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L’énergie des vagues et de la houle
La puissance des vagues comme celle de la houle est impressionante. Est-il possible de la récupérer ? où en sont les recherches ?
L’énergie des vagues et de la houle
L’énergie des vagues n’est jamais qu’une forme particulière de l’énergie solaire. Le soleil chauffe inégalement les différentes couches atmosphériques ce qui entraîne des courants aériens (vents) eux-mêmes responsables par frottement des mouvements qui animent la surface de la mer (courants, houle, vagues).
Les vagues créées par le vent à la surface des mers et des océans transportent de l’énergie. Lorsqu’elles arrivent sur un obstacle flottant ou côtier elles peuvent céder une partie de cette énergie qui peut être transformée en courant électrique. C’est là où les vents sont les plus forts, entre 40° et 60° de latitude, que la puissance des vagues est maximum.
Entre 1970 et 1990 environ, des pays comme le Japon, la Norvège, l’Angleterre ont construit les premiers prototypes. Depuis, l’Inde, la Suède, l’Espagne, l’Irlande, le Danemark, la Grèce se sont joint à eux et, après quelques déboires, la recherche est repartie depuis les années 90. Malgré un potentiel important, la France est pratiquement absente dans ce secteur.
Ressource totale et ressource effectivement accessible
La puissance moyenne transportée par les vagues est donnée en kW par mètre linéaire. Elle est proportionnelle à la période des vagues (durée qui sépare l’arrivée de deux crêtes de vagues successives) et au carré de la hauteur de la vague (distance entre le creux et la crête).
Ce potentiel est de 63 kW/m au large d’Ouessant, de 50 kW/m en moyenne sur la côte Atlantique et de 8 kW/m en méditérranée.
On caractérise également l’énergie des vagues par l’énergie qui arrive pendant une année sur un mètre linéaire d’installation.
Sur la côte Atlantique française ce potentiel est de 420 MWh/m. Sur 1000 km de côte Atlantique l’énergie annuelle transportée par les vagues est 420 TWh, c’est l’ordre de grandeur de l’énergie électrique totale consommée en France chaque année.
Bien entendu cette ressource totale est très supérieure à la ressource effectivement accessible en tenant compte des limitations techniques et des limitations naturelles ou légales qui réduisent le domaine utilisable, sans parler de l’acceptabilité sociale qui peut interdire encore certains sites. En Angleterre la ressource techniquement accessible est estimée entre 60 et 87 TWh/an.
Les installations
De très nombreux dispositifs ont été expérimentés avec deux grandes catégories : les dispositifs côtiers et les dispositifs de pleine mer (off-shore).
Les premiers utilisent le déferlement des vagues, les seconds utilisent les variations du niveau de la mer lors du passage de la houle. Les premiers sont faciles à construire et à entretenir mais leur rendement est nettement moins bon que les dispositifs off-shore qui exploitent des vagues plus puissantes et plus régulières. Nous ne décrivons ici que des installations qui ont atteint un niveau du développement industriel.
Dispositifs côtiers (quelques exemples) :
le TAPCHAN (projet norvégien de 350 kW réalisé en 1985).
Le niveau de l’eau s’élève au fur et à mesure que se rétrécit le passage entre les deux murs. L’eau passe par dessus le mur du réservoir. Elle retourne ensuite à la mer en traversant une turbine qui fournit de l’électricité.
Dispositif dit OWC (Oscillating Water Column, colonne d’eau oscillante) lorsque la vague monte sur le dispositif elle repousse la colonne d’air du caisson à travers une turbine Wells. Lorsque l’eau descend, l’air rentre dans le caisson à travers la même turbine qui tourne toujours dans le même sens.
En Angleterre, le Département de l’Energie a financé une recherche extensive sur ce problème entre 1974 et 1983 avec pour objectif la réalisation d’une station de 2 GW. Plusieurs dispositifs furent étudiés qui se révélèrent non rentables. Le programme fut poursuivi mais réduit à une petite station cotiére.
L’échec de ces projets à fournir une électricité économiquement utilisable plongea cette technologie dans une crise de crédibilité difficile à surmonter.
Depuis le milieu des années 90, des projets resurgissent portés essentiellement par des petites entreprises ce qui se traduit par divers projets à travers le monde.
Plusieurs installations de ce type existent à travers le monde :
L’usine pilote européenne de Pico aux Açores prête à expérimenter diverses technologies associées aux colonnes oscillantes. Le site de Wavegen Limpet en Ecosse qui, avec une nouvelle contruction pour abaisser les coûts, entre en service actuellement. Le projet Energetech australien avec un mur parabolique pour concentrer l’énergie des vagues sur le collecteur et améliorer l’économie du dispositif.
En pleine mer (off shore)
Ces dispositifs utilisent les régimes de vagues les plus puissants accessibles en eau profonde (>40m). Ils sont de plusieurs types :
Archimede Wave Swing (AWS, voir l’illustration ci dessus) :
Il s’agit d’un cylindre mobile (le flotteur) rempli d’air qui coulisse sur un cylindre fixé au fond de la mer. En l’absence de vague le flotteur est en équilibre.
Lorsque le sommet de la vague passe sur le flotteur la surpression enfonce le flotteur. Au creux de la vague la dépression fait remonter le flotteur. Le va et vient du flotteur par rapport au cylindre fixe entraîne une dynamo linéaire productrice de courant électrique.
Une installation pilote de ce type est en cours de réalisation au large du Portugal. C’est la plus puissante unité construite (2 MW).
Aspects économiques
L’évaluation des coûts de production a fait l’objet de nombreuses analyses. Elles montrent une réduction sensible des coûts pour un projet AWS de 8 MW de 6 centimes d’euro par kWh(0.4F/kWh) avec en perspective 5 centimes d’euro/kWh(0.3F/kWh). Pour un parc complet d’AWS le coût espéré est de 3 centimes d’euro/kWh (0.2F/kWh). Cela signifie que ces ensembles sont d’ores et déjà compétitifs sur le marché de la production d’électricité pour des sites isolés non connectés à un réseau.
Le marché potentiel
Des plans bien avancés existent pour créer une capacité de 10MW dans les 5 ans à venir. Des perspectives plus avancées sont hasardeuses mais plusieurs compagnies ont déjà des projets d’installation de plusieurs MW/an.
Des évaluations de marché potentiel ont été faites qui montrent que la contribution de l’énergie des vagues pourrait dépasser 2000TWh/an ce qui est du même ordre de grandeur que l’énergie du grand hydraulique à travers le monde.
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