Les énergies marines s’affirment comme une solution d’avenir. Elles utilisent des ressources inépuisables : vent, courant, houle, marée, gradients de température et de salinité. Avec ses 5032 kilomètres de côtes et sa position géographique, la Bretagne dispose d’un potentiel important pour développer ces énergies marines renouvelables aussi appelées « énergies bleues ».
L’électricité est devenue indispensable à notre quotidien, alimentant nos foyers, nos transports et nos industries. Dans le monde, sa production repose principalement sur des sources variées : le charbon, le gaz naturel, le fuel, l’hydroélectricité, le nucléaire, ainsi que les énergies renouvelables comme le solaire et l’éolien. Toutefois, les moyens de production diffèrent selon les pays : la plupart dépendent encore majoritairement des énergies fossiles, même si l’on assiste depuis quelques années à un investissement massif de nombreux pays dans des alternatives plus durables.
En France, l’électricité est produite majoritairement par les centrales nucléaires, qui couvrent environ 70 % de la consommation nationale. Viennent ensuite l’hydroélectricité, l’éolien et le solaire, en constante progression. Cette diversité permet à la France de maintenir une production relativement décarbonée par rapport à d’autres pays.
Face à l’essor des usages numériques, à l’électrification des transports et aux besoins liés à la transition énergétique, la demande en électricité ne cesse de croître. Pour répondre à ces besoins, tout en respectant les engagements climatiques, il est essentiel de développer davantage l’utilisation des énergies renouvelables, d’améliorer l’efficacité énergétique et d’adapter nos infrastructures.
Les Énergies Marines Renouvelables (ou EMR) regroupent l’ensemble des technologies permettant de produire de l’électricité à partir de l’océan : énergie des vagues, des courants, des marées, de la houle ainsi que l’énergie thermique et l’éolien en mer. Ces sources d’énergie sont inépuisables, largement disponibles sur la planète et l’énergie ainsi produite est décarbonée. Les EMR pourraient nous aider à produire 5 fois l’électricité que nous utilisons actuellement sur Terre !
Les EMR présentent de nombreux avantages : elles contribuent à la diversification des sources d’énergie, réduisent les émissions de gaz à effet de serre et favorisent l’indépendance énergétique. La France, avec ses vastes façades maritimes, possède un potentiel particulièrement important notamment pour l’éolien offshore qui utilise les vents marins, plus puissants et plus stables que les vents terrestres.
Le développement des EMR soutient aussi l’innovation technologique et la création d’emplois dans les filières industrielles et maritimes. Elles représentent un levier stratégique pour réussir la transition énergétique et lutter contre le changement climatique.
Le musée 70.8, vitrine des innovations maritimes, expose les avancées dans le domaine des énergies marines renouvelables (EMR) et présente des maquettes d’éoliennes offshore posées ou flottantes, ainsi que des hydroliennes, illustrant les technologies développées par des entreprises partenaires. Ces dispositifs permettent aux visiteurs de comprendre le fonctionnement et les enjeux de ces moyens de production d’électricité sans émissions de CO2 (une fois les parcs installés).
Une éolienne offshore est une éolienne installée en mer. Le terme anglais « offshore » signifie « au large des côtes », par opposition aux éoliennes terrestres dites « onshore ». Dans les deux cas, elles fonctionnent selon le même principe : convertir l’énergie cinétique du vent en électricité.
Coupe d'une éolienne - © 70.8
Parmi les différentes sources d’énergies renouvelables issues de la mer, l’énergie éolienne est actuellement la plus développée à l’échelle industrielle. En France, une cinquantaine de projets offshore sont en cours de développement, à des stades plus ou moins avancés. Le premier parc éolien en mer mis en service est celui de Saint Nazaire, inauguré en novembre 2022, suivi par les parcs de Saint-Brieuc et de Fécamp, mis en service en mai 2024.
Une éolienne est composée d’un mât sur lequel est fixée une nacelle contenant le générateur, ainsi que d’un rotor formé par les pales.
