments nutritifs ; pas d'apport de phytosanitaires ; nombreux sous-produits valorisables ; technologie exploitable dans les pays en voie de développement.

Les avantages prévus sont bien visibles. Néanmoins un certains nombre de défis restent à relever, selon les responsables du projet pour parvenir à une production industrielle. Cela passe notamment par le fait d’obtenir les algues par voie naturelle, compte tenu « de la réticence actuelle de l’opinion publique à l’utilisation d’organismes génétiquement modifiés ; l’utilisation de cultures synchronisées par le cycle lumineux solaire, les précédentes études portaient sur des cellules éclairées continûment ; la pérennisation des cultures face aux espèces concurrentes ; la mise en place d’un système de production contrôlée d’acides gras à vocation énergétique « un photobioréacteur clos (des serres à grande échelle) reproduira les conditions optimales menant à la synthèse des lipides » ; limiter le « recours aux solvants à fort impact environnemental » dans la séparation et l’extraction des microalgues ; enfin assurer une rentabilité financière au process. Car qui dit nouveau secteur économique dit nécessité d’efficience économique.

Par rapport aux biocarburants existants, les microalgues ont l’avantage de nécessiter moins d’espace pour leur production du fait de leur rendement supérieur. Elles peuvent également intervenir dans la chaîne d’épuration et leur contribution au flux d’azote est limité. « Enfin, les microalgues peuvent consommer directement le dioxyde de carbone produit par une source industrielle », dit Olivier Bernard, chargé de recherche à l’institut national de recherche en informatique et en automatique (INRIA) de Sophia-Antipolis, et coordinateur du projet. Les premiers résultats issus du développement de ces recherches sont attendus en juin 2008.

 http://fr.youtube.com/watch?v=sBJ66Oim_Xw

La force de la mer

L’intérêt des courants marins pour la production d’énergie est connu depuis longtemps. Il n’est qu’à regarder les moulins à marée sur les côtes, dont certains datent du XIIème siècle. Ou encore, l’usine marémotrice de la Rance qui produit un millième des besoins énergétiques français depuis sa construction dans les années 60 avec 240 KW de puissance et une production de 540 millions de kW heure par an. Le flux et le reflux de l’eau dans des bassins de retenue actionnent des turbines spécifiques qui transforment cette force en énergie.

L’usine de la Rance est à la fois un ancêtre et un prototype. Ancêtre parce que la première. Prototype parce qu’en produisant 91% de la production mondiale de l’énergie marémotrice, elle accapare le domaine. Une ultra-domination qui montre à quel point la technique peine à percer. Le coût de revient, 18,5 centimes par kwH y est pourtant sensiblement inférieur à celui issu d’une centrale nucléaire (20 centimes).

Depuis la création de l’usine bretonne cependant, on peut dire que l’axe de recherche visant à la production d’énergie à partir de la mer a été délaissé. La faute au lobby électro-nucléaire tout puissant diront les uns, la faute au peu d’attrait économique du secteur diront les autres. Un peu des deux assurément.

Toutefois, l’évolution est notable dans ce secteur. A la manière de ce qui a été réalisé dans le domaine de l’éolien terrestre, l’Etat vient de publier un tarif de rachat de l’électricité produite à partir de la mer. 15 centimes d’euro le kilowatt. Depuis 2006, ce tarif de rachat est fixé à 13 centimes le kilowatt pour l’éolien offshore quand le Portugal, plus généreux, accorde 23 centimes d’euro. L’occasion pour ses partisans de montrer tout l’intérêt économique du système. Des systèmes devrait-on dire tant les innovations foisonnent dans un secteur en plein émergence. Energie thermique, de la houle, des marées, il y a en a pour tous les goûts.

 

