Photovoltaïque, éolien, hydroélectricité : vous connaissez ces énergies renouvelables. Mais avez-vous déjà entendu parler de l’énergie marémotrice ?

En France, cette source d’électricité bas carbone est symbolisée par l’usine pionnière de la Rance. Avec ses 24 turbines et ses 240 MW installés, elle a longtemps été l’usine marémotrice la plus puissante au monde. Depuis 2011, elle est détrônée par l’usine de Shiwa en Corée du Sud.

L’énergie marémotrice reste encore confidentielle. Pourtant, cette source d’électricité renouvelable et locale présente un réel potentiel pour aider à sortir de la dépendance aux énergies fossiles.

Quels sont les atouts de l’énergie marémotrice ? Pourquoi son développement mondial reste encore limité ? Où en sont les innovations dans ce domaine ? Coup de projecteur sur cette énergie renouvelable méconnue.

Qu’est-ce que l’énergie marémotrice ?

Pour produire de l’électricité, une usine marémotrice utilise les mouvements de la marée. Plus précisément, elle exploite le marnage, c’est la différence de niveau entre la haute mer et la basse mer.

Comment fonctionne une usine marémotrice ?

Une usine marémotrice est constituée d’un barrage construit sur un estuaire afin de créer un bassin naturel côté terre. Les turbines sont installées sous la mer.

Fonctionnement d’usine marémotrice — Source : EDF

Visuellement, les sites marémoteurs ne sont pas aussi spectaculaires que leurs cousins, les grands barrages hydroélectriques. Dans le paysage, l’usine bretonne de la Rance, c’est avant tout un pont reliant les deux côtés de l’estuaire.

Usine marémotrice de la Rance — Source : Larousse

Les usines marémotrices fonctionnent de deux manières :

 
• Le circuit simple : l’usine produit de l’énergie uniquement lors des marées descendantes. Le barrage est ouvert à marée montante. L’eau de mer qui remonte remplit progressivement le bassin côté terre.
 
• Dès que le niveau maximal du bassin est atteint, les vannes se ferment. Elles se rouvrent à marée basse pour relâcher l’eau stockée dans le bassin vers la mer. La force du courant, créée par la baisse de niveau, actionne les turbines hydroélectriques sous-marines.
 
• Le circuit double : dans le cas d’un cycle double, l’usine produit de l’énergie à marée descendante et montante. À marée haute, le barrage reste fermé jusqu’à ce que la mer a atteint son niveau le plus haut. Les vannes sont alors ouvertes pour déverser l’eau de mer dans le bassin de stockage, enclenchant les turbines — encore appelées « bulbes » — à son passage. À marée descendante, le circuit s’inverse, sur le modèle du cycle simple.
  

Une énergie renouvelable complémentaire

Dans le monde, le potentiel de production de l’énergie marémotrice est estimé à 380 TWh/an. Cela représente environ 1,3 % de la production électrique mondiale qui s’élevait à 28 510 TWh en 2022.

Source : Connaissances des énergies

Certes, ce potentiel de production peut sembler faible par rapport au potentiel des autres sources d’énergies renouvelables. En 2022, le solaire a produit 1 283 TWh, l’éolien 2 167 TWh et l’hydroélectricité 4 305 TWh.

Mais en termes de consommation, le chiffre est loin d’être négligeable. 380 TWh/an, c’est la consommation d’électricité de 170 millions d’habitants vivant comme un Français (1). (1) Consommation moyenne d’électricité en France par an et par habitant : 2 223 kWh selon les données data.gouv.fr

L’avenir est au mix énergétique. Chaque solution de production d’électricité renouvelable et locale offre une opportunité complémentaire pour réduire la dépendance aux énergies fossiles. L’énergie marémotrice en est une.

Quels sont les avantages de l’énergie marémotrice ?

Qu’y a-t-il de plus renouvelable, local et inépuisable que l’océan ? L’énergie marémotrice dispose de nombreux autres atouts : sa fiabilité, sa prédictibilité et son bilan environnemental.

