Panorama de la filière des énergies marines au Royaume-Uni

1. Contexte général

Le Royaume-Uni s’est lancé dans une restructuration à grande échelle de son système énergétique afin de répondre, principalement, à deux objectifs :
- réduire ses émissions de gaz à effet de serre (GES) dans le cadre de la lutte contre le changement climatique. Les objectifs dans ce domaine sont extrêmement ambitieux, avec une baisse de 34% en 2020 par rapport au niveau de 1990, et de 80% en 2050 par rapport à la même référence ;
- assurer sa sécurité énergétique. L’importance de ce point est renforcée par la situation actuelle, qui voit le pays contraint d’importer une part croissante de sa consommation en hydrocarbures (près de 80% à l’horizon 2020) et de renouveler ses infrastructures de production d’énergie (une moitié du parc environ fermera ses portes d’ici à 2030).

Les énergies renouvelables se trouvent dès lors au coeur de la stratégie énergétique britannique, associées notamment au nucléaire et aux dispositifs de capture et de stockage du dioxyde de carbone (CSC) destinés à fournir de l’électricité "en base". Ainsi, la part des énergies renouvelables dans la consommation du pays devrait passer, d’après les plans soumis aux instances européennes, d’environ 3% aujourd’hui à 15% en 2020 [1]. A titre de comparaison, en France en 2008, 7,4% de l’énergie consommée provenait de sources renouvelables [2].

Pour atteindre ses objectifs, le Royaume-Uni mise massivement sur l’éolien, et en particulier sur l’éolien offshore. Cependant, le pays cherche à diversifier les sources et les technologies utilisées afin de diminuer la capacité de production "de sûreté" à installer pour pallier leur variabilité. Dans cette optique, les énergies marines renouvelables (EMR) constituent une solution certes intermittente, mais bien plus facilement prévisible que l’éolien. C’est pourquoi il faut s’attendre à une forte augmentation de leur part dans le parc de production d’électricité au cours de la prochaine décennie, ainsi que le montrent les figures 1 et 2, qui présentent les capacités installées au troisième trimestre 2010 et celles prévues en 2020. Les énergies marines devraient représenter en 2020 une capacité de 1 300 MW contre seulement 3,4 MW aujourd’hui (vagues : 1,31 MW ; courants : 2,04 MW). Dans le cadre de cet article, les EMR n’incluent ni l’exploitation de l’énergie thermique des océans, ni la construction de barrages marémoteurs sur les côtes.

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Malgré la faible capacité installée actuellement, la dynamique de développement des énergies marines est déjà très forte. En augmentation de 50% par rapport à l’année dernière, la puissance cumulée des dispositifs de conversion de l’énergie des vagues et des courants pourrait doubler d’ici mars 2012. Ce secteur industriel, qui emploie pour le moment 800 personnes sur le sol britannique, en est encore malgré tout au stade pré-commercial, ce qui induit des coûts de développement des technologies et de génération de l’électricité très élevés. Ces derniers sont appelés à baisser au fur et à mesure du déploiement. Ils pourraient ainsi passer de la fourchette 17-40 p/kWh à 5-8 p/kWh en 2050, ce qui correspondait à peu près au coût de génération de l’électricité nucléaire au Royaume-Uni en 2010 [3].

Les plans de développement avancés par le Royaume-Uni sont sans commune mesure avec ceux des autres pays européens, comme le suggère la figure 3. Les britanniques cherchent clairement à s’établir en tant que leader dans le secteur, et à faire profiter au maximum leur économie des avantages procurés par leur statut de précurseur.

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En effet, avec de telles perspectives de croissance, l’industrie des EMR devrait connaître une forte croissance dans les années 2020. La barre des 30 GW de capacité installée pourrait être franchie dans la décennie 2030, avec à la clé 20.000 emplois environ, et une valeur ajoutée brute de 800 M£ pour l’économie britannique.

