Énergie des courants de marée

La plupart des énergies renouvelables dépendent de la météo. Les courants de marée dépendent de l’orbite de la Lune et du rotation de la Terre, c’est pourquoi les tableaux des marées peuvent être imprimés plusieurs années à l’avance. Dans quelques canaux étroits, comme le Pentland Firth entre l’Écosse continentale et les Orcades, ce mouvement se transforme en un courant de 3 à 5 mètres par seconde, plus vite que la plupart des gens peuvent courir. Mettez-y une turbine et vous avez une centrale dont la production peut être prévue à l’heure pour le reste du siècle.

Cette page suit la même règle que notre recherche sur les Fan Wall: d’abord la physique, puis ce que de vraies machines ont mesuré, puis ce que cela coûte par rapport à la référence que chaque idée sur un bâtiment doit battre, un panneau solaire sur le toit. La version courte: le courant de marée fonctionne, il est prévisible et les nouveaux projets coûtent encore plusieurs fois plus cher que les parcs solaires ou éoliens. Elle peut gagner sur les îles et les côtes éloignées où l’électricité est déjà chère, et elle pourrait devenir une partie précieuse et stable de certains réseaux si les coûts continuent à baisser. Elle ne représentera jamais une part importante de l’électricité mondiale.

Ce qu’il est

Il existe deux façons de produire de l’électricité à partir des marées.

La plage de marée utilise la différence de hauteur entre les eaux hautes et basses. Un barrage sur un estuaire (un barrage) ou un mur autour d’une partie de la mer (un lagon) retient l’eau, puis la fait passer à travers des turbines, comme un barrage fluvial. C’est prouvé : La Rance en Bretagne fonctionne depuis 1966, et Sihwa Lake en Corée du Sud, 254 MW, a ouvert en 2011. Mais un barrage change tout un estuaire, et très peu ont été construits. La plus grande proposition de ces dernières années, un lagon de 320 MW à Swansea Bay au Pays de Galles, a reçu un permis de construire en 2015 et a été rejeté par le gouvernement britannique sur les coûts en 2018.

Le courant de marée, sujet de cette page, met des turbines dans le courant lui-même, sans barrage. Ils ressemblent à des éoliennes sous-marines, soit fixées au fond de la mer ou suspendues sous une coque flottante. Cela les rend beaucoup plus légers sur l’environnement et beaucoup plus petits à l’échelle, une machine à la fois, ce qui explique pourquoi presque tous les développements actuels sont des courants de marée.

Comment ça marche

Pourquoi les marées sont prévisibles. La gravité de la Lune tire l’océan dans deux bosses sur les côtés opposés de la Terre, et la Terre tourne sous eux. La marée lunaire principale se répète toutes les 12 heures et 25 minutes. Le Soleil ajoute une marée plus petite de sa propre. Quand le Soleil et la Lune s’alignent, à la nouvelle et à la pleine lune, les deux se combinent pour former une Marées de printemps; une semaine plus tard ils annulent partiellement en faible Marées proches. Le cycle complet dure 14,8 jours. Chacun de ces rythmes est astronomique, donc le courant à un site donné peut être prédit des décennies à l’avance.

La puissance dans un courant. Exactement comme pour le vent, la puissance qui traverse une surface A est P = ½ ρ A v³, où ρ est la densité du fluide et v sa vitesse. Une turbine en conserve une fraction, le coefficient de puissance Cp. L’eau de mer pèse 1025 kg par mètre cube, l’air environ 1,2. Ainsi, bien que les courants soient lents, la densité compense largement: à 3 m/s un mètre carré de courant porte 13.8 kW, alors qu’un même mètre carré d’un vent fort de 12 m/s porte 1.1 kW. C’est pourquoi un rotor marégraphique de 18 m produit 1,5 MW, soit la même puissance qu’un rotor éolien quatre fois plus large.

Le cube fonctionne dans les deux sens. Parce que la puissance va avec le cube de vitesse, un courant qui diminue de moitié délivre un huitième de la puissance. Le courant sur un site monte et descend deux fois par jour et oscille entre les sources et les neaps toutes les quinze jours, de sorte qu’une turbine dimensionnée pour attraper les marées printanières les plus rapides resterait la plupart du temps au ralenti. Les concepteurs choisissent donc un Vitesse nominale, souvent autour de 2,5 à 3 m/s, au-delà duquel la turbine perd sa puissance supplémentaire. L’explication ci-dessus montre le compromis: une vitesse nominale inférieure donne un facteur de capacité plus élevé (plus souvent à pleine puissance), mais une machine plus petite.

