Une hydrolienne est une turbine sous-marine qui utilise l'énergie cinétique des courants marins, comme une éolienne utilise l'énergie cinétique de l'air.
La turbine de l'hydrolienne permet la transformation de l'énergie hydraulique en énergie mécanique, qui est alors transformée en énergie électrique par un alternateur.
La puissance cinétique d'un fluide traversant un disque de section est :
en W, avec :
: masse volumique du fluide (de l'eau en l'occurrence)
: vitesse du fluide en m/s
La formule de Betz indique que, comme pour les éoliennes, seule une partie de l'énergie du fluide peut être transformée en énergie mécanique pour produire de l'électricité. Cependant la masse volumique de l'eau d'environ 1000 kg/m, beaucoup plus élevée que celle de l'air (environ 1,23 kg/m à 15 °C), permet d'espérer produire la même puissance qu'une éolienne interceptant une surface beaucoup plus grande.
Avantages : En utilisant l'énergie marémotrice, les hydroliennes exploitent une énergie inépuisable , non polluante,et prédictible (contrairement au vent avec les éoliennes), c'est à dire qu'elle est relativement constante.
Inconvénients : Il y a par contre des inconvénients pour l'entretien. Au niveau de l'accessibilité, certaines hydroliennes sont munies d'un pied qui dépasse de l'eau. Il peut aussi y avoir des perturbations d'importance mineure pour la sédimentation et les poissons.
Les impacts potentiels de ces capteurs sont encore mal connus, et préoccupent notamment les pêcheurs qui travaillent dans les zones d'intérêt ; selon certaines hypothèses, les turbines créeraient des zones de turbulence, empêchant les dépôts de sédiment et donc le développement de la flore, et créant ainsi à long terme une zone morte. Les courants seraient accélérés et les petits animaux auraient du mal à se déplacer sans fournir d'effort considérable. Les hydroliennes pourraient aussi précipiter dans leurs pales quelques animaux marins qui n'auraient pas su résister à l'aspiration créée par l'hydrolienne.
Selon d'autres hypothèses, le captage de l'énergie des courants ralentie la vitesse du fluide dans l'axe de la turbine ce qui provoque des courants de contournement que les poissons suivent (Ce phénomène de venturi est naturel quand l'eau passe le long d'une roche : les poissons évitent les obstacles en suivant les lignes de plus fortes vitesses). D'autre part, la rotation des pales est limitée par la vitesse de cavitation en bout de pale, elle doit est inférieure à 10 m/s. Ainsi les pales des grandes hydroliennes ne tourneront qu'au rythme de 15 tours par minute et leurs effets se limiteraient aux turbulences à la sortie de l'hydrolienne. Les sédiments ne se déposant pas autour de l'hydrolienne éviteront l'envasement que connaît l'usine marémotrice de la Rance, et faciliteraient l'entretien. De plus, une vitesse de rotation suffisamment faible ne perturberait pas les poissons.
Il faut aussi considérer que les sites préférentiels pour l'installation d'hydroliennes sont des sites de courants forts à très forts, où les conditions sont peu favorables au développement de la faune et de la flore. Les cartes marines montrent que ces zones sont exclusivement composées de roches ou de gravières de gros calibre. L'impact environnemental de l'énergie hydrolienne est actuellement étudié dans de nombreux projets de recherche et développement en Europe dans la Manche, la mer du Nord et la mer Baltique.
Le potentiel européen de l'énergie hydrolienne est, selon plusieurs études menées il y a quelques années axées sur ce projet d'envergure mondiale, à environ 12,5 GW qui pourraient produire 48 TWh annuels, ce qui représente la capacité de trois centrales électriques récentes.
D'après EDF, la France posséderait la deuxième ressource européenne, soit 20% du potentiel européen, correspondant à 10 TWh pour 3 GW « installables », répartis entre la Bretagne et le Cotentin.
Les courants marins pourraient être exploitables partout dans le monde ; les courants de marée constituent toutefois pour l'instant le domaine préférentiel de ce type de technologie : les courants de marée présentent en effet, par rapport aux courants généraux (comme le Gulf Stream) des caractéristiques particulièrement favorables :
Plusieurs entreprises britanniques et une française se sont spécialisées dans le domaine ; les projets les plus avancés concernent à ce jour essentiellement la Grande-Bretagne. La compagnie londonienne TidalStream a mis au point en 2006-2007 un système d'hydrolienne adapté aux eaux profondes et aux courants marins rapides, pour la production d'électricité. Le Semi-Submersible Turbine comporte quatre turbines montées sur une bouée tubulaire placée verticalement et amarrée au fond de la mer par un bras pivotant. Ce bras sert à l'installation et la maintenance des turbines et supprime les travaux sous-marins coûteux et dangereux. Le prototype testé à Pentland Firth comporte quatre turbines de 20 mètres de diamètre pour une puissance maximale de 4 MW. Le coût de l'électricité pourrait atteindre 0,045 euro/kWh. Selon TidalStream, le système sera compétitif avec les éoliennes offshore et onshore, et opérationnel en 2010.
La technologie des hydroliennes en est à un stade expérimental. Le développement de centrales hydroliennes repose sur des technologies éprouvées de l'hydraulique et ne nécessite a priori pas d'évolution importante.
Le coût élevé de l'investissement d'une centrale hydrolienne et le faible tarif de rachat de l'électricité produite peuvent pour l'instant faire reculer les investisseurs.
En 2007, EDF et le Laboratoire des écoulements géophysiques et industriels construiront une véritable hydrolienne sur le canal du Pont de Claix (Isère). Si cet essai est concluant, d'autres hydroliennes seront construites en Rhône-Alpes : mais si le principe utilisé est le même, il ne s'agit pas d'énergie marine, mais d'énergie hydroélectrique terrestre captée par un système non conventionnel.
En France toujours, le projet industriel MARENERGIE, labéllisé par le pole de compétitivité Mer de Bretagne, rassemble les acteurs bretons et une machine de démonstration de 10 kW sera immergée en mer à la fin de l'année 2007.