L'avenir de l'intégration des infrastructures de l'énergie à marée et à vague

L'importance croissante de l'énergie océanique

L'énergie de marée et d'onde représente l'une des plus grandes ressources renouvelables inexploitées de la planète. Les océans couvrent plus de 70% de la surface de la Terre et transportent un énorme stock d'énergie cinétique et potentielle. Contrairement au solaire et au vent, qui varient selon les conditions météorologiques et le moment de la journée, l'énergie de l'océan est hautement prévisible.

À l'échelle mondiale, le potentiel technique de l'énergie océanique est estimé à plus de 300 gigawatts (GW) de capacité installée pour l'énergie marémotrice seule, tandis que l'énergie des vagues pourrait dépasser 10 000 térawattheures par an, soit à peu près la même que la demande mondiale d'électricité. Actuellement, la capacité installée est inférieure à 1 GW, mais le secteur s'accélère. L'Agence internationale des énergies renouvelables (IRENA) prévoit que l'énergie océanique pourrait atteindre 350 GW d'ici 2050, fournie par un mélange de barrages marémoteurs, de dispositifs de marées, de convertisseurs d'énergies marémotrices et d'autres systèmes innovants.

Innovations technologiques favorisant l'intégration

Les percées récentes dans les sciences des matériaux, l'électronique électrique et l'hydrodynamique rendent les technologies d'énergie océanique plus efficaces, durables et rentables.

Turbines et convertisseurs d'énergie avancés

Les turbines modernes utilisent des pales à points variables, des générateurs d'aimants permanents à entraînement direct et des matériaux composites qui résistent à l'eau salée et à la biosoudure. Des entreprises comme Orbital Marine Power ont développé des turbines à marée flottantes pouvant être remorquées en eau profonde, évitant ainsi une construction en mer coûteuse. Pour l'énergie des vagues, les bouées à absorption ponctuelle et les colonnes d'eau oscillantes intègrent maintenant des algorithmes de contrôle adaptatifs qui harmonisent la réponse de l'appareil aux états marins en temps réel, augmentant l'efficacité de capture de 20 à 30 %.

Connexion au réseau et câblage sous-marin

L'un des principaux obstacles à l'intégration a été la transmission de l'énergie des réseaux offshore aux réseaux terrestres. Les câbles modernes à courant alternatif haute tension (CVAC) et à courant direct haute tension (HVDC) réduisent les pertes de transmission sur des dizaines de kilomètres. Les câbles dynamiques, capables de fléchir avec le mouvement des vagues, sont maintenant déployés aux côtés des dispositifs flottants.

Stockage de l'énergie pour un bon déroulement des opérations

Si l'énergie marémotrice est prévisible, elle produit une accalmie deux fois par jour. L'énergie des vagues fluctue avec les tendances de la houle. L'utilisation de l'énergie océanique et du stockage, que ce soit des batteries au lithium-ion, de l'hydroélectricité pompée ou des technologies émergentes comme l'électrolyse de l'hydrogène, assure une alimentation en énergie régulière et expéditable.

Jumelles numériques et entretien prédictif

La technologie numérique à double usage, qui permet de reproduire virtuellement chaque appareil, permet aux opérateurs de simuler les performances dans des conditions différentes, de détecter l'usure avant défaillance et de planifier l'entretien en temps calme. Les modèles d'apprentissage automatique formés sur des années de données océaniques prévoient maintenant des hauteurs et des courants d'onde avec plus de 90 % de précision, ce qui permet un programme d'alimentation en temps réel qui s'harmonise avec la demande du marché.

Défis et possibilités

Malgré des progrès rapides, l'intégration à grande échelle est confrontée à de sérieux obstacles. Des coûts d'investissement élevés, permettant la complexité et les incertitudes environnementales demeurent.

Impacts environnementaux et écologiques

Les barrières à marée peuvent modifier le transport des sédiments et la migration des poissons; les turbines posent des risques de collision pour les mammifères marins; les dispositifs d'onde peuvent créer du bruit et des champs électromagnétiques. Pourtant, les recherches montrent que des réseaux bien implantés et conçus peuvent coexister avec la vie marine. Les nouvelles conceptions de turbines intègrent des lames adaptées aux poissons aux bords arrondis et aux vitesses de pointe inférieures.

