Centrale ETM à terre
France Energies MarinesÉnergie thermique des mers

Énergie thermique des mers

L’énergie thermique des mers : un essor progressif grâce à la R&D

Le principe simple d’une énergie sans intermittence ni fluctuation

Dans la zone intertropicale, l’existence tout au long de l’année d’une stratification de l’océan permet d’atteindre, à partir de 1000 m de profondeur, des eaux froides dont la différence de température avec les eaux de surface reste supérieure ou égale à 23°C. Ce delta constitue le minimum pour pouvoir exploiter l’énergie thermique des mers et faire fonctionner un cycle thermodynamique de Rankine :

  • Le cycle ouvert consiste, par l’intermédiaire d’échangeurs, à vaporiser l’eau froide directement dans le milieu chaud et à turbiner cette vapeur dont la condensation peut aussi produire de l’eau désalinisée,
  • Le cycle fermé emploie un liquide intermédiaire, souvent une solution d’ammoniaque, au sein d’un double échangeur, lequel s’évapore, turbine et se condense.

L’activation d’un nombre variable d’échangeurs permet de moduler la puissance à la demande. Il s’agit d’une énergie de base, c’est-à-dire sans intermittence ni fluctuation. Le cycle thermodynamique a un faible rendement et une part de l’énergie électrique produite est consommée par le pompage, ce qui implique un flux important (3 m3/s) pour une production significative (1 MW), mais la ressource est, dans une première approche, quasi inépuisable.

Un intérêt national historique et géographique

Le principe de l’ETM a été posé dès 1881 par Arsène d’Arsonval. Les premiers prototypes à échelle réduite ont ensuite été testés par Georges Claude de 1930 à 1950. L’Ifremer a alors conçu un projet ambitieux de centrale et ferme aquacole pour Tahiti que le contre-choc pétrolier des années 1980 a ajourné. La suite de l’histoire est américaine, japonaise, coréenne et indienne. Cependant, aujourd’hui, plusieurs groupes industriels français investissent dans cette technologie, d’autant que l’Outre-mer français offre une opportunité géographique. En effet, de nombreuses îles disposent d’un potentiel indépendant des saisons, avec une ressource proche lorsqu’une bathymétrie supérieure à 1000 m se situe près des côtes. Relativement riches et peuplées, elles peuvent justifier de l’implantation de l’ETM dans leur mix énergétique et se faire les ambassadrices de cette technologie auprès des pays voisins.

Des verrous technologiques bien identifiés aux solutions coûteuses

Que l’usine ETM soit flottante ou à terre, son premier poste de coût et de risque demeure la conduite d’eau froide à fort diamètre pour assurer le flux , en limitant les pertes de charge ainsi que les déperditions caloriques, avec un dimensionnement résistant aux événements extrêmes que constituent les ouragans intertropicaux. Vient ensuite la question de la biocolonisation et de la corrosion dans des échangeurs aux surfaces et circuits très optimisés. De nombreux progrès, méthodes et brevets, ont été réalisés et déposés récemment. La démonstration à l’échelle 1 que constituerait une machine de plusieurs dizaines de MW, constitue le véritable challenge technico-économique qui fera décoller cette filière parfaitement adaptée pour compléter un mix d’énergies renouvelables. Sans subvention, il faut être à même d’accepter aujourd’hui un LCOE de 400 €/MWh. Toute réduction de coût demeure par conséquent l’objet de recherches.

La R&D contribue à l’essor progressif de l’ETM

Dès sa création, France Energies Marines s’est penché avec certains de ses partenaires industriels et académiques sur le potentiel impact environnemental du rejet des eaux profondes en surface à l’issue du cycle. En effet, chargées de nutriments, les eaux froides pourraient conduire à un risque d’eutrophisation. Des travaux de thèse réalisés de 2013 à 2016 (Projet IMPALA) ont montré qu’une bonne disposition de ces rejets sous la zone éclairée permet d’éviter la croissance primaire et coupe donc court à un emballement de l’écosystème.

Au niveau international, il y a peu d’acteurs européens sur le sujet de l’ETM, France Energies Marines est actif au sein d’une tâche du Programme de Collaboration Technologique sur les énergies océaniques de l’Agence Internationale de l’Energie (IEA-OES). Celle-ci est dévolue à la rédaction d’un livre blanc sur l’ETM qui fournit une information synthétique, mais indispensable, pour éclairer les décideurs. A la suite d’une présentation des caractéristiques technologiques, du potentiel physique, du paradigme financier spécifique des milieux insulaires dans lequel l’investissement ETM doit se mobiliser, il y est présenté l’opportunité de développer des coactivités en exploitant les eaux profondes. Celles-ci ont trait aux nutriments, terres ou métaux rares, frigories non utilisées et à la désalinisation.

L’Institut a récemment initié un projet collaboratif sur l’optimisation multicritère pour l’alimentation des réseaux électriques isolés (Projet OPTILE).

La résolution de problématiques transversales applicables à l’ETM

D’autres technologies s’apparentent à l’ETM par les procédés d’exploitation thermique de l’océan, mais aussi par des problématiques conjointes de pompage de larges flux et de rejets importants. Il s’agit de l’air conditionné utilisant l’eau de mer et des pompes à chaleur puisant le réservoir thermique stabilisé de l’eau de mer. Ce sont des technologies exploitables en zone tempérée. Plusieurs activités de R&D menées par l’Institut peuvent contribuer à la résolution de problématiques transversales, même si la finalité première n’est plus la production d’énergie électrique. Ces travaux portent sur la caractérisation de sites, l’intégration environnementale et sociétale ainsi que le dimensionnement et suivi des systèmes.

Liste des publications en lien avec l’énergie thermique des mers (PDF)

Crédit photo : Naval Energies

Projets

Terminé

BENTHOSCOPE 2

Compréhension et surveillance des impacts des EMR sur le compartiment benthique via une plateforme de mesure dédiée à l’acoustique passive

Terminé

IMPALA

Impacts sur le microplancton des apports d’un upwelling artificiel

En cours

OPTILE

Optimisation multicritère pour la production hors réseau d’électricité issue d’énergies marines renouvelables

Terminé

SPECIES

Interactions des câbles sous-marins avec l'environnement et suivis associés

Terminé

ABIOP+

Prise en compte du biofouling au moyen de protocoles de quantification utiles à l’ingénierie

Terminé

MONAMOOR

Modélisation et suivi en service des lignes d’ancrages en polyamide

En cours

OES-ENVIRONMENTAL

Initiative collaborative pour le suivi des effets environnementaux du développement des énergies océaniques

Terminé

OMDYN2

Ombilicaux dynamiques pour les systèmes d'énergies marines renouvelables flottants - Phase 2

Terminé

POLYAMOOR

Ligne d’ancrage polyamide souple et durable pour les énergies marines renouvelables

En cours

IEA-OES

Programme de collaboration technologique sur les énergies océaniques

Terminé

ABIOP

Quantification du biofouling au moyen de protocoles établis et recommandations associées

Terminé

ANODE

Evaluation quantitative des métaux libérés dans le milieu marin et issus des anodes galvaniques des structures EMR

Terminé

OMDYN

Ombilicaux dynamiques pour les énergies marines renouvelables

Médiathèque

Vidéos

Interlocuteurs

Jean-Francois Filipot

Jean-Francois Filipot

Directeur scientifique

Ludovic Noblet

Ludovic Noblet

Directeur du développement et de la valorisation

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