Global system value of tidal stream energy for cost-effective decarbonisation

Le monde se précipite vers un avenir où l'électricité proviendra presque entièrement du soleil et du vent. Ce changement est essentiel pour stopper le changement climatique, mais il apporte un problème complexe : le soleil ne brille pas toujours et le vent ne souffle pas toujours. Lorsque la météo est calme, les réseaux électriques peuvent subir des pénuries, forçant les ingénieurs à construire d'énormes quantités de stockage par batterie pour conserver l'énergie pour plus tard. Ces batteries sont coûteuses et nécessitent de grandes quantités de matériaux rares pour être fabriquées. Les scientifiques savent depuis longtemps que les marées offrent un type d'énergie différent. Contrairement au vent et au solaire, la montée et la descente de l'océan sont dictées par l'attraction gravitationnelle de la lune et du soleil, ce qui les rend parfaitement prévisibles et totalement indépendantes de la météo. La grande question a toujours été de savoir si cette énergie fiable vaut le prix élevé de la construction de turbines sous-marines, ou s'il ne s'agit que d'une curiosité de niche.

Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l'Université d'Oxford et de l'Université de Plymouth a enfin répondu à cette question en examinant l'ensemble du système électrique, plutôt que de se concentrer uniquement sur le coût d'une seule centrale électrique. Ils ont utilisé un modèle informatique sophistiqué pour simuler le fonctionnement des réseaux électriques dans vingt lieux différents à travers le monde, allant des côtes venteuses de l'Écosse aux îles ensoleillées de l'Indonésie. Dans ces simulations, ils ont testé comment l'ajout de l'énergie des courants de marée — l'énergie générée par des turbines sous-marines qui tournent avec le courant — modifiait le coût total et la conception d'un système électrique net-zéro. Les résultats montrent que l'énergie marémotrice est bien plus précieuse qu'on ne le pensait auparavant, non pas parce qu'elle est bon marché à construire, mais parce qu'elle agit comme un partenaire parfait pour le vent et le solaire, permettant au système entier de fonctionner avec beaucoup moins de stockage par batterie et moins de ressources totales.

Les chercheurs ont découvert que la valeur de l'énergie marémotrice dépend fortement des autres sources d'énergie déjà disponibles dans une région. Dans les endroits où le vent est la principale source d'énergie renouvelable, l'ajout de l'énergie des marées crée une combinaison puissante. Comme le vent peut être imprévisible pendant plusieurs jours, les réseaux ont généralement besoin de construire d'énormes quantités d'éoliennes supplémentaires et de batteries pour garantir qu'il y ait toujours assez d'énergie. Cependant, les marées suivent un calendrier strict et prévisible, montant et descendant deux fois par jour avec de courtes pauses entre les deux. Lorsque ce rythme prévisible est ajouté à un système éolien, il comble les lacunes laissées par le vent. L'étude montre que dans ces régions dominées par le vent, l'ajout de l'énergie marémotrice peut réduire le coût total du système électrique de plus de 20 pour cent. Elle y parvient en réduisant considérablement le besoin de stockage par batterie, qui est souvent la partie la plus coûteuse d'un réseau vert. En fait, la quantité de capacité de batterie nécessaire a chuté de 20 à 55 pour cent dans ces simulations.

Dans les régions où l'énergie solaire est la source renouvelable dominante, l'histoire est légèrement différente mais reste positive. Les panneaux solaires produisent de l'énergie pendant la journée et s'arrêtent la nuit, un cycle très régulier. L'ajout de l'énergie marémotrice aide toujours ici, mais les économies sont plus modestes, réduisant généralement les coûts du système de moins de 15 pour cent. Cela s'explique par le fait que le solaire et les batteries gèrent déjà assez bien le cycle quotidien du jour et de la nuit. Cependant, même dans ces régions ensoleillées, l'énergie marémotrice joue toujours un rôle crucial. Elle a réduit le besoin de stockage par batterie d'environ 15 pour cent et a aidé à lisser l'approvisionnement en électricité, prouvant qu'elle a sa place dans presque tous les mélanges d'énergies renouvelables. L'étude suggère que le timing unique des marées offre un type de stabilité différent que le vent et le solaire ne peuvent offrir seuls.