Types de fondations pour une éolienne posée – © 70.8
En mer, les éoliennes peuvent être de deux types, selon la profondeur des fonds marins. Jusqu’à 50 à 60 mètres de profondeur, on installe généralement des éoliennes posées, fixées au fond marin. Les éoliennes posées peuvent être installées sur trois types de fondations en fonction des contraintes du milieu : monopieu (Parc éolien de Saint Nazaire), treillis ou jacket (Parc éolien de Saint Brieuc), gravitaire (Parc éolien de Fécamp).
Types de flotteurs et d’ancrages pour une éolienne flottante – © 70.8
Pour des profondeurs supérieures à 60 mètres, les éoliennes flottantes sont privilégiées. Ces éoliennes flottantes reposent sur des flotteurs de différents types, ancrés au fond marin par des câbles, ce qui permet de s’adapter aux zones plus profondes et plus éloignées des côtes.
L’ensemble des éoliennes d’un parc sont reliées à un poste électrique ou sous station en mer. Ce poste électrique permet de convertir le courant alternatif en provenance des éoliennes en courant continu. Un câble sous-marin de raccordement permet d’acheminer le courant continu depuis le poste électrique en mer vers un poste électrique à terre.
L’entreprise brestoise Eolink développe une éolienne à structure pyramidale unique. Cette structure brevetée s’aligne naturellement dans la direction du vent. Cette configuration à quatre mâts répartit mieux les efforts mécaniques et réduit la masse d’acier de la structure de 45 % par rapport aux modèles traditionnels à mât unique. En 2023, Eolink a lancé la conception de son démonstrateur. En cours d’assemblage sur le terminal EMR du port de Brest, cette éolienne de 140 m de haut et 52 m de côté, sera la plus grande éolienne flottante installée sur la façade atlantique française. Ancrée sur le site d’essai du SEM-REV au large du Croisic, sa turbine de 5 MW produira l’équivalent de la consommation annuelle de 6 500 personnes.
Éolienne pyramidale Eolink – © Ludys pour Eolink
Blocs en attente d’assemblage sur le terminal EMR de Brest – © Ludys pour Eolink
L’énergie hydrolienne désigne l’électricité produite à partir de l’énergie cinétique des courants marins ou fluviaux. Contrairement à l’énergie marémotrice qui repose sur le mouvement des marées, l’hydrolien exploite les courants réguliers et prévisibles pour actionner des turbines sous-marines. Celles-ci fonctionnent sur le même principe que les éoliennes, mais sont entraînées par l’eau en mouvement au lieu du vent.
Il existe différents types de courants (de marée, de houle, fluviaux ou océaniques), mais c’est principalement la vitesse et la régularité du courant qui déterminent la pertinence d’installer une hydrolienne à un emplacement donné. Des sites comme les détroits, les estuaires ou les zones de forts marnages sont particulièrement propices à cette technologie.
L’enjeu est important : le développement des énergies marines renouvelables (EMR), et en particulier de l’hydrolien, pourrait offrir aux territoires insulaires éloignés une source d’énergie stable, prévisible et beaucoup moins polluante que les sources fossiles souvent utilisées (comme les groupes électrogènes au fioul). Ce type de production locale permettrait également de renforcer l’autonomie énergétique de ces territoires, en limitant leur dépendance aux importations de carburants et en réduisant leur empreinte carbone.
Sabella est une entreprise pionnière dans le développement d’hydroliennes, des turbines sous-marines qui exploitent l’énergie des courants marins. Son prototype D10, installé au large d’Ouessant, est l’un des premiers prototypes français à avoir été raccordé au réseau électrique métropolitain. En utilisant l’énergie du Fromveur, courant marin puissant, la Sabella D10 alimente partiellement en électricité l’île de Ouessant et démontre le potentiel de l’énergie hydrolienne pour décarboner des territoires isolés.
Des projets de fermes hydroliennes existent en France, en particulier FloWatt qui projette l’installation et la mise en service de 6 hydroliennes dans le Raz Blanchard d’ici 2027.
