L'énergie houlomotrice est rendue possible grâce à une énorme quantité d'énergie cinétique générée par le mouvement de l'eau dans les océans du monde. Cette énergie peut être convertie en électricité, alimentant les maisons, les transports et l'industrie. Un des principaux avantages de l'énergie houlomotrice est d'être prévisible. En effet, comme les vagues sont créées par des vents soufflant sur de longues distances à travers la surface de l'océan, cela réduit efficacement une grande partie de l'incertitude de la production possible d'énergie.

Mix d'énergies renouvelables

Par ailleurs, la combinaison de l'énergie éolienne, solaire et houlomotrice peut agir pour uniformiser leur production combinée, conduisant à un mix d'énergies renouvelables plus prévisibles et stables.

Rappelons que la quantité d'énergie générée par les vagues est faible (1 watt par mètre carré et par an, soit 200 fois moins que l'énergie solaire directe), mais elle est multipliée par l'énorme surface offerte par l'océan à partir de laquelle cette énergie peut être récupérée.

Résultat : l'énergie houlomotrice a la densité d'énergie la plus élevée des sources d'énergie renouvelables, par rapport à d'autres comme l'éolien, le solaire, la biomasse et la géothermie. L'efficacité projetée de l'énergie des vagues est notamment bien supérieure à celle de l'énergie éolienne avec un potentiel d'environ 40 TWh par an en France.

Les estimations actuelles de l'énergie océanique vont de 20.000 à 80.000 TWh d'électricité par an, ce qui représente 100 à 400 % de la demande mondiale d'électricité.

Les évaluations des systèmes énergétiques océaniques (OES) basées sur le critère du potentiel technique prévoient une capacité mondiale d'installation d'énergie houlomotrice de 337 GW d'ici 2050, tandis que l'Agence internationale de l'énergie (AIE) estime une capacité d'installation de 63 GW en tenant compte du potentiel technique et des cadres politiques.

 Industrie émergente

L'énergie des vagues est une industrie émergente dont la plupart des technologies sont à un stade immature. Le développement technologique est confronté à des défis du fait que l'environnement océanique (en particulier en mer) est incertain pour travailler. D'autre part, les cadres politiques et les priorités gouvernementales en matière de financement entravent la croissance rapide de cette industrie .

Rappel de la façon dont l'électricité est produite

• L'énergie des vagues frappant le rivage est convertie en électricité à l'aide d'un convertisseur d'énergie des vagues (WEC), essentiellement une centrale électrique.
• Le niveau d'eau dans la chambre monte et descend au rythme de la vague, et ainsi l'air est poussé vers l'avant et vers l'arrière via les turbines reliées à une ouverture supérieure dans la chambre. L'air comprimé et décomprimé a suffisamment de puissance pour propulser les turbines. La turbine est propulsée dans le même sens par le flux d'air de va-et-vient à travers la turbine. La turbine propulsive fait tourner un arbre relié à une génératrice.
• L'avantage de ce convertisseur d'énergie des vagues est que même des mouvements de vagues considérablement faibles peuvent produire un flux d'air suffisant pour maintenir le mouvement de la turbine afin de générer de l'énergie.

Il existe des obstacles importants à l'utilisation de l'énergie des vagues :

• Corrosion des équipements immergés.
• Problèmes de défaillance liés aux équipements d'ancrage en mer et à l'utilisation de systèmes mécaniques dans un environnement fortement turbulent.
• Problèmes environnementaux. Les dispositifs montés à terre peuvent défigurer le paysage, tandis que les dispositifs offshore peuvent perturber la vie marine, le trafic maritime et les activités de pêche.

Les nombreux systèmes en cours de développement ont un point commun : ils transforment transformer l'énergie des vagues grâce à des convertisseurs dont les principales approches sont les suivantes :

• Les colonnes d'eau oscillantes :
• l'oscillation de l'eau à la surface de la mer agit comme un « piston » qui pousse de l'air dans une chambre.
• Ce flux d'air sous pression actionne mécaniquement des turbines pour produire de l'électricité. Les installations peuvent être flottantes (en mer) ou fixes (sur le littoral).
• Les colonnes d'eau oscillantes terrestres captent les vagues entrantes. L'eau pénètre dans une chambre où elle comprime l'air, entraînant une turbine qui à son tour entraîne un générateur électrique.
• Les colonnes d'eau oscillantes submergées sont des bouées sous-marines qui montent et descendent avec le mouvement des vagues. Ancrés au fond marin, leur mouvement actionne un piston, aspire l'eau de mer dans une turbine ou comprime de l'air ou de l'huile qui entraîne alors un moteur qui à son tour entraîne un générateur électrique.

• Les systèmes à déferlement :
• les vagues viennent se briser sur des rampes inclinées artificielles et se déversent dans des réservoirs surélevés.
• L'eau actionne une turbine, puis retourne à la mer. Comme pour les colonnes d'eau oscillantes, les installations peuvent être flottantes en mer ou fixes sur le littoral. Ces systèmes sont encore peu nombreux.

