Les océans couvrent plus de 70 % de la surface de la Terre. Ils sont parcourus par des courants, dont certains sont beaucoup plus puissants que les fleuves les plus rapides.

Ces courants peuvent être exploités comme une source d'énergie marine renouvelable et propre. L'énergie marine est beaucoup plus prévisible et fiable que de nombreuses autres formes d'énergie renouvelable, car contrairement au soleil et au vent, qui ne produisent pas d'électricité de manière régulière, les courants océaniques ne s'arrêtent jamais de circuler autour de la planète.

De nouvelles recherches montrent que les côtes est et sud-est de l'Afrique possèdent des courants qui les placent parmi les sites les plus prometteurs au monde pour la production de ce type d'énergie. Les chercheurs Mahsan Sadoughipour, James VanZwieten, Yufei Tang et Gabriel Alsenas détaillent les conditions nécessaires pour intégrer l'énergie marine renouvelable dans le mix électrique des pays africains.

Comment les courants marins ouverts peuvent-ils produire de l'énergie ?

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Les courants marins contiennent de l'énergie cinétique qui peut être convertie en énergie électrique à l'aide de turbines.

Le principe est comparable à celui des éoliennes offshore, qui transforment le vent marin en électricité. Avec une différence notable: pour convertir les courants marins en énergie, les turbines doivent flotter à la surface ou juste sous la surface de l'océan.

L'électricité qu'elles produisent peut être acheminée vers la côte à l'aide de câbles électriques sous-marins, comme c'est actuellement le cas pour les éoliennes en mer. Cette énergie pourrait aussi permettre la production d'hydrogène en mer, destiné à être transporté puis utilisé comme combustible. Cela permettrait d'éviter l'utilisation de câbles sous-marins.

Quel était l'objectif de votre recherche ?

Nous avons examiné trente années de données sur la vitesse de l'eau, c'est-à-dire des mesures de la vitesse à laquelle l'eau se déplace (courants).

Nous avons obtenu ces données à partir de bouées dérivantes dans l'océan. Ces dispositifs sont équipés de capteurs météorologiques et océanographiques qui ont été envoyés dans l'océan. Il existe aujourd'hui 1 250 bouées de ce type qui flottent dans les océans du monde entier.

Elles sont conçues pour suivre la circulation de l'eau dans les océans afin de mesurer en permanence la vitesse et la direction des courants océaniques, sans être emportées par le vent. Ces bouées transmettent des informations sur les courants marins par satellite mises à la disposition du public et exploitées par les scientifiques.

Nous avons ainsi examiné 43 millions mesures de la vitesse et de la direction des courants marins à des endroits et à des moments précis sur une période de 30 ans. À partir de ces données, nous avons pu calculer la quantité d'énergie stockée dans chaque mètre carré de l'océan. C'est ce qu'on appelle la densité énergétique. Il s'agit d'une étape fondamentale pour déterminer le potentiel des courants océaniques en matière de production d'énergie propre et renouvelable. Notre recherche est la première à avoir généré ces informations.

Où teste-t-on les turbines à courant marin ?

Des prototypes ont été développés et testés en mer depuis 1985. Cependant, aucune turbine à courant marin n'alimente actuellement le réseau électrique. Ce délai entre les essais des prototypes et la mise en service des turbines s'explique par les difficultés techniques liées à l'installation de ces systèmes en eaux profondes.

Les développeurs ont toutefois récemment réalisé de nouvelles avancées, en améliorant les câbles sous-marins et les micro-ordinateurs utilisés dans les systèmes d'énergie marémotrice, ainsi que la conception des pales des turbines. Des progrès ont également été réalisés dans le développement d'ancrages plus résistants pour ces systèmes.

Ces nouveaux systèmes avancés sont actuellement développés et testés au large des côtes de la Floride (États-Unis), de la Caroline du Nord (États-Unis), du Japon et de Taïwan.

Des ingénieurs en Afrique du Sud et au Mexique étudient également le potentiel des systèmes de turbines à courant marin.

Quels pays africains pourraient produire de l'électricité à partir des courants marins ?

Nous avons identifié des zones à forte énergie dans les eaux au large de la Somalie, du Kenya, de la Tanzanie et de Madagascar. Elles possèdent certains des courants les plus denses en énergie de la planète, supérieurs à la norme requise pour que les ressources éoliennes soient classées comme « excellentes ». Ce sont des sites potentiels pour la production d'énergie océanique. Une zone au large des côtes sud-africaines présente également un potentiel intéressant.

Nous avons repéré des zones avec des densités de puissance allant de 500 à 2 500 watts par mètre carré sur une superficie d'environ 800 km sur 30 km au large de l'Afrique du Sud et d'environ 2 000 km sur 30 km au large de la Somalie, du Kenya et de la Tanzanie.

Par comparaison, un foyer moyen en Afrique du Sud consomme en moyenne environ 730 watts d'électricité (environ 17kWh/jour). Par conséquent, chaque mètre carré de l'océan qui produit de l'électricité pourrait fournir suffisamment d'énergie pour alimenter un foyer de ce type en Afrique du Sud.

Toutefois, des recherches supplémentaires sont nécessaires. La mesure des courants dans l'océan Indien est plus récente que dans les autres océans: les courants de l'océan Pacifique sont mesurés depuis 1979, alors que ceux de l'océan Indien ne le sont que depuis 1994.

De plus, la plupart de ces zones à haute énergie sont situées dans des eaux relativement profondes (plus de 1 000 mètres). Cela pourrait rendre difficile l'installation de turbines marémotrices.

Point positif, ces zones sont relativement proches des côtes. Il existe ainsi de fortes densités d'énergie marine, à seulement 100 mètres de profondeur, dans des zones situées au large de l'Afrique du Sud, de la Somalie, du Kenya et de Madagascar. Et il y a de fortes chances que ces zones relativement peu profondes et proches des côtes soient les premières au large du continent où l'électricité sera produite à partir des courants océaniques.

Que faut-il faire pour y parvenir ?

Des scientifiques du monde entier mènent actuellement des recherches sur la manière d'utiliser les vagues, les marées et les courants océaniques pour produire de l'énergie. Il faut mettre en oeuvre ces projets.

En général, cela commence par la création d'une entreprise par un développeur de projet, une communauté ou une compagnie d'électricité afin d'attirer des investissements pour le lancer. Ensuite, un travail plus technique sera nécessaire. Il s'agira notamment de mesurer précisément les courants océaniques afin de sélectionner les emplacements exacts des turbines et de déterminer comment les relier à la côte.

Chaque projet aura un coût différent, en fonction de son ampleur et de la technologie requise. Trouver les fonds nécessaires au démarrage peut s'avérer une tâche difficile.

L'autre obstacle est que les technologies permettant d'exploiter les courants marins ne sont pas encore commercialement viables. Mais elles se développent rapidement.

A l'heure du changement climatique, l'énergie des courants marins est indénaiblement une perspective intéressante pour les pays africains.

James H. VanZwieten Jr., Assistant Professor: Department of Ocean and Mechanical Engineering, Florida Atlantic University

Gabriel Alsenas, Director: SouthEast National Marine Renewable Energy Centre, Florida Atlantic University

Mahsan Sadoughipour, Graduate Research Assistant: Department of Ocean and Mechanical Engineering, Florida Atlantic University

Yufei Tang, Associate Professor and I-SENSE Fellow: Department of Electrical Engineering and Computer Science, Florida Atlantic University