Offshore

Reportage

Une plateforme d'essais en mer pour la production d'électricité à partir des vagues

C'est une première en France. Hier, à Nantes, a été annoncée l'ouverture à l'été 2010, au Croisic, d'un site expérimental destiné à accueillir des unités offshores produisant de l'énergie électrique à partir des vagues. Soutenu par l'Etat et la région des Pays-de-la-Loire dans le cadre du contrat de projet 2007-2013, le Système d'Expérimentation en Mer pour la Récupération de l'Energie des Vagues (SEM-REV) nécessitera un investissement de 5.5 millions d'euros (*). Ce site, éloigné d'une quinzaine de kilomètres de la côte, est destiné à accueillir différents concepts d'engins développés pour produire de l'électricité à partir du mouvement des vagues. Alors que la montée en puissance des énergies renouvelables devient une préoccupation mondiale, le concept des « fermes houlomotrices » existe depuis les années 30. Toutefois, jusqu'ici, la technologie disponible ne permettait pas une production d'énergie suffisante. Grâce aux avancées techniques, c'est désormais possible et plusieurs machines ont été imaginées par les chercheurs (elles seront reliées au réseau électrique terrestres via des câbles). Les Britanniques, très en pointe, ont conçu le Pelamis, une sorte d'énorme serpent flottant (chacun des trois tronçons le constituant étant long comme quatre rames de TGV). Les articulations de cet engin, lorsqu'elles se déforment avec la houle, actionnent des pompes hydrauliques entrainant un générateur électrique. Alors qu'un site d'expérimentation est déjà ouvert dans les îles Orcades, au nord de l'Ecosse, une première ferme de Pelamis vient d'être inaugurée, à titre d'essais, au large des côtes portugaises.


Vue simplifiée du site (© : ECOLE CENTRALE DE NANTES)

L'Ecole Centrale de Nantes planche sur le Searev

Légèrement en retard par rapport aux anglo-saxons, du moins dans l'étape d'expérimentation, les Français veulent mettre les bouchées doubles. En 2006, l'Ecole Centrale de Nantes avait présenté sa vision d'une ferme « houlomotrice », avec le Système électrique autonome de récupération de l'énergie des vagues (Searev). Cet engin de 26 mètres de long, 10 mètres de large et présentant une masse de 1000 tonnes, a été imaginé pour pouvoir être amarré à une quinzaine de kilomètres des côtes, par des profondeurs d'eau de 30 à 50 mètres. Ce gros flotteur en acier soudé serait alors ballotté par les vagues. « Une roue de 9 mètres de diamètre, placée à l'intérieur, fonctionne comme un pendule. Dans son balancement, elle entraine des pistons qui, en bout de chaîne, font tourner un générateur », explique Alain Clément, chercheur responsable du projet à Centrale Nantes. Le système permet de contrôler les mouvements de la roue. « Il faut imaginer une balançoire. Une commande bloque la roue et ne la relâche que lorsqu'elle est au plus haut, ce qui amplifie le mouvement ». Lancées en 2002, les études sur le Searev ont mobilisé une dizaine d'ingénieurs et trois laboratoires de Centrale Nantes, du CNRS et de Normale Sup à Cachan. Très différent extérieurement du Pelamis, le Searev ne doit pas son design au hasard. « Avant d'aboutir au design actuel, nous avons testé plus de 30.000 combinaisons, avec des logiciels d'optimisation des formes analogues à ceux de l'industrie automobile ou aéronautique ». Pour le chercheur français, l'avantage du Searev par rapport à d'autres projets immergés est sa simplicité : « Nous avons cherché la robustesse et l'intelligence dans des composants basiques. La machine s'accommode des marées, s'oriente seule face aux vagues et peut supporter des tempêtes, la roue n'ayant pas de butée. Elle peut donc travailler n'importe où, sauf dans une zone où les courants transversaux sont trop forts ».


Alain Clément devant la maquette du Searev (© : ECOLE CENTRALE DE NANTES)

25 MW sur 1 km² de surface maritime

Afin de vérifier les calculs, une maquette au 1/14ème du Searev a été testée dans le bassin d'essais des carènes de l'Ecole Centrale. Ces campagnes ont démontré la pertinence du système, non seulement dans sa capacité à produire de l'énergie, mais aussi dans sa « survivabilité ». Car, en cas de gros temps, le flotteur doit pouvoir résister. « Il est à même de résister aux tsunamis, car éloigné de la côte, et a même été testé en bassin face à des déferlantes de 30 mètres de creux. Il a tenu sans problème », se félicite Alain Clément.
Le Searev affiche une puissance de 500 kW à 1 MW. A terme, l'idée est d'installer en mer des fermes comprenant plusieurs dizaines de machines. Sur une surface d'1 km2, environ 25 MW seraient installés. Toutefois, en raison de conditions climatiques plus ou moins favorables, on estime que seulement un tiers de cette puissance installée serait récupérée dans l'année. Malgré tout, cela permettrait d'alimenter en électricité entre 7 et 8000 foyers, hors chauffage.