Viabilité économique et appui aux politiques

Pour le flux de marée, le coût de l'énergie (LCOE) pour l'énergie marémotrice et houleuse dépasse historiquement 300 euros/MWh, mais les coûts diminuent. Pour le flux marémoteur, le LCOE en Europe a chuté en dessous de 150 euros/MWh, et l'objectif 2030 pour l'énergie marémotrice est de 100 euros/MWh. L'élargissement des réseaux, la normalisation des conceptions et l'exploitation des chaînes d'approvisionnement manufacturières à partir de l'éolien offshore peuvent entraîner de nouvelles réductions.

Complexités techniques et logistiques

Les coûts des navires, les fenêtres météorologiques et les pannes de systèmes d'amarrage ont été entassés dans les premiers projets. Cependant, les innovations dans les plates-formes auto-installantes — fondations lestées qui s'enfoncent dans la place sans élévateur lourd — et les robots autonomes d'inspection sous-marine réduisent ces coûts.

Projets émergents et études de cas

Plusieurs projets novateurs dans le monde démontrent la faisabilité d'une intégration à une échelle significative.

MeyGen (Écosse)

Situé dans la région de Pentland Firth, le réseau de marées MeyGen de 6 MW produit depuis 2016 quatre turbines de 1,5 MW et a exporté plus de 60 GWh vers le réseau britannique. MeyGen's a réussi à réaliser une approche progressive, à surveiller méticuleusement les fonds marins et à raccorder le réseau par une station terrestre existante.

Centrale électrique à marée du lac Sihwa (Corée du Sud)

Construit en 2011, le barrage Sihwa de 254 MW est la plus grande installation de production d'électricité à marée au monde. Il génère de l'électricité à l'aide de 10 turbines submergées qui captent l'énergie comme débit d'eau à travers les barrières de barrage. L'intégration de Sihwas au réseau South Korea est simple parce que sa production est prévisible et fonctionne comme une usine de charge de base.

WaveRoller (Portugal)

Le dispositif WaveRoller, installé à Peniche, utilise un panneau articulé qui oscille avec des ondes près de la côte pour conduire un générateur hydraulique. Le projet est connecté au réseau portugais depuis 2019 et fait partie du réseau d'essais du Centre européen de l'énergie marine. Sa conception innovante montée sur fond évite les risques de collision pour la vie marine et simplifie l'amarrage.

Rôle des politiques et de la coopération internationale

Les stratégies énergétiques nationales doivent explicitement inclure les énergies marines renouvelables dans les plans d'expansion des réseaux, et les cadres réglementaires doivent simplifier les permis tout en protégeant les milieux marins. L'association commerciale Ocean Energy Europe préconise une cible spécifique pour l'énergie océanique dans la directive de l'Union européenne sur les énergies renouvelables. De même, le Conseil de l'énergie marine du Royaume-Uni a demandé un budget renforcé pour la R& sur les marées et les vagues;D. La collaboration internationale, telle que l'initiative Ocean Energy Systems (OES), sous l'égide de l'Agence internationale de l'énergie, facilite le partage d'informations sur l'évaluation des ressources, les essais d'appareils et la surveillance de l'environnement, qui accélère l'apprentissage et réduit les doubles emplois.

Perspectives d'avenir : une révolution de l'énergie bleue

En ce qui concerne l'avenir, l'intégration de l'énergie marémotrice et des vagues dans les réseaux nationaux suivra une trajectoire similaire à celle de l'éolien offshore : des démonstrations à un seul appareil aux réseaux multiappareils, puis aux grandes exploitations reliées par des pôles énergétiques offshore. D'ici 2035, on pourra voir des plates-formes hybrides combinant éoliennes, panneaux solaires, convertisseurs d'énergie des vagues et même électrolyseurs à hydrogène, tous reliés à la rive par un câble sous-marin.

L'énergie marémotrice, avec ses cycles quotidiens persistants, peut servir de ressource de base renouvelable - lorsqu'elle est jumelée à une petite quantité de stockage. L'énergie des vagues, qui atteint souvent des sommets en hiver lorsque le soleil est faible, fournit un complément saisonnier précieux dans les latitudes tempérées.

Les prévisions d'investissement de Bloomberg NEF suggèrent que les investissements globaux cumulatifs dans l'énergie océanique pourraient atteindre 30 à 50 milliards de dollars d'ici 2040, soutenant ainsi des centaines de milliers d'emplois dans les communautés côtières.Les grappes de fabrication pourraient émerger dans des régions à fort patrimoine de génie marin — Écosse, France , Bretagne, Pacifique Nord-Ouest des États-Unis et Japon.