Marine Praillet est étudiante à Centrale Supélec. Elle a rejoint Sibelianthe en stage en tant que consultante junior, déployée, entre autres, sur l’innovation marché & usages.

 

Puisque les océans représentent 70% de la surface de la Terre, on pourrait espérer que l’énergie issue de la mer porte les enjeux clés des transitions énergétiques futures. Mais alors que les ENR font des progrès considérables chaque année, les énergies marines renouvelables (couramment abrégées EMR) souffrent encore de difficultés rendant délicate leur exploitation. Entre désintérêt relatif des industriels pour certains choix technologiques, difficultés de financement et soutien malgré tout massif des différents pouvoirs publics, il n’est pas toujours évident d’avoir une vision claire de l’avenir qui attend ces énergies de fort potentiel.

Les énergies marines : définition, potentiel, caractéristiques

Prenons un temps, en premier lieu, pour bien identifier les EMR, leurs caractéristiques, et ce que l’on imagine être leur potentiel.

Les 5 catégories listées par l’IEA

Bien qu’elles soient toutes issues de la mer, les EMR combinent en vérité plusieurs ressources différentes. L’IEA (International Energy Agency) en distingue 5 grandes catégories, dont elle a chiffré les contributions respectives [1]. Il s’agit :

  • De l’énergie marémotrice, issue du flux et du reflux marin, et dont le potentiel est estimé à 400 TWh / an. Les flux de la marée peuvent être exploités par des usines dont le fonctionnement est assez proche de celui des barrages classiques (stockage de l’eau à marée haute puis ouverture des turbines). Des usines marémotrices alimentent déjà le Canada, les côtes françaises et britanniques, ainsi que le Nord de l’Australie. Ces usines fournissent environ 250 MW chacune, et produisent annuellement l’électricité nécessaire pour 225 000 habitants.
  • Des courants marins (environ 500 TWh/an), dont l’énergie cinétique, continue, régulière et hautement prédictible, peut être transformé en énergie électrique par le biais d’hydroliennes. Ce secteur est particulièrement convoité en France : au moins quatre entreprises françaises (Naval Energies – qui s’est toutefois retiré en juillet 2018 – Guinard, Sabella, Hydroquest) sont ou ont été à la pointe sur la scène internationale [2]. Les turbines proposées divergent par leur taille, leur puissance et leurs sites de prédilection, ce qui dote la filière française d’une technologie flexible, adaptée à de nombreuses utilisations.
  • De la houle (8 000 à 80 000 TWh/an – on note que pour cette énergie, l’estimation est aussi immense qu’imprécise), qui est l’une des technologies les plus fertiles. Il existe actuellement plus de 100 technologies en développement et plus de 1000 brevets ont été déposés dans ce domaine. Les dispositifs exploitent aussi bien le mouvement vertical que le mouvement horizontal des vagues [3]. Là encore, il s’agit d’en récupérer l’énergie cinétique.
  • De l’Energie Thermique des Mers, ou ETM (environ 10 000 TWh/an) : les eaux en surface, soumises au rayonnement solaire, sont plus chaudes que les eaux en profondeur. Des machines peuvent exploiter cette différence de température dès que celle-ci dépasse 20°C. Les zones intertropicales sont les territoires cibles principaux de cette technologie.
  • Du gradient de salinité (environ 2 000 TWh/an) : lorsque deux sources d’eau de salinités différentes sont mises en contact, de l’énergie osmotique est libérée. Son exploitation repose sur l’utilisation d’une membrane semi-perméable double face, qui possède la particularité de laisser passer l’eau, mais pas les sels minéraux.
 

Quid de l’éolien offshore ?

A l’heure actuelle, le vent marin exploité par l’éolien offshore n’est pas considéré par l’IEA comme une ressource proprement marine, sans doute parce qu’elle se rapproche plus, structurellement, de la ressource éolienne terrestre (?). En pratique, la maturité avancée du secteur éolien offshore et son degré de développement commercial excèdent largement ceux de toutes les technologies évoquées précédemment [4]. Nous exclurons cette énergie dans la suite de l’article.

Profondeur d’eau, distance, intermittence et prédiction de la production

Les caractéristiques propres à chaque énergie marine influencent considérablement leur exploitabilité [7].