Coupe du Searev (© : ECOLE CENTRALE DE NANTES)

On notera que, par rapport aux éoliennes, les rendements sont annoncés comme très bons. « Lorsqu'on parle d'une éolienne de 1 MW, cette puissance est donnée pour un fonctionnement ininterrompu sur un an, soit un peu plus de 8700 heures. Or, en réalité, une éolienne offshore ne va fonctionner que 3000 à 3500 heures par an. Les machines terrestres ne tournent quant à elles qu'autour de 2500 heures. Pour ce qui est de l'énergie des vagues, sur un bon site, nous pourrons atteindre 4000 heures de fonctionnement et même plus sur de très bons sites ». Après les simulations numériques et les tests en bassin, le Searev doit maintenant se mesurer, grandeur nature, aux éléments. A Centrale Nantes, on espère que le premier prototype à l'échelle 1 sera opérationnel en 2010, pour l'ouverture du SEM-REV du Croisic. Comme la réalisation de cette toute première machine pourrait coûter une dizaine de millions d'euros, les chercheurs comptent sur le financement de groupes privés, dont plusieurs seraient intéressés (on avait évoqué Areva et Saipem il y a deux ans). De manière générale, « les plus grands groupes mondiaux, comme Total, General Electric ou Siemens s'intéressent à l'énergie des vagues. Quant à la réalisation du prototype, plusieurs entreprises de la région nantaises se sont candidates pour construire cette machine », rappelle Alain Clément. Selon le chercheur, le projet peut déboucher sur la création d'une véritable filière, à la fois pour le marché national, mais également à l'export. La production en série permettrait de réduire significativement les coûts, qui ne seraient alors plus que de 2 à 3 millions d'euros par machine.


Le Searev au bassin d'essais des carènes (© : ECOLE CENTRALE DE NANTES)

Développer l'économie maritime. De l'expérimentation à l'exploitation

Indépendant du site d'expérimentation SEM-REV, le Searev sera, peut être, l'un des premiers engins à être testé au large du Croisic, une zone retenue en raison de la proximité de la côte et des infrastructures du port de Nantes Saint-Nazaire. « Le site a pour but de s'ouvrir à un nombre significatifs de clients, qu'il s'agisse du Pelamis, du Searev ou d'autres projets. Une dizaine de projets sont déjà dans une phase de prototype industriel et une dizaine d'autres dans une pré-phase. Il y a donc un véritable marché », assure Patrick Chedmail, de l'Ecole Centrale de Nantes. La plateforme comportera des moyens de mesure et de contrôle des paramètres externes (vent, hauteur des vagues, température...) et internes aux prototypes. Une infrastructure sera également créée pour récupérer à terre l'énergie produite par la, ou les machine(s) installées en mer. Il s'agit, ni plus ni moins, d'une « prise électrique marine ».
Après la construction d'un premier site expérimental en Loire Atlantique, les partenaires du projet envisagent déjà l'implantation de sites d'exploitation devant le littoral de la région. Une première ferme de production pourrait, ainsi, voir le jour devant l'Ile d'Yeu. Il faudra alors, comme au Croisic, convaincre les acteurs locaux de l'intérêt de tels systèmes. A l'instar des éoliennes offshores, les fermes houlomotrices peuvent, en effet, être perçues comme une contrainte, voir un manque à gagner pour les plaisanciers et les pêcheurs. « Il faut travailler en amont et trouver des compromis dans lesquels chacun se retrouve. Il faut expliquer et montrer notre volonté sur la diversification de l'énergie, ce qui est très important pour nos territoires », estime Jacques Auxiette, président du Conseil régional. Construction, maintenance, vente à l'export... Au Conseil général de Loire Atlantique, on met également en avant les retombées économiques et sociales de tels projets. « En matière d'innovations, il faut très en amont ancrer une activité au territoire pour éviter qu'elle ne s'en aille ailleurs. Localement, nous avons ce qu'il faut pour concevoir et construire ces machines. Et il y a une véritable opportunité d'emplois captifs sur la zone littorale, par exemple pour assurer l'entretien ».


