Développer les énergies marines renouvelables de demain

Les énergies marines renouvelables (EMR) sont en plein essor. Elles sont un levier nécessaire pour réduire les émissions de gaz à effet de serre, responsables du changement climatique. Le développement de ces énergies requiert notamment la conception et l’amélioration d’éoliennes, hydroliennes, etc. L’Ifremer accompagne les porteurs de projets innovants, par les compétences de ses chercheurs et ingénieurs et par ses bassins et son site de test. L’institut approfondit aussi les connaissances nécessaires en hydrodynamique et aérodynamique.

Les énergies marines renouvelables en plein essor

Pour limiter les émissions de gaz à effet de serre, la France s’est donné pour objectif d’atteindre 40 % d’énergies renouvelables dans son mix énergétique (répartition des différentes sources d’énergie consommée) d’ici 2030. Au niveau européen, l’objectif est de porter la part des énergies renouvelables à au moins 27 %. 

Comment récupérer les énergies marines ?

La mer offre des ressources en énergie importantes et renouvelables à l’infini. Pour récupérer et convertir ces énergies, divers dispositifs existent. Il s’agit par exemple des :

  • éoliennes ancrées (énergie du vent, plus fort et plus régulier en mer),
  • éoliennes flottantes,
  • hydroliennes (énergie des courants marins),
  • dispositifs houlomoteurs (énergie des vagues),
  • dispositifs marémoteurs (énergie des marées),
  • énergie thermique des mers (pour chauffer ou rafraîchir des bâtiments par exemple),
  • etc.

Des technologies marines à divers degrés de maturité

Il existe déjà un grand nombre d’éoliennes offshores en fonctionnement qui produisent de l’électricité. Les hydroliennes et convertisseurs houlomoteurs, en revanche, ne sont pas encore au stade du développement industriel. Un nombre grandissant de prototypes est en phase de tests. Pour récupérer l’énergie houlomotrice par exemple, il existe une grande diversité de systèmes, mais il n’y a pas encore de consensus autour d’un concept optimal. 

Comment concevoir une éolienne ou une hydrolienne ?

Les projets de nouveaux dispositifs sont portés par des entreprises. L’Ifremer noue des contrats de collaboration avec les porteurs de projets. L’institut peut aussi participer ou accompagner la création d’entreprises pour développer ces technologies. 

Ces collaborations donnent aux entreprises un accès facilité aux bassins et au site d’essai de l’institut et à l’expertise des hydrodynamiciens, mécaniciens, ingénieurs et chercheurs de l’Ifremer. C’est aussi un accès aux installations de l’infrastructure Theorem qui intègre les moyens d’essais de l’Ecole Centrale de Nantes et l’Université Gustave Eiffel.

Des bassins et un site d’essai dédiés

L’Ifremer est un lieu privilégié pour le test de maquettes et de prototypes de dispositifs d’EMR. L’institut possède un site d’essai en mer et deux bassins adaptés à ce besoin.

Les bassins de Brest et de Boulogne-sur-Mer permettent de simuler des conditions d’état de mer (vagues, courant, vent, etc.) sur des maquettes instrumentées. Les scientifiques peuvent ainsi étudier la réponse hydrodynamique des maquettes des systèmes, leur comportement dans l’eau (roulis, tangage…) ou leur efficacité (taux de conversion de l’énergie).

Le site d’essai de Sainte-Anne-du-Portzic permet de tester des prototypes à des échelles intermédiaires (environ 1/10e). Il s’agit alors de tester un fonctionnement réaliste, sans prendre les risques financiers associés à la taille réelle. Ce site en mer permet aussi d’appréhender le comportement de la future éolienne ou du convertisseur houlomoteur en environnement réel, non contrôlé. 

Tester la performance et la résistance

Grâce à ces infrastructures, l’Ifremer mesure et analyse le comportement des systèmes de récupération d’énergie (maquettes d’hydroliennes, d’éoliennes…). En parallèle des essais en bassins, les scientifiques réalisent des modélisations numériques, qui permettent de tester plus facilement et plus rapidement une variété de scénarios. Ce travail permet aux industriels de réaliser une levée de risques, avant de passer à l'étape de déploiement pré-commercial.