Combien un canal peut donner. Un canal n’est pas une rivière sans fin d’énergie. Les turbines ralentissent l’eau dont elles tirent leur énergie, et suffisamment d’entre elles bloqueront le canal pour que la marée trouve un autre chemin. Garrett et Cummins ont montré que la puissance maximale qu’un canal peut produire en moyenne est d’environ 20 à 24 % de la pression maximale d’une extrémité à l’autre fois le débit maximal, souvent beaucoup moins que l’énergie cinétique qui traverse son point le plus étroit (Garrett et Cummins, 2005). Une turbine dans un canal peut battre la limite de Betz en eau libre de 59,3%, parce que les parois du canal retiennent le flux, mais une partie de ce gain est perdue à nouveau lorsque les courants rapides et lents se mélangent derrière elle (Garrett et Cummins, 2007).

Les limites: théoriques et pratiques

La planète entière. Les marées perdent environ 3,7 térawatts par frottement, dont un quart dans les océans profonds et le reste dans les mers peu profondes et les côtes (Egbert et Ray, 2000). Cela semble beaucoup par rapport à la consommation moyenne mondiale d’électricité d’environ 3,4 TW, mais presque rien de cela ne coule assez vite, assez près du rivage, dans des eaux suffisamment peu profondes pour construire. Seules quelques dizaines d’endroits dans le monde ont des courants supérieurs à 2 à 2,5 m/s: le nord de l’Ecosse, les îles Anglo-Normandes et la Bretagne, la baie de Fundy au Canada, certaines parties de la Corée, de la Chine, du Japon et de l’Indonésie.

Une figure nationale réaliste. Pour le Royaume-Uni et les îles Anglo-Normandes, qui comptent parmi les meilleurs sites au monde, une étude de 2021 a soutenu une ressource pratique de 34 TWh par an, soit environ 11 % de la demande d’électricité actuelle du Royaume-Uni, d’environ 11,5 GW de turbines d’ici 2050 (Coles et al., 2021). Pour la plupart des pays, ce chiffre est proche de zéro.

La mer elle-même. Les limites pratiques sont l’ingénierie et l’argent:

• Beaucoup. La densité de l’eau signifie qu’un rotor marégraphique ressent des forces plusieurs fois plus grandes qu’un rotor éolien de même taille, et les canaux marégraphiques sont turbulents. Les pales, les roulements et les joints doivent résister à cette situation pendant 20 ans.
• Accès. Les plongeurs et les navires ne peuvent travailler qu’en eau calme, la courte pause entre le flot et le reflux, et par temps calme. Les navires spécialisés sont chers à louer par jour. Des modèles flottants comme l’O2 d’Orbital, qui peuvent soulever leurs rotors hors de l’eau, ont été inventés en grande partie pour réduire ce coût.
• Corrosion et encrassement. L’eau salée, la croissance marine et les sédiments attaquent tout.
• Grille. Les meilleurs sites sont situés sur des côtes isolées, loin de la demande et des connexions au réseau.

Projets réels, mesurés

Projet	Où	Taille	Statut	Ce qui a été mesuré ou déclaré
MeyGen Phase 1A	Inner Sound, Pentland Firth, Écosse	4 × 1,5 MW, rotors de 18 m	En activité depuis 2016 à 2018	13,8 GWh en 2019 (facteur de capacité de 26%); dépassement de 50 GWh début 2023; environ 59 MW de plus avec des prix garantis pour 2027 à 2029 (MeyGen)
O2 orbital	Chute de Warness, Orcades (EMEC)	2 MW, deux rotors de 20 m sur une coque flottante de 72 m	Connecté au réseau Juillet 2021	Conçu pour répondre à la demande annuelle d’environ 2000 foyers britanniques; d’autres machines de classe O2 détiennent des contrats au Royaume-Uni (Orbital Marine Power).Nous n’avons trouvé aucun enregistrement complet publié de la production annuelle mesurée.
Nova Innovation Shetland Tidal Array	Bluemull Sound, Îles Shetland	6 × 100 kW à son maximum	Première turbine 2016; les trois plus vieilles seront retirées en 2023	469 MWh in more than 14,000 hours of operation by December 2020; a later direct-drive design cut turbine cost by about a third (Nova Innovation)
SeaGen	Strangford Lough, Irlande du Nord	1,2 MW, deux rotors sur un pieux	2008, depuis le déclassement	La première turbine à courant marémoteur de l’échelle du mégawatt à atteindre sa pleine puissance sur un réseau, en décembre 2008 (Générateur de courant de marée)
La Rance (marée, pour le contexte)	Bretagne, France	Barrage de 240 MW	Depuis 1966	Environ 540 GWh par an, un facteur de capacité de 26%; construit pour environ USD 340 par kW en monnaie de 2012 (IRENA, 2014)
Sihwa Lake (marée)	Gyeonggi, Corée du Sud	254 MW	Depuis 2011	552 GWh par an; coût d’environ 560 millions de dollars, construit dans un mur existant (Sihwa Lake)

