Dossier : Les énergies marines, "énergies bleues"

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Décryptages

La mer, une réserve de chaleur rarement exploitée

Utiliser la chaleur des eaux des océans pour produire de l'énergie : l'idée n'est pas nouvelle, mais d’importants obstacles techniques subsistent et les sites susceptibles d'accueillir les installations sont peu nombreux. L’utilisation des pompes à chaleur constitue une autre solution, ponctuelle, pour mettre à profit l’énergie thermique des mers. 

La différence de température entre couches superficielles et profondes de la mer peut être utilisée. © D. MCNEW / AFP

Utiliser les différences de température

Le captage de l'énergie thermique des océans consiste à 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 qui, par son expansion, pourra entraîner un turbogénérateur.

Pour provoquer cette vaporisation, le fluide choisi doit avoir un point d’ébullition assez bas, compris entre la température de l’eau de mer chaude et celle de l’eau de mer froide. Il peut, par exemple, s'agir d'ammoniac NH 3 qui passe à pression normale de l’état liquide à l’état gazeux à 15 °C1.

Sous l’effet de l’eau de mer chaude pompée en surface, le fluide va changer d’état dans un évaporateur. Le gaz actionne alors un turbogénérateur pour produire de l'électricité, puis retourne à l’état liquide dans un condenseur en contact avec l'eau de mer froide pompée en profondeur.

 

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© IDE

L’utilisation de l’énergie thermique des océans, une ressource abondante et stable, ne provoque aucune émission directe de gaz à effet de serrePhénomène naturel permettant un accroissement de la température de l'atmosphère d'une planète grâce à la présence de certains gaz.... Mais cette énergie comporte plusieurs inconvénients :

  • 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 ;
  • le rendement (rapport entre l'énergie dépensée pour produire de l'électricité et l'énergie finalement récupérée) économique est très faible, de l'ordre de 2 à 3 % ;
  • le coût d'investissement des installations est très élevé : 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 de 10 mètres au minimum ;
  • il y a des risques de perturbation locale des flux naturels des mers.

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.

Monaco produit 15 % de son électricité grâce à la mer

Les pompes à chaleur, une application modeste mais réaliste

À une moindre échelle, il existe des expériences d’exploitation de la chaleurAujourd'hui, en thermodynamique statistique, la chaleur désigne un transfert d'agitation thermique des particules composant la matière... des eaux des mers chaudes, comme la Méditerranée, à travers des pompes à chaleur (PAC).

  • La Principauté de Monaco produit, depuis 1960, 15 % de l’électricité qu’elle consomme grâce à des PAC qui puisent leur énergie dans la mer. De nombreux bâtiments situés sur le littoral profitent de cette production pour se chauffer l’hiver ou se refroidir l’été.
  • La Seyne-sur-Mer (Var) a lancé en 2007 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. Les installations ont coûté 2,5 millions d’euros à la ville. 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 ou la climatisation. La bibliothèque de Visby (Suède), dans la mer Baltique, utilise l’eau de mer pour alimenter une PAC électrique, avec du propane comme fluide échangeur, et maintenir en permanence une température stable bénéfique à la conservation des livres.

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 pompageLe pompage est une technique de récupération assistée du pétrole et du gaz... des eaux du lac (4 °C).

 

L'énergie thermique des océans, une solution vieille d'un siècleDès la fin du XIXe siècle, le physicien français Jacques Arsène d'Arsonval prend conscience des possibilités offertes par l'énergie thermique des océans et met au point des machines réfrigérantes.
Dans les années 1930, un autre Français, Georges Claude, expérimente la production d'électricité en s'appuyant sur la différence de température entre les couches superficielles (chaudes) et profondes (froides) des mers. En 1933, il transforme le cargo La Tunisie en usine de réfrigération et produit 2 000 tonnes de glace par jour !

 

Source :

(1) Etude Inter-Mines (p40-49)