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4-Energies marines

Direction Générale de l’Energie et du Climat - 1 - L’industrie des énergies décarbonées en 2010

Définition et technologies existantes

Les énergies marines désignent l’ensemble

des technologies permettant de produired’électricité à partir des différentes forcesou ressources du milieu marin. La mer estune source inépuisable d'énergies : l'énergiehydrolienne, l'énergie houlomotrice,l'énergie thermique des mers, l'énergieosmotique et l'énergie marémotrice en fontpartie.

LES DIFFERENTES TECHNOLOGIES

L'énergie hydrolienne

Cette technologie utilise l’énergie cinétique descourants marins. Une hydrolienne peut êtrecomparée à une éolienne sous-marine. Il s’agit non pas d’utiliser la force motrice du vent mais celle descourants marins. Ces derniers ont plusieursavantages comme leur prévisibilité – l’énergie liéeaux marées – et le fait de pouvoir installer desfermes assez compactes, avec des turbines prochesles unes des autres.

La taille des hydroliennes varie, les derniers prototypes à l’essai ont des rotors allant jusqu’à 20mètres de diamètre.

Figure 1: Démonstrateur hydrolien(Source : Alstom)

Energie houlomotrice

Le vent soufflant sur de grandes surfaces marinescrée des vagues. L'énergie houlomotrice estl’énergie cinétique et potentiel du aux mouvementsdes vagues. La houle peut voyager sur de trèslongues distances et apporter sur une côte del’énergie qu’elle a collectée très loin.

Différentes technologies sont à l’essai. Les plus

répandues font appel à un flotteur ou un dispositifmoteur, mis en mouvement par la houle et ancré surle fond. Le mouvement est soit converti en

électricité immédiatement (exemple de latechnologie Pelamis), soit transmis à une pompe qui

met un fluide sous pression, fluide qui est à la foistransporté à terre pour produire de l’électricité oude l’eau dessalinisée (exemple de la technologieCETO). Un troisième principe utilise une colonned’eau comme un piston pour pousser de l’air etfaire tourner une turbine génératrice (exemplecolonne d’eau oscillante du LIMPET 500)

Figure 2: Démonstrateur houlomoteur (source « ©EDF EN / sous licence Carnegie Wave Energie »)

L'énergie thermique des mers : uneopportunité pour des zones extrêmes

Dans l’océan, en zone intertropicale, la différencede température entre l’eau de surface et l’eau profonde dépasse les 20°C. Le principe de l'énergiethermique des mers est d'exploiter une partie de lachaleur de l'eau avec une machinethermodynamique qui convertit la chaleur enénergie électrique.

Figure 3: Démonstrateur d’énergie thermique des

mers en cours de développement par DCNS



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L'énergie osmotique

Afin de produire de l'énergie osmotique, on installeune membrane semi-perméable en contact avec del’eau douce sur une face et de l’eau de mer surl’autre face, elle est donc soumise à une pression

dite osmotique. Ce phénomène peut être mis à profit pour récupérer de l’énergie.

La faisabilité technico-économique de cettetechnologie est à l’étude. La clé sera ledéveloppement des membranes nécessaires au procédé, qui résistent à l’usure et dont les coûts de production soient acceptables.

L'énergie marémotrice

L'énergie marémotrice consiste à profiter du flux etdu reflux de la marée pour alternativement remplir

ou vider un bassin de retenue en actionnant desturbines incorporées dans le barrage qui entraîne ungénérateur d'électricité.

Aujourd'hui la France est un des pays pionniersdans cette technologie, sans qu’il y ait néanmoinsde développement envisagé à court terme. Plusieurs pays dans le monde ont renoncé à des projetsd'envergure. En effet les coûts, les faibles taux deréussite et les incidences sur l’écosystème sont jugés trop élevés. A ce jour, la Corée est un desseuls pays à poursuivre les efforts dans ce domaine,avec sa première usine marémotrice.

Figure 4 : L'usine marémotrice de La Rance enBretagne (Source EDF)

Zoom sur le Grenelle de la mer, des orientationspour l’avenir

En juillet 2009, Le Grenelle de la Mer par sacontribution à la définition de la stratégie nationale pour la mer et le littoral, a permis d’identifier en

particulier les objectifs et des actions pour ledéveloppement des énergies marines. Les réflexionsdes parties participants au Grenelle de la Mer ontainsi conduit à des propositions d’actionsstructurées autour de trois lignes directrices :

Soutenir et planifier le développement durabledes énergies marines

Engager une politique industrielle volontariste pour les énergies marines

Agir en priorité en Outre-mer pour développeret produire de l’énergie renouvelable

.



