Quel est le principe de l’énergie osmotique ? Explications, avantages, développement
Électricité et Gaz renouvelables
Soutien la transition énergétique
Souscription rapide
Le principe de l’énergie osmotique repose sur la différence de teneur en sel entre l’eau de mer et l’eau douce. Classée en 2022 en tant qu’énergie renouvelable par l’Union Européenne, elle a un rôle à jouer dans le cadre de la transition énergétique. Elle est pourtant moins connue que le solaire, l’éolien ou l’hydraulique.
Théoriquement, la capacité de production de l’énergie osmotique est gigantesque. Elle a le potentiel pour devenir l’une des plus importantes de la planète. Elle dispose pour cela de certains atouts … mais également d’un inconvénient technologique majeur. À ce jour, les résultats obtenus ne sont pas assez probants pour qu’une production à grande échelle voie le jour.
La naissance de l’osmose
L’osmose a été développée dans les années 60. À l’époque, elle avait pour objectif de déminéraliser l’eau de mer. Vingt ans plus tard, l’idée d’utiliser cette énergie à des fins de production électrique a commencé à voir le jour.
Le processus de développement a été long, puisque le premier prototype de centrale osmotique, d’une puissance symbolique de 4 kW, a vu le jour fin 2009.
Comment fonctionne l’énergie osmotique ?
L’effet osmotique
On retrouve majoritairement dans l’eau de mer deux types de sels : le sodium (Na+) et le chlorure (Cl-). Plaçons côte à côte deux réservoirs d’eau : le premier contient de l’eau salée et l’autre de l’eau douce. Entre les deux réservoirs, on installe une membrane sélective ou semi-perméable : elle bloque les ions de taille importante comme Na+ et Cl-. En revanche, elle laisse passer les molécules d’eau (H2O), qui sont plus petites.
Si les deux réservoirs ont le même volume d’eau, la concentration saline n’est au départ pas la même, puisque l’un contient de l’eau douce et l’autre de l’eau salée. Grâce à la membrane, il y a une migration naturelle des molécules d’eau de l’eau douce vers l’eau salée.
Cette migration a deux effets :
- La concentration saline d’eau de mer diminue, car elle reçoit des molécules d’eau.
- La concentration saline de l’eau douce augmente, puisqu’elle perd des molécules d’eau.
Le phénomène s’arrête lorsque l’équilibre osmotique est atteint, c’est-à-dire un équilibre entre la concentration en sels et le niveau (ou pression) des deux solutions.
La pression osmotique
La pression osmotique est la pression nécessaire pour stopper le passage de l’eau d’une solution moins concentrée en sel à une autre plus concentrée. Ce phénomène survient tous les jours dans de nombreux endroits de la planète, par exemple quand l’eau douce d’un fleuve rencontre à une embouchure l’eau salée de la mer.
Et l’électricité alors ? Avec la pression osmotique, une turbine se met en mouvement pour produire de l’électricité. Une centrale destinée à produire de l’électricité osmotique se compose de :
- La fameuse membrane qui sépare les réservoirs d’eau salée et d’eau douce.
- Les pompes et tuyaux qui permettent d’acheminer les deux types d’eaux dans les réservoirs.
- Un échangeur de pression qui pressurise l’eau salée en amont.
- Des équipements de lavage pour éviter l’encrassement de la membrane.
- La turbine, responsable de la production d’électricité.
Les deux types de technologie
Deux technologies émergent aujourd’hui dans la recherche liée à l’énergie osmotique. Chacune d’elles repose sur le principe des deux contenants (un d’eau douce et l’autre d’eau salée) séparés par une membrane semi-perméable.
L’osmose à pression retardée
Ce procédé est purement mécanique : avec l’osmose, la pression augmente dans le réservoir d’eau salée, ce qui actionne la turbine. L’énergie mécanique est ainsi transformée en énergie électrique.
