Energie Houlomotrice : fonctionnement, avantages, inconvénients

L'énergie houlomotrice est issue de la puissance du mouvement des vagues. Bien que la quantité d'énergie générée par les vagues soit faible (1 watt/m² durant un an), celle-ci présente un potentiel énorme dans le cadre de la transition énergétique. En effet, l'énergie des vagues provient d'une source renouvelable, voire inépuisable. De nombreux systèmes en attente de maturité industrielle sont actuellement testés pour la production d'une électricité durable issue de l'énergie houlomotrice.

Comment fonctionne l'énergie houlomotrice ?

Comme son nom l'indique, l'énergie houlomotrice est issue de la houle, notamment de la succession des vagues. Celle-ci est également connue sous le nom de "énergie des vagues". Il s'agit donc d'une énergie inépuisable à fort potentiel pour répondre aux enjeux de la transition énergétique.

Son principe est simple : le vent forme les vagues en propageant une onde mécanique à la surface de la mer. Ces vagues, quant à elles, dégagent une énergie cinétique puissante, qu'il est possible de convertir en électricité. C'est ce phénomène que l'on appelle l'énergie houlomotrice.

Aujourd'hui, de nombreux dispositifs pour exploiter et récupérer l'énergie des vagues sont à l'étude, dont des systèmes immergés, à la surface, au large ou encore sur le rivage, etc. Ci-dessous quelques exemples de technologies actuellement en phase de test.

La chaîne flottante articulée

Il s'agit du procédé exploitant l'énergie houlomotrice le plus courant et le plus maîtrisé à ce jour. La chaîne flottante consiste en de longs flotteurs alignés dans le sens du vent et perpendiculaires aux vagues, qui sont maintenus à la surface grâce à de gros câbles sous-marins qui touchent le fond de la mer. En raison de son apparence, elle est parfois appelée "serpent de mer".

Quant au fonctionnement technique de ces flotteurs, les vagues créent une oscillation de la chaîne, qui permet de comprimer un fluide hydraulique entraînant à son tour l'activation d'une turbine. L'inconvénient de ce système "serpent de mer électrique" est qu'il est peu résistant aux conditions climatiques défavorables qui peuvent survenir très souvent au milieu de l'océan.

La paroi oscillante immergée

Ce dispositif est complètement immergé sous la mer. Il se présente sous la forme d'une paroi carrée fixée sur une tige centrale. Les mouvements des fonds marins font osciller la paroi, permettant alors d'actionner une turbine et de faire tourner un alternateur. Ici aussi, les limites de ce dispositif résident dans les conditions météorologiques, qui rendent difficile son immersion dans les fonds marins.

La colonne à oscillation verticale

On parle ici d'une structure flottante composée de masselottes, qui se servent des mouvements horizontaux ou verticaux de la mer pour activer une pompe. Cette pompe met sous pression un fluide qui va actionner une turbine, afin d'entraîner un alternateur pour produire l'électricité verte.

La colonne d'eau

Ce système se base sur une structure flottante en acier ou en béton, qui prend la forme d'une colonne ouverte à la base et fermée sur la partie supérieure. Les vagues entrent et sortent de cette colonne et font donc monter et descendre le niveau de l'eau.

Ces différents mouvements vont comprimer et décomprimer l'air existant dans la partie supérieure de la structure. Les compressions permettent à leur tour de faire tourner une turbine, qui actionne l'alternateur pour produire l'électricité. L'inconvénient de cette technologie est qu'elle est à ce jour la plus chère à mettre en place.

Le capteur de pression immergé

Le capteur de pression immergé est une structure immergée au fond de la mer qui capte le mouvement orbital des vagues et comprime un fluide hydraulique par une logique de montées-descentes. Le capteur le plus simple à utiliser est un ballon.

Le fluide comprimé peut être récupéré par un réseau de capteurs installé à terre, afin d'entraîner une turbine pour produire l'électricité.

Quels sont les avantages de l'énergie houlomotrice ?

Il est intéressant d'analyser les avantages et inconvénients de l'énergie houlomotrice, afin de réellement connaître son potentiel et ce qu'elle peut apporter. On sait que l'énergie houlomotrice provient d'une source inépuisable, ce qui présente un grand avantage pour la planète. Mais ce n'est pas tout, cette énergie dispose de nombreux autres atouts :

• Une énergie prévisible et non-intermittente : les vagues sont prévisibles plus d'une semaine à l'avance, contrairement à d'autres ressources renouvelables intermittentes comme l'éolien, qui n'est prévisible que quelques heures avant ;
• Une énergie plus fiable au niveau des saisons : une étude de l'Université de Victoria indique que la puissance des vagues dépend de la saison, avec une puissance plus importante en hiver. Les vagues sont également plus puissantes le soir - ce qui coïncide avec les périodes de forte demande énergétique. C'est un grand avantage par rapport au solaire et à l'éolien ;
• Une large surface d'exploitation : la quantité d'énergie générée par les vagues est peu importante, mais est compensée par la surface d'exploitation très vaste : 71 % de la surface de la Terre est recouverte par les mers et océans. D'ailleurs, le Conseil mondial de l’énergie estime que la production d'électricité par l'énergie houlomotrice pourrait couvrir environ 10 % de la demande mondiale énergétique annuelle. En France, cette énergie pourrait couvrir 93% de la consommation électrique annuelle des ménages, soit l'équivalent de 420 milliards de kilowattheures, grâce à la présence de la côte Atlantique ;
• Une énergie propre : évidemment, comme l'énergie houlomotrice est issue de la puissance des vagues, elle est classée parmi les énergies renouvelables. De plus, son exploitation implique un impact environnemental minime. Celle-ci ne produit ni émission de gaz ni déchets, contrairement à l'énergie solaire, par exemple, qui présente encore le problème de stockage physique peu écologique ;
• Une surface d'exploitation moins à risque : si l'on considère que la population mondiale est amenée à augmenter considérablement dans les années à venir, cela réduit largement les espaces possibles pour installer de nouveaux sites de production d'énergies renouvelables. L'énergie houlomotrice ne sera pas affectée par ce phénomène, car son exploitation se fait au niveau de la mer.