Energie thermique

Polynésie française. Bora-Bora. Hôtel Intercontinental. Le must sur l’archipel. Son système de climatisation utilise uniquement l’énergie thermique. En puisant l’eau de mer à 886 mètres de profondeur, le procédé joue sur les différences de température entre l’eau de profondeur, à 4° C de manière constante en raison du phénomène d’upweeling, et l’eau de surface, 27-28° C en moyenne sous les tropiques. Imaginée par le romancier Jules Verne en 1869, conceptualisée par le physicien Arsène d’Arsonval, l’énergie thermique des mers (ETM, dite aussi énergie maréethermique) est appelée à un bel avenir. Une étude du club des Argonautes estime à 100 PWh/an mécanique, le potentiel techniquement exploitable à l’heure actuelle pour l’ETM. Essentiellement dans les zones intertropicales puisqu’il est nécessaire de disposer d’une amplitude de température suffisamment importante, supérieure à 20 degrés, pour pouvoir créer de l’énergie. Ainsi, les Etats-Unis, à Hawaï, et le Japon, figurent parmi les précurseurs et possèdent déjà un certain nombre d’établissements dont la réfrigération vient de l’ETM. Dans les îles, cette technologie est d’autant plus primordiale que la production d’énergie y revient beaucoup plus cher. Ainsi, via le diesel électrique, le coût du Kwh peut monter à deux euros selon les endroits. Les énergies renouvelables marines pourraient donc prendre une place de choix au regard de leur rentabilité potentielle.

 

Energie de la houle

Le vent crée sur la mer les vagues et la houle. Capter l’énergie des vagues reviendrait, selon le Conseil Mondial de l’Energie, à satisfaire 10% des besoins mondiaux en électricité. Excusez du peu. Sauf que pour l’instant personne ne parvient à exploiter cette énergie à un stade industriel. Pour l’instant car les projets vont bon train et font l’objet d’espoirs et de lourds investissements. En la matière ce sont messieurs les anglais qui ont tiré les premiers. « Parce qu’ils y sont obligés, indique Michel Paillard de l’Ifremer. Ils sont à la fois confrontés à la diminution de leurs réserves d’énergies fossiles en mer du Nord, et des recettes qui les accompagnent, et très en retard, plus que la France, sur la part de leur consommation énergétique provenant des énergies renouvelables », confie le scientifique, spécialiste des énergies marines. Obligés certes mais motivés aussi. La Grande-Bretagne a investi près de 140 millions d’euros en dix ans dans le secteur notamment en recherche-développement (avec la participation de grands énergéticiens européens présents chez les britanniques, le français EDF ou encore l’Allemand E.ON). En France les projets éprouvent plus de difficultés.

De son côté, l’école centrale de Nantes (ECC) développe le projet Searev pour Système Électrique Autonome de Récupération de l’Énergie des Vagues. Sous la houlette, c’est le cas de le dire, d’Alain Clément, le laboratoire de mécanique des fluides de l’ECC, a imaginé un « corps flottant mouillé en mer, mis en mouvement par les vagues. Contenant un système mécanique et électro-hydraulique, il transforme sur place ce mouvement en énergie électrique, ramenée à l’école par un câble sous-marin, comme on le fait aujourd’hui pour l’énergie éolienne ». Très avancé, le projet devrait réaliser ses premiers essais en mer en 2008-2009. En attendant, les essais de multiplient dans le bassin de houle multidirectionnelle du laboratoire. Un outil unique en son genre. Jugeons aux mensurations : une cuve de 50 mètres de longueur, 30 mètres de large, 5 de hauteur, avec une fosse carrée de 5 mètres et de 10 mètres de profondeur pour un volume d’eau de 7.500 m3. 48 volets pilotés par ordinateur peuvent générer de la houle d’un mètre de hauteur.

Searev a su associer très tôt des industriels dans la réflexion du projet : Leroux et Lotz Technologies, Saipem et Principia R et D.

 http://fr.youtube.com/watch?v=mg5KHEK5h9g

La principale question posée est celle de la rentabilité. Cette problématique est étroitement liée à celle des coûts de maintenance. Par définition en mer pour saisir les vagues, les machines subissent alors les assauts des tempêtes et de la corrosion. Or, toute opération de maintenance non-automatisée en mer, coûte beaucoup d’argent. La prime sera donc donné à l’opérateur le plus fiable dans le temps. Au niveau européen, d’autres méthodes, telles celle des écossais de Pélamis avec leur serpent de mer articulée, se positionnent. Leur épreuve du feu sera celle de la mer. Ocean Power est plus avancée. Cette société écossaise a levé des fonds d’un montant de 20 millions d’euros pour installer une ferme houlomotrice au Portugal.