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Le contexte réglementaire

REGLEMENTATION DES INSTALLATIONS

EXPLOITANT LES ENERGIES MARINES

L'implantation

Au titre du code général de la propriété despersonnes publiques, pour l’occupation du

domaine public maritime

Les installations de production d’électricité à partirdes énergies marines (les installations elles-mêmeset leur raccordement à terre) doivent faire l’objetd’un titre domanial d’occupation, assorti d’une

redevance fixée par les services fiscaux. (ArticlesL2124-1 à 3).

Le décret n°2004-308 du 29 mars 2004, relatif auxconcessions d’utilisation du domaine publicmaritime en dehors des ports, constitue le cadreréglementaire de cette procédure domaniale. Cedécret prévoit notamment la possibilité d’imposer laconstitution de garanties financières en vue dudémantèlement des installations et de la remise enétat du site.

Remarque : la loi portant engagement national pourl’environnement permet de dispenser ces

installations de toute formalité au titre du code del’urbanisme.

Au ti tre du code de l’environnement

Ces installations sont également soumises àautorisation au terme des dispositions de l’articleL214-2.

Préalablement à la délivrance des autorisations, cesinstallations sont soumises à étude d’impactenvironnemental et enquête publique au titre ducode de l’environnement et du code général de la propriété des personnes publiques.

L'obligation d'achat

Ces installations peuvent bénéficier de l’obligationd’achat de l’électricité produite (Article L314-1 ducode de l’énergie) dans des conditions fixées pararrêté ministériel.

Le tarif en vigueur pour cette obligation d'achat estde 150 €/MWh pendant 20 ans.

L’appel d’offre

Lorsque les capacités installées sont on deçà desobjectifs de la programmation pluriannuelle desinvestissements, le ministre chargé de l'énergie peutrecourir à la procédure d’appel d'offres ciblées pourdes technologies souhaitées.

Le ministre chargé de l'énergie définit lesconditions de l’appel d’offres que met en oeuvre laCommission de régulation de l’énergie sur la based'un cahier des charges détaillé.



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Les marchés

LE POTENTIEL MONDIAL

Le potentiel total théorique des Energies Marines

dans le Monde a été estimé par l’AgenceInternationale de l'Energie entre 20.000 et 90 000TWh/an (comme référence, la consommationmondiale d'électricité est de l'ordre de 16.000TWh/an). La contribution de chaque technologie au potentiel total est :

Hydroliennes et marémotrices : entre 300 et800 TWh/an.

Houlomotrices : entre 8,000 et 80,000 TWh/an,dont 2000 TWh/an réalisable avec lestechnologies connues et à maturité

Energie thermique des mers : près de 10,000TWh/an

Energie osmotique : 2,000 TWh/an

Figure 5: Zones compatibles avec ledéveloppement de l’ETM et leur différentiel detempérature (Source : World Energy Council)

LE MARCHE MONDIAL

Le marché pour l'énergie des mers en est encore àses débuts, mais la filière commence à sedévelopper dans certaines régions clés. Les divers potentiels de ressources et la maturité destechnologies accélèrent le développement de cetteindustrie nouvelle.

Aujourd'hui le marché est tiré par la GrandeBretagne et dans une mesure moindre par l’Irlande,la France, le Portugal, l'Australie et les Etats Unis.

Les services publics et les promoteurstechnologiques européens travaillent actuellementsur divers projets. Au cours de la dernière décennie,l’industrie marine a installé et testé des dizaines de pilotes différents, représentant une capacité totalede 14MW. Aujourd'hui il y a plus de 100 projets àtravers 15 pays, totalisant 1GW dontapproximativement 60% en énergie houlomotrice et40% d’énergie hydrolienne.

La Grande Bretagne, et plus particulièrementl’Ecosse, reste le chef de file dans le domaine desénergies marines, affichant à la fois une volonté deconstruire une chaîne d'approvisionnement locale et

d'atteindre ses objectifs ambitieux dedéveloppement des énergies renouvelables. Avec

plus de 1 GW de concessions déjà accordées, une première ferme en construction, et un potentielestimé à plus de 10 GW toutes technologies

confondues, la Grande Bretagne devrait tenir le premier rang de capacité d'énergie marine dans ladécennie à venir. La France arrive en 2ème positionen Europe avec un potentiel de 3 à 5 GW à installerà moyen terme.