La profondeur d’eau et la distance à la côte, notamment, sont deux critères majeurs qui permettent d’estimer l’accessibilité du système et donc d’évaluer les coûts d’installation, de maintenance et de transport électrique.

Quant à l’intermittence, elle pose de graves problèmes techniques, surtout sur un gisement de grande taille, connecté au réseau. En toute rigueur, un gisement proche de la côte et peu intermittent est donc à préférer. L’énergie osmotique, l’ETM ou les courants océaniques sont bien positionnées sur ces critères, et, potentiellement, meilleures que l’éolien flottant.

Gardons cependant à l’esprit que la distance et la continuité ne font pas tout. En particulier, un autre facteur important est le caractère prédictible du gisement. Le réseau électrique est en effet très demandeur de production chiffrable et garantie (car cela facilite la bonne gestion des flux). Par exemple, l’énergie des marées (marémotrice et courants de marées) est certes intermittente, mais on s’attend à ce qu’elle soit prédictible, ce qui en fait, en principe, un compromis intéressant.

Un gisement d’ampleur mondiale

Toutes ressources confondues, l’IAE estime entre 20,000 TWh/an et 90,000 TWh/an la quantité d’énergie disponible dans les mers [1]. Pleinement exploitée, elle pourrait donc couvrir l’ensemble des besoins énergétiques mondiaux (à titre indicatif, la consommation d’énergie dans le monde est actuellement de 16 000 TWh/an). La publication de l’IAE Energy Technology Perspectives 2012 (ETP2012), présentant différents scénarios possibles en 2050 et ayant pour vocation d’influencer les grandes tendances dans le domaine de l’innovation en énergie, est donc en toute logique extrêmement optimiste sur le rôle des EMR au cours des vingt prochaines années.

C’est également la position du Syndicat français des Energies Renouvelables, qui estime que l’investissement dans le marché des EMR (hors éoliennes offshore) pourrait nécessiter 650 milliards d’euros d’ici 2050 et atteindre un marché annuel d’environ 53 milliards d’euros [5]. Le marché étant quasi inexistant à l’heure actuelle, on voit (a) que le marché présente une immense barrière à l’entrée, et (b) qu’il en supposé hautement attractif.

Pourtant, et malgré ces prévisions (ou peut-être, à cause de ces prévisions…), les EMR sont aujourd’hui sous-exploitées : en 2016, alors que 18,2% de la consommation mondiale d’énergie était assurée par les énergies renouvelables, moins de 0,4% étaient générées par les mers [6]. Les énergies marines comptent donc pour moins de 0,07% du mix énergétique mondial.

Un marché difficile

Le marché des EMR est donc marqué à la fois par son potentiel immense et par son exploitation très limitée à l’heure actuelle. D’où vient ce paradoxe ? Au-delà du lourd besoin d’investissement, quels facteurs clés empêchent ou freinent le développement des EMR ?

Maturité et perspectives de développement

Pour commencer, les EMR ont souffert récemment d’un problème de maturité, et les quelques échecs enregistrés sur les projets en fer de lance ont peut-être eu un effet légèrement retardateur sur les avancées attendues.

Si l’on revient quelques années en arrière, une étude réalisée en 2013 par le Syndicat des Energies Renouvelables (en partenariat avec France Energie Marines [10]) faisait déjà état d’un bilan encourageant, à l’heure où beaucoup des énergies étudiées faisaient l’objet d’un investissement soutenu.

En termes de TRL, une autre étude, signée Ernst & Young et publiée en 2012 plaçait déjà l’hydrolien, l’houlomoteur et l’ETM au stade de la démonstration, sur un équivalent approximatif du TRL 8 [11]. Sept ans plus tard, pourtant, toujours aucune trace de projets en TRL 9 sur ces technologies…

Rentabilité faible

Les problèmes de maturité rendent difficiles les avancées économiques. L’ADEME estime que le LCOE (Levelized Cost of Energy) de l’hydrolien, par exemple, devrait s’échelonner entre 365€/MWh en 2021 et 120€/MWh en 2030, pour des projets de grande taille et suivant les effets d’apprentissage. Un LCOE cible de 164 €/MWh semble atteignable d’ici 2030. A titre de comparaison, le LCOE de l’énergie photovoltaïque au sol varie actuellement entre 74€/MWh et 135€/MWh [9].

