Centrales à Osmose

Le miracle de l'eau douce et salée

Nul besoin de pétrole, d'uranium ou d'éolienne pour activer les turbines, seule la simple différence de salinité entre l'eau de mer et l'eau douce suffirait.

Des trombes d'eau qui s'engouffrent dans des tuyaux, des turbines flambant neuves qui se mettent en action scellant la rencontre, au sein d'une centrale électrique à Hurum, Norvège, de l'eau salée de la mer du Nord et de l'eau douce du fjord d'Oslo.

A la clé ? Un compteur électrique qui se mettra à afficher les premiers watts produits dans cette première centrale électrique fonctionnant à l'osmose.

Un système fiable

Miraculeux, le processus n'est pas affecté par les fluctuations de la météo, contrairement aux classiques dispositifs hydrauliques ou éoliens.

Et il ne consomme aucune ressource : une fois utilisée, l'eau est rejetée dans l'estuaire et regagne sagement le cycle de l'eau.

Un système fiable, une énergie totalement renouvelable, tout serait donc parfait…

S'il n'y avait malheureusement un gros défaut : une faible productivité.

De fait, le prototype de Statkraft devrait seulement produire 2 MW.

Le rendement des membranes est le principal frein au développement de l'électricité osmotique.

Leur problème majeur est de garantir un flux d'eau continu entre les deux réservoirs.

Il faut choisir judicieusement la membrane pour qu'elle ne soit ni trop serrée - le flux serait alors trop faible - ni trop lâche, car dans ce cas les molécules de sel pourraient passer entre les mailles du filet.

Dès lors, les concentrations des deux compartiments s'équilibreraient progressivement, l'osmose se ralentirait, puis se stopperait.

Dans la centrale de Statkraft, c'est donc une cloison percée de pores de quelques nanomètres qui assure l'interface entre les deux réservoirs.

Des couches successives de membranes percées de façon moins subtile sont aussi intercalées pour éviter que la pression de l'eau ne déchire le dispositif.

Quelques problèmes à résoudre

La clé des performances de la centrale à osmose ne tient pas uniquement à l'amélioration de l'interface entre eau douce et eau salée.

Il reste aussi à résoudre un problème épineux : le colmatage des membranes.

Car l'eau qui vient s'engouffrer dans les tuyaux de la centrale est loin d'être pure : plancton, colloïdes et autres micro-organismes marins doivent être filtrés pour éviter qu'ils ne bouchent les pores des membranes. Statkraft a contourné la difficulté en installant, en amont dans le circuit d'eau, des membranes à gradient de porosité : l'eau commence par s'infiltrer au travers de films de 50 micromètres avant d'atteindre les membranes les plus fines, qui, elles, ne laissent passer que les molécules d'eau.

Optimiser cette étape de filtration est fondamental, car c'est elle qui conditionne la puissance et donc la rentabilité du procédé.

En attendant que l'osmose devienne réellement une technologie compétitive, les Norvégiens ont mené d'autres calculs : les centrales osmotiques pouvant être construites n'importe où, dès lors que de l'eau douce peut rencontrer de l'eau de mer, en Norvège, ils pensent pouvoir produire 12 térawattheures par an, soit 10 % de la consommation d'énergie du pays.

Plus globalement, le potentiel s'élève à 1 700 térawattheures dans le monde.

200 térawattheures uniquement en Europe : c'est-à-dire plus d'un tiers de la consommation française d'électricité.

Pas de doute, c'est bien une nouvelle source d'énergie aussi miraculeuse qu'insoupçonnée qui, désormais, ne demande plus qu'à être exploitée à l'embouchure des fleuves.

Le premier prototype de centrale osmotique a été inauguré le 24 novembre 2009 en Norvège.

Il exploitera le principe de la pression osmotique pour produire une énergie sans carbone et renouvelable en mélangeant de l’eau douce et de l’eau de mer.

Depuis 1992, la compagnie publique norvégienne Statkraft s'intéresse aux possibilités de l'énergie osmotique.

Phénomène naturel, l’osmose se caractérise par le transfert, à travers une membrane semi-perméable (perméable uniquement à l’eau), de l’eau depuis le milieu où elle est la moins concentrée en soluté (eau douce) vers celui où elle est la plus concentrée (eau salée), jusqu’à l’équilibre des concentrations de part et d’autre de la membrane.

La différence de salinité peut ainsi provoquer un mouvement d'eau grâce auquel on peut produire de l'électricité.

En gros, l’osmose permet de « pomper » l’eau sans énergie pour remplir un barrage hydroélectrique.

Il suffit de sources d’eau contenant un soluté à différentes concentrations, comme de l’eau douce et de l’eau salée.

L’embouchure d’un fleuve est donc un lieu idéal pour installer un dispositif de production d’énergie osmotique.

Cliquer pour agrandir. La pression créée par le déplacement d’eau entre le compartiment d’eau douce et celui d’eau salée actionne une turbine qui produit de l’électricité.

La clé : la nature de la membrane

Dans cette centrale osmotique, la pression créée dans le compartiment d’eau salée correspond à une colonne d’eau de 120 m, soit l’équivalent de l’énergie d’une chute d’eau de 120 m qui peut être transformée en électricité à l’aide d’une turbine hydroélectrique.

L’idée date des années 1970, mais ce n’est que depuis les années 1990 que les capacités des membranes et le coût de l’énergie ont rendu ce concept intéressant.

La compagnie Statkraft a investi 100 millions de couronnes norvégiennes (120 millions d’euros) et construit ce prototype de centrale à Tofte, au sud-ouest d’Oslo.

Le prototype, d’une puissance de 10 kilowatts, testera la technologie et aidera à développer des membranes plus performantes pour produire une énergie propre et renouvelable compétitive.

Les membranes actuelles ont un rendement inférieur à 1 watt / m² mais elles seront remplacées par d’autres au rendement de 2 à 3 W. L’objectif est d’aboutir à un rendement de 5 W.

En 2015, une centrale opérationnelle de 25 MW devrait être construite. Pour chaque mégawatt, elle consommera un mètre cube d’eau douce et deux mètres cubes d’eau salée par seconde.

Les premiers watts ont permis de servir un thé bien chaud à la princesse de Norvège Mette-Marit, venue inaugurer la centrale.

A l’échelle mondiale, l’énergie osmotique pourrait fournir 1.600 à 1.700 TWh d’électricité, soit l’équivalent de la consommation chinoise de 2002. En Norvège, ce potentiel est de 12 TWh.

Les possibilités de cette énergie propre et renouvelable sont donc importantes, mais elle est tributaire des ressources en eau douce et sera vulnérable en cas d’événements climatique extrêmes ou d’élévation du niveau des eaux.


Source : www.futura-sciences.com