Comment fonctionne l'énergie hydrolienne ? Du courant marin à l'électricité

Sur quel principe repose l'énergie hydrolienne ?

Cette technologie exploite l’énergie cinétique des courants marins ou fluviaux. Le fonctionnement d’une hydrolienne consiste à capter le mouvement de l’eau, puis à le convertir en énergie mécanique avant de le transformer en électricité.

Quelle est la source d'énergie exploitée par une hydrolienne ?

La source d’énergie est le courant de l’eau, et non la houle ni la marée elle-même. Une hydrolienne fonctionne là où le flux est assez rapide pour faire tourner ses pales. En France, le potentiel se concentre dans des zones de forts courants, à l’image du passage de Raz-Blanchard^* ou de Fromveur^**.

^* Situé entre le cap de la Hague, à la pointe nord-ouest du Cotentin, et l'île anglo-normande d'Aurigny (Normandie)

^** Situé entre l'archipel de Molène et l'île d'Ouessant, au nord de la mer d'Iroise (Bretagne)

Pourquoi l'eau est-elle un fluide plus efficace que le vent ?

L’eau est beaucoup plus dense par rapport à l’air : environ 1 000 fois plus. À vitesse égale, elle transporte davantage d’énergie et exerce une force plus importante sur le rotor de l’hydrolienne. C’est pourquoi un courant marin relativement lent peut déjà produire une puissance intéressante.

Comment une hydrolienne produit-elle de l'électricité ?

Le fonctionnement d’une hydrolienne suit une chaîne énergétique en plusieurs étapes : captation du courant, rotation d’un rotor, conversion en électricité, puis acheminement vers la terre. Les documents pédagogiques sur l’hydrolienne décrivent bien cette succession, avec des éléments comme les pales, l’axe, le multiplicateur, l’alternateur et le câble marin.

Comment les pales captent-elles l'énergie du courant ?

Les pales sont mises en mouvement par la force du courant. Cette rotation entraîne une turbine (ensemble constitué du rotor et des pales) reliée à un alternateur. Ce dernier convertit l’énergie mécanique générée en énergie électrique. Le schéma d’une hydrolienne montre ainsi une chaîne de conversion très proche de celle d’autres machines tournantes.

Comment l'électricité est-elle acheminée jusqu'au réseau ?

L’électricité produite en mer est transmise jusqu’à la côte via un câble sous-marin. Avant d'être injectée dans le réseau électrique, sa tension et ses caractéristiques électriques sont adaptées afin d'être compatibles avec les infrastructures de transport et de distribution. Cette étape fait partie intégrante du fonctionnement d’une centrale hydrolienne.

Pourquoi la production hydrolienne est-elle prévisible et continue ?

Les courants marins suivent des lois physiques régulières. Comme le souligne l’Agence de la transition écologique (ADEME), l’énergie des courants est quantifiable et localisée. La production d'électricité est ainsi plus prévisible en comparaison d’autres énergies renouvelables comme l'éolien ou le solaire photovoltaïque, dépendants des conditions météorologiques. L'énergie hydrolienne contribue de cette façon à diversifier le mix électrique.

Quels sont les différents types d'hydroliennes ?

Il existe plusieurs familles d’équipements. Le schéma de fonctionnement d’une hydrolienne varie selon la technologie retenue, les contraintes marines et les objectifs de production.

Hydrolienne à axe horizontal ou à axe vertical : quelle différence ?

L’hydrolienne à axe horizontal possède un rotor dont l'axe de rotation est parallèle au sens du courant marin. L’hydrolienne à axe vertical tourne autour d'un axe perpendiculaire au courant. Cette conception lui permet de capter les flux provenant de plusieurs directions. Le projet Flowatt, soutenu par l’État français, développe précisément une turbine à axe vertical adaptée à la diversité des contraintes techniques en mer.

Hydrolienne posée sur le fond ou flottante : laquelle choisir selon le site ?