Dans ce type de situation, et afin d’aider les investissements privés, le public prend la main. C’est dans cette idée qu’en 2009, le gouvernement français avait annoncé des tarifs de rachat de 220 €/MWh pour le houlomoteur et l’énergie marémotrice, tarifs qui, malheureusement, n’ont jamais été activés. Dans le même ordre d’idées, il existe en Belgique un tarif de rachat des « hydroénergies » qui ne concerne pas clairement l’hydrolien ou le houlomoteur. Ces énergies s’échangent donc aux tarifs normaux, et descendent parfois jusqu’à 20€/MWh.

Enfin, la filière hydrolienne souffre de la compétition avec la filière éolienne offshore. En effet, si l’on compare la rentabilité de ces deux énergies, le passage à l’hydrolien commercial, sur le court-terme, semble vraiment compromis. À un rythme de développement comparable, il faudrait encore 5 à 8 ans à la filière hydrolienne pour tester, optimiser et améliorer les turbines avant de pouvoir rivaliser avec l’éolien offshore sur des appels d’offres commerciaux [4].

Un cadre juridique complexe

Dans de nombreux pays, l’installation d’infrastructures exploitant les énergies marines est soumis à un cadre réglementaire lourd peu incitatif [12]. Par exemple, bien que les États-Unis aient un guichet unique de financement pour les EMR (le Department of Energy) ils imposent aux développeurs un environnement réglementaire complexe générateur de délais, à la différence par exemple de la Nouvelle-Zélande, où l’exploitation des EMR est du seul ressort de la législation relative à l’exploitation des ressources naturelles (OES2011). Seuls le Royaume-Uni, le Canada et le Japon s’engagent aux côtés de ce pays pour la simplification de la réglementation autour des énergies marines.

En France, le contexte juridique combine droit national, européen, international, et droit de la mer. Rien qu’au sein du droit national, il faut considérer le droit de la propriété des personnes publiques, le droit de l’énergie, le droit de l’urbanisme ainsi que le droit de l’environnement. A cette complexité s’ajoutent des complications réglementaires diverses liées notamment aux problématiques de raccordement et d’exploitation électrique, aux tarifs de l’énergie, aux questions d’aides d’Etat… Un vrai casse-tête qui n’encourage pas l’implantation à grande échelle des EMR, dont un grand nombre sont portés par des startups qui doivent ajouter tous les coûts induits à la liste des financements à obtenir.

Des perspectives prometteuses malgré tout

Il est donc indéniable que les EMR vivent une passe difficile. Comment faire dans ce cas ? Quels leviers de grande envergure permettront d’aider ces technologies à émerger ? Quels marchés de niche la filière peut-elle cibler aujourd’hui pour l’aider à franchir les caps qui se dressent devant elle ?

Quelques initiatives à grande échelle

Malgré tout ce que l’on peut en dire, les énergies marines restent très fortement poussées au niveau politique. L’Union Européenne est au cœur de leur développement : le vieux continent concentre plus de la moitié des investissements R&D mondiaux réalisés sur la filière. C’est d’ailleurs la Commission Européenne qui, en 2014, a initié le premier projet de grande envergure pour la valorisation de l’énergie dite « bleue » [13].

La première phase consistait en la création d’un Forum de l’Energie Marine réunissant les acteurs et les intervenants du secteur pour identifier et choisir différentes voies de développement. Nous vivons actuellement la deuxième phase (2017-2020) de cette initiative, qui prévoit la création d’une Initiative Industrielle Européenne (IIE) pour l’énergie marine, et l’intègre dans le SET-plan (Plan Stratégique pour les Technologies Energétiques) établi pour respecter les objectifs ambitieux du plan européen Horizon 2020. C’est principalement de là que proviennent les financements : 50 milliards d’euros sont distribués par ce programme. En France, la filière reçoit également des subventions nationales pour la recherche et bénéficie de fonds privés pour la réalisation de démonstrateurs, via des initiatives comme Evolen et le CITEPH.