Deux lectures honnêtes de ce tableau. Premièrement, Comment la technologie fonctionne: les turbines ont fonctionné pendant des années dans certaines des eaux les plus violentes d’Europe et ont envoyé des dizaines de gigawattheures au réseau. Deuxièmement, Les premiers réseaux ont produit moins que prévu. Les premiers réseaux devraient atteindre des facteurs de capacité de 35 à 42 % (Systèmes d’énergie océanique, 2015). La meilleure année de début de MeyGen a donné 26%, et au cours de ses premières années, la moyenne s’est rapprochée de 20%, car les turbines individuelles ont été retirées pour réparation et remplacées par des machines améliorées. Les six turbines de 100 kW de Nova montrent le même schéma à petite échelle: une vraie électricité, un véritable apprentissage et des machines retirées en quelques années.

Ce que ça coûte

Le prix du courant de marée est principalement déterminé par ce que les gouvernements sont prêts à garantir, car aucun projet n’est encore rentabilisé.

Source	Ce qu’il est	Prix
Contrats pour différence, ronde 6 (2024)	Prix garanti pour 28 MW de courant marécageux, 15 ans	172 £ par MWh aux prix de 2012, environ 250 £ ou 0,32 $ par kWh en 2025
Même enchère	Parcs solaires / éolien terrestre / éolien offshore	50 £ / 51 £ / 54 £ par MWh (prix de 2012)
Coles et al. (2021)	Coût estimé des courants de marée actuels au Royaume-Uni	environ 240 £ par MWh, tombant en dessous de 150 £ après 124 MW d’apprentissage
Systèmes d’énergie océanique (2015)	Premiers réseaux / deuxièmes réseaux / premiers projets commerciaux	$333 to $625 / $210 to $470 / $130 to $280 par MWh
La Rance et Sihwa (IRENA, 2014)	Anciens barrages de marée payés	0,02 à 0,04 € par kWh
Notre référence	Panneaux solaires sur toit d’un bâtiment, modèle Fan Wall; Gamme Lazard 2026 pour le solaire commercial et communautaire	$0.19 par kWh; $0.09 to $0.20
Lazard (juin 2026)	Nouveau service solaire / éolien terrestre / éolien offshore	$0.04 to $0,10 / $0.04 to $0,10 / $0.11 to $0,17 par kWh

Donc, un nouveau courant de marée coûte approximativement $0.25 to $0,35 par kWh aujourd’hui, une fois et demie à deux fois le solaire sur les toits et trois à huit fois le solaire utilitaire et l’éolien terrestre. La comparaison avec l’éolien offshore, l’autre grande technologie marine, est celle à surveiller : l’éolien offshore était également beaucoup plus cher que le solaire et l’éolien terrestre il y a dix ans, et son prix a chuté fortement lorsque les projets ont atteint des centaines de mégawatts. Tidal Stream espère suivre cette voie, mais jusqu’à présent, il a installé des mégawatts là où l’éolien offshore a installé des gigawatts.

Un simple LCOE ne tient pas compte d’une chose que l’énergie marémotrice a et que le solaire et l’éolien n’ont pas : sa production est connue à l’avance et ne dépend pas des conditions météorologiques. Coles et ses collègues soutiennent que cela peut réduire le coût d’équilibrage d’un réseau, ce qui est omis dans les comparaisons de coûts ordinaires. C’est un réel avantage, mais pas encore suffisamment important pour combler l’écart.

Où il peut gagner, et où il ne peut pas

Il peut gagner:

• Îles et côtes reculées avec de forts courants, comme les Orcades, les Shetland, les îles Anglo-Normandes, la Nouvelle-Écosse et certaines parties de l’Indonésie et des Philippines, où l’électricité provient souvent du diesel importé et où les câbles reliant le continent sont coûteux.
• Comme une partie stable et prévisible d’une grille dominée par le solaire et le vent, remplissant certaines des heures où les deux sont bas, parce que la marée ignore la météo.
• Où une structure existe déjà. Le lac Sihwa a été construit dans un mur de mer qui était déjà là; les ponts, les chaussées et les entrées du port avec des flux rapides valent le détour.
• Petites charges hors réseau en eau rapide: surveillance des bouées, feux de navigation et sites aquacoles.