 

Energie des courants

Outre Hydrohélix (lire l’encadré ci-contre), de nombreux projets portent sur l’énergie des courants. Appelés hydroliennes, car le procédé rappelle celui de leurs cousines les éoliennes, ces appareils sont implantées en mer, et leurs hélices tournent à la force du courant sous-marin à moins de 50 mètres de profondeur. L’anglais Tidal Stream mise sur le développement de cette technique. Au Nord de la Grande-Bretagne se trouve l’un des sites disposant du plus gros potentiel : le Pentland avec ses courants de 2,2 mètres par seconde. L’inconvénient, la profondeur, près de 60 mètres là où les premiers prototypes se restreignent à 40 mètres. Tidal Stream pense avoir trouvé la solution. Son appareil, le Semi-Submersible Turbine (SST), reprend l’idée de turbines sur une bouée tubulaire mais ancrées sur un bras pivotant. Ce bras se lève lors des opérations d’entretien. Si bien que celles-ci ne sont plus sous-marines mais aériennes ce qui diminue à la fois les risques d’accidents et les coûts de maintenance.

 

 

La roue à aubes d’Hydro-Gen

Plus novateur encore, le projet Hydro-Gen. L’idée consiste en un flotteur équipé d’une roue à aubes, inventée par Denis Papin, comme on en trouvait les bateaux naviguant sur le Mississipi. « La structure est optimisée pour permettre le captage d’un maximum d’eau en mouvement afin que la roue transforme l’énergie cinétique de l’eau en énergie mécanique, ensuite transformée en courant électrique par un générateur mécaniquement relié à la roue ». Son initiateur, David Adrian, met en avant la fiabilité du système, ses faibles nuisances induites et les faibles coûts de maintenance. Il ambitionne par ailleurs la création d’une « véritable filière » alliant conception, construction et commercialisation de ses produits. Les premiers essais ont eu lieu à l’été 2007.

L’avantage des marées par rapport aux vagues tient en leur caractère prévisible dans le temps. Ces projets sont confrontés aux inquiétudes des plaisanciers qui craignent de perdre l’accès à une partie du territoire maritime ou de voir s’accroître les risques en matière de sécurité. A l’instar des problèmes soulevés par les éoliennes terrestres, les hydroliennes et les champs éoliens marins devront trouver les nécessaires compromis avec les utilisateurs ancestraux ou habituels des zones littorales.

 

(Encadré) Hydrohélix veut produire de l’électricité à partir des courants marins

Utiliser les courants marins pour créer de l’énergie, une chimère ? Pas pour Jean-François Daviau et Hervé Majastre qui ont fondé Hydrohélix Energies en 2000 à Quimper (Finistère). Leur concept est celui de turbines reposant à 30 mètres de profondeur captant l’énergie cinétique des courants marins pour la transformer en électricité. « Sur le littoral français, on estime entre 5 et 10 Gigawatts le potentiel énergétique. Soit l’équivalent de 5 à 10 réacteurs nucléaires », indique Jean-François Daviau. Au total, cinq millions de personnes pourraient ainsi se fournir en électricité par cet intermédiaire. Pourraient car l’Etat ne montre pas un grand empressement à soutenir ces projets. « Nous avons bien reçu le soutien financier de l’Ademe (agence de maîtrise de l’énergie), notre projet est labellisé par le pôle de compétitivité mer, en compagnie d’autres sociétés du secteur. Mais rien ne vient, le lobby électro-nucléaire bloque l’émergence de cette nouvelle énergie ». Alors que la Grande-Bretagne a investi 140 millions d’euros dans des projets similaires afin de trouver une énergie de substitution à son pétrole offshore de la mer du Nord qui s’épuise, la France peine à consacrer les cinq millions d’euros manquants pour monter une usine de démonstration et d’affinement de la technique.

Echaudé par la lenteur du processus de décision sur les aides publiques et les diverses autorisations, Jean-François Daviau et Hervé Majastre se lancent avec le projet Sabella (1) dans l’expérimentation en mer. Début 2008, une première hydrolienne avec un rotor de trois mètres de diamètre sera installée à 19 mètres de profondeur près de Bénodet, dans l’estuaire de l’Odet. Ce démonstrateur d’une capacité de production de 10 kilowatts a pour objectif de démontrer l’efficacité du procédé . Puis, viendra la phase d’industrialisation.

 

1.      Sabella est labellisé par le pôle mer. Le consortium réunit Hydrohélix et aussi Sofresid, Dourmap et InVivo Environnement. Le financement du projet de démonstrateur d’un montant de 750.000 euros se partage entre 60% d’apports des entreprises et le solde de subventions publiques des collectivités locales.

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