Ces essais, expérimentaux ou numériques, permettent de faire progresser les dispositifs afin qu’ils récupèrent le plus possible d’énergie à convertir (le plus souvent en électricité), tout en résistant aux conditions en mer parfois extrêmes (vent, tempête…). 

Améliorer le système

Le travail de test et d’amélioration peut porter sur divers points du système. Il s’agit par exemple de mettre au point un flotteur (forme, dimensions…) le plus stable possible pour une éolienne flottante, ou d’améliorer un système d’ancrage. Les premiers systèmes d’ancrage étaient des câbles d’acier, aujourd’hui ce sont de plus en plus des matériaux synthétiques, qui offrent une meilleure résistance, une meilleure tenue à la mer et un plus faible encombrement (une donnée importante lorsqu’il y a plusieurs éoliennes à proximité !).

Développer la connaissance

En parallèle de ces activités directement liées à la filière, les scientifiques de l’Ifremer approfondissent les connaissances autour des dispositifs de récupération des énergies marines. Les ingénieurs analysent l’hydrodynamique des structures en mer et leur production d’énergie face à des conditions météo variables. Ils comparent différents types de pales, de turbines, testent l’ajout de (sidenote: Carénage C’est une structure fixée autour de l’hydrolienne, qui permet d’augmenter la puissance produite. Par exemple, le carénage peut améliorer l’hydrodynamique d’une hydrolienne et contribuer à accélérer le courant vers les pales. Il peut aussi protéger l’hydrolienne. ) autour des hydroliennes, etc. Par exemple, pour des hydroliennes immergées en zones peu profondes, les  mouvements des vagues sont parfois supérieurs à ceux des courants. Les scientifiques étudient alors les conséquences de cette situation sur la production d’énergie. L’Ifremer s’attache aussi à améliorer sa capacité à simuler les conditions de mer et à mesurer toujours plus finement les performances des dispositifs et les contraintes qu’ils subissent. 

Nous faisons avancer les connaissances en hydrodynamique pour accompagner le déploiement des énergies marines renouvelables.

Christophe Maisondieu
Ifremer | Chercheur en hydrodynamique

Accompagner le développement des EMR

L’Ifremer travaille avec des entreprises diverses, de la startup au grand groupe industriel, et quel que soit le stade de maturité du projet. L’institut est membre de l’Institut Carnot MERS : ce label est une reconnaissance de la qualité des relations de l’Ifremer avec les entreprises. L’institut appuie ainsi le développement de solutions qui contribuent à la transition énergétique.

Quelques exemples de nos collaborations

  • L’Ifremer collabore avec Geps Techno depuis la création de la startup de Loire-Atlantique. Les deux acteurs ont collaboré sur plusieurs projets, notamment le développement du dispositif houlomoteur Dikwe, avec le groupe Legendre.
  • La PME bretonne Eolink a bénéficié de tests en bassins et en mer, pour concevoir les systèmes d’ancrages de son éolienne flottante. 
  • La société grenobloise Hydroquest a conçu une hydrolienne à axe vertical. Les tests menés à échelle réduite dans le bassin de l’Ifremer de Boulogne-sur-Mer ont permis d’optimiser le rendement de la machine, en adaptant son profil et son carénage.

L’originalité et l’intérêt de notre démarche, c’est de travailler depuis la preuve de concept en bassin, jusqu’à l’échelle intermédiaire en mer.

Christophe Maisondieu
Ifremer | Chercheur en hydrodynamique

Agir au niveau européen

L’Union européenne soutient le développement des EMR. Elle finance l’accès aux moyens d’essais pour les développeurs de technologies. Les infrastructures d’essai s’organisent progressivement en consortium européen, pour faciliter les collaborations entre sites et l’accès unifié pour les entreprises porteuses de projets. L’Ifremer est un acteur majeur de cette démarche et s’est positionné au cœur de la recherche européenne sur les énergies marines renouvelables.