L'énergie de la mer : les innovations italiennes entre rêve et réalité

Le passage aux énergies renouvelables : un défi que nous ne pouvons ignorer

L'énergie de la mer représente la plus grande source renouvelable inexploitée de la planète, avec 80 000 milliards de kWh disponibles. L'Italie fait partie des six pays de l'UE dotés de politiques spécifiques pour l'exploitation de l'énergie des vagues, avec des projets comme ISWEC et Rewec 3 déjà opérationnels.

L'un des défis majeurs auxquels l'humanité devra faire face dans un futur proche est de trouver des sources d'énergie alternatives aux combustibles fossiles, propres et faciles à exploiter. Ces sources devraient nous permettre de rester dans les limites fixées par l'Agenda 2030, un ensemble d'objectifs européens à atteindre pour atténuer les effets du changement climatique sur la période 2021-2030.

Parmi les objectifs proposés, beaucoup concernent le secteur de l'énergie. On exige notamment qu'au moins 32 % des besoins énergétiques nationaux proviennent des énergies renouvelables, et une réduction d'au moins 40 % des émissions de gaz à effet de serre par rapport à 1990.

En Italie, les sources d'énergie renouvelable (souvent désignées par l'acronyme FER) les plus utilisées sont l'hydroélectrique, le photovoltaïque et l'éolien. L'Italie est un pays où le sol doit être considéré comme une ressource précieuse, vu la grande proportion de collines et de territoires déjà consacrés à l'agriculture et au pâturage. Nous avons presque atteint la capacité maximale d'installations éoliennes et photovoltaïques sur le territoire national.

Où trouver une nouvelle énergie ? Les regards se sont tournés vers la mer. La Péninsule étant baignée par la Méditerranée, celle-ci recèle au moins deux formes d'énergie que l'humanité n'est pas encore parvenue à exploiter pleinement.

À la découverte d'une nouvelle source d'énergie : quels avantages nous offre-t-elle ?

En 2021, l'ENEA — Agence nationale pour les nouvelles technologies, l'énergie et le développement économique durable — a établi que, d'ici 2030, des systèmes de captation de l'énergie provenant de la mer seront installés en Italie. Mais à quel point est-il avantageux d'exploiter cette forme d'énergie, et d'où provient-elle ?

L'énergie transportée par les vagues de la mer est principalement produite par le Soleil. Par la différence de pression et le frottement, le Soleil produit le vent qui ride l'eau et lui fournit une énergie cinétique transportée jusqu'à de grandes distances. Les vagues peuvent aussi être produites, dans une moindre mesure, par les marées, les séismes ou les forces de Coriolis. Par rapport aux énergies renouvelables les plus connues, l'énergie marine peut être moins sensible aux conditions météo et rester disponible en permanence. Les études sur la captation de cette énorme source d'énergie ont commencé il y a de nombreuses années, mais ce n'est que récemment que certaines technologies se sont révélées prometteuses en la matière.

Selon Eni, l'énergie des vagues est la plus grande source renouvelable inexploitée de la planète, avec une quantité d'énergie de 80 000 milliards de kWh qui couvriraient plus de 5 fois les besoins de la planète. Les eaux du globe, océaniques surtout, transportent des quantités considérables d'énergie cinétique inexploitée, plus importantes sur les côtes occidentales et moindres dans les mers fermées. Comme l'a souligné Eni dans son projet ISWEC, la moindre énergie transportée par les vagues de la Méditerranée n'est pas un facteur limitant pour l'utilisation de cette source dans le Mare Nostrum. En effet, les vagues de la Méditerranée sont moins hautes et moins puissantes, mais bien plus fréquentes et exploitables par des engins flottants comme l'ISWEC.

Un aspect très important à considérer lorsqu'on parle de FER est le facteur de capacité (ou facteur d'utilisation, désigné en anglais par load factor), défini comme le rapport entre la production d'énergie effective d'une installation et l'énergie théorique qu'elle aurait produite si elle avait fonctionné pendant tout l'intervalle de temps considéré. C'est un indicateur de l'intermittence et de la disponibilité des énergies renouvelables. Le facteur de capacité tient compte aussi des éventuelles pannes de l'installation et, selon de récentes études, celui de la nouvelle technologie de captation du mouvement des vagues est supérieur à celui de l'éolien et des autres énergies renouvelables.

Un autre facteur susceptible de favoriser la recherche, le développement et la mise en œuvre de l'exploitation des vagues est la densité énergétique, de loin supérieure à celle de l'éolien et du photovoltaïque. La densité énergétique moyenne des vagues est d'environ 3 kW/m², soit 20 fois supérieure à celle du Soleil et cinq fois supérieure à celle de l'éolien.