2. Les atouts britanniques pour les énergies marines

La différence entre le Royaume-Uni et les autres Etats européens s’explique par le fait que ce dernier a décidé d’exploiter au mieux ses atouts considérables. Il compte ainsi s’appuyer sur les éléments suivants :

- ses ressources naturelles : les vagues et courants dans les eaux britanniques représentent des ressources en énergie très importantes. A partir d’une capacité exploitable de 36 GW, elles pourraient générer 50 TWh et 17 TWh pour les vagues et les courants respectivement, ce qui représente environ 18% de la demande en électricité pour l’année 2009 (379 TWh). Ces ressources sont situées majoritairement autour de l’Ecosse et au Sud-ouest de l’Angleterre [4] ;

- son savoir-faire : le Royaume-Uni possède une réelle expertise issue des activités pétrolières et gazières en mer du Nord et du transport maritime. Le développement de l’industrie éolienne offshore constitue également un modèle dont peuvent déjà être tirées de nombreuses leçons ;

- ses infrastructures de test et d’essais dédiées aux énergies marines sont très performantes. Le National Renewable Energy Centre (Narec, centre national des énergies renouvelables) permet de tester des modèles réduits de prototypes dans un environnement totalement contrôlé. L’European Marine Energy Centre (EMEC, centre européen des énergies marines) permet le test en pleine mer de prototypes grâce à plusieurs sites disposant de connexions au réseau électrique terrestre. Wave Hub assure les mêmes fonctions, mais uniquement pour les dispositifs de conversion de l’énergie des vagues. Chacun de ces centres d’essais est couplé à des infrastructures de recherche.

- ses universités et centres de recherche : ceux-ci sont très actifs dans la recherche sur les énergies renouvelables, et leur réputation d’excellence à l’échelle mondiale n’est plus à faire. Le SuperGen Marine Research Programme rassemble cinq universités (University of Edinburgh, Heriot Watt University, Lancaster University, Queens University Belfast, University of Strathclyde) et reçoit des financements de l’Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC, conseil de recherche pour les sciences de l’ingénieur et les sciences physiques). Le Peninsula Research Institute for Marine Renewable Energy rassemble les universités d’Exeter et de Plymouth et reçoit le soutient de la South West Regional Developement Agency (agence pour le développement régional du Sud-Ouest). Enfin, l’Energy Technologies Institute et le Research Councils Energy Programme viennent d’annoncer la création prochaine d’un centre de formation de docteurs-ingénieurs (délivrant des Engineering Doctorates) sur les technologies associées aux énergies renouvelables offshore, qui devrait ouvrir ses portes en octobre 2011 [5]. L’université hôte sera sélectionnée parmi celles qui se seront portées candidates.

La figure 4 montre la répartition géographique de ces centres d’essais et universités.

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3. Le soutien public aux énergies marines au Royaume-Uni

Compte-tenu de l’état de maturité actuel de cette industrie, le rôle du gouvernement reste primordial. Celui-ci passe par différentes agences intermédiaires, qui apportent leur soutien au secteur des EMR depuis la recherche académique jusqu’aux phases de démonstration et de déploiement :
- l’EPSRC est impliqué dans la recherche en amont et assure le financement public de la recherche, notamment sous forme de bourses attribuées à des projets répondant à des appels d’offres ;
- le Technology Strategy Board (conseil pour la stratégie des technologie, organisme public non gouvernemental) et l’Energy Technologies Institute (partenariat public-privé rassemblant plusieurs ministères et grandes entreprises) attribuent des financements à la recherche appliquée à des projets innovants ;
- le Carbon Trust (organisation à but non lucratif créée par le gouvernement) apporte son aide dans la phase de commercialisation.

Au cours de la décennie 2000-2010, tous les acteurs cités ont participé à l’attribution de 205 M£ de subventions publiques aux EMR.

Le Department of Energy and Climate Change (DECC, ministère de l’énergie et du changement climatique) joue également un grand rôle dans la définition des mesures incitatives de soutien au marché, qui se fait en général après consultation d’associations de professionnels comme RenewableUK ou la Renewable Energy Association. Ce soutien à l’exploitation commerciale se fait principalement via les Renewables Obligation Certificates (ROCs), qui sont gérés par l’Office of Gas and Electricity Market (OFGEM, agence des marchés du gaz et de l’électricité). Chaque année, les fournisseurs doivent distribuer une certaine part, fixée à l’avance, d’électricité provenant de sources d’énergie éligibles. Chaque MWh généré par ce biais leur permet d’obtenir un certain nombre de ROCs, et ils sont dans l’obligation d’accumuler 0,111 ROCs/MWh distribué (0,0427 pour l’Irlande du Nord [6]). De là, ils sont mis à l’amende s’ils n’accumulent pas assez de ces certificats à l’issue de chaque période d’obligation et se voient contraints de les acheter auprès de l’OFGEM. Le montant ainsi récolté par l’OFGEM est reversé à chaque fournisseur en fonction du nombre de certificats qu’il produit. La valeur d’un ROC s’établit à environ 45 £ [7] (soit le coût d’achat auprès de l’OFGEM additionné du reversement à la fin de la période d’obligation).