L'une des découvertes les plus surprenantes concerne la capacité de l'énergie marémotrice à réduire l'empreinte physique de la transition énergétique. Construire un monde net-zéro nécessite de vastes étendues de terres pour les fermes solaires et les parcs éoliens, ainsi que de grandes quantités de matériaux critiques comme le lithium pour les batteries. Les simulations ont montré qu'en incluant l'énergie marémotrice, la surface totale nécessaire au développement pourrait être réduite de plus de 30 pour cent dans de nombreuses localités dominées par le vent. De même, la demande de lithium, nécessaire pour fabriquer les batteries, a chuté de manière significative. Dans certains cas, le besoin de capacité de batterie a diminué de près de 80 pour cent. Cela signifie que l'énergie marémotrice pourrait aider à résoudre le problème de l'emplacement de toutes ces nouvelles centrales électriques et de l'approvisionnement en matériaux pour les construire, atténuant ainsi la pression sur l'environnement et les chaînes d'approvisionnement mondiales.

Les chercheurs ont également examiné comment la valeur de l'énergie marémotrice évolue à mesure que le monde se rapproche des émissions nettes zéro. Dans les systèmes dominés par le vent, la valeur de l'énergie marémotrice augmente en réalité à mesure que les limites de carbone deviennent plus strictes. À mesure que le réseau devient plus propre et dépend moins des combustibles fossiles, le besoin de cette énergie prévisible et indépendante de la météo devient plus critique. En revanche, dans les systèmes dominés par le solaire, la valeur reste stable mais ne croît pas de manière aussi spectaculaire. L'étude a identifié que le ratio entre les ressources éoliennes et solaires dans une région est un bon prédicteur de l'aide apportée par l'énergie marémotrice. Si un lieu possède beaucoup de vent et moins de solaire, l'énergie marémotrice sera probablement un gain majeur sur les coûts. Si un lieu est très ensoleillé, l'énergie marémotrice aidera toujours, mais elle sera une pièce plus petite du puzzle.

Ce travail remet en question l'ancienne façon de penser concernant les nouvelles technologies énergétiques. Pendant longtemps, les experts ont jugé les technologies comme l'énergie marémotrice uniquement sur leur propre coût par unité d'électricité. Comme les turbines sous-marines sont actuellement coûteuses à construire et à entretenir, elles étaient souvent considérées comme trop chères pour concurrencer les panneaux solaires bon marché. Cette nouvelle recherche soutient que cette vision est trop étroite. Elle suggère que la véritable valeur d'une technologie réside dans la façon dont elle s'intègre dans l'ensemble du système. Même si les turbines sous-marines coûtent plus cher à construire que les panneaux solaires, elles font économiser de l'argent au système en réduisant le besoin d'autres composants coûteux comme les batteries et les éoliennes supplémentaires. L'étude conclut que l'énergie des courants de marée n'est pas seulement une curiosité locale pour quelques côtes spécifiques, mais un outil mondialement significatif pour construire un avenir net-zéro plus abordable, plus efficace et plus résilient.

Les chercheurs ont pris soin de tester leurs conclusions selon différents scénarios, incluant des changements dans les coûts technologiques futurs et différents modèles de demande d'électricité. Même en supposant que le coût des batteries ou des éoliennes puisse augmenter ou diminuer de manière significative, le bénéfice de l'ajout de l'énergie marémotrice est resté constant. Les simulations ont montré que l'énergie marémotrice rend l'ensemble du système plus robuste, ce qui signifie qu'il est moins susceptible d'être déséquilibré par des changements imprévus dans le coût des autres technologies. Cette résilience est un élément clé de sa valeur. L'étude a également noté que, bien que les meilleurs gisements marémoteurs se trouvent dans quelques lieux spécifiques, tels que le Pentland Firth en Écosse et le détroit de Cook en Nouvelle-Zélande, les bénéfices ne se limitent pas à ces sites géants. Des sites plus petits à travers le monde, y compris au Japon et en Indonésie, ont également montré des bénéfices significatifs pour l'ensemble du système.

Enfin, l'article brosse le portrait d'un futur système énergétique où l'océan joue un rôle central. En exploitant le rythme prévisible des marées, nous pouvons construire des réseaux électriques qui sont non seulement plus propres, mais aussi moins coûteux et moins exigeants pour les ressources de la planète. La recherche fournit une feuille de route claire sur l'endroit et le moment où l'énergie marémotrice devrait être déployée, suggérant qu'elle est une pièce manquante essentielle dans le puzzle de la décarbonation mondiale. C'est un rappel que la résolution de la crise climatique nécessitera un mélange diversifié de technologies, chacune jouant sur ses forces uniques, plutôt que de compter sur une solution unique. Les marées, avec leur rythme ancien et immuable, offrent une main ferme pour guider la transition vers un monde durable.