Pleins feux sur la science et la technologie : énergie renouvelable des océans

Pourquoi c’est important

L’énergie renouvelable des océans a le potentiel de réduire les émissions mondiales de carbone provenant des combustibles fossiles de 500 millions de tonnes d’ici 2050, et pourrait également répondre aux besoins énergétiques des communautés isolées, qui n’ont peut-être pas accès à des sources d’électricité fiables. Cependant, les technologies peuvent être coûteuses et des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre leurs effets potentiels sur la faune marine.

La technologie

qu’est-ce que c’est? L’énergie renouvelable des océans (ou, simplement, l’énergie des océans), est l’énergie dérivée du mouvement de l’océan ou de son état physique et chimique. Aux États-Unis, l’énergie des océans peut être générée à partir des vagues, des marées et des courants, ainsi que des différences de température des océans. Le National Renewable Energy Laboratory estime que si elles sont pleinement utilisées, les ressources énergétiques océaniques aux États-Unis pourraient fournir l’équivalent de plus de la moitié de l’électricité produite par le pays en 2019. Le gouvernement américain et les parties prenantes de l’industrie prévoient que l’énergie océanique sera probablement utilisée en premier pour fournir électricité pour les besoins en énergie et en eau des communautés insulaires et côtières et des activités offshore. Selon ces parties prenantes, l’utilisation de l’énergie océanique pour ces activités et communautés aidera à faire progresser les technologies et contribuera à rendre l’énergie océanique plus compétitive sur certains marchés supplémentaires.

Figure 1. La mesure dans laquelle l’énergie des océans pourrait potentiellement compléter l’approvisionnement en électricité existant varie selon les régions.

Comment ça marche? Les ressources énergétiques des océans peuvent être exploitées à l’aide de divers dispositifs, en fonction du type d’énergie qu’ils exploitent, de la quantité d’énergie qu’ils doivent fournir et d’autres facteurs. Les dispositifs qui captent l’énergie de l’eau en mouvement varient en termes de conception et d’échelle, selon qu’ils sont conçus pour exploiter les vagues, les marées ou les courants océaniques.

Les convertisseurs d’énergie des vagues utilisent les ondes de surface pour générer de l’énergie. Par exemple, un type de convertisseur d’énergie des vagues génère de l’énergie en utilisant le mouvement des vagues comme un piston pour entraîner l’air dans et hors d’une chambre, l’air en mouvement entraînant une turbine. Les convertisseurs d’énergie marémotrice utilisent le mouvement horizontal des courants de marée pour générer de l’énergie, généralement par le biais de turbines immergées dont les hélices sont entraînées par le courant, analogues aux éoliennes. Les appareils qui captent l’énergie des courants océaniques non tidaux, tels que le Gulf Stream, utilisent également les courants pour faire tourner une turbine et générer de l’énergie. Certaines technologies, telles que les cerfs-volants de marée, peuvent exploiter à la fois des courants de marée à plus grande vitesse et des courants en mer à plus faible vitesse grâce à un « cerf-volant » spécial attaché sous l’eau. Le cerf-volant utilise des volets de commande pour se déplacer selon un schéma fixe à travers le courant, augmentant la vitesse d’écoulement de l’eau à travers les pales de la turbine du cerf-volant, extrayant ainsi plus d’énergie.

Les centrales électriques à convertisseur d’énergie thermique des océans (OTEC) convertissent les différences thermiques entre l’eau de mer de surface chaude et l’eau de mer profonde froide en énergie et sont destinées à être déployées en tant que centrales électriques à grande échelle. Les centrales OTEC utilisent cette différence de température pour produire de l’électricité. Plus précisément, l’eau de surface chaude est pompée à travers un évaporateur qui évapore un fluide de travail (qui peut être l’eau de surface elle-même). La vapeur qui en résulte se dilate et entraîne un générateur à turbine, produisant de l’électricité. La vapeur est ensuite condensée dans un fluide à l’aide d’eau froide pompée au plus profond de l’océan.

Figure 2. Exemple d’une colonne d’eau oscillante, qui est un type de convertisseur d’énergie des vagues, et d’une centrale électrique OTEC.

Quelle est sa maturité ? Les convertisseurs d’énergie des vagues et des marées en sont aux premiers stades de la commercialisation. Alors que les convertisseurs d’énergie marémotrice ont commencé à converger vers une conception unique, ce n’est pas le cas des convertisseurs d’énergie des vagues. Cela s’explique en partie par le fait que les développeurs de convertisseurs d’énergie des vagues ont commencé à se concentrer sur des dispositifs plus petits et spécialement conçus pour les marchés de l’énergie de niche.

