La mer, une réserve de chaleur inexploitée

Le 16/11/2010

Utiliser la chaleur des eaux des océans pour produire de l'énergie, l'idée n'est pas nouvelle. Pourtant, nous n'en sommes qu'au stade des expérimentations.
En effet, les obstacles techniques subsistent et les sites susceptibles d'accueillir
les installations idoines demeurent peu nombreux. Les pompes à chaleur
offrent une alternative pour profiter de l'énergie abondante des mers.

Une source
d'énergie abondante... mal répartie

L'énergie thermique des océans permet d'utiliser la différence
de température entre les eaux de surface (22 °C et plus) et les eaux profondes
(2-4 °C à 1 000 mètres) pour vaporiser un fluide et faire tourner un turbogénérateur.

Par sa vitesse, la vapeur peut en effet entraîner une turbine. Pour l'obtenir, le fluide choisi doit avoir un point de condensation (moment où son état se transforme, où de liquide il devient gaz et inversement) correspondant à la température de l'eau relativement froide. Il peut, par exemple, s'agir d'ammoniac qui change d'état à 15 °C.¹

Le fluide va ainsi passer de l'état liquide à l'état de vapeur dans un évaporateur en contact avec l'eau de mer chaude pompée en surface. Sa vapeur va alors passer dans un turbogénérateur pour produire de l'électricité, puis refroidir dans un condenseur en contact avec l'eau de mer froide pompée en profondeur. À terre, un transformateur récupère l'électricité produite par le turbogénérateur et la distribue au réseau. 

Les avantages de l'énergie thermique des océans sont :

 
  • l'absence d'émission de gaz à effet de serre ;

  • une ressource abondante et stable.

Ses inconvénients sont de différents ordres :

   • elle n'est exploitable que dans les zones intertropicales, où les eaux de surface sont suffisamment chaudes et les eaux profondes suffisamment froides pour obtenir un différentiel de température d'environ 20 °C ;

   • économiquement, le rendement (rapport entre l'énergie dépensée pour produire de l'électricité et l'énergie finalement récupérée) est très faible, de l'ordre de 2 à 3 % ;

   • pour fonctionner, une centrale à énergie thermique des océans a besoin d'un très grand débit d'eau, et donc d'immenses canalisations d'un diamètre 10 mètres au minimum. Le coût d'investissement des installations est donc très élevé ;

   • les risques de perturbation locale des flux naturels des mers. 

Par ailleurs, il est à noter que la vapeur d'eau issue de la mer va perdre son sel. Une fois refroidie et revenue à l'état liquide, elle est donc devenue une eau douce et peut être utilisée comme telle si besoin.

Au niveau mondial, le potentiel techniquement exploitable s'élèverait entre
10 et 80 000 TWh/an. Mais, étant donné les investissements en recherche et développement nécessaires et les conditions géographiques requises, seuls les États-Unis (à Hawaï) et le Japon ont lancé dernièrement des expérimentations dans le domaine de l'énergie thermique des océans. Les solutions industrielles ne sont pas attendues avant 2030.²

Les pompes à chaleur, une application modeste et réaliste

À une moindre échelle, il existe des expériences d’exploitation de la chaleur des eaux des mers chaudes, comme la Méditerranée, à travers des pompes à chaleur (PAC). 

  • Depuis 1960, la principauté de Monaco produit 15 % de l’électricité qu’elle consomme grâce à des PAC qui puisent dans la mer. De nombreux bâtiments situés sur le littoral profitent de cette production pour se chauffer l’hiver ou se refroidir l’été.

  • En 2007, la ville de La Seyne-sur-Mer, dans le Var, a lancé l’exploitation de l’eau de mer pour chauffer des bâtiments publics (pôle théâtral de 500 places, hôtel de ville…) et 500 nouveaux logements à l’aide de PAC. Pour que le projet soit rentable économiquement, il faut toutefois que les bâtiments à chauffer soient situés à moins de 600 mètres de la côte. Les installations ont coûté 2,5 millions d’euros à la ville. En échange, cette solution devrait réduire de deux tiers la facture énergétique des utilisateurs et éviter le rejet de 1 300 tonnes de gaz à effet de serre par an.

  • L’eau des mers plus froides peut encore être utilisée pour le chauffage (en hiver) ou la climatisation (en été). Ainsi, la bibliothèque de Visby (Suède), dans la mer Baltique, se sert d’eau de mer pour alimenter une PAC électrique et maintenir en permanence une température stable bénéfique à la conservation des livres. Dans ce cas, le fluide échangeur (dont la température varie au contact de l’eau et passe dans le circuit de la pompe) est le propane, un gaz dérivé du pétrole.

  • Les eaux froides des lacs peuvent aussi servir à produire de la chaleur. À Zürich (Suisse), une partie du chauffage urbain est assurée par le pompage des eaux du lac (4 °C).

[1]http://www.inter-mines.org/docs/0904140804PR_090319_DeLaleu.pdf p.40-49
[2]http://www.nanodata.com/sdn76/epr3/doc/analyse-energie-des-mers.pdf p.35