L’humanité utilise l’énergie des marées depuis des siècles mais aujourd’hui son potentiel est encore très peu exploité. Les usines marémotrices d’envergure dans le monde se comptent sur les doigts d’une main. En cause : les coûts et les impacts environnementaux. Cette forme d’énergie renouvelable a-t-elle encore un avenir ?

Connaissez-vous l’île de Bréhat située à l’entrée de la baie de Saint-Brieuc, sur la Côte de Granit Rose, en Bretagne ? Vers 1633, le duc de Penthièvre, seigneur de Bréhat eu l’idée d’y construire un moulin à marée. Les blés à moudre et les farines y étaient transbordés par bateau, une porte abordable à marée haute permettant l’accès aux meules. Le moulin de Bréhat fonctionna pendant près de 3 siècles, jusqu’en 1920 environ, puis la bâtisse fut laissée à l’abandon et s’est peu à peu dégradée. Aujourd’hui, après une restauration entreprise en 1994, la roue du moulin de l’île de Bréhat tourne à nouveau, pour les touristes, et moud régulièrement du blé noir.

A la marée montante, la mer remplit un bassin situé derrière une digue, en passant par des portes à clapet qui ne fonctionnent que dans un sens. A marée descendante, les portes se ferment. Lorsque la différence entre le niveau du bassin et celui de la mer est suffisamment importante, les vannes sont ouvertes et l’eau se déverse en actionnant la roue du moulin.

Le moulin à marée de l’île de Bréhat

Les premiers moulins à marée ont été construits pendant l’époque romaine, sans doute dans le sud de l’Angleterre. Au cours du Moyen-Age et jusqu’au XIXe siècle plus de 600 moulins de ce type ont fonctionné sur les côtes de l’Atlantique, notamment en France, en Grande-Bretagne, au Portugal et aux Etats-Unis.

Le procédé utilisé par les moulins à marée est exploité aujourd’hui à l’échelle industrielle pour produire de l’électricité dans une usine marémotrice installée à l’est de l’île de Bréhat, dans l’embouchure de la Rance, non loin du Mont-Saint-Michel célèbre pour l’ampleur de ses marées. La différence de hauteur entre la marée haute et la marée basse y est de 16 mètres. Inaugurée en 1966 par Charles de Gaulle, cette centrale électrique d’une puissance de 240 MW (soit environ le quart de celle d’un réacteur nucléaire) produit 500 GWh par an, de quoi alimenter en électricité un nombre d’habitant équivalant à celui de la ville de Rennes, toute proche.

Les centrales marémotrices comme celle de la Rance exploitent le même principe que celui qui fait fonctionner les  centrales hydro-électriques : un barrage construit dans une baie, un estuaire ou l’embouchure d’un fleuve permet de créer un réservoir d’eau. Lorsque la marée monte, les vannes aménagées dans le barrage sont ouvertes et le réservoir se remplit. A marée descendante les vannes sont fermées et, lorsque la différence de niveau est suffisante, le réservoir se vide au travers de turbines, lesquelles entraînent des alternateurs qui produisent de l’électricité. Dans les centrales modernes, les turbines sont bidirectionnelles et fonctionnent tant pendant la marée montante que la marée descendante. La quantité d’énergie est proportionnelle à la différence de hauteur entre marées haute et basse et au débit d’eau.

L’avantage de l’énergie des marées est d’être indépendante des conditions climatiques, au contraire de l’éolien et des énergies solaires. L’électricité produite par l’usine marémotrice au cours d’un jour, d’un mois ou d’une année peut donc être très précisément calculée à l’avance et son utilisation planifiée.

La quantité d’énergie dissipée par les marées aux quatre coins de la Terre est énorme : elle équivaut chaque jour au cinquième de l’énergie consommée par l’humanité. Il s’agit bien sûr d’énergie renouvelable engendrée par l’attraction de la Lune dans sa rotation autour de la Terre.
Mais, en pratique, seule une très faible fraction de cette énergie est exploitable, du fait de sa dispersion le long des littoraux. On estime que l’énergie marémotrice potentiellement récupérable pourrait fournir jusqu’à 380 TWh/an, soit 1,5 à 2 % de la consommation mondiale d’électricité.

Pourtant, pendant très longtemps, l’usine de la Rance produisait à elle seule 90 % de l’énergie des marées exploitée dans le monde. Au Canada, un barrage bâti dans l’embouchure de la rivière Annapolis date de 1968 : d’une puissance de 18 MW, il alimente en électricité 4.500 familles. La même année, une petite centrale d’une puissance de seulement 0,4 MW a été inaugurée à Kislaya Guba, en Russie. En Chine, l’ouvrage de Jiangxia, en service depuis 1980, produit actuellement 4,1 MW. Sept autres petites usines marémotrices chinoises ont une puissance cumulée de 2,92 MW, ce qui équivaut à peine à celle d’une seule grande éolienne terrestre. Entre 1980 (date du deuxième choc pétrolier) et le début des années 2000 plus aucun projet marémoteur n’a été étudié, le pétrole et le nucléaire bon marché ayant étouffé, pendant cette période, le développement des énergies renouvelables.

Au début de ce siècle, la tendance s’est quelque peu inversée. Pour augmenter sa production d’énergie issue de sources renouvelables, la Corée du Sud a entrepris un chantier ambitieux : la centrale marémotrice de Sihwa, dans la baie de Kyung Ki, en mer Jaune. Inaugurée en mai 2009, celle-ci dispose d’une puissance de 254 MW, ce qui la place au premier rang mondial, juste devant l’usine de la Rance. La Corée caresse d’autres projets  plus important encore : le barrage de Garolim, dont la puissance serait de l’ordre de 520 MW, celui de Ganghwa (838 MW) et le projet d’Incheon (1440 MW).