A l’échelle internationale, la tendance est à l’alignement sur les pays modèles tels que le Royaume-Uni, le Canada et le Japon. L’engagement britannique joue un rôle de modèle puisqu’il bénéficie de systèmes de financements nombreux et élevés, dont les plus significatifs sont :

  • Les Obligations Renouvelables donnant lieu à Certificats (ROC), un système financier relativement complexe obligeant tous les producteurs à intégrer des ENR au mix énergétique (et dont on trouvera une présentation ici). Les énergies marines renouvelables ont bénéficié de 2 ROC/MWh (comme l’éolien offshore), sans trouver preneur, puis 3 ROC, ce qui était encore délicat, avant de passer à 5 ROC/MWh (environ 330 €/MWh) en 2017 ce qui a eu l’effet escompté, puisque les énergies marines ont commencé à attirer l’investissement [12].
  • Un fort investissement dans la recherche : création d’un fond de soutien, le Marine Renewables Proving Fund (MRPF), pour le prototypage à échelle réelle, financement du site de tests European Marine Energy Center (EMEC), à hauteur de 30 M£, renforcement du consortium maritime SUPERGEN pour la recherche…
  • Des appels à projets pour des fermes pilotes : le gouvernement britannique a ainsi lancé un appel à projets de 20 M£ en 2012, pour deux fermes pilotes en EMR ; le gouvernement écossais a procédé à un appel similaire de 18 M£, et le Crown Estate britannique a annoncé mi-janvier 2013 un appel de 20 M£ pour deux fermes pilotes hydroliennes ou houlomotrices.
 

Ces initiatives nationales, et leurs développements ultérieurs (le SER annonce pour sa part des investissements publics considérables en France) ont vocation à servir d’exemples aux autres pays et à encourager un engagement commun vers l’ouverture d’un nouveau marché international.

Marchés de niche à viser

L’autre levier pour le développement des énergies marines est le positionnement sur des marchés de niches où leur exploitation est déjà possible et rentable. En la matière, on peut trouver plusieurs exemples, mais deux marchés au moins semblent propices au développement anticipé des EMR.

Territoires insulaires

L’exploitation des énergies marines est structurellement plus intéressante dans les îles qu’en métropole du fait du coût local du combustible fossile et donc de l’électricité.

Pour atteindre l’autonomie énergétique dans ces zones insulaires qui disposent de peu d’espace au sol, la stratégie privilégiée est souvent de construire des centrales flottantes au large des côtes. La phase d’expérimentation sur des démonstrateurs à échelle réduite reste une étape nécessaire, et plusieurs projets sont actuellement en cours. A la Réunion, l’entreprise SeaWatt étudie la faisabilité d’une centrale houlomotrice de 30 MW. Des projets ETM (Energie Thermique des Mers) sont lancés à la Réunion, en Martinique et à Tahiti. C’est peut-être la technologie la plus populaires en territoire insulaire, grâce à la valorisation possible des eaux froides profondes pour d’autres utilisations (production d’eau douce, climatisation, aquaculture…).

Plateformes offshores

Une plateforme pétrolière consomme énormément. L’exploitant a pour le moment deux options pour alimenter ses machines électriques [14] :

  • Option N°1 : produire de l’électricité sur place, au moyen de turbines actionnées grâce au gaz issu directement de l’exploitation : cette solution est chère, pénalisée par le rendement turbine (qui est inférieur à 30%), et pour ne rien arranger elle pollue – à titre d’ordre de grandeur, une plateforme produisant 100 MW rejette en moyenne plus de 500 000 tonnes de CO2 par an.
  • Option N°2 : acheminer de l’électricité depuis la côte par câbles sous-marins. Si cette solution est viable pour des plateformes situées à moins de 100 km de la côte, elle ne l’est plus pour des plateformes situées en haute mer. En effet, la capacité des câbles coaxiaux augmente avec leur longueur, créant une capacité parasite qu’il faut impérativement compenser. En plus d’être couteux, ces derniers peuvent provoquer des problèmes de ferro-résonnance qui compliquent le travail. De même, les creux de tension transitoires provoqués par des perturbations sur le réseau terrestre s’amplifient et se propagent le long des câbles, risquant de déclencher des équipements sensibles de la plate-forme.