L'Italie est l'un des pays les plus actifs sur le front de l'énergie marine : elle fait partie des six pays de l'UE à avoir adopté des politiques spécifiques pour l'exploitation de cette ressource. Les prototypes italiens d'un niveau de maturité technologique égal ou supérieur à 7 (TRL7+) sur une échelle de 1 à 9 sont au nombre de cinq, quatre pour les vagues et un pour les marées.

ISWEC : un projet révolutionnaire pour l'énergie de la mer

Eni a collaboré étroitement avec le Politecnico di Torino pour développer le système **ISWEC**, acronyme d'Inertial Sea Wave Energy Converter. Ce dispositif est un convertisseur d'énergie qui transforme l'énergie cinétique des vagues en énergie électrique. Il se compose d'un engin flottant doté de deux gyroscopes. Ces derniers, en cherchant à maintenir fixe leur axe de rotation, génèrent une force perpendiculaire à l'axe pour résister à la force des vagues qui tendent à les faire tourner. Cette approche exploite le phénomène de la précession gyroscopique.

Les vagues provoquent le tangage de l'unité mobile, ancrée au fond marin. Le mouvement des gyroscopes est converti en énergie électrique par un moteur électromécanique. La puissance générée peut varier entre 50 et 360 kW. Grâce à l'usage de modèles mathématiques prévisionnels sur la fréquence des vagues, le dispositif peut être optimisé en synchronisant la rotation du gyroscope avec la fréquence des vagues.

En plus de sa contribution en tant que nouvelle ressource renouvelable, ISWEC se révèle esthétiquement discret. Souvent, en Italie, on s'est heurté à des protestations de type « NIMBY » (Not in My Back Yard, ou « pas dans mon jardin »), surtout contre les parcs éoliens, accusés de gâcher le paysage. Le système ISWEC, placé à 800 mètres de la côte et n'émergeant de la mer que d'un mètre, est presque invisible et non invasif pour les beautés de notre mer.

Le premier prototype de ce projet remonte à 2006, mais la version finale à l'échelle réelle n'a été réalisée qu'en 2012. En août de cette année-là, Eni et l'Università di Torino ont installé un ISWEC de dimensions 8x15x4,5 mètres près de la côte de Pantelleria. Le dispositif, d'une puissance de pointe de 260 kW, a été raccordé au réseau électrique national en mars 2023.

L'île de Pantelleria se trouve à environ 110 km de la Sicile et compte une population de 7 000 habitants, qui double pendant la saison touristique. L'île fait face à des défis importants sur le plan énergétique, car elle est éloignée du reste de l'Italie et son énergie est produite principalement par une centrale au gazole. Cette approche entraîne un coût élevé, car le combustible doit être acheté et acheminé dans des citernes par des ferries en provenance de Sicile. Cela augmente non seulement le prix de l'énergie, en y incorporant le coût du transport, mais représente aussi une source importante d'émissions. Selon l'Università di Torino, de petits dispositifs comme ISWEC, qui génèrent de l'électricité à partir de la mer, peuvent être la solution idéale pour rendre autonomes des territoires escarpés et isolés, comme Pantelleria, difficiles à raccorder au réseau électrique national.

Rewec 3 de Civitavecchia : comment un barrage peut-il produire de l'énergie ?

**Rewec 3** est un projet entièrement italien, né de la collaboration de l'Università di Reggio Calabria et financé par l'Union européenne. Cette technologie exploite l'énergie des vagues d'une manière sensiblement différente de l'engin ISWEC, en ressemblant davantage à un barrage. Elle se compose d'une ouverture supérieure donnant sur la mer, reliée à une chambre contenant moitié eau, moitié air, elle-même reliée à une turbine. Quand une vague frappe la ligne de côte, le niveau de l'eau dans la seconde chambre s'élève, ce qui fait augmenter la pression de l'air qui, en passant dans la turbine, génère de l'électricité. Le même effet se produit quand la vague se retire, permettant à la turbine de tourner en continu. Ce système est en phase d'expérimentation depuis 2005, et un prototype à l'échelle 1:1 a été réalisé en 2012 dans le port de Civitavecchia.

La mer, cependant, n'offre pas seulement l'énergie cinétique portée par les vagues : elle permet aussi d'exploiter les forces des marées. L'énergie marémotrice n'est pas encore largement répandue à l'échelle mondiale, en raison des coûts et de l'impact environnemental qu'elle peut produire. Les marées, phénomènes d'élévation et d'abaissement périodiques du niveau de la mer principalement dus à l'attraction gravitationnelle de la Lune et du Soleil, représentent une opportunité énergétique très séduisante car ce sont des phénomènes constants et prévisibles.

