Les énergies renouvelables constituent l'avenir et la porte de sortie vers une transition énergétique réussie. De nombreux pays et industriels du monde entier se tournent vers l'énergie hydraulique, solaire ou éolienne, mais l'énergie bleue est encore très peu exploitée.
En raison de son énorme potentiel, plusieurs spécialistes considèrent l'énergie osmotique comme l'avenir de la production électrique mondiale. Elle fait néanmoins face à de nombreux obstacles techniques, technologiques et financiers qui pourraient endiguer son développement.
Entre définition, principe de fonctionnement, chiffres clés et perspectives, plongez en plein cœur de l'énergie osmotique avec SirEnergies.
Qu'est-ce que l'énergie osmotique ?
La source d'énergie qui cristallise l'attention des chercheurs a un nom plutôt compliqué à retenir. Osmotique ? Sous cette appellation pour le moins étrange se cache un ingénieux mécanisme biologique.
Qu'est-ce que ça veut dire osmotique ?
Le phénomène osmotique est lié à l'osmose ou à l'osmorégulation. Il est induit par les différences de pression entre deux milieux liquides ou aqueux. Ces dernières se mesurent à l'aide d'un coefficient osmotique.
Tout ce qui est osmotique s'accompagne généralement d'une pression hydrostatique. L'énergie osmotique est ainsi obtenue grâce à la réaction d'osmose à travers une membrane semi-perméable. Cette tension est ensuite utilisée pour produire de l'électricité.
La pression osmotique s'observe aussi dans les réactions entre les minéraux inorganiques comme les sels minéraux dans un milieu aqueux. L'eau d'un organisme en est le parfait exemple. Le phénomène induit ici des processus isotoniques, hypotoniques et hypertoniques indispensables pour maintenir la balance hydrosaline en homéostasie.
Une énergie basée sur le phénomène d'osmose
Vous l'aurez compris, l'énergie osmotique se base sur le phénomène d'osmose pour se renouveler. Elle appartient au groupe des énergies marines et représente dès lors une source d’énergie verte. Grâce à cette énergie renouvelable, il est possible de produire de l'électricité avec des molécules de sel.
En réalité, l'électricité s'obtient à partir de la réaction chimique des molécules issues de la différence de salinité entre l'eau douce des fleuves et l'eau de mer quand elles se rencontrent. Ce mouvement, l'osmose, se caractérise par un potentiel énergétique semblable à celui d'une chute d'eau. Nous devons donc éclaircir la notion d'osmose pour mieux comprendre le fonctionnement de l'énergie osmotique.
L'osmose est le transfert d'un solvant à travers une membrane sous l'effet d'un gradient de concentration. Il se manifeste par un flux d'eau d'une solution diluée vers une solution concentrée. L'énergie osmotique tire parti de ce phénomène pour créer de l'électricité, mais elle est encore au stade de l'expérimentation.
Comment fonctionne l'énergie osmotique ?
Il existe plusieurs techniques pour produire de l'électricité à partir de l'osmose. Cette diversité permet aux scientifiques d'explorer de nombreuses pistes avec des expérimentations en laboratoire et en conditions réelles. SirEnergies vous propose de découvrir le principe de fonctionnement de l'énergie osmotique.
Produire de l'électricité avec de l'eau salée
Aux premiers abords, cette idée semble tout droit sortie d'une série de science-fiction. Elle est néanmoins possible grâce au principe de l'énergie osmotique. En d'autres termes :
- l'eau de mer et l'eau douce sont extraites de leur milieu naturel,
- l'eau salée est filtrée et pressurisée dans un échangeur de pression,
- l'eau douce pompée (80 à 90 %) traverse la membrane semi-perméable.
Le transfert de l'eau douce entraîne une surpression dans le bassin de l'eau de mer et augmente le débit initial. Le tiers de cette eau est transféré vers une turbine électrique pour produire de l'électricité. La partie restante est dirigée vers l'échangeur de pression pour répéter le processus de mise sous pression. Il existe par ailleurs deux techniques éprouvées pour obtenir de l'électricité à partir de l'énergie osmotique : l'osmose à pression retardée et l'électrodialyse inverse.
Osmose à pression retardée
La technique de l'osmose à pression retardée se réalise avec deux bassins séparés par une membrane semi-perméable. Comme vous vous en doutez, les cuves contiennent de l'eau salée et de l'eau douce reprenant le principe de l'osmose. Les molécules d'eau douce augmentent la pression dans la cuve d'eau salée. L'eau sous pression est ensuite acheminée vers une turbine pour être transformée en électricité.
L'osmose à pression retardée a pour avantage son fonctionnement semblable à celui d'un barrage hydraulique. Vous pouvez littéralement l'expérimenter à l'embouchure des fleuves du monde entier.
Elle suscite cependant peu d'engouement et peu d'investissements par la même occasion. Pourquoi ? Parce qu'une centrale osmotique impliquerait 200 000 m² de membrane pour obtenir 1 MW d'électricité !
Le premier modèle de centrale osmotique a vu le jour en 2009 à Tofte, en Norvège. Construit par l'entreprise Statkraft, ce dispositif avait une puissance de 2 à 4 kW. Elle devait servir de test pour préparer la construction d'une grande centrale osmotique.