En Angleterre, au Pays de Galles et en Irlande du Nord, les EMR reçoivent le soutien maximal de 2 ROCs/MWh. A titre de comparaison, l’éolien offshore n’en reçoit qu’1,5 et l’éolien onshore, 1 seul. Le soutien à ces modes de production d’énergie est encore plus fort en Ecosse : 3 ROCs/MWh pour les courants marins et 5 ROCs/MWh pour les vagues.

Le soutien par les ROCs est une mesure de long terme dont l’existence est assurée jusqu’en 2037 au moins (les niveaux de soutien à chaque technologie ne sont cependant pas fixes sur cette période). Il s’agit donc d’un levier efficace pour diminuer les risques financiers et instaurer la confiance pour les investisseurs du secteur privé.
Les ROCs sont actuellement en cours de révision, et une nouvelle pondération entrera en vigueur à partir d’avril 2013. Les associations de professionnels comme RenewableUK prônent une augmentation du nombre de ROCs délivrés par MWh généré à partir de l’énergie des vagues ou des courants (jusqu’à 5 ROCs/MWh), et ce afin que le développement de ce secteur industriel reçoive un réel élan de la part des pouvoirs publics. Le Royaume-Uni serait ainsi en mesure de capitaliser sur sa position actuelle de leader dans ce domaine.

Les intentions affichées par le gouvernement de coalition en place depuis mai 2010 en faveur des EMR sont inscrites dans son programme de gouvernement à travers une formule sibylline : "nous mettrons en place des mesures pour soutenir les énergies marines" [8]. Pour le moment, cet engagement s’est traduit par le lancement, au début de l’année 2011, du UK Marine Energy Programme, une initiative destinée à améliorer la collaboration public-privé sur le thème des EMR. Lors d’un discours prononcé le 2 mars, le secrétaire d’Etat au changement climatique, Greg Barker, a évoqué la création de Marine Energy Parks inspirés du modèle de la Silicon Valley. Attirer en un même lieu les activités de R&D, de fabrication et les autres domaines d’expertise liés aux énergies marines serait, pour lui, un moyen de favoriser l’innovation et la croissance de cette industrie [9].

Au milieu de ces notes positives montrant que le gouvernement n’a nullement l’intention de négliger le développement de ces nouveaux modes de production d’électricité, une inquiétude se fait jour pour les professionnels du secteur : la suppression, à la fin du mois de mars 2011, du Marine Renewables Deployment Fund (MRDF)9. Concrètement, tant que ce fonds ne sera pas remplacé par une mesure équivalente, toute la difficulté sera d’amener les projets jusqu’au stade de l’exploitation commerciale, où ils bénéficieront des mesures de soutien au marché comme les ROCs [10].

4. Déploiement dans le Pentland Firth et autour des îles Orcades

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Pour assurer l’établissement d’un parc de production d’électricité à partir des ressources marines, le Royaume-Uni a choisi d’adopter le même modèle de cycles d’attributions de sites aux porteurs de projets que celui utilisé avec succès pour l’éolien offshore. Le processus se déroule autour d’un acteur central : The Crown Estate, qui est le propriétaire des fonds marins britanniques.

Ce système de "rounds" se déroule en plusieurs étapes :
- le Crown Estate identifie, parmi les zones qu’il gère, celles qui sont adaptées à l’installation de centrales de production d’électricité à partir des vagues et des courants. Cette identification est fondée sur une évaluation des ressources et sur des considérations environnementales.

le Crown Estate lance un appel d’offres sur les baux mis en jeu.
- il reste ensuite aux développeurs sélectionnés à obtenir toutes les autorisations nécessaires (auprès des autorités locales, du gestionnaire du réseau électrique, etc.) pour mener à bien leur projet.