Il ne peut pas gagner:

• En tant qu’électricité en vrac bon marché, des parcs solaires ou éoliens peuvent être construits sur terre.
• Sur la grande majorité des côtes, où les courants de pointe sont inférieurs à environ 2 m/s: la loi du cube rend la puissance trop faible.
• Rapidement. Les permis, les connexions au réseau, les navires spécialisés et une petite chaîne d’approvisionnement signifient que les projets prennent de nombreuses années.

Ce qui est prouvé, plausible et spéculatif

Prouvé: l’astronomie et la prévisibilité des marées; l’équation de puissance et l’avantage de densité de l’eau; que les turbines à axe horizontal peuvent fonctionner pendant des années dans de forts canaux de marée et exporter vers le réseau; que les barrages de plage de marée peuvent fonctionner pendant plus d’un demi-siècle; qu’aucune collision entre animaux marins et turbines en opération n’a été détectée jusqu’en 2021 (Coles et al., 2021).

Plausible: le coût tombe en dessous de 150 £ par MWh lorsque des réseaux de dizaines de mégawatts sont construits; les turbines flottantes réduisent les coûts de maintenance; les facteurs de capacité de 35 à 40% dans les réseaux matures avec une bonne disponibilité; une valeur du réseau pour la prévisibilité qui vaut la peine d’être payée.

Spéculatif: courant de marée atteignant le coût du vent en mer; très grands réseaux dans un seul canal sans changer significativement ses courants et son écologie; effets à long terme sur les sédiments, la stratification et les prédateurs se nourrissant autour des turbines à l’échelle gigawatt.

Questions de recherche ouvertes

• Les réseaux, pas les turbines individuelles. Comment les sillons des rangées de turbines interagissent-ils et à quel point le canal est-il ralenti lorsque plusieurs sont installés?
• Fiabilité. Quelles sont les conceptions de pale, de roulement, d’étanchéité et de générateur qui survivent à 20 ans d’eau turbulente sans remontées coûteuses?
• Installation et accès moins chers. Coques flottantes, fondations plus petites et plus grandes, et travail en dehors des eaux calmes.
• Mesure de la performance. Mesure des courbes de puissance en écoulement turbulent réel selon la méthode de la norme IEC TS 62600-200, afin que les acheteurs puissent comparer équitablement les machines (Renewable Energy, 2023).
• Environnement. Risque de collision pour les phoques, les marsouins et les oiseaux plongeurs; bruit; effets sur les sédiments et sur les espèces qui se nourrissent en eau rapide.
• La valeur de la prévisibilité. Combien vaut un mégawatt-heure prévisible pour un réseau avec beaucoup d’énergie solaire et éolienne?

Ce dont un prototype fonctionnel aurait besoin

Une nouvelle idée de marée (un nouveau rotor, un amarrage moins cher, une nouvelle façon d’entretenir les machines) peut être testée à petite échelle. Les coûts ci-dessous sont nos estimations approximatives pour une petite équipe, à affiner avec un centre de test.

Stage	Travail	Ce qu’il prouve	Coût brut	Temps
1. Réservoir de remorquage ou de remorquage	Un rotor modèle de 0,3 à 1 m dans un canal universitaire ou remorqué dans l’eau calme, 0,5 à 2 m/s	Coefficient de puissance et poussée mesurés par rapport à la vitesse	$20k to $80k	2 à 4 mois
2. Pilote fluvial ou estuarien	Unité de 1 à 10 kW sur un ponton ou une petite structure dans une rivière rapide ou un estuaire, avec un courantmètre et un compteur de puissance enregistré	Courbe de puissance réelle, vitesse de démarrage, encrassement et débris	$50k to $200k	6 à 12 mois
3. Site d ’ essai à l ’ échelle	Une machine de 10 à 100 kW sur un site de pépinière tel que le site d’échelle d’EMEC dans les Orcades, avec mesure indépendante	Fiabilité, temps de maintenance, surveillance environnementale	$0.5 million to $3 millions	1 à 2 ans
4. Pleine échelle	Une machine de mégawatts sur un quai d’essai raccordé au réseau	Données de performance bancables	Des dizaines de millions	Plusieurs années

Les deux premières étapes sont à la portée d’un groupe universitaire ou d’une équipe de makers déterminés. Ils sont aussi exactement ce dont un terrain a besoin : une maquette qui tourne dans de l’eau réelle et un compteur qui montre ce qu’il a fait.

