À 26 km au large des côtes balayées par les vents du nord de l'Écosse, l'avenir des énergies renouvelables prend forme. Tournant en rythme avec la brise, les cinq turbines colossales du parc éolien Hywind Scotland ressemblent à n'importe quel autre projet éolien offshore, à une différence près : elles flottent.

Alors que les éoliennes offshore classiques reposent sur des tours de métal et de béton fixées au fond de la mer, les éoliennes Hywind reposent sur des quilles d'acier flottantes qui oscillent au gré des vagues. Soigneusement équilibrées, elles restent droites malgré les ondulations de la mer. Cette conception simple en apparence, mais diablement complexe, est en train de changer la façon dont les promoteurs écologiques considèrent l'éolien offshore.

Il pourrait s'agir d'une évolution importante à l'heure où le monde s'efforce d'atteindre les objectifs de zéro émission nette de carbone auxquels les pays se sont engagés dans l'accord de Paris sur le changement climatique. Le secteur de l'énergie dans son ensemble est actuellement responsable d'environ trois quarts des gaz à effet de serre émis par l'activité humaine.

Pour réduire ces émissions, l'électricité verte devra être au cœur de l'énergie mondiale, selon l'Agence internationale de l'énergie. Elle affirme que d'ici à 2040, la moitié des besoins énergétiques mondiaux devront être satisfaits par de l'électricité produite de manière nette zéro.

Compte tenu du nombre croissant de véhicules électriques et de la demande accrue d'électricité pour remplacer les combustibles fossiles dans les usages domestiques et industriels, les réseaux électriques devront également devenir beaucoup plus flexibles et offrir davantage de moyens de produire et de stocker l'énergie. Cela signifie que d'ici 2045, notre réseau énergétique pourrait être radicalement différent de ce qu'il est aujourd'hui.

Des projets comme le parc éolien flottant d'Hywind offrent un aperçu actuel de ce que pourrait être cet avenir.

Il y a deux raisons à cela. Premièrement, contrairement aux unités fixes, les turbines flottantes peuvent fonctionner en eaux profondes, loin du littoral, où les vents ont tendance à être plus forts et plus réguliers. Selon Henrik Steisdal, un inventeur danois à la pointe de l'innovation en matière d'éolien flottant, bon nombre des régions côtières les plus densément peuplées du monde sont situées à cheval sur ces eaux profondes. Selon lui, cela donne à l'éolien flottant un autre avantage : il peut desservir des communautés qui ne disposent pas actuellement d'une capacité d'énergie éolienne significative.

"Plusieurs pays disposent de grandes zones offshore à proximité de leurs centres de population, mais à des profondeurs tout simplement trop importantes pour des turbines fixées au fond", explique M. Steisdal.

"Dans des endroits comme la Corée, Taïwan, le Japon et la Californie, on ne peut gérer qu'une quantité modérée d'éoliennes offshore conventionnelles, voire aucune, de sorte que les turbines flottantes sont la seule option à long terme."

Si les turbines flottantes permettent de surmonter certains des problèmes qui rendent impossibles les parcs éoliens offshore en eaux profondes, il reste encore des défis à relever. Certains s'inquiètent de l'impact que pourraient avoir de grands réseaux d'éoliennes flottantes sur l'environnement marin.

Le prix des projets d'éoliennes flottantes est également encore élevé : il est presque deux fois plus élevé par mégawattheure d'électricité produite que celui des éoliennes offshore fixes. Mais ces coûts devraient baisser au fur et à mesure que la technologie s'impose, comme cela a été le cas pour d'autres projets d'énergie éolienne.

Mais alors qu'une question trouve sa réponse - comment récolter les vents dans des eaux profondes et lointaines - une autre se pose : que faire de l'électricité produite ?

Les contraintes du réseau ont longtemps été un problème pour les développeurs d'énergie éolienne, avec la crainte d'une surcharge du système lorsque les conditions sont particulièrement venteuses. Pour éviter cela, les turbines sont régulièrement mises hors tension, un processus coûteux connu sous le nom de réduction de puissance. Et que se passe-t-il pendant les périodes où le vent ne souffle pas assez fort ? Si l'on ajoute le défi logistique que représente la pose de dizaines de kilomètres de câbles sous-marins, il est clair qu'une autre approche est nécessaire.