La centrale marémotrice de Sihwa en Corée du Sud, actuellement la plus puissante au monde

En réalité, peu de sites au monde se prêtent à l’exploitation à grande échelle de l’énergie des marées. Ils se concentrent dans les régions où l’amplitude de l’onde des marées est amplifiée par les conditions hydrodynamiques. Il s’agit souvent d’estuaires dans lesquels il faut construire des barrages. Mais ceux-ci sont le plus souvent occupés par des ports. Les bateaux peuvent passer par des écluses, mais cela entrave sérieusement la navigation. En outre, de tels projets engendrent de sérieux problèmes environnementaux. L’écosystème de la Rance a été transformé par l’usine marémotrice qui a provoqué son envasement progressif et une importante perte de biodiversité. Certaines espèces de poissons, comme la plie, y ont disparu car elles sont incapables de passer à travers les hélices des turbines.

A l’heure actuelle d’autres pays examinent cependant des projets d’usines marémotrices. Le Canada a réalisé un atlas des ressources : 190 sites ont été identifiés, pour une puissance potentielle totale de plus de 42.000 MW, ce qui permettrait de couvrir plus de la moitié de la consommation d’électricité du pays. Des centrales marémotrices sont envisagées sur la côte ouest de l’Île de Vancouver, dans l’estuaire du Saint-Laurent et dans la baise de Fundy, située sur la côte atlantique, entre le Nouveau-Brunswick et la Nouvelle-Ecosse. Cette baie est renommée pour ses grandes marées (jusqu’à 21 m), considérées comme les plus hautes du monde. Mais les Canadiens ont observé les impacts environnementaux engendrés par le barrage de l’Annapolis situé sur les côtes de la baie de Fundy : érosion des berges, ensablement de la rivière, rétention de métaux lourds et de pesticides par le barrage, blocage imposé à la faune aquatique et effets sur la flore vivant dans la zone inter-marée. Jusqu’à présent, les projets de plus grandes centrales qui imposeraient la fermeture de larges baies n’ont pas abouti. En cause, les problèmes rencontrés dans l’Annapolis mais aussi la crainte d’une amplification probable des marées due à la restriction des courants provoquée par les barrages. Ce phénomène pourrait causer des inondations jusque sur la côte de Maine, aux Etats-Unis.

Lagons artificiels

Pour limiter l’impact environnemental de la construction d’un barrage dans l’estuaire d’un fleuve, plusieurs schémas de projets marémoteurs s’appuient sur une conception nouvelle : le lagon artificiel. Les ingénieurs imaginent des retenues d’eau créées par des digues construites au large des côtes. Fonctionnant à la manière d’un lac artificiel, ces lagons se rempliraient d’eau à marée haute. Puis ils se videraient par des sas équipés de turbines. Un tel lagon est en projet dans la baie de Swansea au Pays de Galles. L’installation devrait avoir une superficie de 5 kilomètres carrés. Ses turbines bidirectionnelles auront une capacité totale de 320 MW.  D’autre lagons de ce type sont à l’étude au Royaume-Uni, notamment dans l’estuaire de la Severn, au large de Carfdiff (3.000 MW), de Newport et de Bridgwater. Selon ses concepteurs cette technologie serait beaucoup moins néfaste pour l’environnement et la faune marine que celle des barrages érigés à l’embouchure d’un fleuve. L’association écologiste Friends of the Earth de Grande-Bretagne aurait d’ailleurs donné son approbation.

Le projet de lagon artificiel au large de Cardiff

Mais rendons-nous à l’évidence : la puissance cumulée de toutes les « usines » marémotrices actuellement en service dans le monde est inférieure à celle … d’un seul réacteur nucléaire ! Car l’obstacle le plus important au développement de cette technologie est le coût des projets, estimé pour l’instant à plus de 400 € par MWh produit. C’est au moins quatre fois plus que le coût actuel des parcs éoliens offshore et sans commune mesure avec les coûts, constamment revus à la baisse, des autres formes d’énergie renouvelable. Pour cette raison  les prévisions de mise en service de tous les projets cités plus haut sont sans cesse reportées. Les travaux pour le projet coréen de Garolim qui devait initialement voir le jour en 2015 n’ont pas encore commencé. Idem pour celui d’Incheon, prévu pour 2017 mais dont la mise en service est maintenant annoncée pour 2025 au plus tôt.

La technique des lagons artificiels semble moins coûteuse. Ses concepteurs avancent des prix au kWh produit équivalents à ceux de l’éolien offshore, mais les investissements à consentir sont énormes et la technologie n’a pas encore été éprouvée. Les investisseurs potentiels, qu’ils soient publics ou privés sont donc très hésitants. Dès lors il n’est pas du tout certain que les quatre projets de lagons au large du Pays de Galles soient réalisés un jour.

Hydroliennes

Aujourd’hui une autre technique d’exploitation de l’énergie des marées semble plus prometteuse : les hydroliennes. Il s’agit de turbines placées sur les fonds marins, dont les pales transforment en électricité les courants de marée de la même manière qu’une éolienne transforme l’énergie du vent. Du fait de la masse volumique importante de l’eau (800 fois supérieure à celle de l’air), les hydroliennes, à puissance équivalente, sont beaucoup plus petites que les éoliennes. Elles ont un impact visuel limité et ne nécessitent pas la construction de barrages ou de digues coûteuses contrairement aux usines marémotrices classiques.

Nous consacrerons prochainement un autre article à l’utilisation d’hydroliennes pour l’exploitation de l’énergie des marées.