Eoliennes offshores (© : WPD OFFSHORE FRANCE)

Diversification du bouquet énergétique : A la conquête de la mer

Dans le cadre du développement des énergies renouvelables, la mer offre semble-t-il un énorme potentiel. L'utilisation la plus connue est celle des éoliennes offshores. Déjà développé dans les pays du nord de l'Europe, ces champs éoliens n'ont pas encore vu le jour en France. Plusieurs projets sont toutefois en cours, principalement en Manche, mais aussi depuis peu au large de l'Ile d'Yeu (présenté par WPD Offshore France). Les investissements restent néanmoins lourds. Le coût de la construction des 120 générateurs projetés au large de la Vendée est par exemple annoncé à 1.5 milliard d'euros pour une puissance installée de 600 MW et emprise sur la mer de 70 kilomètres carrés. Aux côtés des éoliennes offshores qui, bien que localisées en mer, utilisent par définition le vent, des dispositifs ont été conçus pour recueillir l'énergie marine. Car, selon l'Agence Internationale de l'Energie, l'énergie des vagues dispose de la ressource la plus abondante de toutes les énergies renouvelables marines. On estime, ainsi, que l'énergie récupérable de ce gisement brut pourrait s'élever à 5000 TWh/an, soit pratiquement le tiers de la consommation mondiale d'électricité. (17.000 TWh en 2004).



Les différents dispositifs

Plusieurs dispositifs destinés à recueillir l'énergie marine sont déjà en service ou à l'état de projets. Le plus connu est l'usine marémotrice, à l'image de la centrale installée sur la Rance, en Bretagne, et qui produit son énergie grâce aux marées.
Utilisant le même principe que les éoliennes, mais dans l'eau, les hydroliennes sont quant, à elles, placées sur le fond de la mer, dans une zone de courants, les hélices faisant tourner des générateurs. Un modèle du genre, imaginé par la société bretonne Hydrohelix, a été immergé à titre d'expérimentation, il y a quelques mois, devant Bénodet (Finistère).


Hydrolienne (© : HYDROHELIX ENERGIES)

Il existe aussi un système à colonne d'eau oscillante, sorte de gros tube dans lequel les vagues viennent s'engouffrer. Le système utilise la compression de l'air par l'oscillation de l'eau dans une chambre fermée. Des turbines sont ensuite actionnées mécaniquement par l'air sous pression. Deux centrales expérimentales de ce type existent en Europe. L'équipement présente toutefois le désavantage d'imposer une importante emprunte terrestre, ce qui rend difficile son incorporation dans le paysage et, en France, se heurte à la loi littoral (un dispositif offshore est étudié).
Autre système, le dispositif dit « par déferlement », a été imaginé pour faire monter les vagues sur un large plan incliné. L'eau rempli divers étages de réservoirs et retourne à la mer via des turbines. Là encore, l'intégration dans un environnement naturel reste problématique, d'où l'idée d'installer ces équipements en mer.
Un autre concept porte sur une machine posée au fond de la mer, sorte de grosse cloche, doté d'un système de pompage transférant l'eau sous pression jusqu'à la terre. Il utilise l'oscillation de l'eau induite par les vagues et ressentie dans toute la hauteur d'eau.


Le Pelamis (© : DROITS RESERVES)

Et il y a enfin le procédé par flotteur, tel le Pelamis ou le Searev. Pour Alain Clément, ces machines offrent de nombreux avantages, tant en matière de respect de l'environnement que de rendement ou d'impact environnemental : « Par rapport à des systèmes comme la colonne d'eau oscillante, ce principe permet d'aller chercher au large l'énergie des vagues. Il présente une plus grande facilité de déploiement et un meilleur rendement, l'énergie des vagues se dégradant à mesure qu'elles se rapprochent des côtes ». Dans le contexte actuel, les nouveaux gisements énergétiques d'origine naturelle devrait, en tous cas, connaître un coup d'accélérateur dans les prochaines années.
En France, suite au Grenelle de l'Environnement, l'Etat s'est engagé d'ici 2050 à diviser par quatre les émissions de gaz à effet de serre telles qu'elles étaient en 1990. Dans le même temps, l'objectif de la part des énergies renouvelables dans la consommation française a été fixé à 20% en 2020.
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(*) L'Etat financera le projet à hauteur de 1.56 million d'euros (Ministère de la Recherche et CNRS), la région Pays-de-la-Loire abondera à hauteur de 2.19 millions d'euros, le Conseil général de Loire Atlantique pour 500.000 euros et le FEDER pour 1.25 million d'euros.