Énergie marémotrice et houlomotrice : Exploiter la puissance de l'océan

Les océans du monde couvrent approximativement soixante et onze pour cent de la surface de la terre et contiennent une quantité énorme d'énergie cinétique et potentielle sous forme de marées, de vagues, de courants et de gradients thermiques. Cette énergie océanique — entraînée par l'attraction gravitationnelle de la lune et du soleil (pour les marées), par le vent transférant de l'énergie à la surface de l'eau (pour les vagues), et par le réchauffement solaire des eaux de surface (pour les gradients thermiques) — représente l'une des ressources d'énergie renouvelable les plus sous-exploitées de la planète. Les estimations théoriques du potentiel mondial techniquement exploitable de l'énergie océanique se mesurent en milliers de térawattheures par an — plusieurs fois la consommation mondiale actuelle d'électricité — pourtant, au milieu des années 2020, l'énergie océanique contribue à moins d'un pour cent de la production mondiale d'électricité.

Le développement lent de l'énergie océanique par rapport à l'énergie éolienne et solaire reflète les extraordinaires défis d'ingénierie liés au déploiement, à l'exploitation et à la maintenance de machines en milieu marin. L'océan est peut-être l'environnement le plus hostile de la terre pour les équipements mécaniques et électriques : l'eau de mer corrosive et les salissures biologiques attaquent les matériaux et les surfaces ; les vagues et les ondes de tempête imposent des charges dynamiques bien au-delà de celles subies par toute structure terrestre ; les câbles et les fondations doivent être conçus pour des décennies de service sur le fond marin ; et l'accès pour la maintenance est difficile et coûteux, en particulier dans les puissants courants de marée et les conditions de houle atlantique exposée où se trouvent les meilleures ressources. Les machines qui exploiteront commercialement l'énergie océanique doivent être suffisamment robustes pour survivre dans des conditions qui ont coulé des navires et détruit des structures, tout en restant économiquement compétitives par rapport à l'énergie éolienne et solaire dont les coûts ont considérablement diminué au cours des dernières décennies.

Malgré ces défis, l'énergie marémotrice — en particulier la technologie des barrages marémoteurs sur des sites à marnage exceptionnel — a démontré sa viabilité commerciale depuis les années 1960. Le barrage marémoteur de la Rance en Bretagne, en France, qui produit de l'électricité en continu depuis 1966, demeure la démonstration la plus durable au monde de l'énergie marémotrice et a produit plus d'électricité à partir de l'océan que toute autre installation dans l'histoire. Une nouvelle génération d'hydroliennes — des dispositifs sous-marins analogues aux éoliennes mais entraînés par les courants de marée plutôt que par le vent — démontre sa viabilité commerciale sur des sites à forts courants de marée en Écosse, au Canada, en France et ailleurs.

L'énergie houlomotrice, malgré des décennies de recherche et des centaines de concepts de dispositifs, reste au stade du développement précommercial, aucune technologie n'ayant encore fait ses preuves à l'échelle et aux coûts nécessaires à un déploiement généralisé. L'histoire de l'énergie houlomotrice est jalonnée de dispositifs prometteurs qui ont échoué aux tests structurels, se sont révélés plus coûteux que prévu, ou ont été abandonnés lorsque le financement s'est tari — pourtant la physique fondamentale de l'extraction de l'énergie des vagues est bien comprise, et la ressource est énorme. Les défis technologiques et économiques de l'énergie houlomotrice sont réels, mais pas nécessairement insurmontables.

La conversion d'énergie thermique des océans (CETO) — utilisant la différence de température entre les eaux de surface tropicales chaudes et les eaux profondes froides pour entraîner un moteur thermique — et l'énergie osmotique (utilisant la différence de salinité entre l'eau douce et l'eau salée) représentent des formes supplémentaires d'énergie océanique qui ont été démontrées mais pas encore commercialisées.

La physique des marées : forces gravitationnelles et marnages

Les marées — la montée et la descente du niveau de la mer deux fois par jour (dans la plupart des endroits) — sont entraînées par l'attraction gravitationnelle de la lune et, dans une moindre mesure, du soleil sur les océans terrestres. L'attraction gravitationnelle de la lune crée deux renflements dans l'océan — l'un du côté de la terre faisant face à la lune, et l'autre du côté opposé — que la terre en rotation traverse, produisant deux marées hautes par jour. L'effet gravitationnel du soleil sur les marées est approximativement quarante-six pour cent aussi fort que celui de la lune.