Figure 6 : Potentiel Européen pour l'EnergieHydrolienne (Source : Aqua-RET)

Figure 7: Potentiel européen pour l’énergiemarémotrice (Source : Aqua-RET)

Figure 8 : Potentiel européen pour l’énergiehoulomotrice (Source : Aqua-RET)





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Les acteurs de la filière

LES ACTEURS INDUSTRIELS

Exemples d'acteurs industriels étrangers

Energéticiens: SSE, Vattenfall, Iberdrola,RWE, EDP R

Constructeurs Hydrolien: Marine CurrentTurbines (GB), Tidal Generation Ltd (GB),Hammerfest Strom (Norvege), Voith Hydro(Allemagne), Verdant Power Ltd (USA),OPRC (USA)

Constructeurs Houlomoteur: Pelamis (GB),Anaconda (GB), Wave Dragon (Denmark),

Aqua Marine Power (GB), Ocean PowerTechnologies (GB), Voith Hydro (Allemagne),Oceantec (Espagne)

Constructeurs ETM: Lockheed Martin

Exemples d'acteurs indust riels français

Énergéticiens: EDF EN, GDF-Suez

Constructeurs Hydroliennes: Alstom (CleanCurrent - Canada), DCNS (Open Hydro -Irelande)

Constructeurs Houlomoteurs: Alstom (AWS,GB), DCNS (CETO, Australie), Sabella, SBM

Constructeurs ETM: DCNS, STX

Installateurs: STX, Technip, Saipem, Geocean Bureau d'Etudes: Oceanide, L’Energie de la

Lune

Exemples de démonstrateurs

Acteurs Démonstrateurs

Technologie houlomotrice CETO en cours de mise à l'eau àLa Réunion.

Brevet pour la technologie houlomotrice SEACAP , projet pour un prototype pré commercial.

Ecole Centrale de Nantes Développeur de la technologie houlomotrice SEA-REVE,dont le prototype est testé (projet de démonstrateur)

EDF testera la technologie hydrolienne Open Hydro(détenue par DCNS) sur son site test est à Paimpol-Bréhat

Avec la licence mondiale d’hydroliennes Clean Current, projet ORCA à Paimpol-Bréhat

Premier petit prototype ETM construit à la Réunion.Démonstrateur en développement à la Martinique

.



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L'ACCOMPAGNEMENT DE LA FILIERE

Syndicat des Énergies Renouvelables

Créé en 2009, la commission Energies Marines dusyndicat des énergies renouvelables (SER) regroupeune vingtaine d’acteurs (laboratoires de recherche,industriels, développeurs de projets, etc.) exerçantune activité dans le secteur des énergies marines.Plusieurs missions ont été confiées à cettecommission :

Accompagner et promouvoir le développementd’une filière industrielle par la mise en placed’un cadre administratif et juridique adapté, ladéfinition de conditions économiquesfavorables au développement des projets(financement de démonstrateurs, systèmes desoutien) et un soutien à la R&D, en étant forcede proposition

Susciter les opportunités de développementd’activité et d’emploi au service de la filière

Identifier les compétences et expériencesfrançaises et suivre les projets existants

Entretenir et enrichir le dialogue avec lesacteurs et usagers du monde marin : pêche,cultures marines, défenses, villes portuaires,opérateurs de logistique ;

Promouvoir la filière auprès des pouvoirs publics et du grand public

Pôles de compétitivité

Clusters reconnus individuellement par l’Étatfrançais, les « pôles de compétitivité » regroupentsur un même territoire des entreprises,établissements d’enseignement supérieur etorganismes de recherche publics ou privés qui ontvocation à travailler en synergie pour mettre enœuvre des projets de développement économique pour l’innovation

Les principaux pôles de compétitivité dans ledomaine des énergies marines sont les suivants :

Pôle de compétitivité de la région PACA

Le Pôle Mer PACA a été crée en 2005, et lesénergies marines renouvelables font partie d’un des10 programmes fédérateurs qui structurent les

actions du pôle.Le pôle travaille avec des entreprises et deslaboratoires qui disposent d’un large panel decompétences reconnues notamment en robotiquesous-marine, calcul dynamique structures et fluides,essais, simulateurs, environnement et biotechnologies

Le pôle Mer PACA renforce les complémentaritésen étendant son territoire d’influence vers leLanguedoc Roussillon, la Corse et les territoiresultramarins.

