VAGUES TECHNOLOGIQUES

Une centaine de projets d'énergies houlomotrices sont à l'étude. Certains prototypes testés en mer atteignent une puissance suffisante pour envisager la création de sites de plusieurs mégawatts.

L'unité est modeste : 300 kW. Mais c'est une première industrielle mondiale. Depuis quelques mois, sur la digue du port de Mutriku, entre Bilbao et San Sebastian, se trouve un système qui produit de l'électricité pour l'opérateur espagnol EVE (Ente Vasco de la Energia) à partir de... l'énergie des vagues. Mis en oeuvre par l'allemand Voith Hydro, ce système repose sur le mouvement d'une colonne d'eau oscillante sous l'effet des vagues déferlant sur le rivage, qui comprime de l'air afin de faire tourner une turbine et produire de l'électricité. Ce projet abouti est un exemple parmi d'autres de l'étonnante prolifération des technologies autour de l'énergie des vagues. « On estime qu'il en existe une centaine à l'étude et une dizaine qui émergent », précise Frédéric Le Lidec, directeur des activités Énergies marines chez DCNS. L'équipementier naval construit un démonstrateur du système CETO de récupération de l'énergie de la houle, qui doit être testé à La Réunion dans quelques mois. Il va aussi mener, avec le finlandais Fortum, une étude de faisabilité en France, avec notamment la technologie d'AW-Energy. La filière encore naissante de l'énergie houlomotrice commence à faire le tri parmi la multitude des procédés imaginés par les ingénieurs. Toutefois, alors que les constructeurs d'hydroliennes se rallient à des conceptions plutôt « sages », dans l'énergie des vagues, les prototypes préindustriels restent des objets surprenants.

De surprenantes machines

Ainsi, le « serpent de mer » P2 de Pelamis Wave Power. De la taille d'un train (150 mètres de long, 3,5 mètres de diamètre), il oscille sur les vagues et affiche une puissance nominale de 750 kW. Ou l'« huître » Oyster 800 d'Aquamarine Power (26 mètres de large). En « baillant » au gré de la houle, elle pourrait faire aussi bien. Les deux machines sont actuellement en test à l'Emec, le centre européen de l'énergie marine, situé au nord de l'Écosse. Elles représentent les deux grandes catégories de systèmes houlomoteurs en développement. La différence? Certains effectuent la conversion en électricité directement en mer, tandis que d'autres ont leur unité de production électrique sur le rivage. C'est bien sûr le cas du système à colonne d'eau oscillante (OWC) de Voith Hydro, entièrement onshore. Mais aussi de l'Oyster 800, qui déporte la production électrique sur la côte. Cette option ne manque pas d'atouts. « L'unité hydroélectrique onshore est facilement accessible pour la maintenance et par tous les temps », souligne Martin McAdam, le président d'Aquamarine Power. En effet, avec l'Oyster 800, la force des vagues est utilisée pour actionner des pistons, comprimer de l'eau et l'envoyer via une canalisation vers la côte. C'est à ce niveau-là que l'eau sous pression fait tourner une turbine hydroélectrique. Mise à l'eau cet été, la machine devrait produire de l'électricité avant la fin de l'année. Restait à assurer la maintenance de la partie du système qui se trouve dans l'eau. Pour répondre aux problèmes d'accessibilité, Aquamarine Power a conçu la partie hydraulique de l'Oyster sous la forme d'une « cartouche » que l'on peut aisément retirer et remettre en place. « Nous allons tester ce principe début 2012, même si la mer est mauvaise », affirme Martin McAdam.

Trouver le bon compromis

Mais la principale innovation de l'Oyster 800, c'est sa taille industrielle. La machine est 50 % plus grande et 2,5 fois plus puissante que le premier prototype d'Aquamarine. Il est prévu d'en installer trois exemplaires à l'Emec, d'ici à 2013, pour constituer une ferme de 2,4 MW. La montée en puissance a demandé des études poussées, effectuées via des simulations numériques et des essais de maquettes en bassin, et menées avec la Queen's University de Belfast, à l'origine de la technologie. A priori, augmenter la taille de l'engin permet de réduire les coûts de production du kilowattheure. Mais les ingénieurs se sont arrêtés à un oscillateur (la partie mobile de l'huître) de 26 mètres de large. Un bon compromis. Au-delà, l'efficacité du système est moindre. Les charges sur les structures risquent d'être excessives et le poids peut poser des problèmes d'installation. Le design a été soigné dans les moindres détails. Plusieurs profils du bord de l'oscillateur ont été testés afin de retenir celui qui donne le meilleur rendement. « Nous pensons que nous avons atteint la taille optimale, mais les formes sont encore améliorables », indique Martin McAdam, qui considère que le modèle actuel pourra être poussé jusqu'à une puissance de 1 MW. En outre, dans ses prochaines versions, l'Oyster devrait accueillir des pièces en composites. Pour perdre du poids, mais aussi pour mieux résister à la fatigue.

