Energie osmotique

Issue de la rencontre entre eau douce et eau salée, l'énergie osmotique connue depuis les années 1970 revient sur le devant de la scène avec le lancement d'un premier prototype industriel en Norvège.

L'énergie osmotique peut être mise en oeuvre partout où un fleuve se jette à la mer », résume Stein Erik Skilhagen, responsable du projet énergie osmotique chez Statkraft.

Cette société norvégienne spécialisée dans les énergies renouvelables inaugurera fin novembre le premier prototype au monde de centrale osmotique, à une soixantaine de kilomètres d'Oslo. Sa puissance initiale sera entre 2 et 4 kilowatts. D'ici deux ou trois ans, avec des composants plus performants, Statkraft espère bien atteindre 10 kilowatts, soit l'équivalent de la consommation électrique d'un foyer. Une installation certes modeste, mais une étape indispensable pour valider cette nouvelle technologie, connue depuis plus de trente ans, mais encore jamais testée à cette échelle.

« Nous finançons des recherches sur l'énergie osmotique depuis 1997,raconte Stein Erik Skilhagen. Ce prototype nous permettra de tester les solutions retenues et de poursuivre les développements. Notre objectif est de construire en 2015 une première centrale pilote commerciale de 25 MW », soit la consommation électrique d'environ 10.000 foyers.

L'industriel mise sur le développement de cette énergie renouvelable, dont le potentiel, selon ses estimations, n'est pas négligeable : 1.700 térawattheure par an (TWh/an) dans le monde, 200 TWh/an en Europe soit environ 6 % de la consommation annuelle européenne.

En Norvège, Statkraft espère pouvoir produire 10 % de la consommation d'énergie nationale. L'énergie osmotique est même une des énergies marines les plus concentrées, avec l'énergie des vagues. Et, contrairement à d'autres énergies renouvelables, comme le solaire ou l'éolien, sa production est constante, tant que la mer est salée et que des fleuves s'y jettent.

Comment est produite l'électricité osmotique ? Tout simplement en exploitant le fait que la nature aime l'équilibre, en l'occurrence ici de salinité. L'astuce découverte en 1973 par un chercheur américain, Sydney Loeb, est de séparer deux réservoirs distincts, l'un d'eau douce, l'autre d'eau salée, par une membrane semi-perméable, qui laisse passer l'eau mais pas les molécules de sel. Résultat : pour équilibrer les concentrations salines, la solution salée « pompe » naturellement l'eau douce par osmose.

Presque toute l'eau douce traverse ainsi la membrane. « Le réservoir d'eau salée étant maintenu plein et à pression constante, explique Stein Erik Skilhagen, ce flux d'eau y augmente la pression. »Selon les ingénieurs de Statkraft, la pression optimale serait de 13 bars, l'équivalent de la pression exercée par une colonne d'eau de 120 mètres de haut.

Cette pression crée un courant régulier permettant de faire tourner une turbine et de produire de l'électricité. « Environ un tiers de cette eau part vers la turbine, puis est rejeté en mer, le reste est utilisé pouréquilibrer la pression du réservoir d'eau salée »,ajoute Stein Erik
Skilhagen.

Pas encore rentable

Sur le papier, la technologie est convaincante. D'ailleurs le phénomène inverse (osmose inverse) est devenu la règle pour les dernières générations d'usines de dessalement : en mettant l'eau salée sous pression (ce qui consomme beaucoup d'énergie), on la force à traverser la membrane. L'eau passe, le sel reste. Pourquoi le dessalement par osmose inverse s'est-il développé et pas l'énergie osmotique ? « Les besoins en eau ont toujours été plus sensibles que les besoins en énergie », répond Gérard Pourcelly, directeur de l'Institut européen des membranes (IEM).

Depuis une dizaine d'années, la donne énergétique a changé. Il reste néanmoins deux verrous technologiques de taille pour que l'énergie osmotique soit rentable.

En premier lieu, les membranes. Inspirées de celles utilisées pour le dessalement de l'eau de mer, dont les coûts ont diminué d'un facteur 5 en vingt ans, elles sont agencées sous forme de mille-feuilles cylindriques. Ces parois compactes nanoperforées sont en acétate de cellulose ou en polyamide composite. « La membrane idéale doit empêcher le sel de passer, mais permettre un flux d'eau conséquent, sans toutefois se déchirer », résume Gérard Pourcelly. Un compromis difficile à atteindre.

Le second verrou concerne l'épuration des eaux prélevées, pour éviter le colmatage des membranes : limon, plancton et micro-organismes doivent être filtrés au préalable. « Notre prototype actuel comporte 2.000 m2 de membranes spiralées dont on devrait récupérer 3 watts par mètre carré (W/m2), précise Stein Erik Skilhagen. Pour être rentable, il faudrait atteindre 5W/m2. » Cette énergie serait alors à portée de main, aux embouchures de fleuve.

Le premier prototype de centrale osmotique au monde a été inauguré en Norvège, a annoncé Statkraft, la société publique norvégienne spécialisée dans les énergies propres.

Ce prototype exploite l’énergie libérée par le mélange d’eau douce et d’eau de mer. ''L’énergie osmotique est une source d’énergie renouvelable et sans émissions, sur laquelle Statkraft mène des recherches depuis 10 ans, et qui sera à même d’apporter une contribution mondiale d’ampleur à la production d’énergie dans le respect de l’environnement'', commente la société norvégienne dans un communiqué.

''Cette nouvelle technologie permet de générer de l'électricité simplement en mélangeant de l'eau. Les nouveaux moyens de relever les défis liés au changement climatique sont sans doute plus évidents que nous ne le pensons, ce qui me laisse plutôt optimiste quant à l'avenir'', a affirmé Bård Mikkelsen, le président et directeur général de Statkraft.

Le prototype offrira une capacité de production limitée, et son but principal sera de servir de base de tests et de développement. L’objectif est de pouvoir être à même de construire une centrale d’énergie osmotique commerciale d’ici quelques années. Le potentiel mondial de l’énergie osmotique est estimé entre 1 600 et 1 700 TWh par an.

Parmi la panoplie d'énergie produite à partir de sources renouvelables, les énergies marines font l'objet de nombreuses recherches. La mer est en effet un milieu riche en flux énergétiques qui peuvent être exploités sous différentes formes notamment l'éolien offshore, l'énergie des vagues, l'énergie des courants ou encore l'énergie osmotique.

Cette dernière se base sur le phénomène naturel d'osmose qui désigne le flux d'un liquide peu concentré vers un liquide plus concentré à travers une membrane semi-perméable. Appliqué à l'eau de mer sous pression, ce principe peut permettre de produire de l'énergie. En effet, lorsque de l'eau douce est séparée de l'eau de mer sous pression par une membrane semi-perméable, elle va naturellement passer dans le compartiment d'eau de mer et augmenter la pression qui peut ensuite être utilisée pour faire tourner une turbine et produire de l'électricité.

Carine Seghier