Hydrolienne Sabella D10 – © G. Mannaert
Les usines marémotrices sont des infrastructures qui produisent de l’électricité de manière intermittente, mais très prédictible, en exploitant le mouvement des marées, c’est-à-dire les variations du niveau de la mer provoquées par l’attraction gravitationnelle de la Lune et du Soleil.
Elles utilisent généralement un barrage construit dans un estuaire ou une baie à fort marnage (différence de hauteur d’eau entre une marée haute et une marée basse). Ce marnage doit être supérieur à 5 mètres. Le fonctionnement est optimal lorsque celui-ci est compris entre 10 et 15 mètres.
En France, l’usine marémotrice de la Rance, située entre Dinard et Saint-Malo et mise en service en 1966, fut la première usine marémotrice de grande ampleur au monde. L’usine utilise un barrage de 750 mètres de long qui retient l’eau et sert également de pont routier.
La production d’électricité se fait aussi bien à marée montante que descendante.
Elle reste à ce jour la plus puissante d’Europe et la 2e dans le monde (puissance installée : 240 mégawatts, 24 turbines, 500 GWh/an). Elle produit l’équivalent de la consommation électrique de 225 000 habitants soit l’équivalent de la ville de Rennes.
Usine marémotrice de la Rance - © EDF-Xavier Popy
Malgré son succès, l’exemple de la Rance n’a pas été largement reproduit en France ou ailleurs, en raison des coûts de construction très élevés, de l’impact environnemental sur les écosystèmes estuariens et du nombre limité de sites géographiquement adaptés.
L’énergie de la houle, ou énergie houlomotrice, est produite à partir du mouvement des vagues à la surface de la mer. Cette source d’énergie renouvelable repose sur la conversion de l’énergie mécanique générée par les vagues en électricité. Elle fait partie des énergies marines renouvelables encore peu exploitées, mais au potentiel considérable, notamment dans les zones côtières exposées à une houle régulière et puissante.
Plusieurs types de dispositifs existent comme les oscillateurs à flotteur qui montent et descendent au rythme des vagues, les colonnes d’eau oscillantes qui utilisent la pression de l’air comprimé par les vagues pour faire tourner une turbine ou encore les systèmes à membrane ou à serpentins qui captent les mouvements de surface.
Les avantages de l’énergie houlomotrice sont nombreux : elle est discrète, prévisible, peu émettrice de CO₂, et présente une production régulière par rapport à l’éolien ou au solaire. Toutefois, des défis techniques subsistent, notamment en matière de résistance des équipements en milieu marin et de coûts de maintenance.
Initié en 2020 par le GROUPE LEGENDRE et développé en partenariat avec GEPS TECHNO et l’Ifremer, DIKWE est un projet d’ouvrage de protection du littoral qui intègre un dispositif de production d’énergie renouvelable basé sur un système houlomoteur à volets oscillants. DIKWE comprend une enveloppe caisson modulable qui sera intégrée aux installations de protection côtière ou portuaire. Ce caisson dispose d’un volet oscillant : flap actionné par les vagues, permettant ainsi de convertir la force des vagues en électricité durable et locale.
Après des tests en bassin concluants, un prototype à échelle 1/4 de digue littorale à énergie positive a été immergé, pendant plusieurs mois, pour des essais en rade de Brest, à Saint-Anne-de-Portzic. Cette nouvelle expérimentation s’est également montrée totalement probante et a permis de valider la prochaine et dernière étape de développement : la construction du démonstrateur à taille réelle.
Installation du prototype au site d’essais en mer à Sainte-Anne du Portzic – © Dugornay Olivier – Ifremer
Avant la production à grande échelle d’infrastructures permettant de transformer l’énergie de l’océan en électricité, les dispositifs sont testés à plus petite échelle.
Le bassin profond à houle de l'Ifremer Brest - © Dugornay Olivier - Ifremer
Le centre Ifremer de Brest dispose d’un bassin d’essais unique par sa profondeur et son volume d’eau de mer. D’une longueur de 50 m pour une profondeur de 20 m, ce bassin permet de reproduire des conditions réalistes de houle et de vent. Il est particulièrement adapté à l’étude de modèles réduits pour des systèmes houlomoteurs, des éoliennes flottantes, des systèmes de récupération de l’énergie thermique des mers et des systèmes flottants.