Les technologies OTEC et les courants océaniques sont actuellement à petite échelle et n’ont eu que des déploiements limités. L’une des trois centrales électriques OTEC actives dans le monde est située à Hawaï ; mais les acteurs développant cette technologie sont principalement les instituts de recherche et les universités plutôt que l’industrie en raison de l’incertitude sur le retour sur investissement de cette technologie. Les cerfs-volants de marée pourraient exploiter l’énergie des courants océaniques. Cependant, les développeurs prévoient des déploiements commerciaux limités pour capter l’énergie des courants de marée plutôt que des courants océaniques, en partie parce que les courants océaniques sont plus au large, ce qui complique le déploiement.

Opportunités

  • Atténuation du changement climatique. Selon l’Agence internationale de l’énergie, à l’échelle mondiale, l’énergie des océans pourrait contribuer à atténuer les effets du changement climatique en réduisant les émissions de carbone provenant de la production d’électricité à partir de combustibles fossiles d’environ 500 millions de tonnes d’ici 2050.
  • Énergie prévisible et stable. Par rapport à d’autres sources d’énergie renouvelables, l’énergie des océans fournit une production d’électricité plus prévisible et presque continue. Les technologies de l’énergie océanique pourraient soutenir et stabiliser les réseaux électriques qui intègrent d’autres sources d’énergie renouvelables plus intermittentes, telles que l’énergie solaire et éolienne.
  • puissance en mer. L’énergie océanique peut fournir une énergie locale et fiable aux industries, activités et systèmes offshore tels que l’élevage d’organismes marins, la navigation et les capteurs océaniques déployés, qui ont tendance à s’appuyer sur des batteries qui limitent leur portée et leur utilité.
  • Soutien aux communautés insulaires côtières et rurales. L’énergie des océans pourrait aider à répondre aux besoins en eau et en énergie des communautés rurales côtières et insulaires en fournissant de l’électricité d’origine locale pour produire de l’eau potable et en réduisant la dépendance aux générateurs diesel, qui sont coûteux, émettent du dioxyde de carbone et sont vulnérables aux perturbations de l’approvisionnement.
  • Reprise après sinistre. L’énergie des océans pourrait contribuer à la reprise après une catastrophe naturelle dans certains endroits en fournissant aux communautés touchées une source d’énergie résiliente. Par exemple, les dispositifs d’énergie océanique construits dans les brise-lames pourraient être protégés lors d’une catastrophe et ainsi capables de fournir à ces communautés de l’eau dessalée et de l’électricité.

Défis

  • coût élevé. Les technologies d’énergie océanique sont généralement plus coûteuses que les autres technologies d’énergie renouvelable en raison des coûts élevés d’installation, d’exploitation et d’entretien. Cela renforce la perception que l’énergie des océans est risquée et rend plus difficile la recherche d’investisseurs et d’assurances.
  • Infrastructure. Les technologies de l’énergie océanique sont confrontées à d’importants défis d’infrastructure et à des chaînes d’approvisionnement sous-développées. Par exemple, le raccordement de ces appareils au réseau électrique peut être coûteux et certains composants subiront des intempéries considérables.
  • Défi réglementaire. La gestion des activités océaniques et côtières implique de multiples autorités fédérales et étatiques. Le processus réglementaire qui en résulte peut être long et coûteux.
  • Impact environnemental. Les principaux risques environnementaux des technologies de l’énergie océanique comprennent la collision de la vie marine avec les turbines sous-marines, la création de sons sous-marins et les changements d’habitat. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour évaluer l’effet à long terme des technologies de l’énergie océanique sur l’environnement et la faune marine.

Contexte politique et questions

Avec plusieurs technologies d’énergie océanique alimentant désormais les communautés côtières et insulaires, certaines questions clés à prendre en compte par les décideurs politiques incluent :

  • Quelles mesures les décideurs politiques pourraient-ils prendre, telles que l’évaluation des stratégies visant à réduire les coûts de déploiement, pour intégrer davantage les technologies d’énergie océanique matures dans les réseaux électriques régionaux ?
  • Quelles analyses des incitations et des obstacles sont nécessaires pour explorer les moyens de stimuler le développement par le secteur privé des infrastructures et des chaînes d’approvisionnement de l’énergie océanique ?
  • Quelles mesures les décideurs politiques pourraient-ils prendre pour s’assurer que des informations adéquates sont recueillies pour déterminer si les technologies de l’énergie océanique sont prêtes à être intégrées dans les plans de préparation et d’intervention en cas de catastrophe ?
  • Quelles mesures les décideurs politiques pourraient-ils prendre pour s’assurer que suffisamment de données et d’analyses sont disponibles concernant les effets environnementaux des technologies de l’énergie océanique ?

Pour plus d’informations, contactez Karen Howard au (202) 512-6888 ou [email protected]