De qui nous avons besoin

• Hydrodynamiciens marins et modélistes de ressources marémotrices.
• Ingénieurs offshore et navals Pour les fondations, les amarrages, les coques flottantes et les opérations maritimes.
• Ingénieurs électriciens et électroniques de puissance sous-marins Pour les générateurs, câbles et connexion au réseau.
• Installations d’essai: les égouts et les citernes de remorquage des universités, les estuaires avec accès et les centres d’essais tels que l’EMEC aux Orcades ou le FORCE en Nouvelle-Écosse.
• Écologistes marins pour la surveillance des collisions, du bruit et de l’habitat.
• Spécialistes de la certification Connaître les normes d’énergie marine CEI 62600.
• Communautés insulaires et autorités portuaires Avec de l’eau rapide et de l’électricité chère.

Vous avez une meilleure idée ?

Certains membres de la Fondation peuvent avoir des contacts qui pourraient entendre un pitch. Pour être pitchée, une idée a besoin d’un Un modèle de travail, réel qui produit réellement de l’énergie, avec sa sortie mesurée sur un instrument, non revendiqué: un petit rotor dans une gorge ou une rivière avec un compteur enregistré vaut plus que n’importe quel dessin. Les idées papier sont les bienvenues aussi : si la physique et les chiffres sont solides, nous pouvons les publier ici sur le site. Mais lever des capitaux sans un modèle fonctionnel est très difficile, et rien ici n’est une promesse de financement, de rendements ou d’introductions.

Envoyez votre idée par le biais de Formulaire de contribution, en choisissant l’Initiative Verte. Dites-nous le problème qu’il résout, la vérification physique (combien de kW par mètre carré de rotor, à quelle vitesse actuelle), un coût approximatif par kWh et le test le moins cher qui pourrait prouver que vous avez tort. La page sources d’énergie compare cette idée avec onze autres.

Sources

1. MeyGen / Ampeak Energy (anciennement SAE Renewables et SIMEC Atlantis). Projet de courant marécageux MeyGen: turbines, capacité, jalons de production et plans de phase. Voir aussi MeyGen sur Wikipedia pour les sorties annuelles et les contrats.
2. Ministère britannique de la sécurité énergétique et Net Zero (2024). Résultats de la 6ème ronde d’allocation des contrats pour différence.
3. IRENA et IEA-ETSAP (2014). Brief sur la technologie de l’énergie marémotrice.
4. Systèmes d’énergie océanique (2015). Coût de l’énergie nivelé à l’international pour les technologies d’énergie océanique.
5. Coles, D., Angeloudis, A., Greaves, D. et al. (2021). Une revue de la ressource énergétique pratique des courants marécageux au Royaume-Uni et dans les îles anglo-normandes. Actes de la Société royale A 477.
6. Garrett, C. et Cummins, P. (2005). Le potentiel de puissance des courants de marée dans les chenaux. Actes de la Société royale A 461, 2563-2572.
7. Garrett, C. et Cummins, P. (2007). L’efficacité d’une turbine dans un canal de marée. Journal de Mécanique des Fluides 588, 243-251.
8. Egbert, G.D. et Ray, R.D. (2000). Dispersion importante de l’énergie marémotrice dans les eaux profondes, déduite des données altimétriques satellites. Nature 405, 775-778.
9. Puissance marine orbitale (2021). Orbital Marine Power lance O2; Orbital Marine Power sur Wikipédia.
10. L’innovation. Shetland Tidal Array, avec Marine Scotland’s Étude de cas.
11. Générateur de courants de marée et Énergie marémotrice, Wikipedia: SeaGen, La Rance, Baie de Swansea.
12. Sihwa Lake Tidal Power Station, Wikipédia.
13. Lazard (juin 2026). Coût d’énergie nivelé+, version 19.
14. Local Solar System Fondation. Le Fan Wall: modèle ouvert et référence, panneaux solaires sur le toit à 0,19 $ par kWh.
15. Evans, P., Ashton, I. et Sellar, B. (2023). Évaluations de performances des turbines marémotrices selon la norme IEC TS 62600-200 à l’aide de puissances mesurées et modélisées. Énergies renouvelables.