Une énergie renouvelable intermittente mais fiable

Les marées sont un phénomène naturel. Elles sont apparues avec la création des océans. Certes, leur amplitude varie. Certes, elles sont intermittentes.

Les usines marémotrices ne produisent en moyenne que 25 % du temps. Mais depuis des milliards d’années, leur mouvement est perpétuel. La mer monte et descend, sans interruption, une à deux fois par jour, sous l’effet de l’attraction de la Lune et du Soleil.

Nos ancêtres ne s’y sont pas trompés. Déjà les Romains avaient identifié le potentiel énergétique de la force des marées. Les premiers moulins à marée sont apparus sous leur ère avant de fleurir au Moyen Âge sur les bords de la Manche et la côte océanique.

Une énergie prédictible

Les marées sont prédictibles à très long terme. Elles dépendent de facteurs constants : la topographie des eaux et des côtes et les trajectoires et inclinaisons des astres et de la Terre.

Grâce à l’observation répétée des mouvements astraux, les scientifiques ont mis au point une formule mathématique qui calcule précisément les horaires et les hauteurs des marées futures. Il est ainsi possible d’anticiper les pics de production mais aussi les baisses de rendement, en fonction de l’amplitude des marées.

Un impact environnemental oui, mais compensé

Il n’existe pas de données spécifiques à l’énergie marémotrice. Cependant, on peut se référer aux données de l’énergie hydraulique. Ces deux énergies émettent peu de gaz à effet de serre. Si la construction des barrages dégage du CO₂, elles restent des énergies durables bas carbone.

Ce constat ressort du bilan réalisé par l’ADEME. L’agence de la transition énergétique évalue les émissions de gaz à effet de serre de l’hydraulique à 6 g équivalent CO₂/kWh contre 14,1 g pour l’éolien terrestre, 15,6 g pour l’éolien en mer ou encore 44 g pour l’énergie photovoltaïque.

Source : ADEME, 2023

Le point noir de l’énergie marémotrice à court terme ? Le déséquilibre de l’écosystème créé par la construction des usines marémotrices. L’exemple du barrage de la Rance prouve cependant qu’à long terme, le bilan environnemental est positif.

La construction de la centrale marémotrice n’a pas été sans impact sur la biodiversité marine. Avec la mise au sec de l’estuaire pendant trois ans, les espèces animales et végétales ont disparu.

Mais, après une dizaine d’années, une recolonisation a été observée. De nouvelles espèces se sont développées avec, à leur tête, la coquille Saint-Jacques. Un nouvel écosystème s’épanouit aujourd’hui, grâce au maintien d’un niveau d’eau continu d’au moins 5 mètres de haut dans l’estuaire.

Énergie marémotrice : les défis et les limites de cette énergie renouvelable

Comme toute énergie, fossile ou renouvelable, l’énergie marémotrice présente des limites. Les principaux défis à relever ? Les coûts élevés des infrastructures, les contraintes géographiques et l’envasement.

Des coûts de construction élevés

La construction d’une usine marémotrice nécessite de lourds investissements. La centrale de Shiwa en Corée du Sud a coûté environ 220 millions d’euros en 2011. L’investissement dans l’usine de la Rance est estimé à 800 millions d’euros (équivalents).

Les coûts de la maintenance et de l’exploitation sont peu lisibles. EDF ne diffuse pas les données relatives à son usine bretonne. Les chiffres annoncés oscillent entre 120 et 185 €/kWh. Ils seraient trois fois plus élevés que ceux du nucléaire.

En contrepartie, la durée d’exploitation d’une centrale marémotrice pourrait dépasser les 100 ans. Une durée qui ouvre une large fenêtre d’amortissement des investissements.

Des contraintes géographiques

Il existe peu d’usines marémotrices dans le monde. La raison ? Des conditions géographiques très contraignantes.

L’énergie marémotrice exige des marées de forte amplitude et régulières, d’au minimum 5 mètres, et idéalement entre 10 et 15 mètres. Par exemple, le niveau monte jusqu’à 13 à 14 mètres sur le site de la Rance.

Également, la construction du barrage et des turbines nécessite une profondeur de 10 à 25 mètres sous la mer et un sol rocheux. Et tout ça doit se combiner dans l’estuaire d’un fleuve.