Les systèmes de captation de cette forme d'énergie, encore en phase d'expérimentation, peuvent être de deux types principaux. La technologie la plus « ancienne » peut être vue comme un hybride entre l'éolien et l'hydroélectrique. Elle est formée d'un système de barrages qui séparent la mer de bassins plus petits au moyen de systèmes-barrières. Pendant la marée haute, le bassin se remplit, et il se vide pendant la marée basse. Le mouvement continu de l'eau, d'avant en arrière depuis le bassin, est capté par des turbines qui, en tournant, alimentent les générateurs électriques, produisant ainsi une énergie renouvelable et propre.

Cette technologie n'a pas encore été déployée à l'échelle mondiale et en est encore au stade de l'étude. Parmi les installations les plus importantes figurent l'installation MeyGen, en Écosse, d'une puissance nominale d'environ 400 MW ; le barrage de Sihwa Lake, en Corée du Sud, d'une capacité nominale de 254 MW, et celui de La Rance, en France, d'une capacité nominale de 240 MW.

Malgré ses bénéfices, cette technologie a un impact environnemental important. Elle est particulièrement néfaste pour la flore et la faune des côtes où elle est implantée, et elle altère la qualité de l'eau. En France, par exemple, les trois années de construction de la centrale ont eu des effets dévastateurs sur l'écosystème de l'estuaire, causant la mort de plusieurs espèces de poissons et perturbant les cycles des marées.

Une alternative technologique à l'étude est celle des turbines marémotrices ou hydroliennes, de petites pales ancrées au fond qui se déplacent grâce au courant marin produit par les marées, de façon analogue aux pales des éoliennes terrestres. Lorsque les courants déclenchent le mouvement rotatif des pales, la turbine produit de l'électricité.

En Italie, l'énergie marémotrice a été expérimentée dans quelques installations prototypes. L'une d'elles est la turbine Kobold, installée à Messine en 1999 et démantelée en 2016. Le système Kobold est très semblable à l'ISWEC de Pantelleria, car c'est un système flottant ancré au fond qui génère de l'énergie par le mouvement de trois turbines.

Un autre projet entièrement italien digne d'intérêt est le système GEMSTAR, constitué de deux turbines marines reliées à un flotteur, ancrées au fond par un câble. En raison de son mode de fonctionnement, ce système est aussi appelé « cerf-volant sous-marin ». Le cerf-volant opère à 15 mètres sous le niveau de la mer et suit le courant. En fonctionnant sous la surface de l'eau, il permet le passage des navires et autres embarcations, évitant ainsi de défigurer le paysage maritime.

En conclusion, l'extraction de l'énergie de la mer n'est plus un rêve, mais une réalité de plus en plus concrète. Même s'il reste nécessaire de poursuivre la recherche et le développement, l'engagement déployé dans des projets comme ceux cités plus haut montre à quel point l'innovation peut jouer un rôle clé dans notre cheminement vers un avenir énergétique plus durable et écologique. Pour comprendre les principes physiques derrière ces technologies, des ondes électromagnétiques à la mécanique des fluides, les cours particuliers de physique apportent les bases scientifiques nécessaires.

FAQ

Qu'est-ce que l'énergie des vagues ?

L'énergie des vagues est une forme d'énergie renouvelable qui exploite le mouvement des vagues marines pour produire de l'électricité. Selon Eni, elle représente la plus grande source renouvelable inexploitée de la planète, avec 80 000 milliards de kWh potentiellement disponibles.

Comment fonctionne le système ISWEC ?

ISWEC (Inertial Sea Wave Energy Converter) est un dispositif flottant à deux gyroscopes qui exploite le tangage provoqué par les vagues. Le mouvement gyroscopique est converti en énergie électrique par un moteur électromécanique, d'une puissance comprise entre 50 et 360 kW.

Quels sont les avantages de l'énergie marine par rapport à l'éolien et au photovoltaïque ?

L'énergie marine a une densité énergétique 20 fois supérieure au solaire et 5 fois supérieure à l'éolien (environ 3 kW/m²). De plus, elle est moins sensible aux conditions météo et possède un facteur de capacité supérieur à celui des autres énergies renouvelables.

L'Italie est-elle active dans le secteur de l'énergie marine ?

Oui, l'Italie fait partie des six pays de l'UE dotés de politiques spécifiques pour l'énergie marine. Il existe cinq prototypes italiens d'une maturité technologique TRL7+, dont ISWEC à Pantelleria et Rewec 3 à Civitavecchia.