Le système CETO, développé par l'australien Carnegie Wave Energy, effectue lui aussi la production électrique sur le rivage. Mais cette fois, le procédé fait appel à des bouées immergées dont l'oscillation actionne des pompes qui à leur tour envoient de l'eau sous pression vers une turbine hydroélectrique sur le rivage. Une unité de taille « commerciale » est en cours de test à proximité des côtes australiennes. La partie hydraulique a déjà été validée. Carnegie planifie une mise à l'essai connectée au réseau pour 2012. Par ailleurs, en plus de l'expérimentation qui doit démarrer à La Réunion avec EDF, des études de site ont été réalisées pour installer, au large de l'Irlande, un système dont la puissance totale atteindrait 5 MW.

Pelamis, le créateur du serpent de mer générateur d'électricité, a lui aussi pour ambition de lancer des sites d'une puissance respectable. Il a réalisé une joint-venture avec l'opérateur suédois Vattenfall pour commencer à évaluer le potentiel d'un site aux îles Shetland en vue d'y installer, à court terme (en 2015), 14 unités (un projet de 10 MW). Deux autres projets de 50 MW chacun - 66 serpents en parallèle ! - sont à l'étude. L'un est conduit avec l'opérateur allemand E.ON, le propriétaire de la machine P2 de 750 kW en test à l'Emec. L'autre avec ScottishPower, auquel Pelamis doit livrer prochainement son P2. Ce qui distingue le P2 de ses concurrents, c'est qu'il fait tout sur place : la récupération de l'énergie de la houle et la production d'électricité, envoyée ensuite vers le rivage via un câble. Les serpents de Pelamis sont constitués de cinq modules articulés, dont les mouvements pompent un fluide dans des moteurs hydrauliques, qui font tourner des générateurs électriques embarqués. En milieu marin, l'une des premières questions qui se posent est celle de la maintenance. Pas de problème pour Pelamis : son système peut être facilement désancré et remorqué vers la côte. Du reste, le P2 a été conçu pour résister aux dures conditions de la mer. Ainsi, quand la hauteur des vagues augmente, le serpent en profite pour « surfer » de plus en plus sur la crête des vagues. En cas de tempête, cela limite les charges encaissées par le système.

Premier signe de maturité

Pelamis a également pensé à la réaction du serpent P2 par temps plus serein. « La résistance des joints entre les modules est plus ou moins forte selon l'état de la mer de manière à constamment maximiser la réponse de la machine », explique Rosalind Hart, ingénieur de développement chez Pelamis Wave Power. Le principe de la production intégrée de l'électricité a aussi été retenu par Alstom. Mais le groupe français, après avoir mené ses propres études, a choisi de se rallier à la technologie développée par l'écossais AWS, en prenant une participation de 40 % dans l'entreprise. Si tout se passe comme prévu, c'est encore un nouveau type d'engin de grande taille qui pourrait prochainement se balancer au gré des vagues pour récolter leur énergie : une couronne de 60 mètres de diamètre, constituée de 16 cellules pneumatiques. Dans chacune d'elles, une membrane flexible qui compresse de l'air sous l'impulsion des vagues. Des turbines embarquées convertissent l'énergie pneumatique en électricité. Puissance attendue pour une machine : 2,5 MW. « Avec des machines de cette puissance, on est d'emblée à un niveau industriel qui peut intéresser nos clients, c'est-à-dire les opérateurs », souligne Philippe Gilson, responsable des Énergies Marines chez Alstom. Un prototype de taille réduite a été testé en mer et une cellule à l'échelle 1 va bientôt l'être. Mais trois ans de qualification sont encore nécessaires, estime-t-on chez Alstom. D'ici là, l'éventail des technologies houlomotrices industrialisables se sera sans doute resserré. Mais l'entrée en lice d'un grand équipementier de l'énergie est déjà un premier signe de maturité.