Bien que les câbles électriques sous-marins à haute tension soient désormais relativement courants, ils sont coûteux à installer et à entretenir, cinq à dix fois plus que les lignes aériennes selon certaines estimations.

C'est là qu'intervient l'hydrogène, l'élément le plus abondant de l'univers et, pour beaucoup, la clé de l'avenir de l'éolien flottant.

"S'il y a particulièrement du vent dehors et que vous avez un surplus d'électricité produite, il existe une alternative à l'arrêt du système", explique Scott Hamilton, responsable de la division des énergies renouvelables chez Xodus, une société de conseil en énergie. "Plutôt que de gaspiller ces électrons supplémentaires, on peut les utiliser pour créer de l'hydrogène."

Pour ce faire, il faut un électrolyseur - une machine qui sépare l'eau en ses composants : l'oxygène et l'hydrogène. Lorsque des sources renouvelables sont utilisées pour alimenter ce processus, ce dernier est appelé "hydrogène vert".

Hautement combustible, l'hydrogène pourrait remplacer les combustibles fossiles en tant que source d'énergie sans carbone. Sur l'île écossaise d'Orkney, leader mondial du développement de l'hydrogène vert, le gaz est déjà utilisé pour alimenter des véhicules et chauffer des bâtiments, et un ferry à hydrogène est prévu dans un avenir pas si lointain. Un projet pilote similaire, dont l'achèvement est prévu en 2023 à Buckhaven, Fife, également en Écosse, utilisera l'énergie renouvelable du vent pour produire de l'hydrogène pour le chauffage et la cuisson dans environ 300 foyers.

Le fait que l'hydrogène puisse être stocké - comprimé et pompé dans des réservoirs - et transporté comme de l'essence ou du diesel est fondamental. C'est pourquoi les développeurs d'éoliennes flottantes sont si intrigués.

Fixé à la base flottante de l'éolienne, un électrolyseur pourrait utiliser immédiatement l'électricité produite par le vent, en produisant de l'hydrogène vert à partir d'eau de mer dessalée. Le processus ne serait pas entravé par les problèmes de réseau et les calculs de réduction, la production d'hydrogène s'accélérant en fonction des vents les plus forts.

Un certain nombre d'entreprises du secteur de l'énergie s'intéressent à cette technologie, et l'un des développeurs, ERM, espère qu'un prototype sera opérationnel dès le milieu des années 2020.

Une fois le prototype opérationnel, les possibilités d'utilisation de l'hydrogène vert généré par le vent flottant sont immenses. En tant que carburant pour les véhicules, des analystes tels que Jess Ralston, de l'Energy and Climate Intelligence Unit, affirment qu'il se prête bien au transport lourd et à longue distance - routier, ferroviaire, maritime et même éventuellement aérien. L'hydrogène pourrait ainsi combler les lacunes de la production d'électricité d'ici le milieu du siècle.

"Il n'est pas très difficile d'imaginer une situation où un pays disposant de grandes capacités éoliennes flottantes vend de l'hydrogène vert à l'étranger, en l'expédiant dans d'énormes navires de type pétrolier ou via des pipelines sous-marins", explique James Walker, responsable du développement de l'hydrogène au Centre européen des énergies marines. "Nous pourrions même avoir une situation où des éoliennes flottantes équipées d'électrolyseurs servent de stations de ravitaillement pour les navires longue distance."

C'est une vision passionnante, mais l'hydrogène vert se heurte à ses propres obstacles à l'adoption. Sa production est actuellement coûteuse, mais l'Agence internationale de l'énergie prévoit qu'à mesure que la production d'énergie renouvelable deviendra moins chère, l'hydrogène vert le deviendra aussi. La sécurité du stockage de grandes quantités d'hydrogène suscite également des inquiétudes persistantes et le développement de l'infrastructure nécessaire pour passer à une économie de l'hydrogène a été lent.

Cela signifie que pour atteindre les objectifs ambitieux de zéro émission nette, toutes sortes de progrès durables devront être réalisés. La production généralisée d'énergie solaire, les nouvelles méthodes d'exploitation de l'énergie marine et géothermique, ainsi que les percées dans le domaine des biocarburants et des technologies des batteries joueront tous un rôle.

Mais à côté de ces éco-innovations ascendantes, l'éolien flottant et l'hydrogène vert trouveront leur place, contribuant à ouvrir la voie vers des émissions nettes nulles et un avenir alimenté par des carburants sans carbone.