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De l'électricité 20 000 lieues sous les mers

PHILIPPE PÉLAPRAT redaction@industrie-technologies.com

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DÉVELOPPEMENT Temps fort du Grenelle de la mer, l'appel à manifestation d'intérêt lancé cet été par l'Ademe vise à évaluer quatre filières technologiques de production d'électricité. Moins emblématique que les hydroliennes, les systèmes houlomoteurs ou les éoliennes flottantes, l'énergie thermique des océans est pourtant l'une des solutions les plus éprouvées. DCNS espère lancer la production de sa première centrale marine dès 2013 à La Réunion. Explications.

La géniale intuition de Jules Vernes était bonne ! L'écrivain avait imaginé, pour les besoins du capitaine Némo, tirer des fonds marins l'énergie nécessaire à ses aventures abyssales. Eh bien, cette vision est en passe de se concrétiser sous le nom d'énergie thermique des mers (ETM). Principe : exploiter les différences thermiques entre eaux chaudes et froides des océans pour produire de l'électricité. Si les principes de cette technologie ont été mis au point par les français Arsène d'Arsonval et Georges Claude dans les années 1930 avant qu'ils fondent l'Air liquide, l'ETM est en train de passer au stade industriel.

« Le principe est relativement simple, résume un spécialiste de l'Ifremer. Il s'agit d'utiliser un différentiel de température entre des eaux froides puisées en profondeur et celles de la surface, chauffées par le soleil, pour récupérer de la chaleur et faire tourner des génératrices. » Une vingtaine de degrés minimum sont nécessaires pour faire tourner une centrale de façon rentable, ce qui privilégie les zones tropicales, et en particulier les îles dont l'approvisionnement en électricité est très onéreux.

Pratiquement, on retrouve dans les usines ETM les mêmes concepts techniques que dans une centrale thermique classique : un évaporateur dans lequel un fluide (ammoniaque liquide en circuit fermé, eau en circuit ouvert) passe de la forme liquide à la phase gazeuse sous l'effet de la chaleur, un condensateur qui liquéfie la vapeur résiduelle et une turbine à vapeur qui actionne une génératrice. Le faible différentiel de température limite le rendement de conversion et impose de pomper de 2 à 3 m3 d'eau chaude et froide par seconde pour produire 1 MW d'énergie.

Ce débit nécessite l'utilisation de tuyau de fort diamètre et impose une réflexion approfondie sur l'implantation de la centrale. Plus sécurisante, la construction terrestre est aussi plus pratique pour l'acheminement du courant mais rallonge les canalisations, ce qui baisse la pression des eaux. Plus coûteuse, une plate-forme marine est soumise aux normes de la construction navale, suppose un câble sous-marin pour l'énergie mais diminue le coût de la tuyauterie ainsi que leurs pertes de charge. « Spécialistes des structures flottantes complexes ou de la chaudronnerie nucléaire, les chantiers navals militaires, comme DCNS ou Lockheed Martin, ont une vraie carte à jouer sur ce marché », commente Frédéric Le Lidec, le directeur du développement mer chez DCNS.

Japonais et Américains à la pointe

Pionniers de l'ETM, les industriels français semblaient avoir levé le pied depuis l'abandon du projet d'Ifremer à Tahiti en 1986, laissant le champ libre aux entreprises japonaises et américaines. Mais le chantier vient d'être relancé par l'accord signé en début d'année entre la région Réunion, son agence de l'énergie (l'Arer) et DCNS. Ce partenariat a d'abord pour objet de construire un démonstrateur en mer à quelque 9 km au large du port de la Pointe des Galets. Cette "bouée" de 7 000 t et de 30 m de diamètre, émergeant de 15 m, puisera l'eau froide à 1 800 m de fond pour produire 1,5 kW.

Au-delà de la phase expérimentale, de futures centrales ETM industrielles devraient fournir 25 % des besoins énergétiques de l'île, soit l'équivalent de 400 000 t de charbon par an. Le reste proviendrait du solaire, de l'éolien, de systèmes houlomoteurs ou encore de biocarburant généré par des micro-algues, avec comme objectif l'autonomie totale en 2025.

L'effort à produire est d'autant plus conséquent que la concurrence a pris vingt ans d'avance. L'américain Lockheed Martin, par exemple, n'a jamais abandonné ses travaux engagés en 1970 à Hawaii. Soutenu par l'Etat d'Hawaii et l'US Navy, son programme Otec (Ocean Thermal Energy Conversion) a encore reçu, fin 2008, un crédit de 1,2 million de dollars du département de l'énergie (DoE), rien que pour développer une technologie de fabrication de tuyau de fort diamètre nécessaire au puisage de l'eau froide en grande profondeur. « Nous avons prouvé, dès 1974, la faisabilité technique d'une centrale ETM avec notre barge Mini-Otec, commente Denise Saiki, la vice-présidente et directrice générale de Lockheed Martin's Undersea Systems. Nous devons passer à l'étape commerciale, par laquelle Hawaii gagnera son indépendance énergétique dans moins d'une génération. » Une compétition de force 5 s'annonce sur le spot des énergies marines.

Une centrale thermique marine

Offshore ou terrestre, cette centrale peut être polyfonctionnelle et produire, en plus de l'électricité, de l'eau froide pour les systèmes de réfrigération ou de conditionnement d'air, ainsi que de l'eau douce.

ESPACE RESTREINT Le flotteur est construit selon les techniques des plates-formes pétrolières et peut résister aux ouragans. L'intégration des équipements dans un volume restreint nécessite un savoir-faire issu de la construction navale. La surface émergée peut aussi porter des éoliennes et des panneaux solaires. UPWALLING Les rejets d'eau froide en surface provoque un phénomène d'upwalling qui fait remonter les nutriments des profondeurs, favorise la prolifération des poissons mais peut contrarier l'écosystème. RÉSISTANCE Les ancrages sont également issus de l'exploitation pétrolière offshore, technique qui résiste à la houle de la mer du Nord et aux ouragans du golfe du Mexique. DÉFI TECHNOLOGIQUE Le pompage d'eau froide en eau profonde s'effectue par le biais de tuyaux de forte section (2 à 3 m de diamètre) ou des faisceaux de conduits à section réduite. C'est l'un des défis technologiques de l'ETM, qu'il soit offshore ou terrestre.

Un budget conséquent

50 à 60 millions d'euros d'investissement sur cinq ans pour 5 MW 5 à 10 m3 d'eau doivent être pompés par kilowattheure net produit 1 000 m, c'est la profondeur à laquelle se fera la captation d'eau froide Source : IT

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