Quels sont les inconvénients de l'énergie houlomotrice ?

Même si l'énergie houlomotrice a un potentiel évident, elle présente encore de nombreux inconvénients, surtout dans la difficulté de son exploitation. C'est d'ailleurs pour cette raison que, malgré le grand nombre de technologies en phase de test, aucune centrale houlomotrice n'a encore atteint l'échelle industrielle.

• Une exploitation peu maîtrisée : à ce jour, la plupart des systèmes qui exploitent l'énergie houlomotrice peinent encore à s'adapter aux conditions météorologiques défavorables. En effet, ces technologies sont peu résistantes aux conditions les plus extrêmes, comme les tempêtes par exemple ;
• Un coût élevé : du fait de son exploitation encore peu maîtrisée, le coût d'exploitation de l'énergie houlomotrice est élevé. Les structures nécessitent des installations lourdes, pour peu de puissance. Il faut donc un investissement important, difficile à rentabiliser avec la production peu importante ;
• Une rentabilité difficile à évaluer : beaucoup de critères sont encore inconnus, ce qui rend difficile d'évaluer la rentabilité des centrales houlomotrices. Il faut considérer de nombreux éléments, comme le coût du raccordement électrique pour un système situé en pleine mer et loin du réseau de distribution, les coûts d'accessibilité et de transport lors de l'implantation en mer, les coûts d'entretien des équipements dans un milieu aussi hostile que les océans ;
• Une potentielle pollution visuelle : même si l'énergie houlomotrice est considérée propre et moins émettrice de gaz à effet de serre, la création d'usines houlomotrices pourrait impacter la faune et la flore. De plus, le fonctionnement des centrales houlomotrices implique des technologies lourdes pouvant affecter le plan esthétique en zone côtière.

Évolution et prévisions de l'énergie houlomotrice

Il est encore trop tôt pour se prononcer sur le potentiel de l'énergie houlomotrice, car celle-ci est en phase d'expérimentation. La recherche-développement s'effectue dans le monde entier afin de trouver la technologie la plus efficace et la plus rentable pour exploiter cette énergie novatrice.

En attendant l'aboutissement de ces différents projets et prototypes, plusieurs chiffres ainsi que des prévisions démontrent déjà que l'énergie houlomotrice - si elle est maîtrisée - possède bien des atouts sur les autres énergies, fossiles et renouvelables.

Les chiffres clés prévisionnels

Selon de nombreuses études, l'énergie houlomotrice est très prometteuse grâce à la grandeur de la surface maritime exploitable. Si les usines houlomotrices aboutissent à de bons résultats, l'énergie houlomotrice pourrait produire une quantité considérable d'électricité, avec peu d'émissions de CO2 :

• Certains organismes publics estiment la capacité mondiale de production d'énergie houlomotrice entre 2000 et 8000 TWh / an ;
• La production européenne annuelle pourrait atteindre les 150 TWh ;
• En Grande-Bretagne, le potentiel d’énergie électrique d’origine houlomotrice est évalué à 50 TWh par an, soit l’équivalent de 5 réacteurs nucléaires en fonctionnement ;
• En France, la capacité de production pourrait être de 40 TWh par an, soit l'équivalent de la production annuelle de 4 à 5 réacteurs nucléaires en fonctionnement ;
• Basées sur le critère du potentiel technique, les évaluations des systèmes énergétiques océaniques (OES) prévoient une capacité mondiale d'installation pour l'énergie houlomotrice de 337 GW d'ici à 2050. L'Agence internationale de l'énergie (AIE) estime la capacité d'installation à 63 GW (prise en compte du potentiel technique et des cadres politiques).

Les prochaines phases de test

Plus de 50 projets de recherche sur l'exploitation de l'énergie houlomotrice sont actuellement en cours dans le monde. À savoir qu'en Europe, ce sont les Britanniques qui sont aujourd'hui les plus avancés dans le développement des systèmes pour exploiter l'énergie houlomotrice.

Néanmoins, la France compte également quelques projets notables. Il ne faut pas oublier que l'Hexagone possède le 2ᵉ espace maritime au monde, avec 11 millions de km², et des milliers de kilomètres de côtes.

Ces projets sont actuellement testés jusqu'à ce qu'ils atteignent des résultats satisfaisants, c'est-à-dire jusqu'à ce qu'ils puissent répondre aux enjeux techniques et financiers autour de la production d'électricité via l'énergie houlomotrice, qui sont essentiellement :

• La résistance des installations aux conditions climatiques les plus extrêmes, comme une tempête de force 10 par exemple ;
• La rentabilité de coût de raccordement électrique pour les systèmes situés loin du réseau et en plein milieu de l'océan ;
• La diminution des coûts d'entretien des équipements soumis à de grandes épreuves au quotidien, étant situés dans un milieu très hostile ;
• La rentabilité des coûts d'installation, incluant les coûts de transport, d'accessibilité, d'ancrage, etc. ;
• Les enjeux environnementaux, notamment comment faire en sorte que les installations n'interfèrent pas sur la faune, la circulation en mer et les activités de pêche.