L’annonce de la tenue du premier de ces "rounds", pour l’attribution de sites dans le Pentland Firth et les eaux autour des îles Orcades, a été faite en septembre 2008. Ce cycle s’est terminé en octobre 2010 avec la sélection de 11 projets (voir figure 5), représentant une capacité cumulée de 1 600 MW, pour occuper les sites. Les premières installations devraient être opérationnelles à l’horizon 2015-16.

Alors qu’un nouveau "round" mettant en jeu des sites écossais est d’ores et déjà prévu, d’autres devraient avoir lieu selon le même mode opératoire en Irlande du Nord, puis en Angleterre et au Pays de Galles, à la suite d’évaluations environnementales.

Il convient de remarquer que dans les futurs cycles d’attributions menés par le Crown Estate, le développement des énergies marines se heurtera probablement à une forme de "compétition" pour l’espace, entre les fermes éoliennes offshore, appelées à se multiplier dans les eaux britanniques, et les sites naturels à protéger.

5. Considérations techniques

Le secteur des énergies marines exploite des technologies récentes et innovantes, qui doivent permettre une conversion efficace de l’énergie des vagues et des courants en électricité, mais aussi faire preuve d’une robustesse hors du commun pour résister aux conditions de fonctionnement très rudes que leur impose l’environnement marin. Beaucoup de concepts ont encore à être validés avant de pouvoir être exploités de manière commerciale.

Pour convertir l’énergie des courants en électricité, les types de machines principalement utilisés sont des hydroliennes à axe horizontal ou vertical, dont le principe est identique à celui d’une éolienne, ou bien des ailes sous-marines oscillantes. Les courants marins autour de ces dernières créent de la portance. Le mouvement de l’aile, par l’intermédiaire d’un bras oscillant, entraîne un vérin hydraulique qui envoie du fluide sous pression vers une turbine pour produire de l’électricité. Les dispositifs de conversion d’énergie des vagues en électricité sont pour le moment beaucoup plus variés, et chaque constructeur exploite un principe différent des autres.

Penchons-nous plus précisément sur quelques unes des machines destinées à être installées dans le Pentland Firth et autour des Orcades. Les sites auxquels il est fait référence sont visibles sur la figure 5.

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L’Oyster (figure 6) est un dispositif conçu par la société Aquamarine Power, basée à Edimbourg. Il s’agit d’un volet de grande taille fixé au fond marin, qui, propulsé par les vagues, adopte un mouvement de va-et-vient. Des pompes sont ainsi mises en action, qui envoient du fluide sous pression jusqu’à une centrale hydro-électrique classique située sur terre. Ce mode de fonctionnement implique une installation proche des côtes (environ 500 m) et dans des faibles profondeurs (environ 10 m). La dernière génération présente une capacité de 0,8 MW. Des machines de ce type seront installées sur le site de Brough Head, au sein d’une ferme d’une capacité de 200 MW.

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Le Pelamis (figures 7a et 7b), conçu par la société écossaise Pelamis Wave Power, est constitué de cinq cylindres disposés de manière à ce que leur longueur soit parallèle au sens de propagation des vagues. Ces dernières provoquent des mouvements des cylindres les uns par rapport aux autres, et permettent aux vérins hydrauliques situés dans les articulations de comprimer un fluide dans des réservoirs prévus à cet effet. Ce fluide stocké sous pression est ensuite utilisé pour entraîner une turbine et produire de l’électricité de manière relativement stable et continue. L’ensemble mesure 180 m de long, pour un diamètre des cylindres de 4 m. De telles machines, qui présentent une capacité de 0,75 MW seront installées sur le site de Farr Point, et constitueront une ferme qui devrait atteindre, à terme, une capacité de 50 MW.

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L’AK-1000 (figure 8) est une hydrolienne à axe horizontal, qui résulte des travaux de la société Atlantis Resources Corporation. Elle utilise deux hélices à trois pales de 18 m de diamètre, alignées sur le même axe, qui sont entraînées l’une par le flux, et l’autre par le reflux des eaux. La capacité de l’AK-1000 s’élève à 1 MW. Le site de Inner Sound, dans le Pentland Firth, accueillera une ferme constituée de ces hydroliennes, pour une capacité finale de 400 MW.

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L’hydrolienne SeaGen (figure 9), conçue par la société britannique Marine Current Turbines, est composée de deux hélices à deux pales de 16 m de diamètre à axes horizontaux. Chacune dispose d’un système de contrôle du pas qui permet de générer de l’électricité lors du flux et du reflux et d’atteindre une capacité de 1,2 MW. Un projet de 100 MW a été approuvé pour occuper le site de Brough Ness dans le Pentland Firth.