À proximité, le foncier constructible disponible doit permettre l’installation de bâtiments pour le fonctionnement de l’usine, avec le risque de rogner sur les terres agricoles.

En France, un seul site présente la hauteur de marée nécessaire : la baie du Mont-Saint-Michel. Autant dire que le projet a été rapidement abandonné dans ce lieu exceptionnel inscrit au patrimoine mondial de l’UNESCO.

Des contraintes environnementales

Si la biodiversité réussit à se renouveler, les usines marémotrices ont un impact environnemental majeur en amont des barrages : le dépôt de sédiments, non nettoyés par le mouvement régulier des marées.

Dans l’estuaire de la Rance, pas moins de 50 000 mètres cubes sont déposés chaque année. Les conséquences sont multiples. Les sédiments gênent la migration des poissons et la reproduction des espèces, rendent difficile la navigation fluviale et fragilisent les berges. Une seule solution : extraire régulièrement la vase, avec des coûts associés de plusieurs millions d’euros.

Énergie marémotrice : perspectives et développements futurs

Le potentiel de l’énergie marémotrice reste peu exploité. Aujourd’hui, les usines marémotrices dans le monde représentent un peu plus de 500 MW de puissance, à comparer avec le potentiel de production de 380 TWh. Mais développer l’énergie marémotrice exige d’innover pour lever les contraintes.

Les usines marémotrices à travers le monde

La centrale de la Rance est l’unique site marémoteur en France. Inaugurée en 1966, elle produit chaque année environ 500 GWh, soit la consommation annuelle d’électricité d’une ville de 225 000 habitants. C’est 17 % de l’énergie produite en Bretagne.

Dans le monde, les centrales en exploitation se comptent sur les dix doigts de la main. L’usine la plus performante se situe à Shiwa, en Corée du Sud. Avec 254 MW de puissance installée, elle a dépassé en 2011 la capacité de production du site français.

Les autres usines présentent des capacités sans commune mesure avec les géantes française et sud-coréenne. L’usine d’Annapolis au Canada dispose d’une puissance de 20 MW. Le site chinois de Jiangxia a une capacité de 4 MW, tandis qu’en Russie, la centrale sur la baie de Kislaïa plafonne à 1,7 MW.

Innover pour lever les contraintes

Dans les années 2010, de nombreux projets ont misé sur le « lagon artificiel ». Lac artificiel de faible profondeur, le lagon devait remplacer le bassin naturel de stockage.

L’idée était de remplir le lagon à marée haute puis de le vider par des sas équipés de turbines. Néanmoins, ce modèle s’est avéré très coûteux et à fort impact environnemental. Il a été abandonné successivement par tous les pays qui avaient lancé l’expérimentation, le Canada, la Russie, l’Inde et l’Angleterre (Swansea).

Aujourd’hui, l’avenir de l’énergie marémotrice se tourne vers la mer. Sorte d’éolienne subaquatique, l’hydrolienne produit de l’électricité en exploitant les courants des marées en mer. Le Royaume-Uni est précurseur dans ce domaine avec le projet SeaGen. Dès 2008, les turbines marémotrices de Strangford Lough ont atteint leur capacité maximale de production de 1,2 MW.

Le projet Meygen 2 lancé en 2015 en Écosse vise à atteindre une capacité de production de 400 MW. Les quatre premières turbines de 1,5 MW sont entrées en production en 2018. En février 2023, la société SAE porteuse du projet a annoncé que la centrale avait produit ses premiers 50 GWh à partir de l’énergie marémotrice en mer.

L’énergie marémotrice est une énergie renouvelable locale, fiable et prédictible. Elle offre de nouvelles opportunités dans le mix énergétique mondial. Cependant, son développement souffre de ses nombreuses contraintes géographiques, financières et environnementales.

Un nouvel avenir semble se dessiner en mer où les hydroliennes pourraient exploiter les forts courants créés par les marées.

Pour aller plus loin, poursuivez votre lecture sur l’intermittence de l’énergie hydraulique.