L’unité Recherches et Développements Technologiques (RDT) peut ainsi tester le comportement d’équipements et de structures offshores ou d’instruments scientifiques, flottants, ancrés ou en déplacement, étape importante entre la modélisation numérique et les premiers essais en mer.
Pour des essais de prototypes plus grands, Ifremer dispose d’une station d’essais in situ, située en rade de Brest : le site d’essais de Sainte-Anne du Portzic.
Ce site accueille des tests d’équipements innovants, différents prototypes à échelle intermédiaire : éoliennes flottantes (Eolink), systèmes houlomoteurs (Dikwe) éléments préalablement validés en bassin d’essai. Ce site permet de se rapprocher le plus possible des conditions réelles d’utilisation en mer.
Parmi les énergies marines renouvelables, deux formes moins connues mais prometteuses sont l’énergie thermique des mers et l’énergie osmotique. Elles reposent sur des phénomènes naturels spécifiques aux milieux marins et offrent des solutions alternatives pour produire de l’électricité, notamment dans les zones tropicales et estuariennes, où d’autres sources d’énergies renouvelables sont moins efficaces. Leur faible impact visuel et leur production continue (non intermittente) en font des pistes intéressantes pour diversifier les moyens de production d’électricité durable à l’avenir.
L’énergie thermique des mers utilise la différence de température entre les couches superficielles chaudes de l’océan (chauffées par le soleil) et les couches profondes plus froides. Cette différence, présente surtout dans les régions tropicales, peut être exploitée à l’aide d’un système thermodynamique en circuit fermé ou ouvert. Le fonctionnement est similaire à celui d’une centrale classique. Un fluide est chauffé par l’eau chaude de surface, ce qui le fait s’évaporer. La vapeur produite entraîne une turbine couplée à un générateur électrique. L’eau froide des profondeurs est ensuite utilisée pour condenser la vapeur et recommencer le cycle. Bien que cette technologie soit encore en phase expérimentale, plusieurs projets pilotes ont vu le jour, notamment à Hawaï, au Japon et dans les territoires d’outre-mer français comme la Martinique. Elle représente une source stable et continue d’électricité, mais les coûts d’installation et d’entretien restent élevés.
L’énergie osmotique, aussi appelée énergie bleue, est produite à partir de la différence de salinité entre l’eau de mer et l’eau douce, généralement à l’embouchure des fleuves. Lorsqu’on place ces deux types d’eau de part et d’autre d’une membrane semi-perméable, l’eau douce traverse naturellement la membrane vers l’eau salée par osmose, créant une pression qui peut être utilisée pour faire tourner une turbine. Cette forme d’énergie est encore au stade expérimental. Un prototype a été testé en Norvège mais a été arrêté pour des raisons économiques et techniques. Les défis principaux résident dans le coût des membranes, la gestion de l’encrassement biologique et l’efficacité énergétique encore limitée.
Le développement des énergies marines renouvelables (EMR), qu’il s’agisse de l’éolien offshore, de l’hydrolien, de l’énergie thermique, houlomotrice ou osmotique, s’inscrit dans la transition énergétique vers des sources durables. Toutefois, l’installation de ces infrastructures en mer soulève des questions majeures concernant leur impact sur les écosystèmes marins. C’est pourquoi la recherche et le développement dans ce domaine intègrent étroitement des volets environnementaux, dès les phases de conception.
Avant toute implantation, des études d’impact environnemental sont obligatoires. Elles évaluent les effets potentiels des projets sur : la faune marine (poissons, mammifères marins, oiseaux marins), les habitats benthiques (fonds marins), les dynamiques sédimentaires, la qualité de l’eau et les activités humaines (pêche, navigation, tourisme).
Pour réduire ces impacts, les chercheurs, ingénieurs et écologues travaillent à des solutions d’intégration écologique :
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