Une hydrolienne peut être posée sur le fond marin ou installée sur une structure flottante ancrée. Le choix de l’une ou l’autre de ces configurations dépend de la profondeur du site, de la vitesse des courants, de la nature des fonds marins et des conditions d’exploitation.

Quelle est la différence entre une hydrolienne et une centrale marémotrice ?

Les deux technologies appartiennent aux énergies marines, mais leur architecture et leur principe de production diffèrent. L’hydrolienne exploite directement l’énergie cinétique des courants marins grâce, nous l’avons vu, à des turbines immergées. Une centrale marémotrice utilise quant à elle l’énergie liée aux variations du niveau de la mer provoquées par les marées. Elle repose en général sur un barrage ou une digue destinée à créer un bassin de retenue dans lequel l’eau est turbinée lors des phases de remplissage et de vidage.

Pour aller plus loin, consultez notre article sur les barrages hydroélectriques.

Quels sont les atouts et les limites de l'énergie hydrolienne ?

L’énergie hydrolienne présente un potentiel intéressant en France (3 à 5 GW), mais son déploiement se heurte encore à plusieurs contraintes.

Pour en savoir plus, découvrez dans notre article où en est l’énergie hydrolienne en France.

Quels avantages l'énergie hydrolienne offre-t-elle par rapport aux autres renouvelables ?

Le principal atout de l’hydrolien réside dans sa prévisibilité. Contrairement au solaire photovoltaïque ou à l’éolien (énergies renouvelables intermittentes dont la production varie selon l’ensoleillement ou le vent disponible), les courants marins suivent des cycles réguliers liés notamment aux marées. Cette stabilité permet d’anticiper la production électrique.

Ensuite, les hydroliennes exploitent une source d’énergie renouvelable, gratuite et sans émission directe de gaz à effet de serre pendant leur fonctionnement. Leur implantation sous l’eau limite également leur impact visuel : à puissance équivalente, elles sont moins imposantes qu’une éolienne. Elles ne nécessitent pas non plus la construction d’un barrage, comme c’est le cas pour les centrales marémotrices.

Les hydroliennes ont aussi l’avantage de présenter une emprise réduite. Les turbines produisent de l’électricité avec des dimensions plus compactes par rapport aux éoliennes terrestres pour une puissance comparable.

Enfin, les faibles vitesses de rotation des pales, de l’ordre de 10 à 15 tours par minute, limitent les risques pour la faune marine. Les structures immergées peuvent même devenir des zones de refuge pour certaines espèces.

Quelles contraintes techniques freinent encore son développement ?

Le principal frein au déploiement de l’hydrolien reste son coût élevé. Les installations nécessitent des équipements capables de résister à un environnement marin particulièrement contraignant :

• corrosion liée à l’eau salée,
• érosion provoquée par le sable,
• fortes contraintes mécaniques dues aux courants.

Ces conditions rendent la fabrication et l’installation de ces machines complexes. Il en est de même pour les opérations de maintenance. Une hydrolienne doit être remontée en surface pour certaines interventions, moyennant des coûts d’exploitation élevés.

La filière doit également poursuivre l’évaluation de ses impacts sur les écosystèmes marins. Même si la lenteur de rotation des pales réduit les risques, les hydroliennes peuvent modifier localement les courants, les mouvements de sédiments ou perturber certaines espèces. Les nuisances sonores lors de l’installation, ainsi que les interactions possibles avec les activités de pêche et de navigation, font aussi partie des points étudiés.

Le fonctionnement d’une hydrolienne repose sur une conversion progressive de l’énergie du courant marin en électricité. Parce qu’elle s’appuie sur une ressource prévisible, cette technologie a un rôle intéressant à jouer dans la diversification des énergies marines. Avec la montée en maturité des projets et l’expérience acquise sur les fermes pilotes, l’hydrolien pourrait trouver une place plus large dans le paysage énergétique de demain.