Pôle de compétitivité de la BretagneLe Pôle Mer Bretagne a été créé en 2005. Lesatouts environnementaux (2700 km de cotes) etéconomiques de sa région lui permettant des'investir dans les énergies renouvelables de la mer.C'est un réseau de plus de 300 adhérents, dont plusde la moitié sont des PME, une équipe d'ingénieurset d'animateurs et 2900 chercheurs.

L’initiative IPANEMA

Des acteurs publics et privés, conscients del’importance de structurer rapidement les programmes français visant au développement desénergies marines, s’étaient engagés dès octobre2008 dans l’Initiative PArtenariale Nationale pourl’émergence des Energies MArines (IPANEMA).Cette initiative fédère les acteurs du domaine afind’élaborer des propositions détaillées pour ledéveloppement d’une filière scientifique etindustrielle des énergies marines.



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R&D et innovation

LA RECHERCHE ET LE DEVELOPPEMENT

La France compte des laboratoires d’excellence

dans la plupart des disciplines nécessaires audéveloppement des énergies marines renouvelables.Leurs activités de recherche sont néanmoins encore peu structurées et souffrent d’un manque devisibilité. La constitution d’une masse critique dechercheurs dans ce domaine est difficile. Ladynamique actuelle visant à créer une plateformecommune de recherche (IEED) pourrait structureret mobiliser les différents acteurs de la filière.

La robustesse des structures, les solutions demaintenance en mer de ces installations et desraccordements électriques jusqu’au réseau,

comptent parmi les principaux défis technologiqueset organisationnels de la filière.

Accompagner l 'innovation

Aujourd'hui l’innovation est encouragée : par le soutien à la constitution de partenariats

public-privé ; en facilitant l'accès au capital pour innover sur

des technologies propres ; en favorisant des actions directes de groupes

industriels locaux à l’aide des Pôles deCompétitivités ;

par les programmes de soutien à la recherche etdéveloppement (Investissements d'Avenir) ;

en facilitant l'accès aux financementseuropéens (NER300, FP7, Eurogia+, …).

Les principaux soutiens financiers

L’Etat accompagne la dynamique d’innovation,notamment au travers de deux dispositifs récents definancement mis en œuvre dans le cadre desd’Investissements d’Avenir. Le premier, géré parl’ANR, est doté de 1Md€ pour la créationd’Instituts d’Excellence en Energie Decarbonée

(IEED) ; le second est doté de 1,35 Mds€ pour lefinancement de démonstrateurs et de plateformesd’expérimentation pour les filières d’avenir dans ledomaine des énergies décarbonées et de la chimieverte.

Pour organiser le soutien à la filière, l’ADEME aélaboré en 2009, avec un comité d’expert dusecteur, une feuille de route technologique desénergies marines. Sur cette base, un premier appel àmanifestation d’intérêt (AMI) pour des projetsinnovants a été lancé. Cinq projets on été désignéslauréats en décembre 2010.

Le soutien global de l’Etat à la R&D reposeégalement sur les dispositifs transversaux existants,

par exemple le financement des projets par le fondsunique d’investissement (FUI), ou encore le fondsdémonstrateur européen NER300.

Sites d’essai

Les importantes évolutions attendues sur cestechnologies passeront par la mise en œuvre dedémonstrateurs, non seulement pour les aspectstechnologiques (nouveaux matériaux et designsinnovants) mais également pour les aspectsorganisationnels de la filière (partenariatsindustriels) et les modèles économiques associés.En raison des forts investissements en capitauxnécessaires pour ce type de démonstrateurs et de ladurée des projets, la mutualisation des compétences

et moyens disponibles parait indispensable danscette course à la compétitivité et à l’innovation quiest lancée.

Figure 9 : Prototypes lauréats de l’AMIADEME/Investissements d’Avenir et localisation prévue pour leur site d’essai (Source : Ifremer)

INSTITUTS DE RECHERCHE FRANÇAIS

IFREMER

L'IFREMER contribue fortement au développementdes énergies marines. Créé en 1984, cetétablissement public se concentre sur l’explorationdes océans et de ses ressources, sur le milieu marinet le littoral, et participe au développement durabledes activités maritimes. Source d'innovation pourle milieu marin, c'est le seul institut de ce type enEurope.L'IFREMER est présent sur vingt-six sites répartissur tout le littoral métropolitain et en Outre-Mer.L’Institut, dont le siège est à Paris, est organiséautour de 5 centres, le centre de Bretagne

regroupant la plus importante communautéocéanographique en Europe.