• Les systèmes à flotteurs :
• Plusieurs corps flottants reliés entre eux sont alignés dans le sens du vent, perpendiculairement aux vagues, et maintenus à la surface de l'eau par des câbles arrimés au sous-sol marin.
• Les vagues créent une oscillation de la chaîne de flotteurs, ce qui actionne une turbine soit directement, soit par le biais d'un fluide hydraulique comprimé. Les systèmes de ce type en sont à des stades de maturité divers.

• Les systèmes posés au fond :
• Fixés sur le fond marin, ils utilisent l'oscillation de l'eau provoquée par les vagues pour mettre en mouvement des corps immergés (volets, bouées, etc.).
• Ces derniers actionnent à leur tour des systèmes de transformation d'énergie électriques ou hydrauliques (grâce à un fluide qui peut être de l'huile, de l'eau de mer...).
• Un système de ce type a fait la preuve de son efficacité en envoyant de l'électricité au réseau pendant 24 heures consécutives.

Sur le long terme, il est primordial que le coût de production descende en dessous de 100 €/mégawattheure (MWh) (contre 200 à 300 €/MWh aujourd'hui) pour être compétitif par rapport aux autres moyens de production d'électricité. Cette réduction repose sur une maîtrise des coûts de fabrication, d'installation et de maintenance. Contrairement à d'autres dispositifs de conversion d'énergie renouvelable (en particulier éolien), le dispositif WEC doit subir des tests rigoureux à la fois en laboratoire et sur un site réel en mer pour les vérifications technologiques finales et la certification commerciale. Mais les essais en site en mer sont plus coûteux, intensifs et complexes à réaliser que les essais en laboratoire.

Nombreux freins

Il y aussi de nombreux freins au succès de l'énergie houlomotrice :

• Compte tenu du niveau de prématurité et de la faible pénétration de la technologie de l'énergie des vagues dans le marché de l'énergie existant, l'expérience technologique de l'énergie des vagues est principalement acquise dans ces centres d'énergie marine.
• Il faut beaucoup de temps (au moins 1 an) pour qu'un prototype d'appareil WEC réussisse le test océanique à grande échelle.
• Sur la base du site de test particulier, diverses mesures de données telles que les profils de puissance de sortie, les effets sociaux et environnementaux, l'amarrage et l'ancrage, la capacité de survie et l'encrassement biologique sont effectuées avant que la vérification de la connexion au réseau ne soit accordée avec succès .

Voici quelques exemples de l'usage de l'énergie houlomotrice va s'imposer :

• Le dessalement de l'eau de mer
• Le dessalement et l'approvisionnement en énergie des vagues sont importants pour résoudre l'approvisionnement énergétique des îles éloignées et des pays côtiers.

• L'énergie pour les iles
• les îles éloignées, les centrales à énergie houlomotrice peuvent fournir de l'électricité et de l'eau douce, ce qui peut favoriser le développement et l'utilisation des îles.

• L'utilisation de l'énergie des vagues océaniques pour des recherches approfondies telles que l'aquaculture et la production d'hydrogène est une nouvelle façon d'utiliser l'énergie océanique.

De nombreux WEC sont à différents stades de développement qui répondent à un déploiement commercial à grande échelle pour contribuer au mix énergétique mondial.

• Les premiers WEC à être déployés ont été le Pelamis de 750 kW basé sur le concept de corps oscillants (terminator) par Pelamis Wave Power et l'AWS de 250 kW basé sur le concept de corps oscillants (absorbeur ponctuel) installé au Portugal en 2004.
• L'Aquamarine Power Company a déployé l'Oyster de première génération de 315 kW et son Oyster de deuxième génération de 800 kW connecté au réseau dans les Orcades (Centre européen de l'énergie marine (EMEC)) achevés en 2009 et 2012, respectivement .
• La société AW-Energy a installé des unités WaveRoller de 300 kW connectées au réseau près du rivage (trois unités WEC de 100 kW) à Piniche, au Portugal, et la construction du premier convertisseur d'énergie commercial WaveRoller est en cours depuis la mi-2016 .
• L'Office basque de l'énergie a ouvert la première centrale électrique à énergie houlomotrice commerciale à Mutriku en déployant le système de conversion d'énergie houlomotrice OWC de 18,5 kW chacun avec une capacité installée totale de 296 kW (soit 16 unités WEC)
• La centrale Pico (utilisant la technologie OWC) d'une capacité installée de 400 kW aux Açores, au Portugal, fonctionne à pleine échelle depuis plus d'une décennie.

Un des projets les plus intéressants est celui de Ventulin que son concepteur, Thierry Fereol, présente de la façon suivante : le projet Ventulin consiste non pas à exploiter directement la houle mais à amplifier la houle dans un système d'entonnoir à fond variable. Une fois la houle amplifiée, l'objectif est d'implanter les dispositifs houlomoteurs existants à l'intérieur du dispositif.