L’électrodialyse inverse
Les membranes distinguent les ions positifs et négatifs présents dans le sel. Sous l’effet de l’osmose, ces ions sont séparés, ce qui crée un courant ionique. Ce courant, sous l’action de la turbine, devient un courant électrique.
Le rendement de l’énergie osmotique
Une pression de 12 bars dans le réservoir d’eau salée donne à l’eau acheminée vers la turbine la même force qu’une chute de 120 mètres de hauteur. Si l’on mélange chaque seconde 1 mètre cube d’eau douce à 2 mètres cubes d’eau salée pressurisée à 12 bars, la capacité de production de la centrale osmotique est de 1 MW.
On estime qu’au niveau mondial, l’énergie osmotique pourrait produire chaque année 1700 TWh. À titre de comparaison, le nucléaire en produit 2700 à l’échelle de la planète.
Les avantages de l’énergie osmotique
Une énergie toujours disponible
Tous les pays qui possèdent une embouchure de fleuve peuvent potentiellement exploiter l’énergie osmotique. À la différence du solaire ou de l’éolien, elle ne dépend pas des conditions météorologiques : la production électrique est facile à prévoir.
On estime qu’une centrale osmotique serait capable d’être opérationnelle environ 8000 heures par an. C’est en moyenne trois à quatre fois plus que la durée de fonctionnement annuelle d’une éolienne.
Une énergie renouvelable
Une centrale osmotique utilise l’eau de la mer et des fleuves pour fonctionner, qui sont des ressources renouvelables. Elle ne libère pas de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, n’est pas responsable de l’émission de gaz à effet de serre et ne génère pas de déchets radioactifs.
Il s’agit donc d’une énergie verte, même si la construction des sites de production doit être prise en compte. Il faut toutefois souligner que l’aménagement nécessaire dans les estuaires est relativement léger, surtout si on le compare à celui des barrages hydrauliques.
Les inconvénients de l’énergie osmotique
Un défi technique à relever
La performance d’une usine osmotique dépend en premier lieu de la qualité de la membrane semi-perméable. Si l’on s’intéresse au premier prototype du genre, conçu en Norvège, il est capable de faire fonctionner une machine à laver… Or, la membrane du dispositif possède une surface de 2000 mètres carrés !
Pour imaginer une production d’électricité à grande échelle, il faut parvenir à fabriquer des membranes qui soient à la fois volumineuses, robustes et poreuses.
Un coût très important
La fabrication et l’entretien des membranes sont des investissements très importants. C’est notamment ce qui a conduit un projet d’envergure imaginé en Suède, à l’initiative de ABB Alstom Power, à être finalement abandonné.
Si le coût est conséquent, il l’est d’autant plus que la productivité des centrales osmotiques est pour le moment trop faible. Ce phénomène ne s’arrange pas avec le temps, car au fil des mois, la salinité de l’eau dans les réservoirs tend à s’équilibrer, ce qui diminue la productivité du phénomène.
Un impact environnemental malgré tout
Le fonctionnement des usines osmotiques entraîne le rejet d’eau saumâtre près des côtes. Cette eau, qui est moins salée que l’eau de mer mais davantage que l’eau douce, n’est pas polluante. Mais elle est susceptible de perturber les écosystèmes locaux.
Trouve-t-on des centrales osmotiques en France ?
En France, Sweetch Energy est l’unique entreprise spécialisée dans l‘énergie osmotique. En 2015, elle a réussi, après plus de cinq années de recherche, à mettre au point un nouveau type de membrane, fabriquée à partir de matériaux biosourcés (sa fabrication est un secret bien gardé).
Sweetch Energy travaille à l’ouverture de son premier site, situé à Port-Saint-Louis-du-Rhône. Cette usine pourrait permettre de produire 500 MW d’électricité, ce qui correspond à une demi centrale nucléaire. L’entreprise est soutenue par l’Ademe et a pour objectif de développer d’autres sites dans le pays mais également à l’étranger. Dans les dix prochaines années, elle vise l’installation d’une puissance de production globale de 3 GW.