A l’avenir, il est impératif que les coûts de ces installations diminuent, afin que le secteur des EMR puisse se développer selon les prévisions. Pour cela, les voies à explorer sont nombreuses, à commencer par la conception des machines elles-mêmes. Dans ce domaine, une certaine convergence technologique serait bienvenue, surtout pour les dispositifs convertissant l’énergie des vagues en électricité, qui sont actuellement fondés sur de très nombreux concepts différents. L’amélioration des dispositifs d’ancrage, des méthodes d’installation, d’opération et de maintenance plus performantes, font également partie des leviers à actionner pour diminuer les coûts.

Enfin, des difficultés liées aux infrastructures disponibles pourraient venir perturber la croissance de l’industrie des EMR. De même que pour l’éolien offshore, les ressources exploitées se situent à des endroits où le réseau électrique n’a qu’une capacité limitée, et est a priori incapable, dans l’état actuel, de supporter la connexion des nouvelles centrales dans les proportions de capacité évoquées dans le Pentland Firth et les Orcades. Cet obstacle s’ajoute donc à celui, intrinsèque aux énergies disponibles en mer, de relier les installations aux infrastructures terrestres.

6. Conclusions et perspectives

Le Royaume-Uni semble bien placé en termes de ressources, de technologies et d’expertise pour occuper une place de leader dans les énergies marines. Toutefois, les avantages économiques et sociaux attendus ne se concrétiseront qu’à la condition de rassembler plusieurs éléments clés :
- le soutien du gouvernement pour amener les technologies jusqu’au stade de l’exploitation commerciale ;
- le développement d’infrastructures adaptées (infrastructures portuaires, réseaux électriques offshore et onshore) ;
- le maintien (ou l’attraction) sur le sol britannique d’une grande partie de la chaîne d’approvisionnement ;
- la mise sur le marché de l’emploi des nombreux techniciens et ingénieurs dont le secteur des énergies marines a besoin.


Notes et contacts :
- DECC, http://www.decc.gov.uk/
- The Crown Estate, http://www.thecrownestate.co.uk/
- RenewableUK, http://www.bwea.com/
- [1] DECC, National Renewable Energy Action Plan for the United Kingdom, 2010
- [2] INSEE, Part des énergies renouvelables dans la consommation d’énergie primaire, septembre 2010, http://redirectix.bulletins-electroniques.com/Da2sS
- [3] Parsons Brinckerhoff, Powering the Nation Update 2010, 2010
- [4] BERR, Atlas of UK Marine Renewable Energy Resources : Atlas Pages, mars 2008
- [5] ETI, ETI and RCUK Energy Programme to launch Industrial Doctorate Centre for Offshore Renewable Technologies, 15/03/2011, http://redirectix.bulletins-electroniques.com/ABBcN
- [6] OFGEM, the renewables obligation buy-out price and mutualisation ceiling 2010-11, http://redirectix.bulletins-electroniques.com/UDhMS
- [7] DETI, NIRO - how it works, http://www.detini.gov.uk/niro_-_how_it_works__2_.pdf
- [8] HM Governement, The Coalition : our programme for government, http://redirectix.bulletins-electroniques.com/TC8tn
- [9] DECC, Greg Barker speech to the RUK Wave and Tidal Conference, http://redirectix.bulletins-electroniques.com/gIbhn
- [10] RenewableUK, Marine Energy Industry to Fight for Funding, http://www.bwea.com/media/news/articles/pr20110302.html


Sources :
- Dossier "L’énergie éolienne au Royaume-Uni", http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/65040.htm
- RenewableUK, Wave and Tidal Energy in the UK - State of the industry report, mars 2011
- RenewableUK, Channelling the Energy - A Way Forward for the UK Wave & Tidal Industry Towards 2020, octobre 2010
- Energy Technologies Institute, UK Energy Research Centre, Marine Energy Technology Roadmap, octobre 2010
- HM Government, Marine Energy Action Plan 2010 - Executive Summary & Recommendations, 2010
- UK Trade & Investment, UK Renewable Energy : Wind and Marine, mai 2010


Auteur : Joël Constant

publié le 16/05/2011

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