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Ses principales missions, dans le cadre dudéveloppement des énergies marines renouvelables,sont :

de contribuer, au niveau national et européen, àl’organisation de la recherche dans ce domaine

et à la structuration de la filière; de mettre en œuvre des programmes de

recherche sur les problématiquesenvironnementales associées au développementde ces filières

de contribuer, par la mise en œuvre de programmes de recherche et la participationaux projets industriels, au développementtechnologique des systèmes de production ;

de conduire des études de simulationnumérique et expérimentales grâce à desmoyens d'essais appropriés (étudeshydrodynamiques, comporte-ment desmatériaux, études acoustiques,...) mis àdisposition des développeurs de technologies ;

d’assurer le suivi des littoraux et de la mer.

Ecole Centrale de Nantes

L’Ecole Centrale de Nantes (ECN) forme, entreautres, des ingénieurs spécialisés dans les EnergiesMarines. L’Ecole héberge également unLaboratoire de Mécanique des Fluides (LMF), dontle cœur de métier est l’étude de la modélisation, la

simulation et l’expérimentation des écoulements defluides. Le LMF possède des infrastructuresexpérimentales uniques : bassin des carènes, zoned’essai sur houle bidimensionnelle, soufflerieaérodynamique et bancs d’essai moteurs. Leurvocation est de servir les communautésscientifiques française et européenne. Ceséquipements sont ouverts à la recherche et audéveloppement effectués dans l’industrie navale etoffshore, la plaisance et l’aviron.

ENSTA Bretagne

L’ENSTA Bretagne est un établissement publicd'enseignement supérieur et de recherche soustutelle de la Direction Générale de l'Armement(DGA) du ministère de la Défense. Elle partage cestatut avec 3 autres écoles, l’Ecole Polytechnique àPalaiseau, l’ISAE (Institut supérieur del’aéronautique et de l’Espace) à Toulouse, etl’ENSTA ParisTech (Ecole Nationale Supérieure deTechniques Avancées) à Paris. L’ENSTA Bretagnemène des activités de R&D principalement axéessur les sciences et technologies de l’information etde la communication et sur la mécanique desstructures navales. Elle est ainsi administrateur du« GIS Europôle Mer » et des pôles de compétitivité«Mer Bretagne» et «ID4CAR». L'ENSTA Bretagne

est également membre des pôles de compétitivité«Image et réseaux » et « EMC2 ».

Il propose également un Mastère en EnergiesMarines Renouvelables. Cette formation, accréditée par la Conférence des Grandes Ecoles, fait

intervenir l’ENSTA Bretagne, l’Ecole Navale,Télécom Bretagne, l’IUEM/UBO, l’ENIB, Ifremeret le Cetmef avec l’objectif de former les chefs de projets et les directeurs de programme qui saurontconcevoir et développer la filière des énergiesmarines renouvelables.

IFP Energies Nouvelles

IFP Energies Nouvelles est un organisme public derecherche, d’innovation et de formation intervenantdans les domaines de l’énergie, du transport et del’environnement. Sa mission est d’apporter, aux

acteurs publics et à l’industrie, des technologies performantes, économiques, propres et durables pour relever les défis sociétaux liés au changementclimatique, à la diversification énergétique et à lagestion des ressources en eau.

Pour accompagner le développement des EnergiesMarines, l’IFP Energies Nouvelles s’appuie sur sonexpertise dans les domaines du forage et de la production pétrolière offshore. Ingénierie deconception, mécanique des structures, mécaniquedes fluides, physico-chimie des matériaux souscontraintes, optimisation hydrauliques de machinestournantes : autant de compétences qui seront misesà contribution dans les programmes de recherchequi sont en cours de lancement. Les recherchesseront conduites en collaboration avec des partenaires académiques et industriels, avec l’appuides pôles de compétitivité Mer-Bretagne et PACA.

INSTITUTS DE RECHERCHE

INTERNATIONAUX

NAREC / EMEC en Grande Bretagne

Le National Renewable Energy Centre (Narec,centre national des énergies renouvelables) permetde tester des modèles réduits de prototypes dans unenvironnement contrôlé. L’European MarineEnergy Centre (EMEC, centre européen desénergies marines) permet l’installation en pleinemer de prototypes grâce à plusieurs sites disposantde connexions au réseau électrique terrestre. WaveHub assure les mêmes fonctions, mais uniquement pour les dispositifs de conversion de l’énergie desvagues. Chacun de ces centres d’essais est couplé àdes infrastructures de recherche.

Contributeurs : Georgina Grenon, FranckDelplace

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