Électrodialyse inverse
La technique d'électrodialyse inversée se base sur la composition de l’eau salée. Cette dernière contient des ions de chlorure avec une charge négative et des ions de sodium avec une positive. La migration des ions à travers la membrane sert de moteur à la production d'électricité. Autrement dit, les solutions utilisées lors du procédé se chargent et produisent du courant électrique.
Seulement, voilà, la membrane utilisée lors des premières expérimentations n'était pas assez performante. Pour y remédier, les scientifiques ont créé une membrane avec une épaisseur de 3 atomes ! Avec 1 m² de cette membrane, il est théoriquement possible d'obtenir 1 MW d'électricité.
L'énergie osmotique : chiffres clés
Les énergies renouvelables bénéficient des dernières technologies pour permettre à notre planète de faire l'impasse sur les énergies fossiles. Au milieu de ce torrent de recherches et d'innovations, l'énergie osmotique suscite l'espoir. En voici la preuve !
En France
L'Hexagone a longtemps étudié la piste de l'énergie hydraulique pour renforcer son plan de développement durable. Après de nombreuses spéculations, le moment semble venu de passer à la vitesse supérieure.
La Compagnie Nationale du Rhône (CNR) souhaite valoriser l'énergie osmotique dans les Bouches-du-Rhône grâce à un projet en partenariat avec la start-up bretonne Sweetch Energy. Au programme, une production électrique de 4 TWh par an à l'horizon 2030.
L'objectif est d'utiliser la rencontre entre l'eau salée de la mer Méditerranée et l'eau douce du Rhône avec une centrale pilote. Celle-ci devrait entrer dans sa phase expérimentale à la fin de l'année 2023.
Dans le monde
Le potentiel de l'énergie osmotique à l'échelle planétaire est d'environ 1 700 TWh. C'est en tout cas le résultat auquel nous arriverons si toutes les embouchures de fleuves étaient exploitées selon Statkraft. Qu'en est-il de la réalité ?
Les travaux de recherche ont permis d'atteindre une capacité de 3 W pour chaque m² de membrane semi-perméable en 2012. Pour atteindre une production de 1 MW, il faudrait mélanger 1 m3 d'eau douce à 2 m3 d'eau de mer sous une pression de 12 bars…
Plusieurs nations se démarquent dans la course à l'énergie osmotique. La Norvège est celle qui présente le potentiel le plus important avec une estimation de 12 TWh par an. Si toutes les infrastructures sont mises en place, la France pourrait aussi prétendre à de tels standards. Elle bénéficie en effet d'une importante façade littorale avec trois mers et plusieurs fleuves.
Quel est le potentiel de l'énergie osmotique à l'avenir ?
L'électricité osmotique en est encore à ses balbutiements. Nous pouvons difficilement estimer l'importance que pourrait avoir cette énergie à l'avenir. Pour être plus précis, la place de l’énergie bleue dépendra majoritairement des avancées technologiques et de leur capacité à l'exploiter à moindre coût.
Prenons la question d'un autre point de vue et intéressons-nous aux avantages et inconvénients de l'énergie osmotique. Il s'agit d'abord d'une énergie entièrement renouvelable. À ce titre :
- Les matières premières sont simples à obtenir,
- La production ne rejette aucun CO2,
- L'osmose permet une production électrique continue,
- Les usines osmotiques nécessitent peu d'aménagements des estuaires.
Il est possible de produire l'énergie osmotique indépendamment des conditions météorologiques, ce qui garantit une très bonne prédictibilité de production électrique.
Les enjeux énergétiques et techniques sont importants, car une centrale osmotique est théoriquement capable de fonctionner 8 000 heures par an. Avec une grande capacité installée, il est donc possible d'obtenir 3 ou 4 fois plus que la durée moyenne du fonctionnement d'une éolienne.
En ce qui concerne les inconvénients, nous dénombrons plusieurs obstacles au développement rapide du procédé osmotique. La production de membranes robustes, poreuses et suffisamment grandes pour créer de l'électricité à grande échelle n'est pas encore effective. Les espaces propices à l'installation des centrales osmotiques sont aussi très industrialisés ou urbanisés.
Le rendement actuel de l'énergie osmotique est faible et n'attire que très peu d'investisseurs. Enfin, l'eau saumâtre qui est le seul résidu de l'osmose peut déséquilibrer les écosystèmes locaux. Pour considérer l'énergie osmotique comme l'énergie du futur, les scientifiques devront trouver une solution à ces problèmes.
En définitive, l'énergie bleue remplit un grand nombre de critères pour devenir l'énergie de demain. Si de grandes usines osmotiques ne devraient pas voir le jour avant plusieurs années, ce secteur énergétique est l'un des plus stratégiques. Il est particulièrement intéressant pour les pays avec un front de mer important qui ne souhaitent pas compter sur l’énergie hydraulique, car elle est intermittente.
Pour aller plus loin, n’hésitez pas à consulter notre article sur le fonctionnement des barrages hydroélectriques.