L’alimentation des plateformes offshores est donc loin d’être optimisée. Or, les EMR produisent une énergie disponible localement, sans besoin de liaisons avec la terre. Les coûts d’entretien sont bien plus faibles, puisqu’il ne s’agit plus d’assurer le bon état d’un immense réseau de câbles sous-marins, mais plutôt d’effectuer un contrôle régulier lorsque des techniciens se rendent sur place pour la maintenance normale du site. On ne s’étonnera donc pas que ces énergies soient surveillées par le secteur, qui lance plusieurs initiatives en vue de s’équiper (c’était par exemple l’un des thèmes forts de la dernière campagne du CITEPH).

Le projet Hywind Tampen, commencé en 2018 et mené par l’entreprise Norvégienne Equinor, qui fait se côtoyer en mer du Nord une plateforme pétrolière et une ferme d’éoliennes offshore, illustre bien cette nouvelle ère de collaboration entre énergies fossiles et énergies renouvelables (même si, en l’occurrence, il s’agit bien d’un couplage aux énergies éoliennes).

Conclusion

Sur le papier, l’exploitation des ressources énergétiques marines permet donc de fournir une énergie décarbonée, abondante et renouvelable, à partir de phénomènes marins tels que la houle, la marée, les courants, le gradient de salinité ou le gradient de température.

Pour exploiter cet immense réservoir d’énergie, des technologies adaptées à chaque ressource ont émergé. Les investissements dans ces secteurs subsistent, traduisant un intérêt véritable pour ces solutions, mais on ne saurait nier qu’il existe un cap de maturité qui, à l’heure actuelle, pose encore des problèmes.

De vraies difficultés économiques viennent entraver l’évolution de ces technologies. Les énergies marines coûtent cher, e bien que leurs LCOE n’ont de cesse de baisser, ils n’atteindront des seuils compétitifs qu’aux alentours de 2030, et à condition que des investissements réguliers continuent d’alimenter la filière.

Heureusement, les institutions nationales, européennes et internationales font des efforts de grande ampleur en faveur de ces énergies, et des pays modèles comme le Royaume-Uni ou la France tentent de structurer la filière en mettant en place des financements concrets.

Il est probable que les marchés de niche, comme la fourniture des plateformes offshore ou les territoires insulaires, porteront les prochains développements. Les années qui s’annoncent sont néanmoins critiques, et la filière a face à elle un enjeu colossal, celui de maintenir l’attention sur elle en démontrant que les énergies bleues peuvent aboutir à des résultats très concrets dans un horizon raisonnable.

 

Références intéressantes à consulter autour de cet article

[1] Site de l’IEA (lien cliquable)

[2] Filière de l’hydrolien en mer en France : Retour d’expérience technologique, état des lieux et perspectives de la filière, Syndicat des Energies Renouvelables, Juin 2018.

[3] Introduction à l’énergie des vagues, Aurélien Barbarit, Laboratoire d’hydrodynamique, d’Energétique et d’Environnement Atmosphérique (LHEEA) CNRS UMR 6598

[4] Synthèse de l’Etude stratégique de la filière hydrolien marin, Etude réalisée par le cabinet Corporate Value Associates (CVA) et financée par le Programme des Investissements d’Avenir

[5] Site du Syndicat des Energies Renouvelables (lien cliquable)

[6] Key World Energy Statistics 2018, Agence internationale de l’énergie (IEA)

[7] Les énergies marines renouvelables, enjeux et solutions techniques, Olivier LACROIX, Laura-Mae MACADRE, ENEA Consulting

[8] Technologies de stockage de l’Energie (lien cliquable, site du CRE)

[9] Coût des énergies renouvelables en France, ADEME, Décembre 2016

[10] Les énergies marines renouvelables, une chance à saisir pour la France, Syndicat des Energies Renouvelables, Mars 2013

[11] Note stratégique sur les énergies marines renouvelables, ADEME, Février 2013

[12] Rapport de la mission d’études sur les énergies marines renouvelables, Ministère de l’écologie, du développement durable et de l’énergie, Ministère de l’économie et des finances, Ministère du redressement productif

[13] Ocean energy development in Europe: Current status and future perspectives, European Commission, DG JRC, Institute for Energy and Transport, Netherlands

[14] Alimenter en énergie électrique les plateformes offshore : Quellques solutions pour couvrir les besoins énergétiques des plateformes pétrolières et gazières ? Rahul Chokhawala.